Der
Elektroantrieb am E-Scooter
Elektromotor
Bild: Swissroller Elektromotor mit Kettenantrieb auf
das Hinterrad
Ein Elektromotor ist eine elektrische Maschine, die mit Hilfe von magnetischen
Feldern hauptsächlich elektrische in mechanische Arbeit umwandelt.
Der erste brauchbare Elektromotor wurde 1834 vom Deutschen Ingenieur
Hermann Jacobi konstruiert. Im Jahre 1866 verhalf Werner von Siemens
dem Elektromotor durch die Erfindung der Dynamomaschine zum Durchbruch.
Der Begriff Motor lässt sich aus dem Lateinischen "motus"
(=Bewegung) herleiten. Heutzutage nimmt man Elektromotoren im Alltag
oft nicht mehr bewusst wahr und die wenigsten wissen, wie diese aufgebaut
sind und wie sie funktionieren. Elektromotoren erleichtern den Tagesablauf.
Die selbstverständlichsten Dinge des täglichen Lebens wie
das fliessende Wasser, das Zubereiten von Speisen, das Abspielen eines
Tonträgers, das Reinigen und Trocknen der Wäsche, das Befördern
von Personen und Lasten in mehrgeschossigen Gebäuden, die Belüftung
unterschiedlichster Geräte und Gebäude, sind ohne Elektromotoren
nicht denkbar. Erst die Erfindung des elektrischen Anlassers (1911)
verhalf dem Benzinauto zum Duchbruch, vorher mussten Autos mühsam
von Hand angekurbelt werden. Ein heutiges Auto besitzt massenhaft kleine
Elektromotoren für Schliessmechanismus, Scheibenbetätigung,
Lenkung, Treibstoffpumpe, Klimaanlage, Sitzverstellung, etc. Werkzeuge
müsste man durch Muskelkraft betreiben. Sämtliche Bereiche
der Wirtschaft, einschliesslich des Haushalts, wären in der uns
bekannten Art und Weise nicht denkbar.
Typen
und Wirkungsgrad
Heute gibt es eine Vielzahl von verschiedenen Elektromotoren, der passende
Motor mit der richtigen Konstruktion wird je nach Anwendungzweck ausgewählt.
Der
Wirkungsgrad ist allgemein das Verhältnis von Nutzen zu Aufwand,
bei einer Maschine beispielsweise das Verhältnis von abgegebener
zu zugeführter Leistung. Als Beispiel aus der Praxis: Benzinmotoren
haben ein Wirkungsgrad von ca. 33%, Dieselmotoren von ca. 41%, Elektromotoren
haben einen Wirkungsgrad von über 80%!
Kraftübertragung
Der Elektromotor für E-Scooter treibt das Hinterrad meist mit Hilfe
einer Kette oder eines Zahnriemens an. Die Rollenkette hat übrigens
den höchsten Wirkungsgrad (98-99%), kann ein riesiges Drehmoment
übertragen, ist sehr leicht und einfach in der Wartung. Aus diesem
Grund gilt der Kettenantrieb für viele Bereiche immer noch als
beste und effizienteste Übertragunsart (Velos, Motorräder,
Zahnriemenantriebe bei Autos). Swissroller benutzt meist das 12"-Räder,
wobei das Hinterrad auf jeder Seite ein Feingewinde hat. Auf der rechten
Seite wird der Zahnkranz (90 Zähne) aufgeschraubt, auf der linken
Seite wird die Trommel der Trommelbremse aufgeschraubt. Ein einfaches
und bewährtes System.
Energiequelle / Akku
Bild:
Zwei Swissroller Blei-Vlies Akkus mit je 12V 10Ah, Totalgewicht:
7 kg
Ein Akkumulator, oder kurz Akku, ist ein Speicher für elektrische
Energie, meist auf Basis eines elektrochemischen Systems, also eine
wiederaufladbare oder Sekundär-Batterie. Für Elektroscooter
werden normaler verschlossene Blei-Vlies Akkus verwendet. Im Hochleistungsbereich
bietet Swissroller Lithium-Polymer Akkus an, diese sind jedoch noch
recht teuer.
