rt-go: 2014-04-27

Mein E-Trike

Elektro-Antrieb? – Motor-Unterstützung?
Brauche ich das?

Vorgeschichte

Im Laufe der Zeit ist es mir durch einige Umbauten gelungen, die Entfaltung so zu verringern, dass ich schon Steigungen bis zu 27% bewältigen konnte. – Einmal sogar 25% mit einem zweiten Trike und einem vollen Gepäckanhänger im Schlepp (s. hier oder bei Weserradreise).

So gesehen bräuchte ich die Motor-Unterstützung natürlich nicht. Andererseits bin ich ein Genussradler und kann allen, die es noch nicht wissen, versichern, dass heftige Steigungen den Genuss nicht steigern. – Schon gar nicht, wenn sie unterwegs völlig unerwartet auftauchen und dann auch noch unvermeidlich sind.


Auch diese Straße bin ich schon wiederholt hoch gefahren
und konnte dabei fest stellen,
dass der Spaß ganz stark gegen Null tendiert,
wenn man dauernd aufpassen muss,
dass die Zunge nicht in die Kette kommt.

Außerdem:
Ich habe kein Problem damit, mich mit 2km/h gemütlich einen Berg hoch zu kurbeln. Aber, wenn es sich wie Kaugummi zieht und ich deshalb nach zehn Stunden gerade mal 20km zurück gelegt hätte, wird klar, dass da der Spaß garantiert auf der Strecke bleibt.

Daraus folgt für mich: Um gegen unliebsame Überraschungen und ätzende Zeitfresser gerüstet zu sein, ist der Elektroantrieb einfach unverzichtbar.
 

Elektro-Antrieb? – Klar!  – Aber welcher?

Ein Nabenmotor im Vorderrad wird von Hase angeboten und wäre zweifellos die einfachste Variante, hätte aber leider überhaupt keinen Sinn. Bei kleinen Steigungen kann ich gut auf die Unterstützung verzichten und bei großen versagt der Vorderradantrieb ganz kläglich. Weil nur etwa 30% des Gewichtes auf dem Vorderrad liegen, hat dieses die geringste Traktion. Die reicht gerade mal (hoffentlich) fürs Lenken, aber nicht für einen zuverlässigen Vortrieb. Jedenfalls nicht, wenn es auf der Piste feucht oder schmierig ist, Laub oder Sand liegt oder wenn es einfach steil hoch geht. – Von möglichen Kombinationen oder sonstigen ungünstigen Umständen mal ganz abgesehen.

Ein Hinterradantrieb mit (zwei) Nabenmotoren wäre viel zu aufwändig. Deshalb bleibt beim Deltatrike mit zwei Hinterrädern nur ein Antrieb über die Kette.

Diese Variante funktioniert zwar, hat aber einen gravierenden Nachteil: der Motor bringt trotz Getriebe eigentlich eine viel zu hohe Drehzahl (max. 250 UpM) und kann deshalb nicht im optimalen Bereich arbeiten.

Bei einem 44er Kettenblatt (mein größtes) z.B. würde das bedeuten, dass die Kurbel 80 UpM machen müsste, was bei meinem Trike zu einem Tempo von gut 34km/h führen würde.

Um jedoch auf die erlaubten 25km/h zu kommen, dürfte die Kurbel nur 58 UpM machen und würde den Motor dabei auf rund 180 UpM (72%) drosseln. – Deshalb kam diese Lösung für mich nicht in Frage.

Auch diese scheinbar einfache Lösung mit einem "Sunstar S03" ist leider tabu, weil dabei mein kleinstes Kettenblatt auf der Strecke bliebe. Auf genau das kann ich aber nicht verzichten, wenn ich auch weiter ohne Motor einen Berg hoch fahren will oder muss. – Schade.

Zwangsläufig habe ich mich also zu der aufwändigsten Lösung entschlossen.

Der Motor darf über eine separate Kette und ein weiteres, eigenes Kettenblatt die Kurbel an treiben. Mit einem 14er Ritzel und einem 60er Kettenblatt kommt die bei 250 UpM des Motors auf 58,3 Umdrehungen und mein Trike fährt dann im größten Gang haargenau die erlaubten 25km/h. Der Motor kann im optimalen Bereich arbeiten und die sehr begrenzt verfügbare Energie bestens nutzen. Und auch ich muss dabei nur mit 58,3 UpM mit kurbeln. Das ist eine Trittzahl, die ich bequem finde und problemlos über sehr lange Zeit durch halten kann.


 

So weit die Theorie – nun folgt die Praxis

Weil der Teufel bekanntlich im Detail steckt und ich unnötige Probleme vermeiden wollte, habe ich die Firma akkurad aufgesucht, um vor Ort an meinem eigenen Trike zu sehen, ob die geplante Lösung auch wirklich realisierbar ist.

