Elektromobil INVACARE Leo schneller machen

Der „Leo“ Elektroscooter von INVACARE ist ein kleines, preiswertes Seniorenmobil mit Elektroantrieb. Entwickelt wurde er von der INVACARE Deutschland GmbH mit Sitz in Porta Westfalica. Der eigentliche Hersteller ist die CHIEN TI ENTERPRISE CO. LTD aus Taiwan, wo der Roller die Bezeichnung CTM Mobility Scooter HS‐528 trägt.

Der Leo fährt maximal 8 Km/h. In Deutschland wird er jedoch auf 6 Km/h gedrosselt verkauft. Der Grund ist die offerierte Kostenübernahme durch die deutsche Krankenkasse.

Auf Wunsch kann diese softwarebasierte Drosselung nachträglich kostenfrei entfernt werden.

Wer seinen Elektroscooter, Krankenrollstuhl schneller machen und trotzdem am Straßenverkehr teilnehmen möchte, muss einiges beachten. Informationen dazu liefert der Artikel „Rechtliches zu Elektromobilen„.

Wenn Du das Elektromobil INVACARE Leo SELBST mit einer Software schneller machen willst, liest Du den Beitrag „Elektromobil INVACARE Leo mit Software schneller machen“. Der Kauf der benötigten Kabel und Dongle kostet jedoch mehrere 100 Euro und Du kannst die Höchstgeschwindigkeit Deines INVACARE Leo nur um max. 2 Km/h erhöhen.

Im Beitrag „Elektromobil INVACARE Leo kostenlose schneller machen“ erfährst Du, wie Du Dir die ganzen finanziellen Ausgaben sparen kannst. Doch wer auf dem Schrottplatz ein altes Elektromobil findet, repariert, es zum Laufen bringt und in einer Werkstatt eine Software-Geschwindigkeitsdrosselung entfernen lassen möchte, wird möglicherweise schief angeschaut.

In diesem Artikel sparen wir uns die ganze „Software-Geschichte“. Der originale Motorcontroller wird durch einen neuen ersetzt, der „für den Garten“ völlig genügt. Aber denke daran: damit darf nie wieder auf einer öffentlichen Straße gefahren werden, die allgemeine Betriebserlaubnis ist futsch.

Auch ein Austausch des originalen 240-Watt Motors gegen einen stärkeren in Verbindung mit einer „griffigeren“ Bereifung ist vorstellbar. Das Seniorenmobil als Helfer auf dem Bauernhof? Kein Ding der Unmöglichkeit.

Den INVACARE Leo schneller machen – geht das?

Diese Artikelserie ist technischen Belangen mit Fokus auf Geschwindigkeitserhöhung gewidmet. Ein Freund möchte den kleinen „Leo“ gern auf seinem Bauernhof als zügige „Mini-Zugmaschine“ einsetzen. Aber auch in vielen Foren ist das Thema „Elektromobil schneller machen“ ein gefragtes, aber selten zufriedenstellend beantwortetes Thema..

Es gibt keine einheitliche Methode, um generell ein beliebiges Senioren-Mobil mit „Bordmitteln“ schneller zu machen.

Elektromobil INVACARE ORION: Die Controller der 6 und 10 Km/h Modelle sind softwareseitig auf 100% maximaler Geschwindigkeit programmiert – der Unterschied liegt in den unterschiedlich verbauten Antrieben. Während die 6-km/h-Variante 240 W leistet, besitzt der Antrieb des 10-km/h-Modells eine Leistung von 550 W.

Elektromobil INVACARE Leo: Die 6 und 8 Km/h Variante nutzen denselben Motor. Die Maximalgeschwindigkeit wird bei beiden elektronisch beschränkt, limitiert, gedrosselt. In diesem Fall kann eine Software die Geschwindigkeitssperre aufheben, indem der EEPROM des Mikrocontroller Board neu programmiert wird.
Bei den INVACARE Elektromobilen kommt die PC-basierende Software „Wizard“ der Firma Dynamic Controls zum Einsatz. Sie läuft ab Windows 7 und kann die Controller verschiedener Elektromobile auslesen und neu (im Rahmen der möglichen Herstellervorgaben) Schreiben.

