Admin am 20. März 2014 um 12:38 Uhr

2014-03-20T12:38:58Z

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|[[File:einleuchtend_SolarSoundSystem-Gruppenbild-1.jpg|400px]]
|}
=Dokumentation des Lastenradprojektes=
Von: 
Peter Raab, Tjarko Tjaden, Benny Frohmann 
September 2013 

==1 Einleitung==
Während des wirklich kalten Winters 2012/2013 haben drei unerschrockene Berliner in den
Werkstätten der Open Design City und Funkhaus Grünau und der Unterstützung des Vereins Trial & Error ein schwarzen Lastenrad-
Ungetüm gebaut. In den folgenden Kapiteln möchten wir allen Interessierten Personen Einblick
in unser Projekt geben.

===1.1 Über uns===
Wir, das sind im Wesentlichen Benny, Peter und Tjarko vom einleuchtend e.V. aus Berlin.
Der einleuchtend e.V. [Link auf www.einleuchtend.org] besteht aus ca. 20 engagierten Studierenden
verschiedener Fachbereiche der Hochschule fur Technik und Wirtschaft Berlin (HTW
Berlin). Wir verfolgen seit Anfang Oktober 2009 ein Ziel: Die Realisierung und Förderung
nachhaltiger, ökologischer Projekte innerhalb unserer Hochschule und darüber hinaus. Um
unsere Vorhaben umzusetzen, haben wir einen gemeinnützigen Verein gegründet. Dieser versteht
sich als ausschliesslich selbstverwaltetes und selbständiges Studierendenprojekt an der
HTW Berlin. Von energieautarken Klassen- und Büroräumen, uber Workshops zum Bau von
USB-Ladegeräten für's Fahrrad bis hin zum Bau eines SolarSoundSystems und einer solarbetriebenen
Fahrradrikscha wurden bereits viele studentische Ideen in die Tat umgesetzt. Viele
weiter sollen Folgen! 

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|[[File:einleuchtend_Gruppenfoto.png|800px]]
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===1.2 Motivation und Zielsetzung===
Als eines der ersten Vereinsprojekte hat der einleuchtend e.V. ein SolarSoundSystem [Link
auf http://einleuchtend.org/index.php/Projects/Solarsoundsystem] gebaut, mit dem umweltfreundlich
und autark, fernab des Netzstroms Musik aufgelegt werden kann. Das modulare System kam auf verschiedensten Veranstaltungen zum Einsatz. Nachteil jedoch: Manchmal
waren die Strecken so weit, dass wir einen Transporter mieten mussten. Dies widersprach
unserer Idee einer nachhaltigen Mobilität. Folglich kam Mitte 2012 die Idee auf ein Spezial-
Lastenrad zu bauen. Während das SolarSoundSystem dabei die Vorgaben bei der Dimensionierung
des Rades gab, vgl. Tabelle 1.1, war von Beginn an geplant, dass man das Lastenrad
darüber hinaus auch als normales Transportfahrrad nutzen wollte.

[[File:Parameter Soundsystem.png|800px]]

Weiterhin haben wir bei der Konzeption auf folgende Aspekte geachtet: 

*der Kostenrahmen soll 600 € nicht übersteigen

*es sollen möglichst Kaufteile oder übliche, leicht beschaffbare, Gebrauchtteile verwendet werden (das erleichtert den Nachbau)

*die Konstruktion soll einfach sein

*die Konstruktion soll mit Üblichem Werkzeug umgesetzt werden konnen, d.h. auf speziell angefertigte Passungen oder Dergleichen wurde verzichtet

*eine spätere Erweiterung durch einen Elektromotor soll möglich sein
 

===1.3 Über diese Dokumentation===
Diese Dokumentation soll im nächsten Teil unsere Konzeption näher erläutern. Dem Leser, der
lediglich schnell unser Lastenrad nachbauen will, steht frei diesen Abschnitt zu überspringen.
Der Autor legt jedoch jedem nahe die Gedanken, die hinter der Konstruktion stehen, nachzuvollziehen.
Nur so können Variationen zur Verbesserung des eigenen Lastenrades führen. Im
Kapitel 3 findet sich eine detaillierte Bauanleitung.

