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- Welcher Motor wird in diesem Fahrzeug verwendet?
Nach einem Anlasserversuch befindet sich nun ein Reihenschlußmotor der Firma Steinbock unter der Motorhaube. Er hat eine Nennleistung von 3 kW bei einer Nennspannung von 23V. Da dieser Motor
früher als Antrieb eines Gabelstaplers benutzt worden war, ist er ideal für unsere Zwecke. Da er eine eigene Ventilationskühlung besitzt, kann er gut überlastet werden. Er ist ziemlich verlustarm
(im Vergleich zu dem davor verwendetem Auto-Anlasser) und auch für Dauerbetrieb geeignet. Wir verwenden diesen Motor auf 2 Spannungen: Entweder 12V (lange Fahrzeit) oder 24V (hohe Geschwindigkeit).
Entsprechend so groß sind auch die Ströme, die dieser Motor zieht. Alleine im Leerlauf zieht er bei 12V schon 25-30 A, bei 24V "nur" 30-35A, bei Nennbelastung ca. 165A. Beim Anfahren sind
Ströme von 250Aeff keine Seltenheit. Die Impulsströme sind u.a. größer als 1500A(!!).
- Wie erfolgt die Drehzahlsteuerung?
Die Drehzahlsteuerung (Leistungssteuerung) erfolgt durch PulsWeitenModulation. Dieses Verfahren schaltet den Motor im Prinzip nur an und aus, wobei bei der festen Frequenz von ca. 1 kHz die
Pulsbreite verändert wird. Das eigentliche, sichere Schalten des Motorstromes erledigt (nach mehreren ionisierten Power-MOS-FET's) neuerdings eine neue Generation der Power-MOS-Technologie, und zwar eine
ganze Reihe TOP-FET-Transistoren (PHILIPS), die "serienmäßig" einen thermischen Übertemperatur-, Überlast- und Kurzschlußschutz besitzen. Die PWM-Steuerung kann sowohl per Bordcomputer als auch
mit einem Fusspedal (Poti) angesteuert werden.
- Wie wird der Motor betrieben (Links-Rechtslauf)?
Der Motor wird nur im Linkslauf betrieben, da eine Umschaltung nicht nötig, und überhaupt zu teuer wäre.
- Wie erfolgt die mechanische Kraftübertragung?
Die Mechanische Kraftübertragung erfolgt ohne Kupplung oder Gangschaltung direkt per Kettengetriebe (ü=1,8 zu 1) auf die Hinterachse. Da es keine Möglichkeit gab, ein Differentialgetriebe
o.ä.. einzubauen, wird nur der linke auf der kugelgelagerten Hinterachse liegende Reifen angetrieben. Das daraufhin folgende Problem mit der Verzerrung des Fahrwerks wurde mit Stahlseilen weitgehendst
beseitigt. (versucht hammas zumindest ;)
- Was für eine Bremse hat dieses Gefährt?
Jeder der das Fahrzeug schon einmal gesehen hat, meint, daß dieses Gefährt eine Wirbelstrombremse, eine Generatorbremse, eine Motorbremse oder wenigstens eine Scheibenbremse besitzt. Doch
das ist alles Falsch. Durch Platz- und Gewichtsproblemen konnte nur eine "Preßspanbremse (!!!)" installiert werden. Durch Reibung auf das große Lüfterrad des Motors mittels eines guten Stücks
Holz wird die Fahrt abgebremst (Ist zwar nicht das Eleganteste, aber funktioniert).
- Geschwindigkeitsmessung und Anzeige?
Diese "Ehrenvolle" Aufgabe übernimmt unser "Bordrechner", ein ZX80 Spectrum des Jahrganges 1983. Per (selbstgebauten) Eingabesteckkarten wird das Signal, das von einem an
der Hinterachse positioniertem Geber erzeugt wird, auf Anfrage des Rechners auf den Prozessorbus des Spectrums gelegt. Dieser zählt (primitiverweise) die Impulse pro Sekunde, und errechnet anhand des
Reifenumfangs dann die momentane Geschwindigkeit. Bei einer realen Geschwindigkeit von 44 km/h ist allerdings das Basic-Programm zu langsam. Dieses Problem wird bei der nächsten Version behoben sein.
- Strommessung?
