Baubericht - NTRX
NTRX
Der Baubericht
NTRX - Vom Entwurf bis zum Prototypen
NTRX - Vom Entwurf bis zum Prototypen
Erleben Sie den gesamten Entwicklungsprozess der NTRX und verfolgen Sie den weiteren Fortschritt bis hin zur finalen Serienreife
Im Folgenden erhalten Sie präzise Einblicke in den Entwicklungsverlauf des Projektes, begleitet von einer ausführlichen Bebilderung direkt aus der Werkstatt.
Hier werden konstruktive Entscheidungen erläutert und nachvollziehbar gemacht.
Informieren Sie sich auch über aktuelle Projektfortschritte auf dem Weg zu Typengenehmigung und Serienfertigung.
Als erstes Projekt im Rahmen von ENVECOTRICITY kommt der NTRX eine ganz besondere Rolle zu. Erst im Zuge ihrer Entwicklung und motiviert durch die positiven Reaktionen zu dem Vorhaben, entstanden genauere Pläne für die Initiierung des Projektes ENVECOTRICITY und die ausstehende Unternehmensgründung.
Entsprungen ist die Idee zur NTRX aus dem Wunsch nach einer einfach konzeptionierten und preisgünstigen Elektroenduro heraus, die so am Markt schlichtweg derzeit nicht existiert.
Wie nahezu jede Neukonstruktion ging auch die NTRX zunächst aus einer simplen vorläufigen Konzeptskizze hervor.
Noch während der Auslegung der finalen Rahmengeometrie wurden die benötigten Fertigteile und Halbzeuge für den Prototypenbau eingekauft.
Für die Auslegung des Antriebssystems wurden zunächst Referenzwerte vergleichbarer Verbrennerenduros angenommen, um anschließend in Zusammenarbeit mit QS Motor einen speziell auf die geplanten Leistungsparameter angepassten BLDC Nabenmotor zu konfigurieren.
Hierzu erfolgte zunächst die Festlegung der Betriebsspannung auf 72V nominell, um möglichst große Sicherheit in der Handhabe bei nicht allzu hohen Betriebsströmen zu ermöglichen.
Um einen guten Kompromiss aus Leistungsfähigkeit, Belastbarkeit und Gewicht zu finden, fiel die Wahl mit dem 273er Motor auf die derzeit größte Baureihe des Motorenherstellers. Mit 50 mm Magnethöhe wurde dabei die Hinterradnabe dennoch schmal und leicht gehalten.
Nachdem die Nennparameter der verwendeten E-Maschine festgelegt waren, folgte die Auswahl der Leistungselektronik.
Um ausreichende Leistungsreserven sicherzustellen, fiel die Entscheidung auf den ebenfalls über QS Motor bezogenen Kelly KLS 7275 H Controller, der mit Strömen von 350 A maximal und 200 A dauerhaft eine Nennleistung von A1 gerechten 11kW und ca. 25kW in der Spitze ermöglicht.
Ergänzt wurde das Basissetup durch ein LCD Kombiinstrument, 12V Spannungswandler, ein Ladegerät mit 1,8 kW Ladeleistung, diverse elektronische Komponenten für die lichttechnischen Einrichtungen sowie Stahlhalbzeuge für den Rahmenbau.
Bevor es an den Bau des Prototypen gehen konnte, galt es zunächst, die gesamte Konstruktion in CAD umzusetzen. Dies erleichtert nicht nur den Fertigungsprozess um ein Vielfaches, da alle Maße und Fertigungsschritte beim Bau bereits bekannt sind, sondern ist auch unbedingt notwendig, um durch statische sowie dynamische Festigkeitsanalysen die Eignung der Konstruktion für bestimmte Belastungssituationen zu verifizieren.
Darüber hinaus wurde für die Auslegung des Lenkkopflagers und der Federbeinaufnahmen auf das Fahrwerk der YAMAHA DT 125 zurückgegriffen, das aufgrund der weiten Verbreitung und dem günstigen Preis auch im Prototypen zum Einsatz gekommen ist.
