Resumé aus den ersten Geländefahrten

Nach wochenlangem Stillstand gab es in der letzten Zeit die Möglichkeit den ferngesteuerten Rasenmäher im Freien auszuprobieren. Das Testgelände bot eine Vielfalt an Hindernissen und Geländeprofilen. Von Steigungen, Löchern, Bordsteinkanten über Gras, Sand und Beton war eigentlich alles dabei.

Das Fazit aus mehreren Probefahrten ist kurz und knapp:

•      Positiv:
• Geländegängigkeit ist sehr zufriedenstellend
• Hindernisse werden sehr gut überwunden
• Bodenfreiheit ist ausreichend
• Leistung ist reichlich vorhanden und wird sehr gut auf den Boden übertragen
• Reichweite im Akkubetrieb liegt über den Berechnungen
• Benzinmotor läuft
• Größe und Breite der Räder ausreichend
• Negativ
• Rahmen im Bereich des Lenkservos zu instabil, Verformung des Rahmens sind die Folge
• Fahrtenregler ist unterdimensioniert und trotz Sicherungen durchgebrannt
• Elektronik des Lenkservos muß überarbeitete werden, automatisches Zurückstellen in die Nullstellung für lange Gerade erforderlich

Baufortschritt 08/2013

Seid einiger Zeit lässt sich der Mäher schon mittels Funkfernbedienung bewegen, also die Fahrmotoren und der Lenkservo werden angesteuert. Die Fahrmotoren können unterschiedlich stark angesteuert werden, also wie ein steuerbares Differentialgetriebe. 

Außerdem wurde der Lenkservo gegen einen Linearantrieb getauscht, dieser hat eine höhere Selbsthemmung. Der ursprüngliche Lenkservo "knickte" beim fahren gegen Hindernisse immer ein und man musste aktiv gegensteuern. Der neue Lenkantrieb hat mehr Kraft und einer sehr hohe Selbsthaltung, außerdem ist die Lenkung dadurch besser regelbar und die Geländegängigkeit wurde enorm verbessert.

Und da es sich bei dem Gerät eigentlich um einen Rasenmäher handelt, wurde mit der Konstruktion des Mähwerkes begonnen. Das Standardgerät wird ein Schlegelmähwerk welches schwimmend gelagert und für Revisionszwecke hochklappbar ist.

Der Antrieb erfolgt durch einen direkt angeflanschten Elektromotor. Das Mähwerk wird sehr einfach aber robust ausgeführt, mit wenigen beweglichen Teilen.

weitere Komponenten als CAD-Model erfasst

Mit der Weiterentwicklung und dem Einbau der Fernsteuerung in das Fahrgestell wurde es notwendig weitere Bauteile zu beschaffen. Diese wurden in CAD-Modelle umgewandelt, damit mit diesen besser geplant werden kann.Vor allem grundlegende Bauteile, welche für den Fahrantrieb und die Lenkung benötigt werden, stehen auf der Aufgabenliste ganz oben. Dazu ist es natürlich wichtig sich auf ein Modell festzulegen, zum Beispiel welcher Antrieb künftig für die Lenkung verwendet wird. Anfangs wurde ein großer Lenkservoeinheit mit Drehhebel eingesetzt, dieser Servo verfügte über alle wichtigen Elemente wie mechanischer Endanschlag, Lagegeber mittels Potentiometer, div. Anschlussmöglichkeiten des Hebels durch eine Verzahnung und eine mechanische Abkopplung des E-Motors. 

Aber diese Einheit war untermotorisiert und wird daher durch einen linearen Antrieb ersetzt. Hier gibt es auch wieder eine Zahl von Vor- und Nachteilen. Vorteil ist die direkte Ansteuerung, die hohe Selbsthemmung, die große Kraft und die vielfältigen Kombinationsmöglichkeiten (Leistung, Hublänge, Lagerückmeldung), nachteilig ist der benötigte Platz, die Geschwindigkeit und die begrenzten Anschlußmöglichkeiten an den jeweiligen Enden des Antriebes.