Bei anderen Elektromobilen genügt es, ein bestimmtes Kabel zu durchtrennen, um eine Geschwindigkeitsreduzierung zu entfernen, rückgängig zu machen.

Damit auch „Anfänger“ ihren Senioren-Rollstuhl schneller machen, tunen, frisieren, entriegeln/ entdrosseln können, beginne ich mit den Grundlagen einer Motorsteuerung. Danach verstehen wir besser den Zusammenhang zwischen der

• Bedieneinheit am Lenker (Head Unit),
• Motorcontroller (DR90) und dem
• 24 Volt 240 Watt DC Motor (311100-52800)

Motorsteuerung des INVACARE Leo Elektromobil

Grundlagen der Motorsteuerung

Bevor wir uns Gedanken darüber machen können, wie der Motor eines Elektromobiles getunt, schneller gemacht werden kann, müssen wir verstehen, wie die Sache mit der „Motorsteuerung“ funktioniert.

Die Abbildung MS1 zeigt das Prinzip einer einfachen (Gleichstrom-) Motorsteuerung. Ein Potentiometer wird zwischen der Stromquelle und dem Motor eingebaut. Mit diesem Drehregler kannst Du die Energiezufuhr zum Motor regeln, ihn schneller oder langsamer drehen lassen. Leider funktioniert das minimalistische Prinzip nur bei kleinen Motoren, die nicht viel Strom ziehen. Bei größeren Motoren brennen diese bewährten „Kohle-Schicht“ Potentiometer einfach durch, kleine Lichtbögen können entstehen.

Abbildung MS2: Hier kommt der Transistor – ein elektronisch regelbarer Widerstand – ins Spiel. Der Transistor kann viel höhere Ströme und Spannungen „durchwinken“, als ein vergleichbar kleines Potentiometer und im Grunde würde dies genügen, den Gleichstrommotor eines Elektrorollstuhles zu steuern. Bedauerlicherweise sind größere Gleichstrommotoren unerwartet komplizierte Dinger. Dank der großen Spulen in inneren des Motor erzeugen sie beim Anhalten, stoppen, herunterfahren – dank der sog. Selbstinduktion – größere Ströme, die in die elektronische Schaltung zurückfließt und elektronische Komponenten beschädigt. Etwas ausführlicher – um das aktuelle Thema „Elektromobil schneller machen“ nicht zu verwässern, beschreibe ich diesen Effekt im Beitrag „gefährliche Selbstinduktion in Elektromotoren„.

Abbildung MS3: Damit starke DC Motoren dank der unvermeidbaren Selbstinduktion keinen Schaden an der Steuerungselektronik verursachen, werden relativ aufwendige Motorsteuerungen (siehe Abbildung MS3) eingesetzt. Die abgebildete Motorsteuerung (DC 10-55V 60A PWM Motor Speed Controller) kann mit bis zu 50 Volt bei einem Dauerstrom von 40 Ampere betrieben werden und lässt angeschlossene Motoren per Kippschalter vor- und zurücklaufen. Dieses Modul wir in verschiedenen Varianten, mit oder ohne Metallverkleidung und Digitalanzeige für 12 bis 20 Euro verkauft.

Diese DC-Motor Geschwindigkeitsregelung ist theoretisch geeignet, den 24 Volt 240 Watt DC Motor des Elektromobil INVACARE Leo zu steuern. Laut Amazon-Produktbewertungen brennt die Motorsteuerung bereits bei 30 Ampere nach einer Stunde durch.

Grundsätzlich funktioniert das Antriebssystem des INVACARE Elektromobil Leo genau so – es wurde nur alles etwas komplizierter gemacht. Statt lediglich ein Potentiometer zur Geschwindigkeitskontrolle einzusetzen, wurde eine ganze Bedieneinheit (Head Uni) geschaffen. Sie enthält unter anderem einen Microcontroller, der per Software den Motortreiber (DR90) steuert, welcher den Antriebsmotor (311100-52800) in Bewegung setzt.