Wichtiger Bestandteil der Konstruktion war auch die Auslegung des Energiespeichers. Hier galt es, eine möglichst hohe Raumausnutzung im Chassis zu schaffen, dabei die Breite des Rahmens für optimales Handling minimal zu halten und eine einfache Handhabung und Austauschbarkeit des Akkus zu gewährleisten.
Zudem sollte der Energiespeicher modular in allen ENVECOTRICITY Fahrzeugen einsetzbar sein, sodass dem Kunden das einfache Tauschen von Akkumodulen unter verschiedenen Fahrzeugen ermöglicht wird.
Dies lieferte die Vorgabe, dass ein einzelnes Modul der Handlichkeit halber nicht schwerer als 10 kg werden durfte.
Zur Gewährleistung größtmöglicher Akkulebensdauer und Sicherheit sollte weiterhin ein thermisches Management integriert werden.
Aus der Summe all dieser Forderungen sowie der maximal möglichen Rahmenlänge fiel die Entscheidung auf die Parallelschaltung von acht 18650er Einzelzellen zu Bänken, die ihrerseits in Reihe auf die zuvor festgelegten 72 V Betriebsspannung geschaltet wurden.
Daraus ergab sich ein Akkumodul, das mit 160 2,5 Ah Hochstromzellen auf einen Energiegehalt von 1,44 kWh kommt und mitsamt integriertem Akkumanagement sowie aktiver Kühlluftschaltung nur ca. 8,5 kg wiegt.
Die Kühlung wurde über Leistungsstarke Lüfter und Thermostatschalter einfach und kostengünstig realisiert, für den Spritzwasserschutz sorgt indes der Wasserdicht ausgelegte Akkukasten im Fahrzeugrahmen selbst.
In der NTRX sollten 3 dieser Module einfach montierbar Platz finden und mit insgesamt 4,32 kWh deutlich über 100 km Reichweite im normalen Straßenverkehr bieten.
Nachdem die Entwurfsarbeit weitestgehend fertiggestellt war, konnte der Bau des Chassis für den ersten Prototypen beginnen.
Dazu wurden Rechteckprofile mit Ausschnitten versehen und in die Grundform der Rahmenholme gebogen.
Des weiteren wurden Knoten- und Trägerbleche ausgeschnitten und die oberen Enden der Holme an die Geometrie des Lenkkopfes angepasst.
Nach der Fertigstellung der Bleche und Holme erfolgte zunächst das Fügen der linken und rechten Rahmenhälfte, anschließend wurden beide Seiten über Querholme miteinander verschweißt.
Insbesondere für Kleinserien und Einzelanfertigungen bieten 3D Drucker großes Potential, um zu einem geringen Preis komplexe und haltbare Kunststoffteile zu fertigen. Zudem können mit der Verwendung von PLA Filament komplett biologisch abbaubare Teile erzeugt werden.
Dementsprechend konnte auch für den Bau der NTRX nicht auf die Anschaffung eines 3D Druckers verzichtet werden.
Nach umfassender Überarbeitung des Hotends wurden mit ihm unter anderem Teile der Akkugehäuse, der Gasgriff, der Heckfender sowie diverse Halterungen gefertigt.
Da der Inbetriebnahme für den Druck funktioneller Teile insbesondere bei günstigen Druckern ein wenig Konfigurations- und Modifikationsarbeit voraus geht, mussten zunächst einige Testdrucke vorgenommen werden. Was eignet sich dazu besser, als ein Anschauungsmodell des geplanten Projektes?
Hier konnten optimale Druckparameter ermittelt und wertvolle Erfahrungswerte gesammelt werden.
Nach erfolgreicher Einrichtung der 3D Druckers galt es, die Hinterradschwinge mitsamt Lagerungen zu fertigen. Hierzu wurden zunächst die Profile mit Ausschnitten versehen und Verstärkungsbleche für die Schwingenlagerung und Hinterradaufnahme hergestellt.