Den Effektivstrom kann an dem am Rahmen des GoKarts installierten Strommessers abgelesen werden (Wenn man so schnell rennen kann...). Als Messshunt wird eine 80cm lange 25mm² -
Batterieleitung verwendet. Dies birgt zwar einige temperaturbedingte Meßfehler, die aber im Grunde vernachlässigbar sind, da das Meßgerät selber ein relativ ungenaues Betriebsmessgerät ist. Die realen
Ströme habe ich mit einem Speicheroszilloskop aufgenommen. Die Impulsspitzenströme konnten mit diesem Verfahren ebenfalls bestimmt werden.
- Stromversorgung?
Das GoKart besitzt zwei Stromversorgungsmodis. Einmal 12V für die Steuerung, und einmal 12V oder 24V für die Lastseite. Die steuerungsseitige Stromversorgung wurde mit einer kleinen 14Ah -
Motorradbatterie realisiert. Sie dient dazu, der Steuerung (dazu gehört der Rechner, der Monitor und alle selbstentwickelten Steckkartensysteme sowie die Hupe und das Licht) eine vom Lastteil unabhängige
und somit relativ stabile Spannung zu liefern, da Spannungsspitzen (oder das "Gegenteil" davon) nicht gerade ungefährlich für den sicheren Betrieb sind. Die Lastteilseitige Spannungsversorgung
wird im 12V-Modus durch eine große (und somit auch schwere) LKW-Batterie mit 12V, 180Ah und einem max. Entladestrom von 600A realisiert. Im 24V-Modus wird diese durch zwei gleiche (?) Autobatterien
ersetzt. Sie sollten jedoch beide einen Mindeststrom von 200A liefern.
- Fahrzeit, Ladezeit, Art der Ladestation?
Die Fahrzeit beträgt im 12V-Modus mit vollen Batterien ca. 2Std. bei einer maximalen Geschwindigkeit von immerhin 40km/h. Diese Zeit ist jedoch stark vom Fahrstil des Fahrers abhängig. D.h.
Bei voller Fahrt auf einer geraden Strecke sind durchaus mehr als zwei Stunden möglich. Danach müssen aber beide Batterien wieder aufgeladen werden. Die Ladezeit der LKW-Batterie beträgt (entleert) im
Durchschnitt ca. 20-30Std. bei einem Ladestrom von 5A. Die 14Ah-Batterie ist schon nach 10Std. voll. Die Fahrzeit bei 24V ist viel geringer, da die Gesamtkapazität gerade mal ein Viertel der
LKW-Batteriekapazität beträgt. Zudem ist der Laststrom auch viel größer als bei 12V. Gerade einmal 15-20min. sind bei voller Leistung möglich. Dafür erreicht man eine Geschwindigkeit von mehr als 60kmh.
Die zwei leeren Pkw-Batterien benötigen dafür beim Laden nicht mehr als 10Std. bei 4A. (Nachtrag: Die KFZ-Batterien waren zudem auch nicht mehr die neuesten)
- Einsatz von moderner Elektronik?
Der im GoKart installierte Rechner überwacht die Hauptfunktionen und steuert bestimmte Sondersysteme wie Licht und Hupe. Weiterhin hat er volle Kontrolle über die PWM-Funktion,
die Anzeige und die Sicherheitssysteme wie den Hauptschalter oder Resetfunktionen. Der Rechner selber ist ein alter aber dennoch funktionstüchtiger ZX80 Spectrum, ein
Kasettencomputer, dessen Speicher ein zweckentfremdeter Sprachspeicherchip (ISD) ist. Über mehrere selbstentwickelte Steckkarten auf TTL und CMOS-Basis kann der Rechner Befehle an andere Karten
losschicken sowie Informationen wieder einlesen. Somit hat er volle Kontrolle über die PWM und andere (auch analoge) Systeme. Ein echter PC bzw. ein Laptop wäre zwar ideal, aber um einiges zu teuer.
- Ist eine SPS sinnvoll einsetzbar?
Im Prinzip, selbst wenn sich das Spannungsproblem lösen ließe, wäre eine SPS Fehl am Platze, da so ein "Computer" für so ein "benutzerfreundliches" System unbrauchbar
wäre. Zudem glaube ich nicht, daß eine SPS diese Menge an Daten so flexibel wie ein PC oder ein BASIC-System verarbeiten kann.