Steuerplatine, Bedieneinheit

Das „Potentiometer“: Am Lenker befindet sich die Bedieneinheit mit der Steuerplatine. Das sogenannte PCB Board (Leiterplatte) trägt auf der Rückseite den Aufdruck HS528. Das ist die Modellnummer, welche der taiwanesische Hersteller CHIEN TI ENTERPRISE diesem Elektromobil gab. Diese vom Hersteller vergebene Nummer ist interessant, weil damit baugleiche Modelle gefunden werden können. Beispielsweise nutzen der „INVACARE Comet“ als auch der „INVACARE Orion“ dieselbe Geschwindigkeitsteuerung und Platine.

Wir erkennen neben der Modellnummer HS528 den Schriftzug R-series. Die R-Serie ist eine Scooter-Controller Familie, bestehend aus den Modellen DR50 und DR90. Im E-Rollstuhl Leo von INVACARE ist der Dynamic DR-90 Motorcontroller verbaut.

Mit diesen Informationen sind wir ein Stück weiter bei der Suche nach Antworten auf die Frage: „Wie kann ich mein Elektromobil, E-Rollstuhl schneller machen?„.

Das Potentiometer auf der Steuerplatine der Bedieneinheit steuert … bedingt …. die Geschwindigkeit des E-Krankenstuhl über den folgenden „DR90 Scooter-Controller“.

„Bedingt“: Die Sensoren des INVACARE Leo erkennen Bergfahrten, Bordsteinkanten, Kurvenfahrten und übernehmen automatisch die Geschwindigkeitskontrolle, um ein Umkippen des Renter-Mobil zu verhindern. Ähnlich wie das ABS (Antiblockiersystem) und andere vollautomatischen Assistenten bei einem PKW. Die Bedieneinheit und Motorsteuerung eines Elektromobiles sind eine komplexe Geschichte. Sensoren leiten Impulse an einen Mikrocontroller weiter, welcher verschiedene Subroutinen, Unterprogramme abruft und den Motorcontroller (DR90) im INVACARE Leo steuert.

Im nächsten Absatz erfahren wir mehr über diesen Motorcontroller.

Motorcontroller

Ein Motorcontroller steuert das Antriebssystem des SeniorenMobil. Dazu gehört neben dem Anfahren auch das Bremsen und die Geschwindigkeits-Reduzierung in Kurven.

Einige Aufgaben des DR90 Scooter-Controller

Der DR90 Scooter Motor Controller wird durch einen Mikroprozessor gesteuert. Dieser erkennt beispielsweise

• Erweiterte Bordsteinkletter- und Berganfahrfähigkeiten
• Mehr Sicherheit durch verbesserte Stabilität und Kontrolle beim Wenden
• Programmierbare Beschleunigungskurven, kein Zurückrollen am Hang
• Zwei Antriebsprofile
• Erweiterte Diagnose und intelligente Wartungsanzeige

Motorcontroller eines E-Rollstuhl sind weit mehr als eine einfache Geschwindigkeitsregelung. Sie steuern die Bewegung eines Elektromobiles anhand vieler verschiedener „Unterprogramme“. Wenn wir den programmierbaren DR90-Motorcontroller durch eine „normale“ Motorsteuerung ersetzen, fährt sich das „entfesselte“ Leo-Seniorenmobil wie ein Mustang mit zu viel Sauerstoff im Blut – falls zusätzlich ein stärkerer Motor eingebaut wird.

Tip: Wenn der verbaute DR90 Controller durch einen anderen ersetzt wird – ihn nicht wegwerfen. Der Neupreis liegt bei über 225 Euro. Ein Gebrauchter findet sicher Absatz auf eBay.

An dieser Stelle solltest Du Dir das Handbuch als PDF (Englisch) herunterladen und anschließend mit Google in Deutsch übersetzen lassen.

