Ein guter Pedelecantrieb fängt beim Tretlager an

[bbike]

Hallo
Ich baue schon seit gefühlt ewig an Pedelecantrieben und stelle fest das nicht unbedingt die Leistung sondern mehr das Fahrgefühl entscheidend ist ob man mehr oder weniger Freude beim Fahren hat . Bei fertigen Pedelecs mit Tretlagermotore mit Bosch und Co hat sich die Drehmomenterkennung durchgesetzt . Bei Nabenmotore wird meist eine reine PAS-Steuerung verbaut . Wenn man schon länger auch im Pedelecforum als Selbstbauer oder Nachrüster unterwegs ist stellt man fest das zB der Bafang immer mehr vom TSDZ2 abgelöst wird . Es gibt natürlich Gründe warum es beim Nabenmotor immer wieder bei der PAS-Steuerung bleibt aber ein Nabenmotor kombiniert mit Drehmomentsteuerung macht richtig viel Spaß . Leider ist so ein Drehmomentlager oft teuer und benötigt oft einen dazugehörigen Controller was das ganze nicht günstiger macht . Ich will hier kein für und wieder für Drehmomentsteuerung eröffnen sondern ein Tretlager für ein Trike , Quad oder Velocar durch zuhilfenahme alter Mittelmotore aufbauen .
Das Funktionsprinzip erfolgt nicht über eine verbiegbare Tretlagerwelle oder ähnliches sondern eine interne Übersetzung eines Planetengetriebe die die Gegenkraft misst . Um ein Planetengetriebe mal ausfürlich erklärt zu bekommen habe ich das hier gefunden und ist besser wie wenn ich das versuche zu erklären . Vorallem die kleinen Videos sind schön anschaulich . Und zum vormerken , das Kettenblatt ist das Hohlrad und die Tretlagerwelle der Planetenträger und das Sonnenrad wird festgehalten , also fast festgehalten .

Wie funktioniert ein Planetengetriebe? - tec-science

Ein Planetengetriebe ist ein Umlaufgetriebe, bei dem sich mehrere Zahnräder (Planetenräder) auf einem zentralen Zahnrad (Sonnenrad) abwälzen.

www.tec-science.com

Wie schon geschrieben werde ich die Getriebebauteile aus alten Mittelmotore ( Yamaha PAS ) verbauen , wie auch die grundsätzliche Idee übernehmen .
Mein Ersatzteillager ist dafür reichlich gefüllt .

Das Gehäuse wird aus Aluprofile und Rundstücke gebaut

Die Sensorik baue ich aus einen Gasgriff und PAS-Sensor .

Die erste Überlegung war wie ich mein Tretlager später am Rahmen befestigen könnte . Ich habe bei allen Trikes und beim Velocar 40x40er Rechteckrohr genutzt . Meine Idee ist dazu ein U-Profil als Schlitten zu verwenden mit 50x50x5

Dieses passt dann gut auf das Qudratrohr und kann verschoben werden .

Wie man das dann befestigt ob mit schrauben von oben , seitlich oder auch durch Klemmspanner lasse ich mal offen .
Mein Tretlager wird also auf den Schuh aufgebaut sodass die Tretlagerwelle höher liegt als das Rahmenrohr . Das muß man später meim Rahmenbau berücksichtigen .
Was soll mein Tretlager alles können und wofür ist das nützlich ?
-Kurbelfreilauf : Hier besteht zb. die Möglichkeit auch bei Verwendung eines Hinterrades mit Rücktrittbremse die Pedale richtig zu stellen .
Dies ist beim Trike oft wichtiger wie beim Fahrrad . Rücktrittbremse ist aber so nicht mehr möglich .
Auch die Verwendung eines im Kettenstrang verbauten Motors wär so möglich oder ein klassischer Kettenantriebsmotor .
Aber es besteht auch die Möglichkeit den Kurbelfreilauf zu sperren wenn man zb was mir unwarscheinlich erscheint eine
Rücktrittbremse verbaut .

-Drehzahlerhöhung
am Kettenblatt: Ob das jetzt sinnvoll ist lasse ich dahingestellt aber das Kettenblatt kann kleiner ausfallen vorallem bei kleinen Laufrädern
kann das ein Vortel sein .

-Drehmomenterkennung : für mich der wichtigste Vorteil .

-PAS Erkennung : Wichtig da eine Drehmomenterkennung sich ohne PAS-Erkennung nicht gut fährt . Beide Werte werden zur optimale Steuerung gebraucht .

