Langliegerad mit Crystalyte 209 in 16"

[labella-baron]

Nach vielen Umbau-Kalamitäten kann ich nun endlich daran gehen, nach und nach das "Projekt" hier zu dokumentieren.

Ich versuche mal eine Gliederung in
1. Rad
2. Motor
3. Controller und Messgerät
4. Akku
5. Hantierung / Fahreigenschaften
6. Fahr-Werte und weitere Daten

1. Rad

Es ist ein Lang-Liegerad oder auch Sesselrad von Pichler aus 1987 mit Streamer. Laufräder vorne 16" und hinten 28". Gewicht vorher 22,25kg mit Werkzeug etc.
Siehe 2412
Ich wollte einerseits das kleine Vorderrad für eine hohe Motordrehzahl und damit besserem Wirkungsgrad nutzen andererseits keine zu große Drehmasse im Laufrad und trotzdem die Robustheit eines Direkt-Naben-Motors haben. Das Gesamtgewicht und damit die Hantierbarkeit ist mir ebenfalls wichtig. Es sollte auch ein Pedelec bleiben, um keine zusätzlichen Einschränkungen im Vergleich zum Fahrrad zu haben.
Meine Wahl viel auf den Crystalyte 209, der jedoch eine Gabelbreite von 75mm statt 100mm hat. Die daraus folgenden Schwierigkeiten hier darzustellen würde zu weit führen.
Der Akku sollte ins vordere Rahmentrapez (siehe Bild).

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2. Motor

Den Crystalyte 209 habe ich über Belgien bezogen. Hier in .de war es schwierig. Zunächst kam ein Motor, der furchtbar brummte - wahrscheinlich war die Verkabelung nicht richtig.
Das Laufrad wiegt nun mit 4.37kg 3,80kg mehr als das alte.
Achslänge nur 120mm! Gewinde M12 x 1,25 - Abflachung 7,7mm, 28 Speichenlöcher

Elektrische Werte:
Leerlaufdrehzahl 512 U/Min bei 39V und 0,86A, Ri = 0,7 Ohm, Motorkonstante = 0,71Vs
32 Magnete mit 20mm (20-9) statt 40mm Länge und mit 250W bei 36V angegeben.
Das Kabel wird nicht durch eine Hohlachse geführt, was bei nur 12mm sinnvoll ist, sondern kommt daneben heraus. Damit muss man aber dafür sorgen, dass es beim Einbau nicht gequetscht werden kann (siehe Bild).
2582

Eine Drehmomentstütze innenliegend habe ich auch gebastelt, wenngleich mir versichert wurde, dass dies hier nicht notwendig sei.
Mit der Motorleistung bin ich mehr als zufrieden - auch und vorallem an Steigungen. Auch scheint der Verbrauch nicht zu hoch zu sein. Mir ist es jedoch nicht möglich den maximalen Wirkungsgrad zu ermitteln.
Das sogenannte "Schleppmoment" ist zumindest subjektiv vernachlässigbar - objektive Messungen sind auch hier nicht einfach.
Der Motor ist praktisch nur beim Anfahren mit hoher Unterstützung hörbar.
2583

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Controller

Mein Controller ist ebenfalls von Crystalyte. Er heißt 36 Volt brushless controller 20A Cruise control inside front wheel

Mechanisch muss ich bemängeln, dass nichts für die Befestigung am Rad (wegen Kühlung) vorgesehen ist und von unten durch die Aussparungen für die Kabel wohl auch Spritzwasser eindringen kann. Ich war also wieder mal gezwungen zu basteln. Meine Lösung fürs Steuerrohr sieht folgendermaßen aus: 2596

Elektrisch bin ich mit dem Preis/Leistungsverhältnis zufrieden. Es sind PowerPole-Stecker für den Akku und den Motor dran, sowie Stecker für die Hall-Geber, den Pedelec-Sensor und den Daumendrehgriff.
Zwar ist er mit max. 20A angegeben, der höchste vom WattsUp bisher aufgezeichnete Strom ist aber 16,95A, so dass es vermutlich ein 17A-Controller ist - das soll mir auch genügen.

Die Abschaltspannung ist mit 29+-1V angegeben hat aber gemessen 31,45V und passt noch besser zu meinem Akku.

Angenehm finde ich die Cruise-Funktion: Nach acht Sekunden in annähernd der gleichen Drehgriffstellung merkt er sich diese und man kann loslassen. Will man diese aufheben drückt man einfach wieder bis Anschlag und geht zurück.

