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Tipps für den Bau eines Rennsolarmobils

Getüftelt, gezeichnet und geschrieben vom Tueftler Team

© Peter Wüthrich & Markus Aepli 2013überarbeitet 2015

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Inhalt

2 Rennsolarmodul mit UmschalterSerieschaltung

Parallelschaltung

Umschalter

Rennsolarmodul made by tueftler.ch

Skizze: Serie-, Parallelschaltung und Umschalter

4 Motor mit GetriebeRitzel vorbereiten

Skizze: Stirnzahnradgetriebe

6 Fahrgestell mit verstellbarem SolarmodulhalterFahrgestell

Solarmodulhalter

8 FahrwerkRäder

9 Karosserie

10 Anhang 1Räder, Lenkung & Solarmodulhalter

11 Anhang 2Karosserien

12 Konstruktionshilfe Antrieb: Motor-Zahnrad

13 Bodenplatte: Varianten

14 3- oder 4-Rad?

15 Materialblatt

16 Stückliste 1 Rennantrieb-1 und Rennsolarmobil-1

17 Stückliste 2Rennantrieb-2 und Rennsolarmobil-2

Inhalt

Konstruiere ein Rennsolarmobil, das bei Sonne und auch bei Regen so schnell wie möglich die Ziellinie überquert.

Konstruiere ein orginelles Solarmobil, das auch… die Ziellinie überquert.




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Rennsolarmodul mit Umschalter Ein Solarmodul besteht aus Solarzellen, die in Serie oder Parallel verschaltet sind.Die Solarzellen wandeln das Sonnenlicht in elektrische Energie, in Gleichstrom um. Dieser Gleichstrom treibt den Motor an.Solarmodule können zur Leistungssteigerung ebenfalls in der gleichen Art miteinander verschaltet werden.Beachte! Es dürfen nur gleichartige Solarzellen bzw. Solarmodule miteinander verschaltet werden.

SerieschaltungBei der Serieschaltung von 2 Solarzellen bzw. von 2 Solarmodulen verdoppelt sich die Spannung,nicht aber der Strom.Die erhöhte Spannung lässt den Motor schneller drehen.Serieschaltung ist ideal bei guten Lichtverhältnissen.

ParallelschaltungBei der Parallelschaltung von 2 Solarzellen bzw. von 2 Solarmodulen verdoppelt sich der Strom,nicht aber die Spannung.Der erhöhte Strom gibt dem Motor mehr Kraft.Parallelschaltung ist ideal bei schlechten Lichtverhältnissen

UmschalterMit einem Umschalter kann bequem zwischen Serie- oder Parallelschaltung gewechselt werden. Um auf jede Wettersituation reagieren zu können, muss das Rennsolarmodul, oder auch zwei, mit einem Umschalter ausgerüstet werden.

Auf der folgenden Seite sind die Schaltungen schematisch dargestellt.

Rennsolarmodul made by tueftler.chUnser Rennsolarmodul ist nach dem 2 in 1-Prinzip aufgebaut: 2 eigenständige Solarmodule auf einem Board. Diese Bauweise erleichtert die Serie -/Parallelverschaltung und vereinfacht die Kon-struktion des Fahrgestells.

Rennsolarmodul mit Umschalter

+

+

1.5V/600mA

1.5V/600mA




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1.5V

/600

mA

1.5V

/600

mA

1.5V

/600

mA

1.5V

/600

mA

+ +

1.5V

/600

mA

1.5V

/600

mA

+ ++

1.5V

/600

mA

1.5V

/600

mA

1.5V

/600

mA

1.5V

/600

mA

+ + + ++

Parallelschaltung 1.5V/1200mA„Schlechtwetterschaltung“

Umschalter mit 1 Rennsolarmodul1.5V/1200mA oder 3.0V/600mA

Wir benutzen einen Schiebeschalter 2xUM ON-OFF-ON.

Umschalter mit 2 Rennsolarmodulen3.0V/1200mA oder 6.0V/600mA

Serieschaltung 3.0V/600mA„Schönwetterschaltung“




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Motor mit Getriebe

Der Elektromotor wandelt die elektrische Energie der Solarzellen in mechanische Energie um.Unser Elektromotor ist ein Standardmotor aus der Unterhaltungselektronik, welchen wir für den Solarbetrieb optimieren lassen. Er ist für den Betrieb mit 1-2 Rennsolarmodulen (1.5-6V) ausge-legt.