-Rep.freundlich : Ich kann jede einzelne Koponente austauschen . Ein teures Drehmomentlager wenn mal kaputt ist muß man es komplett tauschen weil es fast
nicht instandgesetzt werden kann . Evtl mal ein Kabelbruch oder Kugellager aber wenn die Elektronik einen Fehler hat ist das nicht einfach .

Gestern habe ich das Gehäuse aufgebaut , ok schön ist anders aber dafür reine Handarbeit . Wenn man da eine Möglichkeit hat dies aus einem Klotz zu fräsen wär das ein Traum .

Auch mein Deckel ist fertig und das Ding passt gut auf ein 40x40er Rohr .

Im nächsten Schritt werde ich am Innenleben arbeiten .

Grüße

 

[labella-baron]

Das Funktionsprinzip erfolgt nicht über eine verbiegbare Tretlagerwelle oder ähnliches sondern eine interne Übersetzung eines Planetengetriebe die die Gegenkraft misst

Also beispielsweise die Kraft des Planetenträgers auf seine Befestigung, wenn das Sonnenrad auf der Tretlagerwelle ist und der Abtrieb über das Hohlrad erfolgt. Wie du hierbei allerdings ein elektrisches Signal der Kraft gewinnst ist mir nicht klar.

In diesem Zusammenhang sehe ich noch ein weiteres Problem im mechanischen Verlust bei diesen kleinen Planetengetrieben.
Wieviel Watt schätzt du denn, kommen aus schwachen eigenen 100W heraus? Die elektrischen Verluste sind ja dann nochmals ein Vielfaches davon.
Im Pedelec-Forum wurden die mechanischen Verluste auch bereits verschiedentlich diskutiert, z.B. hier.

 

[bbike]

In diesem Zusammenhang sehe ich noch ein weiteres Problem im mechanischen Verlust bei diesen kleinen Planetengetrieben.
Wieviel Watt schätzt du denn, kommen aus schwachen eigenen 100W heraus?

Gut da habe ich keine Berechnungen gemacht aber das ist zB bei jeden Mittelmotor so . Je mehr Zahnräder da bei abgestellten Motor noch laufen desto mehr Schleppmomend bleibt übrig . Ich vernachlässige das weil der Pedelecantrieb das ausgleicht . Ein abgeschalteter Bafang geht sicher zäher drehen und ein Bofeili leichter . Das sind eigene Erfahrungswerte .

Also beispielsweise die Kraft des Planetenträgers auf seine Befestigung, wenn das Sonnenrad auf der Tretlagerwelle ist und der Abtrieb über das Hohlrad erfolgt. Wie du hierbei allerdings ein elektrisches Signal der Kraft gewinnst ist mir nicht klar.

Ich versuche es anhand von ein paar Bildern zu erklären aber vorweg

das Kettenblatt ist das Hohlrad und die Tretlagerwelle der Planetenträger und das Sonnenrad wird festgehalten , also fast festgehalten .

Hier die benötigten Teile aus dem Motor
Das Hohlrad mit Kettenblatt

Das Kettenblatt ist über ein Linksgewinde verschraubt .

Weil das Tellerrad und Hohlrad eine Einheit ist aber das Tellerrad nicht benötigt wird und ich den Durchmesser und das Gewicht verkleinern wollte habe ich dieses mühselig weggeschliffen .

Hier habe ich einmal vom Ersatzteillager die benötigten Teile beschriftet .

Auf die Tretlagerwelle wird zuerst der Planetenträger aufgeschoben und danach das Sonnenrad .
Der Planetenträger ist mit der Tretlagerachse über einen Freilauf verbunden . bzw beide Teile sind der Freilauf .
Diesen kann man auch miteinander verschweißen wenn er nicht gewollt wär . Das Sonnenrad ist nur auf die Welle lose aufgesteckt und wird später gegen verdrehen festgehalten .

Hält man das nicht fest hätte man keinen Vortrieb .
Also zuerst steckt man das Hohlrad in das Gehäuse und danach die Achse mit den Zahnrädern .

Wenn man jetzt die Achse dreht und das Hohlrad , bzw das Kettenblatt festhält oder belastet dreht sich das Sonnenrad bis der daran befestigte Hebel oben am Gehäuse anschlägt und dann dreht sich das Kettenblatt und lässt sich nicht mehr festhalten .
Um jetzt das Drehmoment zu messen muß man dafür sorgen das dieser Hebel zwar gehalten wird aber sich trotzdem etwas bewegt und wieder in die Ausgangsstelle zurück fährt wenn die Last nachlässt .
Das ganze wird hier über eine Feder realisiert die von oben in das Gehäuse eingeschraubt wird .