• Download DR50 / DR90 Handbuch Englisch (PDF)

• Übersetze die Bedienungsanleitung H I E R in Deutsch

Dieses Handbuch zum DR50/DR90 Controller enthält auf über 110 Seiten Schaltpläne, Daten, Kennwerte, elektronische Beschaltungen – Informationen, die jeder Bastler gern hätte.

Motor

Jetzt kommen wir zum eigentlichen Muskel. Dem Motor im Elektromobil INVACARE Leo. Dieser Motor führt die Bewegungen aus, der DR90 Motorcontroller ihm diktiert.

Der Elektroscooter „Leo“ wird seit 2007 gebaut und weltweit erfolgreich verkauft. Mit den Jahren gab es verschiedene Änderungen, die auch den Motor betrafen. Der Motor des Leo Mobility Scooter ist ein DC Motor mit 24 Volt Spannung, 20 Ampere, 240 Watt (Dauer-) Leistung und 3,700 Umdrehungen pro Minute.

Drei verschiedene Modell gibt es für den Leo, aber nicht jedes passt in jeden INVACARE Leo. Das sollte uns aber vorerst egal sein, weil wir zunächst den alten Motor behalten.

• 311100-52800 (vor 02-2014)
• 311100-52801
• 511100-52802 (nach 02-2014)

Das Problem beim Leo: „Tempo“ kommt von „Umdrehungen„. Die verfügbare, maximale Leistung des Motors hingegen bestimmt nur, wie schnell er auf „Touren“ kommt. Je mehr Leistung ein Motor hat, desto schnellerer erreicht er seine Höchstgeschwindigkeit, die von der Umdrehungszahl bestimmt wird.

Der 24 Volt Motor des Leo liefert bei 24 Volt bereits 3.700 Umdrehungen pro Minute. Nur eine Spannungserhöhung auf beispielsweise 36 Volt kann (auf Kosten der Lebensdauer) mehr Drehzahlen herausholen. Doch 3.700 Umdrehungen pro Minute sind schon viel. Ähnliche DC (Gleichstrom-) Motoren mit 24 Volt bringen es auf maximal 3.000 bis 3.400 Umdrehungen pro Minute. Zu Finden sei ein Motor, der bei 24 Volt mehr als 3.700 Umdrehungen pro Minute liefert.

Den originalen Motor ersetzen?

So einfach ist das nicht, den die Motoraufnahme auf der Querachse nimmt nicht jeden Motor auf.

Die Querachse (Transaxle) ist Nummer 4, der Motor Nummer 3 in der Zeichnung. Nicht nur der Flansch muss angepasst werden, auch die Wellenaufnahme unterscheidet sich von „Standard-DC-Motoren“. In einem weiteren Artikel werde ich das Thema „Originalen Elektromobil-Motor gegen leistungsstarken Motor ersetzen“ durchgehen.

Wir machen das Elektromobil schneller

Die Artikelreihe begann explizit für den Leo des Herstellers INVACARE, doch mit dem Austausch des Motorcontroller kann jedes Elektromobil beschleunigt werden. Weder muss eine digitale Geschwindigkeitssperre aufgehoben, noch eine Drosselung entfernt werden. Eine komplett neue Motorsteuerung macht das Tuning, Frisieren, erheblich einfacher. Ein Nachteil ist jedoch unter anderem: Die Bedieneinheit am Lenker funktioniert nicht mehr zu 100 %.

Was wollen wir am Antrieb tunen?

Wir bauen den DR90-Controller nicht wirklich aus dem Seniorenmobil, den er steuert neben dem Motor auch die Park-Bremse und andere Sachen. Lediglich der zweipolige Motor wird durch unsere externen Motorsteuerung angesprochen. Sie liefert dem 24 Volt Motor die „volle Dröhnung“, ohne Begrenzung der Motorspannung durch die Software im DR90-Motorcontroller.