===2 Konzeption===

====2.1 Allgemeines Grobkonzept====
Zunächst stellt sich die Frage nach einem geeignetem Lastenradtyp. Sehr verbreitet sind die Frontlader, bei denen sich die Last vor dem Fahrer beendet. Bekanntester Vertreter ist das Long-John, aber auch andere Typen wie Bild 2.2b. Aufgrund der Höhe unserer Last und damit verbundene Sichteinschränkungen kommen Frontlader für unsere Applikation nicht in Frage. Letztendlich haben wir uns fur einen Hecklader in dreirädriger Ausführung entschieden.
Wir wollten dabei ein vorhandenes Fahrrad soweit wie möglich nutzen und es durch den Anbau von Stahlhalbzeug erweitern. Folgende Abbildung verdeutlicht ein Grobkonzept aus der frühen Konzeptionsphase.

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|[[File:Skizze Draufsicht.png|500px]]
|[[File:Skizze_seitenansicht.png|500px]]
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|[[Datei:Fahrradschau_2013_MG_2706_Ausschnitt.jpg | 400px]]
|[[Datei:Michi_3Rad_2292_2293.JPG | 400px]]
|}

====Auslegung der Übersetzung====

Folgende Zielsetzung besteht bei der Auslegung der Übersetzung:

1. Man muss das Rad mit voller Last vernünftig beschleunigen können

a) a. bei vernünftig orientiere ich mich an der gerade so noch angenehmen Beschleunigung
meines eigenen Fahrrades

b) b. das gilt ebenso das Anfahren am Gefälle, willkürlich festgelegt auf 5%

2. Man sollte bei max. Trittfrequenz, willkürlich festgelegt auf 1,5 Hz mindestens eine
bestimmte Geschwindigkeit erreichen.
Erste Feststellungen sind: 

Aus beiden Forderungen ergibt sich zwangsläüfig der nötige Übersetzungsbereich (Verh
ältnis der größten und kleinsten Übersetzung der Schaltung). Da wir eine Nabe mit
einem Übersetzungsbereich von 307% haben, ware es Zufall beide Forderungen gleichzeitig
erfüllen zu können. Wichtigste Forderung ist die Erste, da man zunächst überhaupt
vom Fleck kommen muss! 

Der Einfluss eines Gefälles ist bei uns überproportional höher als bei einem normalen
Fahrrad-Fahrer-System. Grund ist der Anteil der Last am Gesamtsystem. 

Ein kleines Excel-Tool von Peter hilft beim herumexperimentieren mit den Parametern.

=Bauprozess des Lastenraddprojektes der Gruppe "Einleuchtend e.V."=

===Offene und geschlossene Baustellen des Lastenradprojektes===
====1 Allgemeines====
Folgende Sessions sind seit Eurem letzten Treffen gelaufen: 
*29.12.2012 Benny und Peter
*07.01.2012 Peter
*08.01.2012 Peter

Mittlerweile sind auch die restlichen Bestellungen angekommen, welche beinhalten: 
*die UCP 204 Stehlager
*die Welle OD 20
*die Stellringe
*den Schalthebel für Nabenschaltung Nexus Inter 8

====2 Mechanik====
Im Folgenden berechne ich mal die Kraftkette vom Antrieb (Pedale, Kurbel) bis zum Antriebsrad durch. Zuvor folgt die
eine Betrachtung der Antriebs und Abtriebskräfte, welche Grundlage der Auswahl der Zahnräder ist.

=====2.1 Kräfte-Momentenberechnung=====
======2.1.1 Allgemeines======
Folgende Zielsetzung besteht bei der Auslegung der Übersetzung:
1. Man muss das Rad mit voller Last vernünftig beschleunigen können
a. bei „vernünftig“ orientiere ich mich an der gerade so noch „angenehmen“ Beschleunigung
meines eigenen Fahrrades
b. das gilt ebenso für ein Gefälle, willkürlich festgelegt auf 5%
2. Man sollte bei max. Trittfrequenz, willkürlich festgelegt auf 1,5 Hz mindestens eine Bestimmte
Geschwindigkeit erreichen
Erste Feststellungen sind:
*Aus Beiden Forderungen ergibt sich zwangsläufig der nötige Übersetzungsbereich (Verhältnis der
größten und kleinsten Übersetzung der Schaltung). Da wir eine Nabe mit einen Übersetzungebereich
von 307% haben wäre es Zufall beide Forderungen gleichzeitig erfüllen zu können. Wichtigste
Forderung ist die erste, da man erstmal überhaupt vom Fleck kommen muss!
*Der Einfluss eines Gefälles ist bei uns überproportional höher als bei einem normalen Fahrrad-Fahrer-
System. Grund ist der Anteil der Last am Gesamtsystem.