- Inwieweit ist Leistungselektronik erforderlich?
Im Großen und Ganzen ist nur eine Steuerung erforderlich, und zwar für den Motor. Doch diese Steuerung ist das A und O am ganzen Fahrzeug. Sie muß den Motor regeln, und auch jederzeit wieder
abschalten können. Zudem muß sie auch für den Strom, den der Motor "frisst", ausgelegt sein (und das sind immerhin 1450APuls). Diese Elektronik braucht wiederum eine Ansteuerung, die in unserem
Falle das Fusspedal-Poti und der Spectrum mit seinen Interface- und Wandlerkarten sind. Evtl. ist eine zweite Leistungselektronik erforderlich, z.B.. zur Bremsstromeinspeisung in die Batterie, oder als
Steuerung für ein Lenkservo.
- Wo kann's gefährlich werden ?
Die größte Gefahrenquelle bei diesem GoKart ist, wenn man im 24V-Modus zu schnell fährt (Kurvenverhalten!!), denn das Lenkverhalten ist nicht gerade das Ideale für 60kmh. Zudem hat das
Gefährt eine zu langsam wirkende Bremse (+Preßspangeräusche!), und die Motor-Ansteuerungselektronik braucht zwei Sekunden, bis sie den Motor erst von der Batteriespannung getrennt hat. Im elektronischen
Bereich ist auch ein gewisses Restrisiko vorhanden, denn bei zufällig auftretenden Fehlströmen oder Überspannungsspitzen kann u.a. die Leistungselektronik, die ohnehin am Limit läuft, geröstet werden
(das ist uns auch schon einmal passiert). Zudem ist das Risiko von irgendwelchen Kriechströmen bei einem Nieselregenwetter auch vorhanden. (Nachtrag: Batteriesäure bei einem Unfall!!!)
- Pannen und Pleiten ?
Natürlich hatten wir auch negativen Erfahrungen bei der Entwicklung des jetzigen GoKarts gemacht. So ziemlich am Anfang (1997) kamen schon die ersten Probleme bei der Steuerung des Motors.
Zuerst versuchte ich einen Leistungs-MOS-FET-Transistor, der immerhin schon 75A schalten konnte, als "regelbaren Widerstand" zu benutzen. Das klappte bei kleineren Motoren ganz gut. Die enorme
Hitzeentwicklung bei größeren Motoren war jedoch nicht gerade ideal. Als wir unseren ersten, als Antrieb geeigneten Motor bekamen (ein 4kW- Anlasser), waren die ersten Fehlversuche vorprogrammiert. Die
Steuerung, die da schon aus 4 Power-MOS-FET's bestand, hatte diesen Versuch jedoch nicht überlebt (Ergebnis: Große Rauchwolke...). Irgendwann bekam ich die Schaltpläne von einer PWM-Steuerung (Danke, Herr Lapp). Die erste, mit diesem Verfahren arbeitende Elektronik, arbeitete gut mit dem 2. Anlasser (0.6kW) zusammen. Die erste Testfahrt verlief (kurz und) gut. Nachdem auch eine größere Batterie vorhanden war (LKW-Batterie, 12V), gingen wir mit unserer 2. GoKart-Version auf Testfahrt. Nach den ersten Metern, verdampften uns schon die Leiterbahnen der Leistungselektronik, da die Batterie mehr Strom bereitstellen konnte. Mit aufwendigen Reperaturarbeiten vor Ort konnte der Fehler behoben werden. Danach ging es weiter. Nach weiteren 15min. Fahrzeit hatte die Elektronik einen Defekt, weil ein Regenwurm (!!) direkt auf die frei liegenden Leiterbahnen der Steuerungselektronik geschleudert wurde (Traurig, aber Wahr). Kurz darauf ist uns der Anlasser, dessen Wasserkühlung defekt war, explodiert und innerlich ausgebrannt. Mit diesen Erfahrungen bauten wir schließlich die jetzige Version, die auch mit einer komplett neuen Elektronik, einem anderen Motor, einem Bordrechner und haufenweise Sicherheitsfunktionen ausgestattet ist. Bis jetzt (01.2000) sind keine größeren Probleme aufgetreten, bis auf die Instabilität des Kettcar-Gestänges.
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