Ob das Elektromobil danach mehr als 8 Km/h fährt, vermag ich jetzt (noch) nicht zu sagen – die Daten der Software/Hardware ist nicht Open-Source (für jeden einsehbar). Möglicherweise entspricht die 100 % Leistung des „Profil 0“ in der Scooter-Software der Höchstgeschwindigkeit von 8 Km/h. Möglich wäre auch, dass ein derart entdrosseltes Elektromobil es doch auf 10 Km/h schafft. Aber von einem 240 Watt Motor ist nicht viel zu erwarten.

Motorspannung erhöhen?

Eine Möglichkeit zur Leistungssteigerung (mehr Umdrehungen pro Minute) ist die Erhöhung der Spannung am Motor. Wie mache ich aber nun aus 24 Volt z.B. 28 Volt? Das erledigen Spannungswandler. Das Kerlchen rechts kostet weniger als eine Handvoll Dollar, kann die Eingangsspannung von 24 Volt stufenlos bis 60 Volt hoch regeln und verkraftet dabei einen Strom von 15 Ampere.

Wichtig: Chinesische Herstellerangaben sind geschönt. Sicher werden diese Werte in einem Zeitraum von Minuten bis Stunden gewährt, doch ein Dauereinsatz unter maximaler Belastung geht auch dem härtesten Chinesen an die Knochen.

Der 240 Watt Motor des INVACARE Leo Elektromobil sollte 20 Prozent mehr Spannung vertragen, wenn kein stundenlanger Marathon gefahren wird. Er könnte (im ungünstigsten Fall) auf mindestens 10 Km/h beschleunigt werden.
Sind 10 Km/h viel für den kleinen Leo? Der 240 Watt Motor des Elektromobil hat weniger Leistung als ein billiger Handmixer – wo sollte da mehr Geschwindigkeit herkommen? Das Problem am Leo ist der sehr schwache Motor – wo wir beim Thema „Motorwechsel“ wären. Ein 130 Kilogramm schweres Elektromobil wäre mit einer Akku-Bohrmaschine als Antrieb besser bedient.

Motor austauschen?

240 Watt Motorleistung für ein Elektromobil ist sehr, sehr wenig. Motor wechseln? Das wird passieren müssen, wenn aus dem kleinen Leo ein großer Leo, eine Zugmaschine werden soll. Aber die Motoraufnahme an der Querachse wurde an genau diesen einen Motor angepasst, der im INVACARE Leo verbaut wird. Wir müssen mit Dreh- und Fräsmaschine einiges konstruieren und anpassen.

In diesem Artikel beschäftigen wir uns zunächst nur mit einer neuen, ungedrosselten Motorsteuerung. Das Potentiometer der Bedieneinheit im Lenker zur Geschwindigkeitsregulierung werden wir beibehalten.

Ein neuer, passender Motorcontroller

Die oben erwähnte Motorsteuerung (DC 10-55V 60A PWM Motor Speed Controller) scheint nicht zu halten, was vom Hersteller versprochen wird. Allerdings muss bedacht werden: Jeder Käufer hängt andere Motoren an den Motorcontroller. 60 Volt bei 40 Ampere sind eine andere Hausnummer, als 24 Volt und 20 Ampere (480 Watt). Wenn aber bereits bei 30 Ampere die Bauteile nach 30 Minuten durchbrennen, sind die Kühlkörper zu klein. Die Kühlkörper sollten gegen größere getauscht und ein PC-Lüfter verbaut werden.

Die erwähnte Motorsteuerung soll bis 3.000 Watt „schalten“ (mehr als ein Induktionsherd), wird aber mit einem unbrauchbaren „Kühlsystem“ verkauft.

Zum Vergleich: Die CPU auf Deinem Mainboard hat mit einem Zehntel (300 Watt) zu kämpfen, verfügt aber über einen monströsen Kühler. Die mickrigen Kühler der chinesischen Motortreiber KÖNNEN die erzeugte Hitze nicht ableiten und MÜSSEN durchbrennen.

…Fortsetzung folgt ….