Bachelorarbeit Systemtechnik: Systemintegration für ein kettenloses E-Bike

E-Bike, Moped und Ergometer in einem

Im Rahmen ihrer Bachelorarbeit konstruierten Damian Haak und Steffen Helfenberger ein kettenloses E-Bike. Das Fahrzeug, das die Systemtechnik-Absolventen bis zum Prototyp entwickelten, soll unter anderem im Spitzensport und für Therapiezwecke eingesetzt werden können.

E-Bikes gehören mittlerweile wie selbstverständlich zum Stadtbild. In der Regel unterscheidet sie nur der Elektromotor und die zugehörige Batterie von herkömmlichen Velos. Eine Bachelorarbeit im Studiengang Systemtechnik verfolgt nun einen etwas anderen Ansatz: Die beiden Absolventen Damian Haak und Steffen Helfenberger haben zusammen mit ihrem Wirtschaftspartner ein E-Bike entwickelt, das ohne Kette auskommt. Steffen Helfenberger erklärt, wie das funktioniert: «Die Energie für den Antrieb wird durch einen Pedal-Generator erzeugt, die Räder werden durch zwei Nabenmotoren angetrieben.» Damit die Energie dann verfügbar ist, wenn sie auch wirklich gebraucht wird, kann das kettenlose E-Bike zusätzlich auf einen herkömmlichen Akku zugreifen.

Damian Haak (links) und Steffen Helfenberger haben einen Prototyp eines kettenlosen E-Bikes gebaut.
Damian Haak (links) und Steffen Helfenberger haben einen Prototyp eines kettenlosen E-Bikes gebaut.

Drei Betriebsmodi

Das etwas andere Fahrrad hat zwei hauptsächliche Zwecke: Zum einen soll es im Bereich des Spitzensports eingesetzt werden. «Eine professionelle Velofahrerin könnte dann zum Beispiel einem malerischen See entlang fahren, das E-Bike simuliert aber eine anstrengende Bergstrecke mit einem entsprechenden Trainingseffekt für die Athletin», so Damian Haak. Auch zu Therapiezwecken kann das E-Bike genutzt werden. Rekonvaleszente Patienten könnten dann zum Beispiel langsam wieder lernen, sich zu bewegen und Velo zu fahren. Falls das nach einer Weile zu anstrengend werden sollte, verfügt das E-Bike über einen Moped-Modus, der keine Pedalumdrehungen benötigt. «Daneben gibt es zwei weitere Modi: den Pedelec-Modus, den man von jedem anderen E-Bike auch kennt, und den Ergometer-Modus, bei dem gemütlich in der eigenen Stube trainiert werden kann, ohne dass sich die E-Bike-Räder drehen», berichtet Steffen Helfenberger.

«Die Energie für den Antrieb wird durch einen Pedal-Generator erzeugt, die Räder werden durch zwei Nabenmotoren angetrieben.»

Steffen Helfenberger

Gehäuse aus Aluminium

Sämtliche Komponenten sind in einem Aluminiumgehäuse zusammengefasst, wie die CAD-Darstellung zeigt.
Sämtliche Komponenten sind in einem Aluminiumgehäuse zusammengefasst, wie die CAD-Darstellung zeigt.

Mit der Entwicklung des kettenlosen E-Bikes begannen die beiden Absolventen bereits im Rahmen einer Projektarbeit im fünften Semester – damals stand die Steuerung im Zentrum. Mit der Bachelorarbeit erweiterten sie nun die Software- und Elektronikkonzepte des Fahrzeugs, stellten sämtliche Komponenten zusammen, kümmerten sich um eine benutzerfreundliche Bedienung und fassten alles in einem wetterfesten Gehäuse zusammen. «Das Gehäuse wurde aus beständigem, aber leichtem Aluminium gefräst. Ein befreundetes Unternehmen unseres Wirtschaftspartners hat uns dabei unterstützt», so Damian Haak. Das Resultat ist ein funktionsfähiger Prototyp, der ansprechend aussieht und sich – trotz einiger kleiner Verbesserungsmöglichkeiten – so bedienen lässt, wie sich die Absolventen das vorgestellt hatten.

Ideale Abschlussarbeit für Systemtechnik

Das Display des E-Bikes zeigt die wichtigsten Fahrdaten an und dient auch zum Auswählen der verschiedenen Modi.
Das Display des E-Bikes zeigt die wichtigsten Fahrdaten an und dient auch zum Auswählen der verschiedenen Modi.

Die verschiedenen Modi können über ein Display an der Lenkstange angewählt werden. Dort können die Nutzerinnen und Nutzer auch weitere Einstellungen tätigen oder sich die wichtigsten Fahrdaten anzeigen lassen. Die Elektronik des E-Bikes umfasst eine Anzeige für den Akkustand, eine Temperaturüberwachung des Hinterradmotors und die komplette Kommunikation mit den Peripheriegeräten. «Zudem haben wir ein Bluetooth-Modul eingebaut, das zum Beispiel mit einem Smartphone oder Tablet gekoppelt werden und Fahrdaten übertragen kann», erklärt Steffen Helfenberger. Insgesamt flossen in die Entwicklung Aspekte aus Elektronik, Informatik, Regelungstechnik und Mechanik zusammen. «Das macht unser Projekt zu einer idealen Abschlussarbeit für den Studiengang Systemtechnik.»

Bachelorstudiengang & beteiligte Institute und Zentren

Bachelorstudium Systemtechnik

Institut für Mechatronische Systeme (IMS)

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