Bild:
Swissroller Lithium Polymer Akku mit 24V 20Ah, Totalgewicht: 2.9 kg
Elektronische
Steuerung (Controller)
Bild:
Elektronisches Steuergerät (Controller) für Elektromotor
Die elektronische Steuerung hat primär die Aufgabe die elektrische Energie der Akkus zielgerichtet zum Elektromotor zu bringen. In der Praxis geschieht das meist mit Hilfe einer elektronischen Drehgriffes (elektronisches Gas), eines Daumenhebels oder drehmomentgesteuert bei Elektrovelos der neusten Generation. Dreht der Benutzer den elektronischen Gasdrehgriff auf "volle Leistung" führt der Controller volle Energie zum Elektromotor und kontrolliert gleichzeitig, dass der Stromfluss respl. die Temperatur im Elektromotor nicht zu hoch ist. Wird der Elektrotor zu heiss, reduziert der Controller die Leistung, steigt die Temperatur weiter an, stoppt der Controller die Stromzufuhr für eine Weile, damit keine Schaden entsteht. Hat sich die Temperatur gesenkt, funktioniert der Controller wieder normal.
Bild:
Elektronisches Steuergerät (Controller) am Elektromotor angeschlossen
Elektronischer
Gashebel
Damit der Elektromotor durch den Fahrer gesteuert werden kann, braucht
es noch einen elektronischen Gashebel. Dieser kann in Form eines Daumenhebels
oder eines Drehgasgriffes gestaltet sein.
Bild:
Elektronischer Gasdrehgriff Modell 4 (Halbdrehversion) mit integriertem
Hallsensor
Bild:
Elektronischer Gasdrehgriff Modell 3 mit integriertem Hallsensor
Bild:
Elektronischer Daumenhebel Modell 2 mit integriertem Potentiometer
Praxistest
Damit ein Elektroscooter (Bild 6) funktioniert, braucht
es:
1 Trottinett-Fahrgestell
mit 2 Räder (Bild 1)
1 Elektromotor (Bild 2)
1 elektronischer Controller zur Steuerung des Elektromotors (Bild
3)
1 elektronischer Gashebel oder Gasdrehgriff zur Steuerung der Leistung
des Elektromotors (Bild 4)
1 Akku Set (einen oder mehrere in Serie geschaltete Akkus) als Energiequelle
mit meist 24V oder 36V Betriebsspannung (Bild 5)
Bild
1: Swissroller Rahmen (Crom-Moly) mit klappbarem
Lenker, Vorerraddämpfung und zwei Bremsen
Bild
2: Swissroller Elektromotor
Bild
2a: Swissroller Elektromotor mit Freilauf
Bild
3: Swissroller Steuergerät für Elektromotor
Bild
4: Swissroller Drehgasgriff
Bild
5: Blei Vlies Akkus 2 x 12V 10Ah (werden in Serie
geschaltet) = 24V
Bild 6: Fahrfertiger E-Scooter mit 24V,
400W Elektromotor, Gewicht: 22 kg
Fahrleistungen: Höcshtgeschwindigkeit 28 km/h, Reichweite 16-20
km, Steigfähigkeit 12%
Trend / Zukunft
Was wird in den nächsten 10 Jahren auf uns zukommen?
Der Trend wird in Richtung Radnabenmotoren gehen. Bei diesem System
sitzt der Elektromotor im Zentrum des Rades. Der grosse Vorteil besteht
darin, dass keine Kraftübertragung in Form einer Kette oder eines
Zahnriemens benötigt wird, die Effizienz ist dadurch optimal. Die
Steuergeräte für die Elektromotoren werden kleiner und leistungsfähiger
werden. Die Robustheit aller elektronischen Komponenten wird weiter
zunehmen und Lithium-Akkus werden weiter Verbreitung finden. Lithium
Akkus werden sich hinsichtlich Leistung weiter steigern, werden aber
vor allem aber günstiger werden und auch im Hochstrombereich als
Massenprodukt auftauchen.
Bild: Radnabenmotor