Baufortschritt 04/2013

Zwischenzeitlich wurden einige Fortschritte gemacht. Der Rasenmäher kann aus eigener Kraft elektrisch fahren und lenken. Die Fernsteuerung erfolgt derzeit noch über eine Kabelfernbedienung. Die gesamte Elektronik wurde leihweise aus einem Elektrorollstuhl übernommen, aber in den nächsten Wochen wird diese durch eine eigene Elektronik mit Funkfernsteuerung ersetzt. 

Aktuell wird nach geeigneten Serienteilen gesucht, z.B.  Fahrtenregler, Empfängeranlage, Servoelektronik und Stellmotoren zum Heben und Senken des Anbaugerätes.

Nachfolgen einige Bilder welche den aktuellen Bauzustand zeigen. 

Die Fahreigenschaften wurden schon getestet, das Pendel- Knickgelenk funktioniert und die Power der beiden Antriebseinheiten ist für den geplanten Einsatz auch ausreichend. Nur durch das geringe Gewicht kommt es zu Schlupf an den Antriebsrädern. Die meisten Baugruppen wie Benzinmotor, Generator und Akkus haben schon, mit Blick auf die Gewichtsverteilung, ihren festen Einbauplatz gefunden.

Bild 1: Ansicht des Hecks mit Benzinmotor für die Stromversorgung

Bild 2: Ansicht von vorn, hier werden die Anbaugeräte wie Mähwerk usw. ihren Platz finden

Bilder vom Planungszustand des Hecks

Der Benzinmotor wird von hinten an den Rahmen angeflanscht und ein Schutzbügel ist Motorschutz und Handgriff zugleich. Der Benzinmotor treib mittels Kardanwelle den kleinen Generator an und stellt so die Stromversorgung der E- Motore über längere Zeit sicher. Wahrscheinlich lässt sich nur die Drehzahl und der Motorausschalter per Fernbedienung schalten, da kein Elektrostarter am Motor verbaut ist und die Kapazitäten der Fernbedienung auch ihre Grenzen hat. 

Bild 3: der Benzinmotor mit Schutzbügel

Bild 4: Verteilung der "schwergewichtigen"Baugruppen im Heck

Rahmen V 3.0

Der Rahmen als tragendes Teil des Lawnmovers wurde nochmals grundlegend überarbeitet. 

Abweichend von den ersten Versionen ist er jetzt nicht mehr Bestandteil der Verkleidung, sondern besteht aus einem abgewandeltem L-Profil mit dem das Knickgelenk verschweißt wird. Für die Aufnahme der Antriebsachsen ist der Rahmen entsprechend ausgeklinkt, um diese Verjüngung des L-Profiles zu kompensieren sind auf den Innenseiten Verstärkungsbleche aufgeschweißt. An diesem befinden sich auch einige der Befestigungspunkte der Antriebe.

Planungsstand 01/2013

Das ist der aktuelle Stand der Planung. Die schon vorhandenen Komponenten wie Antriebe, Benzinmotor, Pendel- Knickgelenk, Steuerteile für die Antriebe und die Räder samt neuer Radnaben sind digital erfasst und den Erfordernissen entsprechend (Wendekreis, Bodenfreiheit, Gewichtsverteilung) als Baugruppen zusammengefügt worden. 

Aktuell wird an der Gestaltung des Rahmens für das Hinterteil gearbeitet, wobei auf folgende Schwerpunkte geachtet werden muss:

• Erreichbarkeit und Demontierbarkeit der Baugruppen im Reparaturfall
• Gewichtsverteilung um ein Gegengewicht zum Mähwerk zu bekommen, das Gerät sollte aber auch ohne Mähwerk fahrbar sein
• Einfache aber robuste Ausführung des Rahmens
• Herstellung des Rahmens aus Alublech durch abkanten, schweißen und fräsen
• Beachtung der Wärmeableitung des Motors und Kühlung der elektronischen Bauteile durch seperate Elektrolüfter
• Gehäuse sollte an den wichtigen Stellen Spritzwasser- und Staubgeschütz sein
• Verwendung von Normteilen 
• der Lenkantrieb muss schnell aber feinfühlig reagieren und auch bei Verdrehung des Gelenkes funktionieren

Für die Nutzung des CAD Programmes ist eine Workstation beschafft worden, dadurch ist das Rendern der CAD Bildern nicht mehr so Zeit intensiv. Die Ergebnisse sieht man auf den zwei Bildern. 