Um Drehzahl und Drehmoment des Elektromotors optimal auszunützen, wird ein Getriebe benötigt.Die Motorwelle hat in der Regel eine zu hohe Drehzahl und ein zu niedriges Drehmoment, als dass sie für den direkten Antrieb von Rädern geeignet wäre.Ein Stirnzahnradgetriebe reduziert die Drehzahl und erhöht das Drehmoment. Dadurch erhalten die Räder genügend Kraft, um die Bewegungsenergie auf den Boden zu übertragen.Mit unseren Stirnzahnrädern entsteht ein Getriebe, welches das Rennsolarmobil optimal an die verschiedene Lichtverhältnisse anpasst.Die Stirnzahnräder, welche direkt auf der Motorwelle befestigt werden, nennt man Ritzel.Mit den drei verschiedenen Ritzeln (Z9, Z12, Z18) und dem auf der Radachse befestigten grossen Stirnzahnrad (Z60), wird die passende Übersetzung gewählt.

Dank dem beweglichen Motorhalter können die Ritzel schnell ausgetauscht und wieder justiert werden.

Auf der folgenden Seite ist unser Stirnzahnradgetriebe schematisch dargestellt.

Ritzel vorbereitenDie Ritzel sollten vor dem Einbau mehrmals auf die Motorwelle gepresst und mit einem Schrauben-schlüssel oder einem Schraubenzieher wieder gelöst werden. Das geht am einfachsten, wenn das Zahnrad auf dem Tisch liegt und und die Motorwelle von oben eingepresst wird. Die Bohrung weitet sich dadurch etwas aus und die Ritzel können einfacher ausgewechselt werden.

Motor mit Getriebe

Ritzel

Motor




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Mit Schraubenschlüssel und Schraubenzieher die Stopp-mutter so fixieren, dass sich der Motorhalter, von Hand, optimal positionieren lässt.

Die Zähne müssen so tief ineinandergreifen, dass sie noch genügend Spiel haben und sich die Zahnräder ohne Widerstand drehen lassen.Nicht zuviel und nicht zuwenig Spiel!

Durch Verschieben des Motorhalters kannst du die Ritzel bequem wechseln, falls die Lichtverhältnisse oder deine Anforderungen dies nötig machen.

starklangsam

schwachschnell

Skizze: Getriebe

Skizze: Stirnzahnradgetriebe

Stoppmutter

Motorhalter

MotorhalterStoppmutter

PanHead-SchraubenM2.5 x 4

Ritzel: 9Z, 12Z, 18Z

Zahnrad 60Z




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Fahrgestell mit verstellbarem SolarmodulhalterFahrgestellDas Fahrgestell ist die Unterkonstruktion, welche alle Teile des Rennsolarmobils miteinander verbin-det. Im einfachsten Fall genügt eine Bodenplatte.Motorhalter, Solarmodulhalter und Fahrwerk werden daran befestigt.Es hat sich bewährt, den Motor auf die Mittellinie des Fahrgestells auszurichten. Durch eine gleichmäs-sige Gewichtsverteilung fährt das Rennsolarmobil stabiler geradeaus.

Wir verwenden Pappelsperrholz als Bodenplatte. Es ist leicht und lässt sich gut bearbeiten.Bei der mittigen Positionierung des Motors wird in der Bodenplatte eine Öffnung für das grosse Zahnrad benötigt.

Anstatt das Fahrwerk beweglich zu machen, bauen wir eine Bodenplatte mit Gelenk.Diese Bauweise hat den Vorteil, dass Korrekturen für den Geradeauslauf feiner eingestellt werden können.

Im „Anhang 1“ auf Seite 10 findest du weitere Möglichkeiten, wie dein Rennsolarmobil gelenkt wer-den kann.

Fahrgestell




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Solarmodulhalter

Das Solarmodul hat den besten Wirkungsgrad, wenn das Sonnenlicht in einem steilen Winkel(60-90°) auftrifft.Hinweis 1: Wenn du mit deinem Solarmobil nur Runden drehen willst, genügt es, wenn das Solarmodul waagrecht montiert ist. Eine verstellbare Solarmodulhalterung ist hier nicht unbedingt nötigt.Hinweis 2: Wenn du mit deinem Solarmobil auch Rennen fahren willst, wo jede gewonnene Sekunde entscheidend ist, brauchst du unbedingt eine verstellbare Solarmodulhalterung.

Wir verwenden eine dreh- und neigbare Halterung. Diese Halterung ist Teil unserer Bausätze „Rennsolarmobil-1 und 2“ und kann auch als Einzelteil in unserem Webshop bestellt werden.

Im „Anhang 1“ auf Seite 10 findest du noch andere Konstruktionen.

