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Semesterarbeit

    
Die Messungen in Vauffelin
Um die notwendige Leistung des Range Extenders zu berechnen, wurde das TW 794 vom Studententeam des Technikum Biel genau ausgemessen.
Ausrollversuche ergaben folgende Daten:
Aerodynamische Qualität: cw*A = 0.572m2
Rollwiderstandsbeiwert: k=0.011

Der Fahrwiderstand des TWIKE TW 794 bei einem Gesamtgewicht inkl. Fahrer und Messausrüstung von 401kg:
Rollwiderstandskraft: 43N
Luftwiderstandskraft bei 76km/h: 153N
Total Fahrwiderstand bei 76 km/h: 196N
Leistungsbedarf bei 76km/h: 4.1 kW

    
Um die Tagesetappen von bis zu 700km zurücklegen zu können, muss also eine Leistung von 4.1kW (am Rad) zur Verfügung stehen oder bei 9.2h Fahrzeit eine Energie am Rad von insgesamt 38 kWh.

Optimierungen am TWIKE bezüglich Luft- und Rollwiderstand sind noch möglich, aber werden im Rahmen von 10 - 20% liegen, wenn keine Kompromisse bezüglich Fahrerkomfort rsp. Lüftung und Zuverlässigkeit eingegangen werden sollen.

Wie kommen die 35kWh pro Tag in die Wüste?

Die Strecke von 700km muss in 9 Stunden zurück gelegt werden. Das ergibt einen Schnitt von 77.7km/h.

Es gibt verschiedenen Quellen:

A) direkte Sonnenenergie:
Platz auf dem TWIKE ca. 1m2 à 166W = ca. 0.75kWh entspricht ca. 10km
oder Anhänger mit > 40m2 Solarzellen, Kosten ca. SFr 4'000.- pro m2

B) Energie mit Batterien mitnehmen (Motorwirkungsgrad ca. 85%)
- Batterien NiCd mit 40Wh/kg ergibt ca. 1'000 kg Batterien
- Batterien NiMH mit 60Wh/kg ergibt ca. 666 kg Batterien
- Batterien LiPo mit 120Wh/kg ergibt ca. 333 kg Batterien
Eine Variante mit 3 - 4 LiPo Batteriesätzen wäre denkbar.
Kosten bei ca. 10'000.- SFr pro Batteriesatz

C) Serie-Hybrid mit Stromgenerator (Gesamtwirkungsgrad 60%)
bei 38kWh am Rad und 300g Treibstoff pro kWh = 19kg (ca. 40.- SFr)

D) Parallel-Hybrid mit Direktantrieb
bei 38kWh am Rad und 300g Treibstoff pro kWh = 12kg (ca 25.- SFr)

Daraus ergab sich, dass für diese (nicht alltäglich) Anforderung eine Parallel-Hybrid Lösung die effizienteste und kostengünstigste Version ist. Mit 1.5 bis 2 Liter Treibstoff pro 100 km kann man den Tagesbedarf problemlos mitführen und muss keinerlei Begleitlastwagen haben, wie bei anderen Lösungen. Dies entspricht der TWIKE-Philosophie, dass auch bei einer TWIKE-Challenge die Fahrzeuge autonom bleiben müssen und nicht auf Begleitfahrzeuge angewiesen sein dürfen.
Bei den Komponenten konnten wir auf handelsübliche 4 kW Antriebe, wie sie in Stromgeneratoren oder Go-Karts eingesetzt werden zurück greifen. Die Montage am TWIKE und Abstimmung der Komponenten war die Hauptaufgabe.






Auf über 2'000km Testfahrten wurden die Befestigungspunkte am TWIKE und Übersetzungen optimiert. Die draus resultierende Range Extender Einheit lässt sich mit zwei Schrauben an den Stossbügeln befestigen. Die Motorregelung erfolgt über einen Bowdenzug und nach Bedarf kann der Motor elektrisch gestartet und abgeschalten werden.

Die Fahrt ist bei 80km/h sehr ruhig, nur die Vibrationen sind etwas spürbar. Das zusätzliche Rad stabilisiert das TWIKE sehr gut bei Geradeausfahrt und entlastet die Hinterachse. Das schwabbeln der Lenkung oder Schwimmen bei Seitenwind gegen das wir mit den stark überladenen TWIKE bei den bisherigen Challenges zu kämpfen hatten, gibt es mit dem Range Extender nicht. Das TWIKE inklusive Range Extender ist sogar leichter als vorher, da nur ein NiMH Batteriepack (von GP) notwendig ist. Zudem verteilt sich das Gewicht besser auf die 4 Räder. - Ungewohnt ist nur der Anblick, aber den vergisst man schnell wenn man drin ist.
  
TWIKE Challenge 07