======2.1.2 die Tabelle „Kräfte-Momente-Drehgeschwindigkeiten“======

[[File:KräfteMomente Drehgeschwindigkeiten.png|800px]]

[[:File:Kräfte-Momente-Drehgeschwindigkeiten.rtf]] 
[[:File:Kräfte-Momente-Drehgeschwindigkeiten.pdf]]

==== Die Kurbel ====

Habe eine schöne 1Gang Kurbel in der ODC gefunden. 

Problem: Leider muss man die Achse stark nach links (Bildrichtung) versetzt einbauen, damit das Kettenblatt
nicht am Rahmen schleift. Damit der Konterring kann nicht eingebaut werden. Die Lagerschalen sitzen lose im
Gewinde. 

Lösungsideen 
*1. anderes Tretlagerachse, die längere Ausläufer hat
*2. andere Kurbel mit Kettenblatt, dass nicht schleift
*3. Lagerschalen mit Gewindekleber einkleben

Bild: Tretlager mit Kurbel 
[[File:Tretlager_mit_Kurbel.png|800px]]

==== Die Nabe ====

Sie funktioniert, wie sie soll und ist mit der Schalteinheit verbunden
die Verbindung des Abtriebszahnrades mit den Speichenlöcher ist auch gelungen.

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|[[File:NexusNabe01.png|400px]]
|[[File:NexusNabe02.png|400px]]
|}

====2.4 Die Übertragungswelle mit UCP Lagern====
Die UCP 204 Lager sind sehr konfortabel, da man sie (fast) beliebig ungenau einbauen kann und
Fluchtungsfehler durch verdrehen des Lagers in der Halterung ausgleichen kann (siehe Bild).

Abbildung 2: UCP 204 Stehllager mit schief ausgerichteter Welle 

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|[[File:Stehlager01.png|400px]] 
|[[File:MontierteWelle01.png|510px]] 
|}

====2.5 Die Antriebseinheit der Welle (von der Nabe kommend)====
Wie in der Tabelle aufgeführt habe ich aus ODC Beständen ein 30er Zahnrad verwendet und wie im Model an
den Stellring montiert. Siehe Bild:
Anmerkung: Die Zahnräder der ODC waren alle für Kettenschaltungen. Dort sind die Zähne nicht so hoch
(wahrscheinlich) damit die Kette gut von Ritzel zu Ritzel gleiten kann. Dadurch ist der Eingriff aber nicht
optimal und die Kette neigt zum Überspringen.
-> deswegen halte ich Nabenschaltungs- bzw. Eingang Ritzel für besser.

====2.6 Die Abtriebseinheit der Welle (hin zum Schwalbe Zahnrad)====
Das Schwalbe Ritzel muss irgendwie auf die Welle aufgeschoben werden können und mit dem Stellring
verbunden werden. Dazu muss es mindestens zentral auf D20 Aufgebohrt werden. 

Problem: Das 15 Zähne Schwalbezahnrad kann nicht bearbeitet werden. Es ist super
hartes Material. Ich habe zunächst einen Bohrer zerstört ohne dass das Teil auch nur
eine Spur hat. Dann habe ich HSS-COBALT Bohrer gekauft die angeblich für legierte
Stähle geeignet sind. Leider hat auch dieses Werkzeug nicht geholfen. 

Nun ist das Schwalbezahnrad mehr als doppelt so breit (5mm) wie die Fahrradritzel
(2mm). Das ist notwendig, da die Motoradketten entsprechend breiter sind.