Anschließend wurden die Profile mit Bohrungen versehen und die Verstärkungsbleche von innen gegengeschweißt.
Für die Schwingenlagerung wurden abgedichtete Nadellager mit Innen- und Außenring gewählt. Dies sollte die Verwendung von normalen Stählen für die Fertigung der Lagersitze und Schwingenachse ermöglichen, ohne dass speziell gehärtete Oberflächen benötig werden. Anschließend wurden die Schwingenholme mit Bohrungen für die Schwingenlagersitze versehen.
Auf die Fertigstellung aller Holme für Rahmen, Schwinge und Heckrahmen folgte die Anfertigung der Schwingen- und Lenkkopflagersitze. Da ich selbst bisher nicht die nötige Maschine besitze, um so große Drehteile mit den erforderlichen Passflächen herzustellen, stelle mir freundlicher Weise ein Bekannter seine Drehmaschine zur Verfügung.
Hier konnten nun die Sitze des oberen und unteren Lenkkopflagers, der Schwingenlager in der Schwinge und die Buchsen, in denen die fest stehende Schwingenachse gelagert ist, gedreht werden.
Die fertigen Lenkkopflagersitze wurden über ein Rohr verbunden, in dem sie mit einem Absatz geführt sind. Für eine optimale Ausrichtung der Lagerstellen wurden die locker ineinander gesteckten Einzelteile mit der zugehörigen Gabelbrücke vorgespannt und anschließend verschweißt.
Der fertige Lenkkopf konnte anschließend an die angepassten Holmenden an der Rahmenoberseite angestetzt werden. Hier wurde er zunächst nur angeheftet um anschließend exakt ausgerichtet werden zu können.
Damit der konstruktiv festgelegte Lenkkopfwinkel eingehalten werden konnte und die Lenkachse in Längsrichtung auf einer senkrechten Ebene lag, musste hier auf äußerste Präzision geachtet werden, um ein optimales Handling des fertigen Fahrzeuges zu gewährleisten. Nachdem die Ausrichtungsarbeiten beendet waren, konnte der Lenkkopf final verschweißt werden.
Für die Serienfertigung ist zum Zweck einer gleichbleibend exakten und schnellen Ausrichtung ein Spannrahmen geplant.
Nachdem der Lenkkopf angesetzt war, wurde nach dem gleichen Prinzip mit der Schwinge verfahren.
Zunächst wurden alle Lager und ihre Sitze locker montiert und die Trägerbleche der Schwinge mit Zwingen am Rahmen befestigt. Nachdem sichergestellt wurde, dass der Zusammenbau frei von Verspannungen ist, wurden alle Sitze nach und nach symmetrisch verschweißt um entstehende Eigenspannungen zu minimieren.
Unmittelbar darauf konnte der Querholm zu Federbeinaufnahme eingebracht werden.
Auf die Fertigstellung von Schwingen- und Lenkkopflager konnte endlich die erstmalige Montage des Fahrwerkes und der Räder folgen, um einen ersten Eindruck über die endgültige Sitzhöhe und Ergonomie zu erhalten. Folgend galt es, den Rohbau mit Anbauteilen zu vervollständigen.
Hierzu wurde zunächst die Sitzbank gefertigt und parallel der Heckfender gedruckt.
Als Basis der Sitzbank musste eingangs eine Unterkonstruktion aus wasserfestem Sperrholz gebaut werden, auf die anschließend das aus einem Schaumstoffblock ausgeschnittene Sitzpolster aufgebracht wurde. Im nächsten Schritt wurde die Sitzbank mit wasserdichtem Kunstleder bezogen und der Fender motiert.
Neben dem Fahrzeugheck wurde auch die Halterung der Leistungselektronik angebracht und diese provisorisch montiert.
Der Rohbau des Rahmens wurde anschließend im Bereich des Lenkkopfes mit Kontenblechen sowohl oben und unten als auch an den Seiten verstärkt, um den hohen Belastungen bei starken Bremsmanövern und im Gelände standhalten zu können.