Zur Probe bitte

Vor einiger Zeit ist der Benzinmotor geliefert worden und in das CAD- Programm als Platzhalter übertragen worden. Eigentlich war ein Antrieb mit Benzin- oder Dieselmotor nur als Option gedacht, aber da die Akkus doch sehr groß und schwer sind und sich rechnerisch kein Dauerbetrieb (Rasenmäher) über 1,5h nachweisen ließ, wird die "Option" beim Prototyp "Standard". Der Benzinmotor treibt ein 24 Volt Generator an und speist damit die beiden Bleigelakku. Der Rest ist wie gehabt. Der Vorteil ist das geringere Gewicht des Motors nebst Anbauteile und Generator und die längere Betriebszeit.

Um die Dimensionen einmal in Natura zu sehen erfolgte heute eine Stellprobe der schon vorhandenen Komponenten. Nebenbei sind weitere Komponenten der Elektronik digitalisiert. Material für die neuen Radnaben ist auch bestellt.

Datenblatt zum Projekt Rasenmäher

Musterstück Pendel- Knickgelenk

Ein erstes Exemplar des Pendel- Knickgelenkes wurde aus Resten einer 12 mm Aluplatte zusammengeschweißt. Die 6 Aluteile wurden aus der Platte ausgefräst, nach der Zeichnung bearbeitet (Bohrungen, Fasen, etc) und anschließend mit WIG verschweißt. Nun muß die CAD Konstruktion mit dem tatsächlich gebauten Gelenk noch abgeglichen und einige Schrauben und Gewindebolzen M14x1,5 beschafft werden. 

Durch das Probestück zeigte sich, dass eine seitlicher Anschlag schon durch die Konstruktion der Aufnahme des unteren Kugelkopfgelenkes gegeben ist. Dafür wurde erst jetzt deutlich, wie knapp die Bewegungsfreiheit, der oberen Verbindung zwischen den beiden Aluteilen, ist. 

Auf dem Bild rechts ist der aktuelle Planungsstand zu sehen, der erste Entwurf des Chassis wurde verworfen, da die Achsen nicht mehr liegend sondern hochkant verbaut werden. Dadurch hoffe ich auf mehr Baufreiheit was die Akkus und sonstige Nebenaggregate angeht. Man sieht schon die neu Anordnung der Akkus, Lenkantrieb und das kleiner Pendel- Knickgelenk. 

Außerem wurden die Grunddaten für das fertige Grundgerät festgelegt (comming  soon).

Pendel- Knickgelenk

Die Konstruktion wurde hinsichtlich der Machbarkeit  grundlegend überarbeitet. Anfangs sollten die Grundelemente noch aus einem Alublock gefräst werden, aber der Verlust stand in keinem Verhältnis zur erhofften homogenen Festigkeit durch das Herausarbeiten aus einem Stück.

Nun werden die beiden Grundelemente aus 15mm Alublech als Schweißkonstruktion ausgeführt. Zusätzlich wurde die Konstruktion um den Lenkantrieb erweitert.

Ziel des Pendel- Knickgelenkes ist es mit wenigen Baugruppen und einer einfachen Konstruktion nicht nur die Lenkung sondern auch das Verdrehen des Vorder bzw. Hinterwagens zu ermöglichen. Dadurch erreicht man eine hohe Geländegängig- und Wendigkeit des Fahrwerkes. 