Die “Stellprobe” zeigt, dass der Motor und das Kettenblatt genug Platz hätten. Nur das Lenkgestänge war im Weg, lässt sich aber im wörtlichen Sinn und nicht nur wie in diesem Bild sehr leicht “be-seitigen”.

Auch der Kontrollblick von oben lässt keine unlösbaren Probleme erkennen.

Und für den Akku wäre auch genug Platz vorhanden.
Also dann.
 

Der Umbau beginnt

Um die Lenkstange so zu “be-seitigen”, dass sie das Kettenblatt umgeht, muss sie einen doppelten Bogen machen. Um dabei zu einer möglichst einfachen Lösung zu kommen, habe ich vorne den Original-Gelenkkopf mit 8er Außengewinde (das war in das Alurohr geschraubt) durch einen mit Innengewinde ersetzt, der lag beim Maschinenbauer um die Ecke in der Schublade, ist aber auch sonst leicht zu beschaffen. Dadurch konnte ich die beiden Innengewinde mit einer 8er Gewindestange aus Edelstahl verbinden. Edelstahl ist hier unabdingbar notwendig, weil sich anderes Material zu leicht verbiegt. Ich weiß es, weil ich es aus probiert und dann weg geschmissen habe. Der Bogen reicht noch nicht ganz und wurde deshalb später noch angepasst.

Weiter oben im Bild kann man sehen, dass die Lenkstange auch dem Akku im Weg wäre. Deshalb habe ich sie am Lenker unten demontiert und nach oben versetzt. Die Zwischenmutter hält nun die Schraube im Lenker fest und schafft etwas Abstand für den Gelenkkopf.

Weil nun die lange Stellschraube für die Sitzhöhe (rechts) die Lenkung behindert hätte, habe ich sie gekürzt. Da ich nicht die Absicht habe, jemals auf einem rollenden Hochsitz durch den Wald zu radeln, wird ihre ursprüngliche Länge auch garantiert nie gebraucht.

Am Hauptrohr ist nicht viel Platz. Deshalb mussten die beiden Schellen, die den Motor tragen sollen, etwas enger zusammen rücken. Die hintere habe ich (hinten rechts) auch etwas abgerundet, damit sie sich besser mit der Kette verträgt.

So hätte der Motorwinkel eigentlich den Motor tragen können.

Aber bei der nächsten “Anprobe” zeigte sich, dass die Kurbel eventuell mit der Motorwelle kollidieren könnte. Das war zwar nicht sicher, weil erst die montierte Kurbel mit dem Kettenblatt über die Ketten-Linie bzw. -Ebene entscheidet. Aber, um allen möglichen Problemen aus dem Weg zu gehen, habe ich ein Alu-Vierkantrohr mit 40 mm Seitenlänge zwischen die Schellen und den Motorwinkel montiert. Das ermöglicht Anpassungen in allen Richtungen und hat sich deshalb schon als sehr nützlich erwiesen.

Der Motor ist jetzt etwas nach vorne und oben gerückt und
die Kurbel kann die Motorwelle gar nicht mehr erreichen.

Das Vierkantrohr musste etwas eingeschnitten werden
und überragt den Steuerkopf.

Der Blick von rechts zeigt es ebenfalls.
Falls am Steuerkopf mal ein Eingriff erforderlich wird,
bieten die beiden Schellen unten den schnellsten Zugriff.

Ohne Kettenspanner geht es nicht. Weil aber der teure Original-Spanner im Originalzustand gar nicht zu gebrauchen war, habe ich ihn zerlegt und das Vierkantrohr durch zwei Bohrungen zum Spannerhalter ernannt. Und weil das Vierkantrohr und der Motorwinkel in allen Richtungen verschiebbar sind, ist es nun kein Problem, das Kettenblatt, das Ritzel und das Spanner-Rädchen in eine Ebene zu bringen.

Ein gänzlich ungewohnter Anblick.
Er soll sich allerdings noch ändern,
wenn meine “Spezial-Fronthaube” montiert ist.
Die muss ich vorher nur noch aufwändig anfertigen;
aber das wird ein eigenes Projekt.

Schön, wenn die mechanischen Probleme ausgeräumt sind,
aber ohne Elektrik geht's halt auch nicht.
Also dann:

Den “Gashebel” einfach so aufstecken geht nicht. Schalter und Anzeige verdecken und behindern den Rohloff-Schaltgriff und der Gashebel ist oben, wo der Daumen nicht hin kommt. Dafür hängt das Kabel unten im Weg.

