Gelungene Projektarbeit am Marianum: Schüler arbeiten am Kettcar mit Elektroantrieb
Projekt: E-Kettcar
Von T. Schepers, 25.01.2022
Im Rahmen des Seminarfachs Physik haben einige Schüler in diesem Schuljahr das bereits im Jahre 2019 entwickelte E-Kettcar instandgesetzt und durch weitere Module erweitert. Leon Hüsers beschreibt die Projektarbeit in seiner Reflexion:
„Die Idee hinter dem E-Kettcar ist, dass die Funktionsweise eines E-Autos modellhaft nachvollzogen werden kann. … Zu Beginn war das Kettcar in einem schlechten Zustand. Die Batterien waren kaputt, die Reifen waren platt und die Kette war locker. Um dann zu gucken, ob noch andere Schäden an dem Kettcar vorhanden sind, haben wir die Batterien abgeklemmt und die Motorkontrolle direkt an ein Netzteil angeschlossen. Laut der Motorkontrolle war glücklicherweise nichts beschädigt. Nach dem Spannen der Kette haben wir uns dann die Elektrik genauer angeguckt. …
Dann haben wir … nach Ideen gesucht, um das Kettcar realistischer wirken zu lassen. Unter anderem hatten wir die Idee, dass wir nicht mehr über die Bremse neben dem Fahrer bremsen, sondern über einen Seilzug, der von einer Halterung an der Achse bis zum Lenkrad verläuft, eventuell sogar bis in den Fußraum. An der Achse sollen dann Fahrradbremsscheiben angebracht werden, sodass damit gebremst werden kann. So hätte man wie bei einem echten Auto mit den Füßen bremsen können. Allerdings war dies viel zu zeitintensiv.“
Christopher Behnen schreibt: „ … Mir ist sofort der Gedanke gekommen, dass eine Umsetzung dieser Ideen in der Schule schwierig wäre, weshalb ich versucht habe meinen Vater zu überreden, dass wir unser Projekt in der Werkstatt von Auto Baumann & Behnen oHG fortsetzen können. Dies hat er uns glücklicherweise ermöglicht. In der Werkstatt haben wir dann begonnen, die mittlerweile angekommenen Batterien einzubauen. Zwischen den Terminen habe ich mich während meiner Arbeit in der Firma immer wieder mit Mechanikern dort ausgetauscht, die auch noch verschiedene Ideen hatten. Diese haben mich vor Allem auch immer wieder auf Sicherheitsmängel aufmerksam gemacht und zusammen mit mir beseitigt. Eine Idee von diesen war es auch zwei alte Dachträger als Stoßstangen zu verwenden. Die konnte ich nach Absprache mit der Gruppe dann auch direkt umsetzen. Eine weitere Idee, Parksensoren inklusive Lautsprecher aus dem Lager der Firma einzubauen, habe ich persönlich auch als sehr spannend empfunden. Diese Idee wurde jedoch durch Absprache in der Gruppe nach hinten verschoben. Zuerst war das Problem mit der Elektrik wichtiger. Leon hatte die Batterien an den Motor zwar schon angeschlossen, die Gefahr, dass diese, wie die alten, schnell Tiefenentladen werden, blieb jedoch trotzdem. Die Lösung lieferte ebenfalls Leon. Er schlug vor, dass man eine Art Kontrollsoftware, verbunden mit einem Display, einbaut. So könnte man den Ladestand der drei Batterien bequem einsehen und diese rechtzeitig laden.“
Leon schreibt: „Zum Schutz der Batterien bestand ich auf einer Art Kontrollsoftware, die wie bei einem Handy oder einem E-Auto den Ladestand jeder einzelnen Batterie anzeigt. Max hatte dann noch die Idee, dass wir ein Relais zwischen Motorkontroller und Motor schalten können. Dieses Relais öffnet, wenn eine der Batterien droht, tiefenentladen zu werden. Aus einem Gespräch mit meinem Bruder entstand dann die Idee, dass wir ein OLED-Display verwenden könnten. Dieses kann dann die Spannungen der einzelnen Batterien anzeigen und durch einem Arduino, der bereits auf Grund der Lampen bereits eingeplant war, besteuert werden.
Die Umsetzung der Programmierung wurde dann im Wesentlichen von Patrick Jönen und Max von Herz umgesetzt, wobei auch Leons Bruder Julius geholfen hat.
Leon schreibt weiter dazu: „Durch einen Spannungsteiler ist es möglich die einzelnen Spannungen zu messen. Nun war es meine Aufgabe für jede Batterie einen Spannungsteiler zu bauen … Die Spannungsteiler, sowie die Schaltung passt glücklicherweise auf eine Platine, die wir mittels GPIO-Pins einfach auf den Arduino stecken können, so sparten wir Platz und ich konnte mit Hilfe des 3D Drucker eine Hülle drucken, um die beiden Platinen vor Staub oder ähnlichem zu schützen. Auch die Halterung für das Display wird vom 3D Drucker gedruckt.“
Das Arduino-Programm von Patrick und Max konnte hier die Steuerung übernehmen. Nun wurde überlegt, wie die Beleuchtung des Kettcars realisiert werden sollt: Dazu schriebt Leon:
„Wir haben lange überlegt, was wir als Licht verwenden. … Das Kettcar sollte nicht unnötig schwerer gemacht werden und außerdem müssten die Lampen zusätzlich mit Strom versorgt werden. Also haben wir das Konzept schnell auf LEDs gelenkt und uns dazu entschieden LED-Streifen … zu nutzen. Da die meisten LEDs mit 12 Volt betrieben werden, können wir diese Lampen einfach an eine der Batterien anschließen. Nun blieb nur noch die Frage, wie wir diese ansteuern können. Da hat kamen wir dann auf die Idee, dies mit einem Arduino zu tun. Der Arduino soll dann über eine Powerbank laufen, während die Dioden an einer der Batterien angeschlossen werden.“
Die einzelnen Komponenten wurden teilweise durch eine Holzkonstruktion und weiteren Halterungen gesichert. Milan Grit, Dominic Dickmann und Malte Preut konnten Ihre zum Teil guten Ideen hier bei der Planung einbringen und bei handwerklichen Arbeiten wie Löten und Zuschneiden sowie das Erledigen von Einkäufen helfen.
Zum Ende hat Patrick noch eine Anleitung geschrieben, die wichtige Regeln bzgl. Überprüfungen im Zusammenhang mit dem Kettcar sowie eine Skizze der Elektrik und verbauter Teile beinhaltet.
Nachdem zwischenzeitlich das Kettcar tatsächlich fahren konnte, traten leider immer wieder kleine Probleme in der Elektrik auf. Zum Ende gab es auch Probleme bei der Motorsteuerung, so dass das E-Kettcar noch nicht fahrtüchtig ist. Dies könnte die Aufgabe einer Schülergruppe des nächsten Seminarfaches werden.
Doch insgesamt lässt sich sagen, dass die Verbindung von Informatik, Physik und Elektrotechnik in diesem Projekt deutlich wird. Jeder Schüler der Projektgruppe konnte seine Stärken einbringen und das Projekt voranbringen. Schön zu sehen war die Präsentation des E-Kettcars auf der Schnupperschule am letzten Samstag.