Nachfolgend wurde ein Adapter für die Montage des vorderen Fenders gedruckt und der Rahmen mit einem Haltesystem für die Akkumodule ausgestattet. Auf dieses sollten die Akkus von oben aufgesetzt und anschließend nach vorne in den Rahmen rotiert werden können.
Bevor das Antriebssystem erstmals in Betrieb genommen werden konnte, musste der Hochstromkabelbaum angefertigt werden. Die Verbindung zu den Akkumodulen wurde mit 175A Anderson Steckern realisiert, die jeweils über 25mm² Kabel in der Hauptleitung mit 50mm² Leiterquerschnitt zusammen gefasst wurden. Minusseitig wurde der Hauptleiter durch einen Hochstrom-Notausschalter unterbrochen, dessen Pole mit einem 1kOhm Widerstand überbrückt wurden, um eine langsame Vorladung der Leistungselektronik zu ermöglichen.
Nachfolgend wurde das Antriebssystem initial in Betrieb genommen und die Leistungselektronik konfiguriert.
Hierzu wurde diese über das zugehörige Interface mit einem Laptop verbunden, um den KLS 7275 H anschließend über die Programmiersoftware des Herstellers neu beschreiben zu können.
Dabei wurden alle Parameter des Motors einprogrammiert und der Controller für die ersten Fahrversuche mit einer stark eingeschränkten Leistungscharakteristik beschrieben, um ungewollten Überlastungen vorzubeugen.
Darüber hinaus wurden die Signaltypen der analogen Gas- und Bremseingänge für die Verwendung von gängigen 5kOhm Potentiometern konfiguriert.
Die Übersetzung der mechanischen Bewegung des Gas- , oder besser, Stromgriffes in ein analoges elektrisches Signal stellte eine gewisse Herausforderung dar, da hierzu ein handelsübliches Potentiometer anstatt von Hall Sensoren verwendet werden sollte, die Mechanik sowohl spielfrei als auch leichtgänig sein musste und ein optimales Gleichgewicht aus minimalem Drehweg am Stromgriff bei maximaler Dosierbarkeit zu finden war.
Realisiert wurde dies schließlich über eine direkte Abnahme des Signals am Drehgriff über Zahnräder, in deren Gehäuse direkt Sicherung und Notaus des Controllers integriert werden konnten.
Auf die Entwicklung des Stromgriffes folgte der Bau des Seitenständers, um die NTRX auch ohne den bis dahin verwendeten Motocrossbock abstellen zu können. Mit Rücksicht auf TÜV Vorgaben wurde darauf geachtet, den Seitenständer zum Einklappen mit einer Doppelfeder auszurüsten.
Auch wurden die Vorderradbremse und die linke Lenkeramatur montiert. Diese ist zwar ein weiterverwendetes Standardbauteil, wurde aber dahingehend umgebaut, dass nun alle Beleuchtungsstufen über den selben Schalter gewählt werden und dem Fernlichtschalter die Aufgabe der Fahrmoduswahl zwischen ECO und SPORT zukommt.
Nach mehreren Wochen Wartezeit, in der mir fast die übrigen Aufgaben ausgegangen wären, kamen dann endlich die maßgefertigten Speichen, um den Motor in die dazu vorgesehene DT 125 Felge einzuspeichen. Leider stellte sich schnell heraus, dass dazu sowohl am Motor, als auch an der Felge einige Änderungen vorgenommen werden mussten.
Während am Motor die Bohrungen für die Speichen so gesetzt waren, dass diese nicht vollständig durchgesteckt werden konnten, ohne an den gegenüberliegenden Lochkranz zu stoßen, mussten an der Felge die Vertiefungen und Bohrungen für die Speichennippel an den flachen Einbauwinkel der Speichen angepasst werden.