Klar, dann muss der “Gashebel” halt kehrt machen. So hat alles seinen optimalen Platz. Nur das Kabel muss nun von oben durch den Lenker nach unten geführt werden. – Kein Problem. – Oben geht's durch ein passendes Loch durch den Stöpsel und unten habe ich genau in der Biegung ein Langloch in den Lenker gemacht, damit das Kabel nach vorne zum Motor geführt werden kann (s.u.). Leider ergibt sich daraus aber ein neues kleines Problem (s.o.): Der Spiegel, der Rohloff-Schaltgriff und der Gashebel selbst sind nun nicht mehr demontierbar.

Deshalb habe ich direkt unter dem Stöpsel eine lösbare Steckverbindung in das Kabel eingefügt. Sie ist später im Lenker verborgen und stört – mit etwas Schaumstoff als Klapperschutz umwickelt – dort überhaupt nicht. Im Bedarfsfall erlaubt sie aber, das Kabel zu trennen.
 

Der Akku

Der Akku wird natürlich ständig gebraucht. Jedenfalls wenn das Trike mit Motor betrieben werden soll. Deshalb ist es vernünftig, ihn fest am Trike zu montieren.


“7s12p” = 24,5V x 24Ah = 588Wh (nominal)

Aus der Tatsache, dass der Original-Stecker zwar sehr edel aus sah und auch sehr bequem zu benutzen, aber leider überhaupt nicht wasserdicht war, ergab sich ein erhebliches Problem: Sooo ging es leider gar nicht. – Weil ich aber den Akku sowieso fest montiert immer dabei haben will, spricht nichts gegen eine feste Verkabelung. Die kann man sehr einfach durch das Gehäuse heraus führen und (s. links unten) mit reichlich Silikon ab dichten.
 

Das Ladegerät

Die Tatsache, dass der Akku fest montiert und angeschlossen wird, hat natürlich zur Folge, dass auch der (wasserdichte) Lader fest montiert und angeschlossen werden muss. Das ist jedoch kein Nachteil. Er wird ja unterwegs ebenso gebraucht wie der Akku. Die feste Installation hat auch den großen Vorteil, dass man unterwegs nicht dauernd an oder ab klemmen und aus oder ein packen muss. Das ist viel bequemer und schont das Material und die Nerven.

Weil es vorkommen kann, dass man auch “feste” Verbindungen gelegentlich mal trennen will oder muss, habe ich in die Leitung zwischen Akku und Lader und ebenso zwischen Akku und Motor (s.o.) Hochstrom-Steckverbindungen ein gefügt. Sie erfüllen ihren Zweck, stören nicht und lassen sich ganz einfach mit etwas Schrumpfschlauch isolieren.

Da ich außer der Steckdose zum Nachladen alles an Bord habe, muss ich unterwegs nur genau die suchen und finden. Und damit ich sie dann auch problemlos mit meinem Lader verbinden kann, habe ich auch noch ein 5-m-Kabel daran an geschlossen (s.o.). Das darf, weil da nicht viel (max. 2,1A) Strom fließt, sehr dünn und (~300g) leicht sein. Der Stecker sollte allerdings überall dort passen, wo man hin fahren und zapfen will.

Eine Messung hatte leider ergeben, dass der Lader, wenn er nicht in Betrieb ist, einen kleinen Strom aus dem Akku fließen lässt. Das darf natürlich nicht sein, weil sich der Akku dadurch tief entladen würde und dann (endgültig) unbrauchbar wäre. Also habe ich im Akku-Pack “eine” Diode ein gebaut, die dafür sorgt, dass der Strom nur vom Lader zum Akku und nicht umgekehrt fliesen kann. Die zweite (parallel geschaltete) Diode dient nur der thermischen Entlastung.

Der Lader hat keine eigene Kontrollanzeige. Deshalb habe ich als solche eine LED mit Vorwiderstand (39K) in den Akkupack ein gebaut. So muss ich abends nicht die Hand auf den Lader legen, und warten bis sie warm wird und werde auch nicht am nächsten Morgen durch einen nicht geladenen Akku überrascht, nur weil die benutzte Außensteckdose in der Nacht leider keinen Strom hatte. Auch die Kontroll-LED liegt vor der Trenn-Diode. Sie soll ja nicht den Akku leer lutschen, sondern zeigen, ob der Lader Saft liefert.


Das Schaltbild zeigt natürlich die Genialität des Urhebers (ich).

Ich muss allerdings zu geben, dass ich diese Lösung erst nach etlichen ganz und gar unbefriedigenden Versuchen gefunden habe. Der Teufel steckt eben im Detail und oft bemerkt man die Nachteile oder Denkfehler erst, wenn die Schaltung nicht so funktioniert wie man sich das zuvor ganz naiv gedacht hatte. Nun funktioniert aber alles zufriedestellend. Der unvermeidliche Leckstrom, den alle Dioden haben, ist messbar. Aber mit 72µA ist er so gering, dass man ihn getrost vergessen darf.


 

Mein E-Hase nach der Probefahrt auf dem Petersberg.

