E-Bike/Pedelec/Elektrofahrrad-Technik

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Wissenswertes rund um den Antrieb

Für die Tretunterstützung sind am E-Bike zusätzlich zur normalen Fahrradausstattung einige Komponenten nötig: der Elektromotor, der Akkumulator, der Sensor für die Erkennung der Kurbelbewegung und die Steuerelektronik für den Motor.

Der Elektromotor

Zum Einsatz kommen Motoren mit und ohne Getriebe sowie Motoren mit sog. Bürsten und bürstenlose. Die Kontaktblöcke der Bürstenmotoren unterliegen einem gewissen Verschleiß, der jedoch innerhalb eines Fahrradlebens kaum zum Tragen kommen wird. Dennoch betonen manche Hersteller besonders, wenn sie bürstenlose, also wartungsfreie Motoren verwenden.

Der Motor kann an drei Stellen am Rad verbaut sein, als Nabenmotor vorne oder hinten oder als Kurbelwellenmotor am Tretlager.

Vorderradnabenmotoren werden primär dann eingesetzt, wenn das Fahrrad konstruktiv nicht verändert werden soll. So kann auch ein normales Rad relativ unaufwändig in ein E-Bike verwandelt werden. Die Fahreigenschaften werden durch den Vorderradnabenmotor am ehesten negativ beeinflusst, insbesondere das Lenkverhalten – was sich allerdings ausgleicht, wenn das Rad hinten schwerer beladen wird.

Der Hinterradnabenantrieb wird von den Herstellern als die Variante mit den am ehesten sportlichen Fahreigenschaften verstanden. Der Akku kann zum Beispiel am Gepäckträger untergebracht werden. In der Regel kann der Hinterradnabenmotor allerdings nicht mit einer Nabenschaltung kombiniert werden.

Der an der Tretkurbel ansetzende Mittelmotor erfordert zwar eine spezielle Rahmenkonstruktion, ermöglicht aber auch eine optimale Gewichtsverteilung und eine Vielfalt an Möglichkeiten, Motor und Akku optisch ansprechend im Rahmen zu integrieren. Die Belastung der einzelnen Fahrradkomponenten (Pedale, Kurbel, Kette) und die Verschleißgefahr ist bei dieser Bauweise höher, da hier sowohl die Tretkraft als auch die Motorkraft an diesen Teilen ansetzt. Diesem Umstand sollte durch eine stabile Konstruktion des Rahmens und stabilere Komponenten Rechnung getragen werden.

Ein Vorteil von Nabenmotoren ist demnach der geringere Verschleiß, da die Umwandlung der elektrischen Energie in mechanische direkt im Rad selbst erfolgt und keine weiteren Fahrradkomponenten in die Übertragung der Motorkraft involviert sind.

Manche Motoren gestatten die Rückgewinnung der Energie, auch Rekuperation genannt. Der Motor wird beim Bremsen zum Generator. Das geht nur, wenn der Motor keinen Freilauf hat. Mittelmotoren, bei denen zusätzlich zum Freilauf die Kraft über die Kette übertragen wird, sind daher von dieser Funktion per se ausgeschlossen.

Entscheidend für das Fahrerlebnis ist vor allem, ob der Motor für die jeweilige Anwendung ausgelegt ist. Das kann bedeuten, dass ein für die zügige Fahrt im flachen oder nur leicht hügeligen Gelände ausgelegter Motor dort auch perfekt funktioniert. In bergigem Gelände offenbart er dann jedoch Schwächen, weil er bei geringen Geschwindigkeiten zuviel Wärme produziert und überhitzt. Andererseits können Motoren, die nur für ein Gesamtgewicht bis ca. 100 kg ausgelegt sind, streiken, wenn man sie in einem schwer beladenen Trekkingrad zum Einsatz bringen will. Ein für diesen Zweck optimierter Motor wird dagegen zu schwer sein, um für einen Fahrer in Betracht zu kommen, der sein Rad für die Stadt, den Weg zur Arbeit oder für Ausflüge ins Umland nutzen will.

Der Akkumulator

Leistungsfähig, haltbar und leicht soll er sein, der Akku. Verwendet werden NickelCadmium-Akkus (NiCd),  NickelMetallhydrid-Akkus (NiMH) und Lithium-Ionen-Akkus (Li-Ion). Inzwischen werden NiCd-Akkus und NiMH-Akkus immer seltener verbaut. NiCd-Akkus sind sehr robust und halten etwa 1000 Ladezyklen, der Inhaltsstoff Cadmium jedoch ist giftig. Bei NiMH-Akkus sind nur 400-800 Ladezyklen möglich, zudem entladen sie sich rasch selbst und haben bei gleichem Gewicht und Größe eine höhere Kapazität als NiCd-Akkus. Sie ermöglichen somit eine höhere Reichweite.

Bei einem deutlich geringeren Gewicht haben Li-Ion-Akkus eine ähnlich hohe Kapazität wie NiMh-Akkus. Aufgrund ihrer günstigen Eigenschaften kommen sie heute meist zum Einsatz. Sie haben keinen Memoryeffekt, überstehen auch wochenlange Radelpausen unbeschadet, lassen sich rasch laden und halten ca. 500-1000 Ladezyklen.

Akkus sind nicht völlig bedenkenlos einsetzbar. Sie können unter Umständen die enthaltene Energie schlagartig in einer Explosion entladen. Mehrere Institutionen, darunter z.B. der TÜV Rheinland, haben sich auf Initiative des ExtraEnergy (gemeinnütziger Verein zur Verbreitung von Elektrofahrrädern) zusammengeschlossen und eine Anleitung für Batterie-Sicherheitstests (BATSO1) entwickelt. Erste Akkus mit dem BATSO-Prüfsiegel kommen Anfang 2009 auf den Markt.

Sensor und Steuerung

Sensoren erfassen Daten wie Kurbeldrehzahl, Fahrgeschwindigkeit und/oder Kraft des Fahrers auf das Pedal. Auf diese reagiert die Motorsteuerung und regelt die eingespeiste Leistung. Die Höhe der Leistung hängt ab vom gewählten Unterstützungsgrad des Motors. Mit diesem wird festgelegt, wie stark der Motor die Fahrerleistung unterstützt. Bei den meisten Modellen kann der Unterstützungsgrad vom Fahrer in zwei oder drei Abstufungen jederzeit eingestellt werden. Bei manchen Modellen kann dies nur der Fachhändler durchführen.

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Alle Angaben wurden von Hayit Medien und radtouren.de nach bestem Wissen und Gewissen zusammengestellt. Allerdings kann keine Gewähr oder Haftung für einen etwaigen Schaden übernommen werden.

Text: Cornelia Auschra, Fotos: pd-f.de (c) copyright, Alle Rechte vorbehalten

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