Nach fünf Minuten ohne Betätigung werden die LEDs am Drehgriff ausgeschaltet und der Motor kann nicht mehr gestartet werden - der Controller zieht aber immer noch ca. 60mA. Dieser Zustand wird durch spannungslos machen aufgehoben. Keine Ahnung für was das genau gut sein soll - Diebstahlsschutz?


Messgerät

Als Messgerät habe ich ein Watt's Up mit dessen Befestigung ich auch hadere, da ich es auch laufend zum Laden benötige. Folglich Befestigung mit lösbaren Kabelbindern: 2597
Auf der Rückseite habe ich einen Reed-Schalter, der die beiden außeren Pins des Hilfseingang verbindet, wenn ich mit einem Magnet in die Nähe komme und damit am Watt's Up die Werte zurücksetzt.

Mit dem vergossenen Schalter rechts kann ich den Strom zum Controller abschalten, damit mit dieser nicht über Nacht den Akku leernuckelt. Er wird nur geschaltet, wenn kein Laststrom drüberläuft. Außerdem dient er zum Rücksetzen des Controllers (siehe oben).

Auf diese Weise kann ich immer den aktuellen (Ent-)Ladezustand des Akkus sehen.

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4. Akku

Der Akku sollte wie gesagt ins vordere Rahmentrapez, um die Achslast zu erhöhen und außerdem ist er dort am besten aufgeräumt und am unauffälligsten.
Bezüglich des verfügbaren Platzes habe ich mich dann schwer verschätzt. Das Unterrohr hat einen Durchmesser von 36mm. LiFePo-Becher-Zellen sollten es wegen der Stabilität sein und die von A123 haben 65mm. Werden sie üblicherweise pyramidenförmig gestapelt schauen sie also links und rechts >15mm über den Rahmen raus. Jedoch ist links die Spurstange, die bei Lenkeinschlag fast bis zum Rahmenrohr reicht und rechts ist das kleinste Blatt samt Kette auch näher dran als 15mm - an den Pedelec-Sensor auf der Kettenseite war sowieso nicht zu denken. Also kam ich auf die Idee sie in Längsrichtung nebeneinander anzuordnen - ergibt 2*26mm + x also größer als 52mm.
Ein Forumsmitglied machte ein überaus günstiges Angebot für gebrauchte Dewalt-Werkzeug-Akku-Zellen und so bestellte ich 24 Stück für 12s2p = 36V/4,6Ah. Sie kamen in zwei Packs mit je 10 verbundenen Zellen in Halterungen und 4 verbundene Zellen extra. Ich habe sie verbunden verwenden können indem ich sie mit 0,5qmm parallel verschaltet und mit Powerpole-Steckern versah. Somit komme ich weiterhin an jede einzelne Zelle zum Messen dran, was günstig ist, da ich sie bisher ohne Equalizer nutze.
Das Ganze sieht nun offen folgendermaßen aus: 2620
Mit passend gekauften Schrumpfschlauch habe ich die Einzelpacks samt den original Zellen-Halterung im vorgeheizten Backofen eingeschrumpft. Ging erstaunlich gut.
Wie man sieht ist alles grenzwertig eng. Der Controller sollte ja auch noch Platz finden und ich kann den ganzen Akku nur herausnehmen, wenn die Kette auf dem großen Blatt ist.
Zum Schluss noch die Ansicht von links 2621 und rechts 2622
Mit der Kapazität bin ich erstmal zufrieden. Aufrüsten kann man ja immer noch.

[labella-baron]

5. Hantierung / Fahreigenschaften

Auf Asphalt ist der Kontakt wegen der höheren Achslast vorn besser als früher. Im Gelände fahr ich normalerweise nicht.
Auf unbefestigten Wegen (auch mit losen Steinen) bin ich eine Steigung hochgefahren und habe keinen Schlupf des Vorderrades bemerkt.
Bei Straßenunebenheiten habe ich schon den Eindruck, dass da erheblich größere Kräfte auf’s Rad einwirken.

Das Lenken hat sich ganz am Anfang mit der Masse im Vorderrad ein bisschen anders angefühlt - aber darauf hatte ich mich innerhalb eines Kilometers eingestellt. Ich habe aber auch "nur" ein um 3,8kg schwereres Vorderrad. Ich befürchtete, dass die höhere Masse im Vorderrad dazu führt, dass die Felge durchschlägt. Dies ist bislang nicht passiert; ich kann aber auch den Reifen des Motor-Laufrads mit höherem Druck fahren.