Diese Feder ist sehr stark und lässt nur noch ca 1cm Weg am Hebel zu . Aber es wär möglich hier über Unterlagen an der Feder oder auch am Deckel die Federkraft zu verstellen . Also härter oder weicher .
Ich habe versucht anhand von einem Bild die Bewegung zu zeigen .

Die gelben Pfeile zeigen die Tretlagerbewegung und die des Kettenblatts . Der orange Pfeil zeigt die Bewegung unter Last . Blau soll zwei Magneten darstellen die dann so gedreht sind das einer Nordpol und einer Südpol ist . Der Hallsensor aus einem Gasgriff liefert dann ein Signal von 1 bis 4 Volt je nach last .
Um den Sensor einstellbar und zugänglich zu machen wird dieser später außen auf das Gehäuse mit einer Platte oder so verschraubt . Hierfür habe ich schon ein Fenster in den Gehäusedeckel geschnitten .

Gestern habe ich aber erst mal angefangen das Gehäuse optisch nachzubessern und die 6mm Schrauben gegen flachere zu tauschen .

Grüße

 

[labella-baron]

Erstmal danke für die ausführliche Erklärung mit den Bildern.

Je mehr Zahnräder da bei abgestellten Motor noch laufen desto mehr Schleppmomend bleibt übrig

Der Fall dürfte ja nicht interessieren, weil ja als Tretgenerator ständig unter Last und falls mit Reku ebenso.

Das Hohlrad mit Kettenblatt

Das Sonnenrad mit Tellerrad und Kettenblatt?

Weil das Tellerrad und Hohlrad eine Einheit ist aber das Tellerrad nicht benötigt wird habe ich dieses mühselig weggeschliffen .

Wenn der vorhandene Freilauf richtig herum wäre, könnte doch das Laufrad bergab und beim ausrollen über die Kette den Generator antreiben.

Aber wahrscheinlich habe ich wieder einen meiner Freilauf-Denkfehler

 

[bbike]

Der Fall dürfte ja nicht interessieren, weil ja als Tretgenerator ständig unter Last und falls mit Reku ebenso.

Da ist jetzt was falsch ! Das wird ein Drehmomentlager mit ganz normalen Kettenantrieb für einen Nabenmotor oder auch ein Motor der im Kettenantrieb eingebunden ist . Für den Tretgenerator habe ich eine andere Idee und da gibt es überhaupt keine Kette .

Das Sonnenrad mit Tellerrad und Kettenblatt?

Nein das Hohlrad . Das Sonnenrad ist in der Mitte und wird über die Feder festgehalten .

Wenn der vorhandene Freilauf richtig herum wäre, könnte doch das Laufrad bergab und beim ausrollen über die Kette den Generator antreiben.

Aber wahrscheinlich habe ich wieder einen meiner Freilauf-Denkfehler

Beim Tretgenerator würde ich den Generator über das Tellerrad direkt antreiben und ja der Freilauf würde da funktionieren .
Der Generator braucht dann weder eine eigene Übersetzung und auch keinen Freilauf . Ein Gehäuse gibts dafür schon

Aber hier gehts um ein reines Drehmomenttretlager mit nützlichen Zusatzfunktionen .

 

[HeinzH.]

Ein guter Pedelecantrieb fängt beim Tretlager an

So ist es! Am besten mit einem Dreifachkettenblatt*.
Gut ist ein Pedelecantrieb aus meiner Sicht, wenn er neben der reichlich vorhanden ePower vor allem die deutlich geringere human Power mit möglichst hohem Wirkungsgrad aufs Antriebsrad bringt.
Wenn von der an der Kurbel eingebrachten human power , der Muskelkraft also, nur ein geringer Teil am Antriebsrad ankommt ist das für den Fahrer/die Fahrerin nicht sehr motivierend und er/sie wird sich selbst weniger einbringen als es möglich wäre. Es ist m.E. der eigentliche Sinn von DMS-angesteuerten Pedelec eAntriebssystemen ein "natürliches Tretgefühl" (nur) zu simulieren.

