Modularer PEDELEC-Prüfstand mit ausfahrbaren Schlagleisten
Ein modularer Prüfstand mit vier unabhängigen Trommelmodulen ermöglicht die flexible Anpassung an verschiedene Spurbreiten und Achsabstände, was besonders für große, schwere Lasten-PEDELECs vorteilhaft ist. Die Module, ausgestattet mit variabel einstellbaren Schlagleisten, erlauben das Abfahren unterschiedlicher Streckenprofile ohne Umrüstzeiten. Die auf Aluminiumprofilen montierten Trommeln mit Antriebsmotor und Verstellmechanik wurden so konstruiert, dass Unwuchten durch paarweise angeordnete Schlagleisten reduziert werden. Kleine Laufräder, bevorzugt für niedrige Ladekanten, sind hohen Kräften ausgesetzt, besonders bei Bodenunebenheiten. Eine Analyse zeigt steigende Kräfte mit größerer Schlagleistenhöhe und Geschwindigkeit, wobei die maximale Beanspruchung und Verformung an der Schlagleiste und der Bohrung des Hebemechanismus auftritt.
Modular aufgebauter Prüfstand mit vier unabhängigen Trommelmodulen
Lasten-PEDELECEs sind groß, schwer. Sie können nur mit großem Aufwand auf Prüfstände gestellt werden. Es bietet sich daher ein modular aufgebauter Prüfstand mit vier unabhängigen Trommelmodulen an. Die Module können an beliebige Spurbreiten und Achsabstände angepasst werden. Verfügen die Trommelmodule über ausfahrbare Schlagleisten, so lassen sich Höhen der Schlagleisten variabel anpassen und das Abfahren von beliebigen Streckenprofilen wie z.B. durchmischte Profile (Schlechtwegstrecke, Bordsteinfahrt …) ohne Umrüststop wird möglich.
Gestell aus Aluminiumprofilen mit Trommelmodul und Antriebsmotor
Die Abbildung 2 und 3 zeigen, wie das entwickelte Trommelmodul aussieht. Die Trommel mit den ausfahrbaren Schlagleisten ist auf ein Gestell aus Aluminiumprofilen montiert. Neben der Trommel ist am Gestell der Antriebsmotor der Trommel und die Verstellmechanik mit ihrem Antrieb befestigt.
Fahrverhalten und Betriebsfestigkeit bei Geschwindigkeit testen und Unwucht korrigieren
Will man das Fahrverhalten und die Betriebsfestigkeit bei Geschwindigkeiten bis zu 40 km/h testen, entstehen an der Trommel große Unwuchten. Um diesen entgegen zu wirken, wurden die Schlagleisten paarweise angeordnet. Schnell war klar, dass sich Fahrsituationen wie Schlechtwegstrecke und Bordsteinfahrt nicht mit einer Leistengeometrie abdecken lassen. Das ist der Grund warum in der Trommel zwei große und vier kleine Leisten verbaut sind.
Kleine Laufräder an Lastenrädern für niedrige Ladekanten sind großen Kräften ausgesetzt
An Lasten-PEDELECs werden kleine Laufräder bevorzugt, damit die Ladekante niedrig ist. Durch geometrische Betrachtungen lässt sich leicht zeigen, dass gerade bei kleinen Laufrädern die Kräfte bei der Fahrt über Bodenunebenheiten schnell groß werden; sogar größer als bei Downhillrädern. Abbildung 5 zeigt die Kräfteverhältnisse bei der Fahrt gegen eine Stoßkante.
Zusammenhang zwischen Geschwindigkeit und Schlagleistenhöhe
Tabelle 1 zeigt Kräfte an einem 10 Zoll-Laufrad in Abhängigkeit der Geschwindigkeit und Schlagleistenhöhe. Wie man der Tabelle entnimmt, nehmen die Kräfte mit steigender Leistenhöhe und Geschwindigkeit zu. Die größten Kräfte stellen sich an dem kleinen Schlagleistentyp ein. Die Beanspruchungsanalyse konzentriert sich deshalb auf die kleine Schlagleiste und ihren Lastpfad.
Zusammenhang zwischen Trommeldrehrichtung, Hebemechanismus und Kraftangriffspunkten
Abbildung 6 zeigt den Hebemechanismus und die Kraftangriffspunkte in Abhängigkeit der Drehrichtung der Trommel ob im Uhrzeigersinn oder dagegen.
Größte Beanspruchung und maximale Verformung beim Stoß zwischen Laufrad und Leistenmechanik
Aus dem Lastpfad lässt sich entnehmen, dass die größten Beanspruchungen beim Stoß zwischen Laufrades und Leistenmechanik an der Schlagleiste direkt auftreten. Abbildung 7 zeigt die maximale Verformung in der Mitte des Schlagleistenrohres. Sie beträgt circa 6,9 mm. In der Abbildung ist die Verformung mit einem Verformungsfaktor von 10 vergrößert dargestellt.
Größte mechanische Spannungen an Bohrung für Hebemechanismus
Die größte Beanspruchung liegt an der Bohrung für den Hebemechanismus. Sie beträgt 750 MPa Abbildung 8 zeigt Die größten mechanischen Spannungen.
Zusammenhang zwischen Geschwindigkeit und Schlagleistenhöhe
Tabelle 1 zeigt Kräfte an einem 10 Zoll-Laufrad in Abhängigkeit der Geschwindigkeit und Schlagleistenhöhe. Wie man der Tabelle entnimmt, nehmen die Kräfte mit steigender Leistenhöhe und Geschwindigkeit zu. Die größten Kräfte stellen sich an dem kleinen Schlagleistentyp ein. Die Beanspruchungsanalyse konzentriert sich deshalb auf die kleine Schlagleiste und ihren Lastpfad.