Pauls Werkstatt: E-Bike mit RC-Motor

Ich finde elektrische Fahrräder sind schon eine ziemlich für feine Sache. Nachdem ich selber ein Elektrofahrrad gebaut hatte, bemerkte ich jedoch, dass ich an mein eigenes Fahrrad hohe Anforderungen stelle. Viele Teile wurden im Laufe der Zeit optimiert und an mich angepasst. Eigentlich dürfen Elektrofahrräder auch nur 250 Watt leisten und müssen bei 25 km/h wieder damit aufhören. Richtige Begeisterung kommt so nicht auf. Elektrische Fahrzeuge finde ich aber dennoch sehr cool. Im Internet bin ich schon mehrfach über Bastellösungen gestolpert, die kleiner, leichter und vor allem leistungsfähiger zu sein scheinen. So ein Spaßgerät möchte ich auch bauen!

Ausgangsmaterial

Ursprünglich wollte ich einen Reibradantrieb bauen. Bei dieser Methode wird immer ein bürstenloser Modellbaumotor direkt an das Hinterrad gedrückt. Dadurch entsteht eine relativ große Übersetzung und der Wirkungsgrad ist nicht so schlecht, wie man auf den ersten Blick vermuten würde. Man findet verschiedene Bastellösungen, z.b. auf instructables.com oder auch in Foren. Ich möchte aber einen Mittelmotor mit Zugmittelgetriebe bauen.

Als Basis dient ein älteres 28" Herrenfahrrad mit Stahlrahmen und bewährter Technik. Wenn alle Verschleißteile verbraucht sind, gibt es sowas sehr günstig auf ebay.kleinanzeigen. Oben das Originalbild.

Vorüberlegungen

Bei meinem ersten selbstgebauten Elektrofahrrad habe ich festgestellt, dass es doch ziemlich praktisch ist, die Schaltung mitnutzen zu können.
Als Motor möchte ich einen bürstenlosen Außenläufer aus dem Modellbaubereich nutzen. Ein passender Regler sollte leicht zu beschaffen sein.
Das Getriebe muss die Drehzahl ca. um den Faktor 30 reduzieren.
Die Getriebeteile habe ich bei der Firma Mädler gekauft.
Als Zugmittel möchte ich 25mm breite HTD Zahnriemen nutzen. Diese scheinen sich zu bewähren.
Den passenden Akku habe ich schon. Ein 36V 400Wh Akkupack aus einem Haibike mit defekten BMS. Dieser muss noch umkonfiguriert werden, damit die Spannung nur noch 18V beträgt.

Bau des Akkugehäuses

Das Gehäuse für den Akku muss wasserdicht, elektrisch nicht leitfähig, stabil und einigermaßen leicht sein. Ich habe zu diesem Zwecke ein 110er PVC KG-Rohr aufgesägt und mit der Heißluftpistole erwärmt. Ist das Rohr erstmal weich, kann zwischen zwei Brettern eine Platte geformt werden. Das geht leichter als es klingt.

Außerdem habe ich mir einen Holzquader zugesägt, der genau die Außenmaße des Akkupacks hat. Um diesen herum wird das PVC gebogen.

Der erste Versuch ist gescheitert, weil das Rohr nicht nur aus PVC bestand, sondern irgendeinen Schaum mit geringer Festigkeit in der Mitte hatte. Also vom Baustoffhandel ein neues geholt und diesmal darauf geachtet.

Die Typenbezeichnung der Zellen lautet SE US18650NC1. Diese Zellen sind keine ausgesprochenen Hochstromzellen (LiNiMnCoO2), können aber auch 8A kontinuierlich abgeben und haben eine Kapazität von 1900mAh. Davon sind in meinem Fall noch gemessene 96% übrig. Die maximale Leistungsabgabe des Akkus beträgt 1152 Watt, wenn innerhalb der Spezifikation der Akkus geblieben wird.

Der Akku selbst ist sehr solide aufgebaut. Alle Zellen stehen mit leichten Spiel in einem zweigeteilten Kunststoffgehäuse und alle Pluspole sind zusätzlich durch Gummiringe abgedeckt. Ich habe alle Nickelblechverbinder entfernt und die Akkus so wieder mit Hiluminband (0,15x7mm) verbunden, dass ein 8P5S Akkupack entsteht.

An alle Spannungsebenen kommt noch eine Ader um die Zellen balancen zu können. Diese habe ich auf eine günstige DIN-Buchse geführt. (Billig und bewährt bei kleinen Strömen; Conrad Art.-Nr: 738166)

Für die Verbindung zum Controller nutze ich XT-90 Stecker aus dem Modellbau. Nach einer Funktionskontrolle wird das Gehäuse mit einer Silikonfuge verschlossen. Silikon hält auf PVC zwar fast nicht, wirkt hier aber nur wie ein Dichtring und wird später noch durch ein Blech stabilisiert.

Das Gehäuse habe ich auf den Stirnseiten mit 6 mm Aluplatten verschlossen. Dieser werden mit jeweils 11 Senkschrauben M3x15 gehalten.

Auswahl des Motors und der Steuerung

Ich habe einen bürstenlosen Motor aus China bestellt. Link Dieser liefert maximal 2,9 kW und macht 170 Umdrehungen pro Volt.

Mechanische ist das ein Außenläufer, das heißt, dass Motorgehäuse und die Motorwelle sind fest miteinander verbunden und drehen sich beide. Im Maschinenbau ungewöhnlich, im Modellbau üblich.

Zur Steuerung des Motors nutze ich einen kleinen Regler, der aus der Gleichspannung des Akkus Dreiphasenwechselspannung für den Motor erzeugt. Ich habe ein kleines Modell auf Ebay gekauft, welches 80A steuern kann.

Da ich aber keine Fernsteuerung nutze, wird noch ein sogenannter Servotester benötigt. Mit diesem kann die Drehzahl des Motors später stufenlos eingestellt werden. Tatsächlich erzeugt er eine pulsweitenmodulierte Rechteckspannung.