Solarmodulhalter

Unser Solarmodulhalter besteht aus einem kurzen Aluminiumstab mit einer Bohrung für die Fixierung des Winkels und einem Gewinde zur Befestigung auf der Bodenplatte.Die Bohrung in der Bodenplatte sollte einen Durchmesser von ca. 3.2mm haben, damit sich der Stab gut drehen lässt, ohne dabei die Schraube zu lockern.Das Solarmodul wird mit einem doppelseitigen Klebeband fixiert.Die zu klebenden Flächen sollten staub- und fettfrei sein.Die zu verklebenden Teile mind. 10 Sekunden fest zusammendrücken. Um das Solarmodul noch besser zu befestigen, kann - wie in obiger Option gezeigt - ein zweiter Lochblechwinkel montiert und mit einem Klebeband ausgerüstet werden.

Option mit 2 Lochblechwinkeln




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Fahrwerk

Zum Fahrwerk gehören die Räder, die Radaufhängung und eine allfällige Lenkung.

RäderDas Rad ist das letzte Glied der Kraftübertragung vom Motor über das Getriebe auf den Boden.Je grösser sein Durchmesser, umso schneller fährt das Rennsolarmobil. Doch braucht es auch mehr Energie, um in Schwung zu kommen. Räder mit kleinerem Durchmesser brauchen weniger Energie, dafür fährt das Rennsolarmobil langsa-mer.Bei perfektem Sonnenschein sind grosse Räder, bei weniger guten Lichtverhältnisse hingegen kleinere Räder von Vorteil.Als Baumaterial verwenden wir dünnes Pappelsperrholz. Es können natürlich auch andere Materi-alien, CD‘s oder gekaufte Räder verwendet werden.

Im „Anhang 1“ auf Seite 10 findest du weitere Radvarianten.

Die Radpaare müssen genau gleich gross sein, sonst fährt das Rennsolarmobil eine Kurve. Am besten baust du dir verschieden grosse Radpaare, damit du die optimalste Paarung bei den entsprechenden Lichtverhältnissen einsetzen kannst.

Die Bohrung für die Radachse muss im Zentrum liegen, sonst hüpft das Rad.Wir verwenden Radachsen mit einem Durchmesser von 3mm. Die Bohrung sollte genau die-sem Durchmesser entsprechen, sonst „eiert“ das Rad.

Die grossen U-Scheiben unter-stützen den rechtwinkligen Sitz auf der Achse. Die Stoppmutter sichert die Position und fixiert zusammen mit der Sechskant-mutter das Rad.

Um die Bodenhaftung zu verbessern, genügt es (mind. für kurze Zeit) einen Streifen Ballongummi über das Rad zu stülpen.

Fahrwerk




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Karosserie

Dein Rennsolarmobil darf orginell sein. Bau dir eine Karosserie, welche es einzigartig macht.Lass deiner Fantasie freien Lauf, aber achte darauf, dass du beim Gestalten die Funktionen des Gefährts nicht behinderst.

Damit das Rennsolarmobil an unseren Solarmobilrennen teilnehmen kann, darf es nicht länger als 50cm sein und irgendwo sollte, gut sichtbar, eine Startnummer (3/5cm) aufgeklebt werden können.

So leicht wie möglich bauen! Jedes eingesparte Gramm macht das Rennsolarmobil schneller!Eine abnehmbare Karosserie reduziert das Startgewicht. Ein wesentlicher Vorteil bei einem Rennen!

Im „Anhang 2“ auf Seite 11 findest du einige besonders gelungene Karosserien.

Karosserie




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Anhang 1

Räder, Lenkung & Solarmodulhalter

Räder, Lenkung & Solarmodulhalter




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Anhang 2

Karosserien

Karosserien




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Lochblechwinkel

Motorhalter

Zahnrad 60Z

Antriebsachse

Bodenplatte

ca. 35mm

ca. 65mm

Konstruktionshilfe Antrieb: Motor-Zahnrad

Konstruktionshilfe




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Bodenplatte: Varianten

Varianten




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3- oder 4-Rad?

3- oder 4-Rad?

Die Antriebsachse ist breit genug, damit auch bei 3 Rädern eine gute Stabilität gewährleistet ist.Nun sind 3 Räder etwas leichter als 4 Räder und da jedes eingesparte Grämmchen das Rennso-larmobil schneller macht, wird die Gewichtseinsparung zu einem wichtigen Thema.Gewicht einsparen kann bei der Anzahl Räder beginnen, hört aber definitiv nicht da auf.Da für eine schnelle Fahrt eine ganze Reihe an Bedingungen optimal erfüllt werden müssen, ist aus unserer Sicht die Anzahl Räder eher eine Gestaltungs- als ein Optimierungsoption.