Der größte Unterschied ist beim Tragen am Oberrohr auf Grund der anderen Gewichtsverteilung, die 180-Grad-Schnellwende im Stand geht nicht mehr und wenn ich es aufs Autodach hebe trainiere ich jetzt zum Ausgleich auch noch die Armmuskulatur. ;)
Ebenso ist das Hochstellen für Radwechsel etc. sehr erschwert, bzw. muss man sich eine Hanglage suchen, damit das Rad überhaupt steht.
Ein schneller Aus- und Einbau des Vorderrades wie zuvor mittels Schnellspanner ist natürlich auch vorbei.

Zwei zusätzliche Steuermöglichkeiten – Drehgriff und der Pedalstillstand was den Motor abschaltet - wollen eingeübt werden. Zumal ich den Schaltgriff von Daumen- auf Drehschalter umbauen musste.
Ich finde die Cruise-Funktion ideal. Bei Last wird mehr Strom/Leistung geliefert und die Geschwindigkeit sinkt wenig und wenn die Last zurückgeht, weil z.B. die die Steigung geringer wird oder aus Gegen- Seitenwind wird, steigt die Geschwindigkeit und Strom und Leistung fallen. Das aber alles in erster Linie auf Grund der Physik bei Elektromotoren (Gegen-EMK) und nicht auf Grund eines intelligenten Controllers.

Im Stadtverkehr ist das Fahren so diskontinuierlich, dass ich eigentlich nicht mit einer Dauereinstellung des Controllers fahre, sondern den Daumendrehgriff nur phasenweise einsetze. Ansonsten wähle ich entsprechend der Last des nächsten Streckenabschnitts mit der Cruise-Funktion den Unterstützungsgrad – nicht wenn’s bergab geht und in der Ebene nur bei Gegenwind.

[labella-baron]

6. Fahr-Werte und weitere Daten

Das Gesamtgewicht hat sich durch den Umbau (incl. andere Gabel, Steuersatz etc.) von 22,25 um 7,15 auf 29,40kg erhöht.

Für einen kleinen Anstieg in der Nähe mit 22 Höhenmetern benötigte ich mit Vollstrom 1:03 statt 2:34 jeweils mit Durchschnittspuls von 140.

Meine 40km Hausstrecke, ca. 330 Summen-Höhenmeter, Durchschnittspuls 130, Schnitt vor dem Umbau 22,7km/h nach dem Umbau 29,2km/h bei einem Verbrauch von 3,4Wh/km. Dieselbe Strecke bei vergleichbarem Wind bei 4,2Wh/km 31,6km/h.
Das reicht Dicke !

Mit der Höchstgeschwindigkeit liege ich beim doppelten der Toleranz ;)
Aber was kann ich dazu, dass mein Gefährt weniger Windwiderstand hat.

Fazit:
Ich habe mir den Umbau leichter vorgestellt und jede Menge Lehrgeld bezahlt: Motor hat andere Maße, erster Motor fehlerhaft, Labor-Netzgerät geschlachtet, WattsUp zerschossen, defekter Sicherungshalter, Ladegeräte-Fehler verwirrt WattsUp.
Habe aber auch soviel Neues während dieser Zeit gelernt, wie in kaum einem anderen vergleichbaren Zeitraum. In erster Linie und vor allem durch dieses Forum. Ein Dank an alle Foren-Mitglieder und insbesondere an die Moderatoren.

PS: Pläne für das nächste Rad geistern schon durch meinen Kopf.

[labella-baron]

Nachdem ich den Akku extern geladen und wieder eingebaut habe lief der Motor nicht mehr an. Ein kurzer Stomimpuls, ein kaum merkliches Rucken und nichts sonst.
Nach einigem herumgemesse habe ich festgestellt, dass der +Anschlussdraht vom Hall-Sensorkabel an der Controller-Platine abgebrochen ist.
Die Kabel sind einfach zu lose, ohne Zugentlastung und Abdichtung aus dem Controler herausgeführt.
Nach mühsamen wiederanlöten habe ich jetzt alle vier Kabel mit Kabelbinder verbunden, in die offenen Lücken Gummistücke hineingeschnitzt und versucht das ganze mit Heißkleber abzudichten.
Hoffentlich bringt das dauerhaft was.