Um die Muskelkraft wirklich verlustarm von der Kurbel auf das Antriebsrad zu bekommen, müssen mechanische Widerstände so weit wie möglich vermieden werden.
Dazu...
-ist eine fein abgestufte Schaltung mit gleichzeitig großer Spreizung
-sind fein abgestufte eFahrstufen mit sechs, besser neun Stufen...
sinnvoll.
Eine solche Schaltungsabstufung** ermöglicht für jede der eFahrstufen zwei bis drei Schaltungsgänge. Die Fahrerin/der Fahrer kann also sowohl die Tretfrequenz als auch den "Druck" auf die Pedale frei variieren. Dies ermöglicht nicht nur einen hohen Wirkungsgrad der eingebrachten Muskelkraft sondern es kann auch ein "ins Leere treten" vermieden werden.
Die Spreizung der Schaltung sollte es einerseits in den schnellen Gängen ermöglichen, den eAntrieb zu "überholen" also jenseits der eAbregelungsgrenze von 25km/h zu fahren und andererseits mit dem kleinsten Kettenblatt jede Steigung auch ohne eAntrieb bewältigen zu können.
Um Überhitzungen von Nabenmotoren am Berg auszuschließen ist zu empfehlen, zwei oder drei der Schaltungsgänge für die eMindestgeschwindigkeit von beispielsweise 12km/h bei gleichzeitigen Wohlfühl-Trittfreqenzen zu oprimieren.

Ich selbst habe zwei der Trikes meiner Partnerin sowie mein eigenes Trike entsprechend ausgelegt und ja, zunächst muß man/frau nachdenken und lernen, was man wie in den jeweiligen Fahrzuständen schaltet. Nach ungefähr zwei Wochen aber schalteten wir je nach Lust und Laune so intuitiv wie virtuos.

Wirklich den Kopf einschalten muß man/frau an den vielbeschworenen langen Rampen. Hier schiebt einen ein Nabenmotor nicht Treppenlift-mäßig nach oben. Wenn es nicht gelingt, die Geschwindigkeit deutlich über der eMindestgeschwindkeit zu halten muß man, so paradox es klingt, mit eFahrstufen nach unten schalten und die Differenz mit Muskelkraft ausgleichen***.

Soweit meine Überlegungen, soweit meine Praxis...
Gruß aus Münster,
HeinzH.


*Sorry, aber Deine Überschrift wirkte auf mich zu provozierend um nicht auch meine Sichtweise darlegen zu müssen

**Als Beispiel mein Trike mit 20"-Laufräder:
10-Gang Kettenschaltung.
Kettenblattabstufung: 30-46-57
10-fach Kassette: 11Z- 32Z
eFahrstufen: 6

***Ich selbst kam einmal in eine Situation als ich mich in einem steilen (Wald-)Hohlweg verschaltete und zum stehen kam. Ich stieg ab und legte die Kette mit der Hand aufs 30er-Kettenblatt auf, Dann schaltete ich den eAntrieb ab. Mit 30Zx32Z fuhr ich rein muskulär mühselig an und schaltete den eAntrieb erst zu als die Mindestgeschwindigkeit deutlich überschritten war.

 

[bbike]

Hallo
@HeinzH. ich habe mir mal ganz in ruhe gelesen was du geschrieben hast . Sicherlich hast du recht wenn du schreibst das der Tretwiederstand bei abgeschalteten Motor niedrig liegen sollte . Sicherlich wird der Tretwiederstand durch ein Getriebe nicht geringer aber man spürt diesen in der Praxis nicht mehr wie zb. bei einer Nabenschaltung . Klar eine reine Kettenschaltung hat hier einen klaren Vorteil .

Es ist m.E. der eigentliche Sinn von DMS-angesteuerten Pedelec eAntriebssystemen ein "natürliches Tretgefühl" (nur) zu simulieren.

Diese Aussage lese ich immer wieder von gegner der DMS im Pedelecforum und die ist schlicht weg falsch . Es wird hier nichts simuliert sondern durch diese Steuerung wird genau das gemacht was deine Beine beim treten vorgeben . Bei meiner Steuerung wird zb. alles mechanisch erfasst und als analoges elektrisches Signal ohne zusätzliche Elektronik an den Controller geleitet . Das ist wie wenn du einen Gasgriff betätigen würdest , nur das du das selbst über deine Beine steuerst . Es wird hier nichts simuliert sondern genau das gemacht was nötig ist um vorwärds zu kommen . Wie viel Zusatzleistung du grundsätzlich willst kannst du vorweg einstellen in Stufen aber wärend der Fahrt ist das umstellen nicht mehr nötig .