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Materialblatt

Kabel

Gewindestange M3 x 150mm

Pappelsperrholz

Pappelsperrholz

Solarmodul

Motor

Rad Ø 90

Rad Ø 50

Schalter 2xUM/ ON-OFF-ON

Motorhalter

Lochblechwinkel

Solarmodulhalterstabdoppelseitiges Klebeband

Ritzel 9Z

Ritzel 12Z

Ritzel 18Z Zahnrad 60Z

PanHead-Schraube M2.5x4

PanHead-Schraube M3x8

PanHead-Schraube M3x12

Sechskantmutter M3

Unterlagsscheibe M3

Stoppmutter M3

O-Ring

Materialblatt




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Stückliste 1 Rennantrieb-1 und Rennsolarmobil-1

Artikel-Nr. Teile Verwendung

7201 Rennantrieb-13052 Solarmodul 2 x1.5V/600mA 1

4102 Solarmotor T500-slow 1

7203 Rennsolarmobil-13052 Solarmodul 2 x1.5V/600mA 1


8103 Motorhalter (Alu) 1 Zahnradabstand justieren und einfaches Wechseln der Ritzel

6460 Ritzel 9Z/ 1.9 1 Zahnrad mit Bohrung 1.9mm für Motor (Schlechtwetter)

6461 Ritzel 12Z/ 1.9 1 Zahnrad mit Bohrung 1.9mm für Motor

6462 Ritzel 18Z/ 1.9 1 Zahnrad mit Bohrung 1.9mm für Motor (Schönwetter)

6463 Zahnrad 60Z/ 2.9 1 Antriebszahnrad auf Radachse mit Bohrung 2.9mm

6521 Räder Ø 90mm 2 Pappelsperrholz

6523 Räder Ø 50mm 2 Pappelsperrholz

8020 Sperrholz (Pappel) 150 x 120 1 Bodenplatte für Fahrgestell (hinten)

8021 Sperrholz (Pappel) 150 x 40 1 Bodenplatte für Fahrgestell (vorne)

8104 Lochblechwinkel 7 Befestigung von Fahrwerk, Motorhalter und Solarmodul

8105 Solarmodulhalterstab 1 Befestigung des Solarmoduls auf der Bodenplatte

6551 PanHeadschrauben M2.5 x 4 2 Motorbefestigung auf Motorhalter

6555 PanHeadschrauben M3 x 8 11 Befestigen der Winkel auf der Bodenplatte

6553 PanHeadschrauben M3 x 12 3 Lenkung, Solarmodulhalter

6601 Stoppmuttern M3 6 Räder, Motorhalterwinkel, Solarmodulwinkel und Lenkung sichern

6602 Sechskantmuttern 16 Räder, Zahnrad und Winkel fixieren

6621 U-Scheiben 3.2 x 13 14 zwischen Holz und Mutter bei Räder und Lenkung und zwi-schen Zahnrad und Mutter

6390 O-Ring 1.8 x 1.8 1 Fixierung Solarmodulhalter

6140 Gewindestangen M3 x 150 2 Radachsen

5042 Schalter 2xUM ON-OFF-ON 1 Umschalter Serie/Parallel, Ausschalter

6642 Doppelklebeband 2 zur Befestigung des Solarmoduls/ alle Flächen zuerst reinigen

5000/5001 Kabel rot/ schwarz je 0.5m

Stückliste: Rennantrieb-1 und Rennsolarmobil-1




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Stückliste 2Rennantrieb-2 und Rennsolarmobil-2

Artikel-Nr. Teile Verwendung

7202 Rennantrieb-23052 Solarmodul 2 x1.5V/600mA 2


7204 Rennsolarmobil-2wie Rennsolarmobil-1 aber mit folgenden Erweiterungen

3052 Solarmodul 2 x1.5V/600mA 1 insgesamt 2 Solarmodule

8104 Lochblechwinkel 2 zur Befestigung des Solarmoduls

8105 Solarmodulhalterstab 1 Befestigung des Solarmoduls auf der Bodenplatte

6553 PanHeadschrauben M3 x 12 2 Solarmodulhalter

6601 Stoppmutter M3 1 Solarmodulwinkel sichern

6641 Doppelklebeband 2 zur Befestigung des Solarmoduls

6621 U-Scheiben 3.2 x 13 2 zur Fixierung des Solarmodulhalters

6390 O-Ring 1.8 x 1.8 1 zur Fixierung des Solarmodulhalters

5000/5001 Kabel rot/ schwarz je 1m

Stückliste: Rennantrieb-2 und Rennsolarmobil-2




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