4.2.2010:
Bisher schon.
Aber heute war ein interessanter neuer Effekt:
Ich setze mich aufs Rad und pedaliere los. Und obwohl ich den Stromdrehgriff gar nicht betätigt habe, gibt der Motor Voll-Stoff. Vor lauter Überraschung höre ich auf zu pedalieren und der Motor schaltet wie gewohnt ab. Als ich weiterpedaliere bekomme ich wieder volle Beschleunigung. In der Folge war dann dieser Effekt mal da, mal nicht da.

Nach einem ersten Check lautet die Diagnose: Salzspritzwasser von der Straße ist in die Steckverbindung des Drehgriffs gelangt und hat je nach Übergangswiderstand meist eine hochohmige Verbindung hergestellt.
Habe jetzt die Steckkontakte getrocknet und ewas geschützter plaziert.

[labella-baron]

Die Akku-Zellen wurden nach ca. 85 Voll-Zyklen auf Kapazität und Innenwiderstand geprüft und es gibt keine signifikanten Veränderungen. Auch die Spannungslage der einzelnen Zellen konnte mittels geringfügigen Nachladens angeglichen werden.
Die vorherige Höchstgeschwindigkeit wurde nicht ganz erreicht (ca. 1,5km/h weniger), was an niedrigerer Lufttemperatur und anderer Front-Verkleidung (Zzipper) liegen kann.

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23.5.2010

Der Motor lief plötzlich beim Stromgeben fürchterlich rauh, so dass ich damit sofort wieder aufhörte. Nach ein paar Versuchen ging es plötzlich wieder normal - dann wieder nicht. Am darauffolgenden Tag war der Effekt praktisch dauerhaft da.

Interessanter Weise war bei der Dynamo-Funktion des Motor/Generators keinerlei Einschränkung - da reicht offenbar ein einphasiger Betrieb.

Als erstes klingelte ich die Motorphasen durch und wurde sofort fündig. Es bestand nur noch zwischen zwei Kontakten eine niederohmige Verbindung. Durch bewegen des Kabels war schnell klar, dass der Bruch in der Nähe des Motorsteckers war.

Nach dem ich die Isolierung abgemacht hatte, sah ich dann die Bescherung.
Es ist unglaublich, wie steif die Drähte sind und aus welch groben Einzeldrähten der Litzendraht ist.

Da der Controller bei mir (wie normalerweise) am Rahmen ist, wird das Kabel bei jeder Lenkbewegung ebenfalls etwas bewegt. Was bereits nach 2100km zu diesem Schaden führte.

Die Reparatur mit hochflexiblen 2,5 qmm-Litzen-Drähten war relativ aufwändig, da sich die Motorkabel auch noch sehr schlecht löten ließen.

Um sicher zu gehen, dass die drei Phasendrähte hinterher keinen Schluß hatten, habe ich mittels Konstantstromquelle deren Widerstand geprüft.

Es ist unglaublich, wie schlecht diese Verkabelung gemacht ist !

Wer einen Nabenmotor im Vorderrad verbaut hat, sollte darauf achten, dass das Motorkabel die Drehbewegung auf einem möglichst langen Kabelabschnitt aufnimmt.

[labella-baron]

30.6.2010:
Die eigentliche Ursache verstehe ich noch nicht. Habe unterwegs dann die Ersatzsicherung, welche ich am Gehäuse angeklebt hatte gesteckt und konnte den Motor erstmal weiter betreiben. Aber ich werde wohl ein andere Art von Sicherungshalter benötigen.
Siehe auch hier (http://www.pedelecforum.de/forum/showpost.php?p=78246&postcount=15).

[labella-baron]

Nach mühsamen wiederanlöten habe ich jetzt alle vier Kabel mit Kabelbinder verbunden, in die offenen Lücken Gummistücke hineingeschnitzt und versucht das ganze mit Heißkleber abzudichten.
13.12.2011 - Nach längerem Nichteinsatz (auch wegen anderem Fahrzeug)

Ebenfalls durch die Lenkbewegungen zusammen mit durch Heißkleber abgedichteten Kabeln ist das Hall-Sensor-Kabel am Controller abgebrochen.
Nach mühevoller Erneuerung zusammen mit einem neuen Mini XLR5-Stecker (alter salzwasser-geschädigt) und neuen hochflexiblen Messleitungen für die Phasen-Kabel, alles so verlegt, dass möglichst keine Knickbewegungen, sondern nur Drehbewegungen in den Kabellängsachsen entstehen, hoffe ich, dass das jetzt ein paar Jahre hält.