Dazu...
-ist eine fein abgestufte Schaltung mit gleichzeitig großer Spreizung
-sind fein abgestufte eFahrstufen mit sechs, besser neun Stufen...
sinnvoll.
Eine solche Schaltungsabstufung** ermöglicht für jede der eFahrstufen zwei bis drei Schaltungsgänge. Die Fahrerin/der Fahrer kann also sowohl die Tretfrequenz als auch den "Druck" auf die Pedale frei variieren. Dies ermöglicht nicht nur einen hohen Wirkungsgrad der eingebrachten Muskelkraft sondern es kann auch ein "ins Leere treten" vermieden werden.

**Als Beispiel mein Trike mit 20"-Laufräder:
10-Gang Kettenschaltung.
Kettenblattabstufung: 30-46-57
10-fach Kassette: 11Z- 32Z
eFahrstufen: 6

Ui ich gehe mal von 30 Km/h aus , wenn du da wie du beschreibst immer den optimale Drehzahl an der Kurbel haben willst bist du nur am schalten , das heist von 0 auf 30 Km/h 30 mal schalten und 6 Fahrstufen hochschalten . Ok das war jetzt übertrieben weil ja eine menge Schaltüberschneidungen dabei sind . So viele Gänge sind nach meiner Meinung beim 40 Tonner LKW nötig und nicht beim Fahrrad mit Hilfsantrieb . Selbst beim LKW nutzt man die nicht alle und fährt beim 16 Gang im 4ten an .
Ich habe zb. in meinen momentanen Trikeaufbau 26Zoll Hinterrad und 2 Motore 20Zoll vorn .
9 Gang Kettenschaltung
Absufung 11Z-46Z
Kettenblatt 24 entspricht aber durch das Tretlager ein 36er
e Fahrstufe 6 aber wird immer auf 2 bis 3 gefahren .
Also mir reicht das vollkommen aus . Ich habe aber auch Trikes mit mehr Gänge aber auch welche mit weniger .

Um Überhitzungen von Nabenmotoren am Berg auszuschließen ist zu empfehlen, zwei oder drei der Schaltungsgänge für die eMindestgeschwindigkeit von beispielsweise 12km/h bei gleichzeitigen Wohlfühl-Trittfreqenzen zu oprimieren.

Wirklich den Kopf einschalten muß man/frau an den vielbeschworenen langen Rampen. Hier schiebt einen ein Nabenmotor nicht Treppenlift-mäßig nach oben. Wenn es nicht gelingt, die Geschwindigkeit deutlich über der eMindestgeschwindkeit zu halten muß man, so paradox es klingt, mit eFahrstufen nach unten schalten und die Differenz mit Muskelkraft ausgleichen***.

**Ich selbst kam einmal in eine Situation als ich mich in einem steilen (Wald-)Hohlweg verschaltete und zum stehen kam. Ich stieg ab und legte die Kette mit der Hand aufs 30er-Kettenblatt auf, Dann schaltete ich den eAntrieb ab. Mit 30Zx32Z fuhr ich rein muskulär mühselig an und schaltete den eAntrieb erst zu als die Mindestgeschwindigkeit deutlich überschritten war.

Wenn ich das hier lese frage ich mir was du für einen Motor bzw System verbaut hast . Irgendwie scheint dieser falsch ausgelegt zu sein . Ich hatte noch nie einen Motor der überdurchschnittlich sich erwärmt hat . Ok beim Fahrrad fahre ich wenns für richtig hartes Gelände sein soll Mittelmotor .
Meine Nabenmotore sind meist kleine Getriebemotore die bei 48 V bei knapp unter 30 ausdrehen ( in 20 Zoll )
Das heist ich müsste sie nicht mal großartig abregeln da sie ab 25 Km/h die leistung zurücknehmen . Gut erkennbar am Display mit Wattanzeige .
Ich regel die trotzdem bei 1 km/h unter der Enddrehzal ab damit sie nicht unnötig Energie verbrauchen und leer drehen .

Auch meine DMS hat natürlich auch Nachteile . Sie erfordert einen runderen Tritt und beim Anfahren sollte man nicht zu stark ins Pedal steigen weil hier der E-Motor evtl voll angesteuert wird und auf losen Untergrund auch mal durchdreht . Das Durchdrehen wär ja egal aber die mechanische Belastung der Bauteile veringert schnell die Lebensdauer . Genauso ist es besser bei vielen Steigungen oder Geländefahrten einen Tretlagermotor dem Nabenmotor vorzuziehen .

Grüße


PS @HeinzH. der Tipp mit dem Drehgriff für die Festellbremse ist übrigens super und funktioniert perfekt .