Lösungsmöglichkeiten
*1. ein breites Schwalbezahnrad finden was man bearbeiten kann
*2. alle Zahnräder als Fahrradvariante ausführen (d.h. das Schwalbe Zahnrad am Antriebsrad wechseln)

[[File:Schwalbezahnrad01.png|400px]]

=====Test des Einbaus eines Nabenschaltungsritzel=====
Problem: Das Ritzel ist ebenfalls sehr hart, sodass es nicht aufgebohrt und irgendwo angeschraubt werden
kann.
Allerdings kann man das Material (gut) schweißen. Die Ausrichtung zum runden Lauf ist dann aber wieder
schwieriger (Hämmern testen, Hämmern testen,…).

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|[[File:ritzel01.png|500px]]
|[[File:ritzel02.png|400px]]
|}

====2.7 Kettenverbindung und Abtriebszahnrad am Antriebsrad====
Problem 1: Es stellt sich die allgemeine Frage ob wir überhaupt mit Motorradzahnrädern und Ketten arbeiten
sollten. Siehe auch Abschnitt 3
Problem 2: Sollten wir mit Motorradketten arbeiten, müssen wir die Nieten lösen können. Dazu benötigen wir
Spezialwerkzeug. Ich habe es mit rohrer Gewalt (Hammer und Stößel) nicht geschafft
Anmerkung: Die Kette ist sehr lang und schwer. Sie muss auf jeden Fall mit hoher Kraft gespannt werden,
damit sie nicht durchhängt. An dieser Stelle ist der Einbau eines Kettenspanners ungünstig. Zum Einen muss er
sehr stark (Federkraft) sein, zu Anderen würde er den Kettenlauf absenken, wodurch die Kette am Radkasten
schleifte (also unseren Rohreren)

==== 3 Radstand ====

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|[[File:radstand01.png|415px]]
|[[File:radstand02.png|400px]]
|}

Ein bisschen Sorgen macht mir unsere Radaufhängung. Zur Erklärung. Bei dem Stahlkasten sind wir auf
Nummer sicher gegangen und haben 2 mm starke Stahlprofile und Rohre genutzt. Die Last verteilt sich
ungefähr gleichmäßig auf 4 „Regionen“ (nämlich unter den Rädern des Soundsystems). Dem entgegen liegt
nun die gesamte Last PLUS das Eigengewicht des Gestells PLUS einen Teil des Gewichts des Fahrers auf zwei
„popligen“ 12er Wellen. Das würde ja evtl. noch funktionieren, wenn nur Schwerkräfte wirken. Beim
Antriebsrad ist der Abstand zwischen Lagerung und Einschraubung recht groß. Dadurch wirken große
Biegekräfte.
Als Vergleich stelle man sich die Dimensionen einer Tretlagereinheit vor:

*gehärteter, legierter Stahl
*viel geringerer Hebel bzw. Abstand zwischen Lager und Krafteintrag des Pedalarmes
*viel Dickere Welle

====4 Stahlkonstruktion====
Sie ist noch nicht fertig. Es fehlt:
1. detailliertes Konzept für die Auffahrrampe samt Stützpfeiler gegen das nach-hinten kippen des
lastenrades beim Verladen
2. die Verstrebung, die das Hinten-Raus-Rollen des Soundsystemes verhindert

====5 To Do====
Arbeiten: 
*1. Tretlager, Kurbel bearbeiten
*2. Welle absetzen und/oder Senkung für die Made einbohren, damit Moment gut übertragen werden kann. 

== Bilder Ende Februar 2013 ==

Bilder der Ergebnisse um den Monat Februar 2013 herum 

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|[[File:einleuchtend_SC08171.JPG|400px]]
|[[File:einleuchtend_SC08172.JPG|400px]]
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|[[File:einleuchtend_SC08173.JPG|400px]]
|[[File:einleuchtend_SC08176.JPG|400px]]
|}

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|[[File:einleuchtend_SC08178.JPG|400px]]
|}

== Der Antrieb funktioniert! ==

Peter und Tjarko haben in Eiseskälte im ersten Februarwochenende 2013, im unbeheitzten Funkhaus Grünau den Pedalantrieb an der Schwerlastrades fertiggestellt.
hier sind die Ergebnisse: 
{{#ev:youtube|j9ZTotdEgJ0 |400}}