Auf die weitestgehende Fertigstellung der Metallarbeiten konnte die Arbeit an der Elektrik und dem 12V Kabelbaum folgen. Zunächst wurde hier die Heckbeleuchtung mitsamt Kabelbaum an einem hierfür gebauten Träger befestigt, der gleichzeitig dem Fender zusätzliche Stabilität verleiht. Der zugehörige 72V - 12V Spannungswandler fand unter dem Vorderteil der Sitzbank platz.
Der Hauptkabelbaum verbindet das LCD Display, die Lenkeramaturen, das Blinkrelais, die Frontbeleuchtung und das Temperaturmanagement der Akkumodule. Zudem geht er über eine Steckverbindung in den Heckkabelbaum über und integriert sowohl das Zündschloss als auch die Kontrollbox, die ganz rechts im Bild zu sehen ist.
Diese vereint die Absicherung des LCD Displays mit dem Schalter für das Warnblinklicht sowie Schalter und Sicherung des 12V Stromkreises und wurde ebenfalls 3D gedruckt.
Nach dem Einbau des Kabelbaumes konnte die NTRX ihre erste Probefahrt antreten. Hierzu wurde zunächst nur eines der drei Akkumodule eingesetzt und ausschließlich ein kurzer Rollversuch unternommen, da noch nicht alle Knotenbleche final durchgeschweißt waren.
Bereits hierbei ließ sich ein angenehmes Handling erahnen, primär ging es aber darum, einen Eindruck vom Ansprechverhalten des Antriebs zu erhalten, das sich als tadellos darstellte.
Auf den erfolgreichen ersten Testlauf folgte die Vollendung der Elektrik durch die Montage der Lampenmaske, die genauso wie alle anderen Beleuchtungseinrichtungen mit LED Leuchtmitteln ausgerüstet wurde.
Außerdem wurden erstmals alle drei fertigen Akkumodule eingesetzt und angeschlossen.
In dieser Konfiguration wurden nun auch die Leistungsparameter in der Programmierung auf gut über die Hälfte des maximalen Potentials angehoben, um einen ersten Geschwindigkeitstest durchzuführen.
Als nächstes wurden die Chassiskomponenten fertig durchgeschweißt, um ausreichende Dauerfestigkeit zu erreichen und dann die Stahlteile sandgestrahlt, um sie von den ersten Anzeichen von Rost zu befreien, sowie die Oberfläche der geölten Profile fürs Lackieren vorzubereiten.
Leider fiel erst nach dem Strahlen auf, dass die Schwingenachse allein nicht für ausreichende Stabilität im vorderen Bereich der Schwinge sorgen konnte, sodass eine leichte plastische Verformung der Holme und der Federbeinaufnahme aufgrund der enormen Krafteinleitung durch das Federbein entstanden ist.
Um dies künftig abzufangen, wurde ein weiterer Querholm unmittelbar hinter dem Schwingenlager eingeschweißt.
Nun konnte das Chassis der NTRX mit Rostschutz versehen und das Motorrad anschließend vollständig lackiert werden.
In Referenz zu den ENVECOTRICITY und NTRX Logos wurden hier die Farben schwarz und grün gewählt, wobei die grüne Applikation den Blitz, bzw das N des NTRX Logos widerspiegelt.
Im Hintergrund rechts ist nebenbei bemerkt bereits das Antriebssystem für das Projekt NTRI, bestehend aus Sevcon Controller und dem 100kW YASA 750 Motor, zu sehen, dessen Prototypenphase ebenfalls in Kürze beginnen soll.
Nachdem die NTRX wieder fertig aufgebaut war, konnten die ersten wirklichen Geschwindigkeits- und Offroad-Tests folgen.
Hierbei wurde die Höchstgeschwindigkeit auf ca. 105km/h ausgefahren. Höhere Geschwindigkeiten sollten angesichts der durchgehend am Traktionslimit stattfindenden Beschleunigung mit einem anders konfigurierten Motor durchaus möglich sein.
Werte sowohl für die Lärmemission als auch die Beschleunigung sollen in Kürze ermittelt und veröffentlicht werden.
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