Jetzt fehlt nur noch, die provisorische Befestigung von Akku und Lader sowie die freizügige Verlegung der Kabel durch eine dauerhafte zu ersetzen. Dann ist mein E-Trike endlich fertig.

Reichweite

Die Reichweite hängt von so vielen verschiedenen Faktoren ab, dass man keine verbindlichen Angaben machen kann. Üblicherweise rechnet man abhängig vom Streckenprofil mit einem Energiebedarf von 5 bis 10Wh pro km. Außerdem kann man die Kapazität des Akkus nur zu knapp 30% nutzen, wenn man ihm nicht schaden will. Von meinen 700Wh (brutto) sind folglich nur etwa 200Wh nutzbar. Das bedeutet, dass ich rein elektrisch etwa 20 bis 40km fahren könnte. Weil der Fahrer beim Pedelec jedoch mit strampeln muss, erhöht sich die Reichweite natürlich entsprechend. Bei 100%iger Unterstützung (“geteiltes Leid ist halbes Leid”) also auf 40 bis 80km. Und ohne Unterstützung kann man dann natürlich auch noch viel weiter fahren. Jedenfalls, so weit die Puste reicht. Man ist ja ausgeruht.

(s.a.: Rheinhessen-Rundfahrt #8)
 

Ladezeit

Rein rechnerisch dauert es 68 Minuten, um die 200Wh nach zu laden. Man muss folglich nicht unbedingt eine Übernachtung ein planen. Eine ausgiebige Mittagspause, oder, weil man ja auch in kleineren Portionen nach laden darf, zwei kleinere Pausen á 34 Minuten z.B. reichen dafür völlig aus. Und eine entsprechende Pause reicht immerhin schon für eine halbe Ladung und viele weitere Kilometer.
 

Kapazitätskontrolle

Der Lader erwärmt sich zwar beim Laden und kühlt sich auch wieder ab, wenn der Akku voll ist. Aber als einzige Kontrolle wäre das etwas unpraktisch. Deshalb habe ich (s.o.) eine Kontroll-LED eingebaut, die anzeigt, dass der Lader Spannung hat und deshalb den Akku laden kann. Und ein in die Akkubox eingebautes Voltmeter misst und zeigt bei eingeschalteter Elektronik die Akkuspannung an.

Hier sind es (nur) noch 27,3 Volt, weil ich zuvor den Petersberg über den “Herrgottspfad” mit bis zu 27% bezwungen habe.

 

Kosten

Eine einfache Rechnung zeigt, dass auch eine komplette Akkuladung kein Loch in den Geldbeutel reißen kann: Die 200Wh sind gerade mal eine fünftel KWh. Bei 30 Cent/KWh wäre folglich eine komplette Nach-Ladung mit 6 bzw. 10 Cent (inklusive Trinkgeld) gut bezahlt.

Fazit

Wegen der Komplexität des Vorhabens: “Umbau zum E-Trike”, war dieses Projekt das zeitraubendste bisher. Außerdem haben Fehler, Falschlieferungen und Beschaffungsprobleme die Realisierung erheblich verzögert. Aber nun ist es nach etwa einem halben Jahr endlich geschafft.

Die horrenden Anschaffungskosten lassen wieder mal absolut keinen Zweifel daran auf kommen, dass auch das Radeln mit Elektrounterstützung als ausgesprochene Sparmaßname weniger geeignet erscheint.

Andererseits habe ich mal über den dicken Daumen kalkuliert: Wenn ich pro Akkuladung vorsichtig geschätzt etwa 50km fahren kann und der Akku 1'000 Ladungen erlaubt, dann kann ich damit 50'000km “elektrisch” radeln.

– Boh äh! –
Da komm ich ja glatt ins Grübeln.
Sollte ich nicht mal eine Erd-Umrundung unternehmen?

Zumal  1'000 Akku-Ladungen á 0,10€ ja nur schlappe 100€ kosten (inklusive Trinkgeld).

Da wird das am Ende ja doch noch ein Schnäppchen.

Die Weltreise zum Schnäppchenpreis.
Wer hätte das gedacht?!

Nachtrag

Dank der zuvor eingebauten Trennstelle im Kabel war es kein Problem, am Lenkerende ein auf Stummelformat gekürztes Hörnchen zu montieren.

Das darf nun den Rückspiegel so tragen, dass ich darin auch tatsächlich etwas sehe. – Was rechts geht, geht links sowieso.

Und dort ist dann auch der optimale Platz für das Navi.

Hier kann man noch mal sehen, dass der Lader und das 5m lange Ladekabel bequem hinter dem Sitz ihren Platz gefunden haben und überhaupt nicht stören.

Wenn alles seinen richtigen Platz hat und funktioniert, macht das Fahren noch mal so viel Spaß.


 

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