== Bilder vom Entstehungsprozess ==

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|[[File:einleuchtend_eV_MG_0041.JPG|400px]]
|[[File:einleuchtend_eV_MG_0042 (2).JPG|400px]]
|}

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|[[File:einleuchtend_eV_MG_0043 (2).JPG|400px]]
|[[File:einleuchtend_eV_MG_0044 (2).JPG|400px]]
|}

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|[[File:einleuchtend_eV_MG_0045.JPG|400px]]
|[[File:einleuchtend_eV_MG_0046.JPG|400px]]
|}

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|[[File:einleuchtend_eV_MG_0048 (2).JPG|400px]]
|[[File:einleuchtend_eV_MG_0050.JPG|400px]]
|}

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|[[File:einleuchtend_eV_MG_0054.JPG|400px]]
|[[File:einleuchtend_eV_MG_0055.JPG|400px]]
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|[[File:einleuchtend_eV_MG_0056.JPG|400px]]
|[[File:einleuchtend_eV_MG_0058.JPG|400px]]
|}

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|[[File:einleuchtend_eV_013-01-08 18.02.01.jpg|400px]]
|[[File:einleuchtend_eV_MG_0059.JPG|400px]]
|}

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|[[File:einleuchtend_eV_MG_0065.JPG|400px]]
|[[File:einleuchtend_eV_MG_0066.JPG|400px]]
|}

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|[[File:einleuchtend_eV_MG_0067.JPG|400px]]
|[[File:einleuchtend_eV_MG_0070.JPG|400px]]
|}

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|[[File:einleuchtend_eV_MG_0071.JPG|400px]]
|[[File:einleuchtend_eV_MG_0073.JPG|400px]]
|}

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|[[File:einleuchtend_eV_MG_0074.JPG|400px]]
|[[File:einleuchtend_eV_MG_0075.JPG|400px]]
|}

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|[[File:einleuchtend_eV_MG_0076.JPG|400px]]
|[[File:einleuchtend_eV_MG_0078.JPG|400px]]
|}

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|[[File:einleuchtend_eV_ahnradbestend der ODC gereinigt.JPG|400px]]
|[[File:einleuchtend_eV_inleuchtend_IMG_0079.JPG|400px]]
|}

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[[File:einleuchtend_eV_inleuchtend_IMG_0081.JPG|400px]]
[[File:einleuchtend_eV_013-01-08 14.22.31.jpg|400px]]
|}

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|[[File:einleuchtend_eV_013-01-08 18.01.51.jpg|400px]]
|[[File:einleuchtend_eV_013-01-08 18.02.30.jpg|400px]]
|}

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|[[File:einleuchtend_eV_013-01-08 18.02.42.jpg|400px]]
|[[File:einleuchtend_eV_013-01-08 18.03.33.jpg|400px]]
|}

== Fertigstellung und Anpassung ==

=== Elektrifizierung im Projekt „SolariFahri” ===

Außer bei den Veranstaltungen direkt an der Hochschule in Schöneweide musste stets ein
geeignetes Transportmittel fur das SolarSoundSystem gefunden werden. Dafür wurde meistens
ein kleiner Transporter gemietet. Die Kosten mussten entweder auf die Veranstalter umgelegt
werden oder wurden von einleuchtend e.V. übernommen. Zudem mussten Aktivitäten des
SolarSoundSystems immer lange im Voraus geplant werden, um sicher zu gehen, dass es ein
geeignetes Fahrzeug und einen Fahrer gab.
Die erfolgreiche Jungfernfahrt und Überführung unseres selbstgebauten Lastenrades nach
Schöneweide am 21.02.2013 stimmte uns hoffnungsvoll, dass wir nun unabhängiger sein würden.
Die ersten Fahrten waren zufriedenstellend, doch merkte man an Steigungen schnell, dass
man mit über 300kg Gewicht unterwegs war.