Pendel- Knickgelenk - MyVideo

Die Achse steht auf eigenen Rädern

Die Adapterplatten sind fertig, also aus Alublech ausgeschnitten, plan- und rundgedreht, gebohrt, gesenkt und mit Gewinden versehen. Auf eine Zentrierhilfe für die Felden wurde mangels Materialstärke verzichtet, da statt der geplanten 14 mm Aluplatte nur 10 mm zur Verfügung standen und die Gewinde in den verbleibenden 10 mm schließlich den Radbolzen noch genügend Halt geben müssen.

Nach der Montage der Räder hat die Antriebsachse eine Gesamtbreite von 780 mm und zeigt erstmals welche Dimensionen das Gerät später einmal haben wird.

Die originale Scheibenbremszange passt jetzt nicht mehr auf die Bremsscheibe, aber die Bremse war von vornherein nur optional geplant. Aber durch Verwendung von breiteren Adapterplatte würde man genügend Platz schaffen und könnte die Bremszange als Not- und Feststellbremse verwenden. 

Der E-Motor verfügt aber über eine elektrische Magnetbremse die für normalen Betrieb ausreichen dürfte.

Der nächste Schritt ist das Überarbeiten der Rahmenkonstruktion, da die Antriebseinheit so wie auf dem Foto (Motor nach oben) verbaut wird. Dadurch wird weniger Platz verschenkt und der Motor gibt die max. Bauhöhe des Gehäuses vor. Und das Bauen der Pendel- Knickgelenkes steht ebenso an, dafür muß noch das geeignete Material gefunden und einige Details in die Zeichnung eingearbeitet werden.

Räder für das Projekt

Die bestellten Räder sind eingetroffen und wurden gleich auf die mitbestellten Felgen aufgezogen. Das war gar nicht so einfach und für die Montage der Pneus in einer Reifenmontagemaschine für PKW- Räder waren die Räder viel zu klein. 

Nun sind die Räder jedenfalls montiert und die nächsten Schritte sind das drehen der Adapterplatten. Außerdem musste die CAD- Zeichnung an die Reifendimension angepasst werden, da diese ursprünglich etwas breiter waren.

Konstruktion des Pendel- Knickgelenkes

Da nun die Kugelkopfgelenke endlich vorliegen, konnte ich mir die fehlenden Maße abnehmen und die Einzelteile in CAD konstruieren.

Die Funktion des Pendel- Knickgelenkes ist schon mit einem primitiven Dummy erprobt worden. Auf dem Bild ist nun ein erster brauchbarer Entwurf zu sehen, so hatte ich ihn mir erst einmal vorgestellt und denke das der Prototyp auch so, in Abhängigkeit vom vorhandenen Material, gebaut wird.

Kugelgelenke - Teile des Pendel- Knickgelenkes

Die ersten Normteile sind eingetroffen und die erste Zeichnung wurde ausgedruckt um damit die Adapterplatten für die Vierlochfelgen und der Antriebseinheit herzustellen. Diese werden aus Aluminium gedreht und dann mit div. Bohrungen und Gewinden versehen. Auf dem Bild sieht man gut den Größenvergleich zu einem M8 Kugelkopfgelenk. Die Gelenke werden Hauptbauteil des Pendel- Knickgelenkes werden.

Die Adapterplatten sind per 3D-CAD Programm schon auf ihre Montierbarkeit und Passgenauigkeit hin, beprobt worden. Diese Platten werden mit Senkkopfschrauben an den originalen Radmitnehmen verschraubt. Man hätte den originalen Radmitnehmer und die Adapterplatte sicherlich auch neu aus einem Stück drehen können, aber so kann ich auf möglichst viele Originalbauteile zurückgreifen.

Die nächsten Lieferungen enthalten die vier Antriebsräder (13x5.00-6) samt Vierlochfelge (3.50x6) sowie die Grundelemente der elektrischen Steuerung, also das Steuerteil für die Fahrmotoren und den Handregler, sowie gebrauchte Akkus samt Ladestation.