=== 4.1.1 Idee ===

Aus dem SolarRikscha-Projekt, bei dem eine Pedelec-Rikscha zur Beförderung von Personen
mit flexiblen Solarmodulen, Akkus und einem Elektromotor ausgestattet wurde, kommt die
Idee und das erarbeitete Wissen zum Bau einer solar gespeisten Tretunterstützung. Bei der
Konstruktion der mechanischen Teile wurde die spätere Nachrüstung eines Elektromotors mit
eingeplant. Die Gangschaltung wurde fur langsames Anfahren ausgelegt und ermöglicht ein
gemütliches Vorankommen. Auf längeren Strecken und vielen Starts und Stopps wird aber
selbst den Studenten auf Dauer die Puste ausgehen. Ein kleiner 350W Elektromotor als zus
ätzliche Reichweitenverlängerung wird ganz im Sinne des Gesamtkonzeptes eines dezentralen
und mobilen Inselsystems uber Photovoltaikmodule versorgt. Eine mögliche Variante ist eine
abnehmbare Dachkonstruktion, die außerdem die Ladung vor Regen schützt. An besonders
sonnigen Tagen kann überschüssige Energie aus dem Akku fur zusätzliche Verbraucher, z.B.
Kühlgerate, genutzt werden. 
Mit dem Projekt wollen wir
*den Einsatz des SolarSoundSystems noch effektiver und ökologischer machen
*nicht mehr auf das Mieten eines Transporters angewiesen sein
*die Öffentlichkeit fur die Wichtigkeit eines ökologischen Nahverkehrs sowie einer nachhaltigen Elektromobilitat sensibilisieren
*Interessierten die Funktionsfahigkeit und Leistungsfahigkeit solarer Inselsysteme erörtern
*Die Leistungsfähigkeit und Vielseitigkeit von Lastenrädern unter Beweis stellen
*Studenten zur Umsetzung weiterer nachhaltiger Projekte motivieren

=== 4.1.2 Einsatzgebiet ===

Neben dem oben erlauterten Transport des SolarSoundSystems soll das elektrifizierte Lastenrad
allen Studierenden und Hochschulangehörigen der HTW zur Verfügung stehen. Über ein
geplantes Verleihsystem soll das Lastenrad zum Beispiel fur größere Einkäufe, kleine Umzüge
oder einfach nur für Aus
flüge genutzt werden. Eine Nutzung von einleuchtend e.V. Projektpartnern
und Kooperationen ist ausdrücklich erwünscht.

=== 4.1.3 Projektstand ===

Durch das erfolgreich abgeschlossene Projekt in Kooperation mit der Firma Moghul Rikscha
Berlin wurde bereits Erfahrung in der Auslegung und Bau eines Antriebsystems gesammelt.
Die Planung besteht dementsprechend in der Anpassung der Komponenten. Des Weiteren
hängt die Umsetzung von der Finanzierung der weiteren Bauteile ab. Besonders die Lithium-
Ionen-Akkus sind ein großer Kostenfaktor. Nach dem erfolgreichen Testen der Mechanik konnten
in den nächsten Wochen die Vorarbeiten fur die solare Elektrifizierung beginnen.

=== 4.1.4 Einleuchtend e.V. stattet Selbstbaurad mit Elektromotor aus ===

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|[[File:EinleuchtendElektroSC09241.JPG|400px]]
|[[File:EinleuchtendElektroSC09242.JPG|400px]]
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|[[File:EinleuchtendElektroSC09243.JPG|400px]]
|[[File:EinleuchtendElektroSC09244.JPG|400px]]
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|[[File:EinleuchtendElektroSC09245.JPG|400px]]
|[[File:EinleuchtendElektroSC09246.JPG|400px]]
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|[[File:EinleuchtendElektroSC09247.JPG|400px]]
|[[File:EinleuchtendElektroSC09248.JPG|400px]]
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|[[File:EinleuchtendElektroSC09249.JPG|400px]]
|[[File:EinleuchtendElektroSC09250.JPG|400px]]
|}

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|[[File:EinleuchtendElektroSC09252.JPG|400px]]
|[[File:EinleuchtendElektroSC09254.JPG|400px]]
|}

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|[[File:EinleuchtendElektroSC09256.JPG|400px]]
|}

Bau eines Heckladers mit dem einleuchtend e.V. - Versionsgeschichte

Admin am 20. März 2014 um 12:38 Uhr