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Antriebsarten

Welche Antriebsarten unterscheidet man?

Für die Tretunterstützung sind am E-Bike, zusätzlich zur normalen Fahrrad-ausstattung, einige spezielle Komponenten für den Elektroantrieb nötig. Der Elektromotor, der Akkumulator, der Sensor für die Erkennung der Kurbelbewegung durch den Fahrer und die Steuerelektronik für den Motor stellen das Antriebssystem dar. Die Einstellung des Motors erfolgt zum Teil durch den Fahrer. Die dafür benötigten Bedienelemente sollten möglichst einfach und übersichtlich sein und alles Wichtige anzeigen, wie den Ladezustand der Batterie, den gewählten Unterstützungsgrad und die aktuelle Geschwindigkeit.
Bei den Motoren werden fast ausschließlich Gleichstrommotoren verwendet. Es kommen Motoren mit und ohne Getriebe sowie Motoren mit sogenannten Bürsten und bürstenlose zum Einsatz. Die Kontaktblöcke der Bürstenmotoren unterliegen einem gewissen Verschleiß, der jedoch innerhalb eines Fahrradlebens kaum zum Tragen kommen wird. Dennoch betonen manche Hersteller besonders, dass 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. Der Frontmotor zieht das Rad vorwärts. Vorderradnabenmotoren werden primär dann eingesetzt, wenn das Fahrrad konstruktiv nicht verändert werden soll. So kann auch ein normales Rad mit relativ wenig Aufwand in ein Pedelec verwandelt werden. Die Fahreigenschaften werden durch den Vorderradnabenmotor aber auch am deutlichsten beeinflusst. Eine etwas schlechtere Traktion durch die geringe Achsenlast, v.a. auf losen, sandigen Untergründen und ein leicht verändertes Lenkverhalten sind die Nachteile. Wird das Fahrzeug nur auf solchen Untergründen benutzt, ist ein Hinterradmotor vorzuziehen. Es gleicht sich allerdings dann aus, wenn das Rad hinten schwerer beladen wird. Bei Antrieben, die im Vorderrad eingespeicht sind, ist der Einbau eines Nabendynamos nicht möglich. Großer Vorteil der Nabenantriebe sind die, gegenüber dem Tretlagerantrieb, deutlich geringeren Reparaturkosten, sollte es einmal zu einem Defekt kommen. Auch die Weiterfahrt als normales Fahrrad ist jederzeit bei eingebautem Freilauf möglich. Fast bei allen Modellen mit Vorder- oder Hinterradantrieb ist der Umbau auf einen neuen Fahrradrahmen problemlos möglich, so kannst du deinen Elektroantrieb auch Jahre später noch mit einem neuen Fahrrad genießen. Ein weiterer Vorteil von Nabenmotoren ist der geringere Verschleiß, da die Umwandlung der elektrischen Energie in mechanische direkt im Laufrad erfolgt und keine weiteren Fahrradkomponenten in die Übertragung der Motorkraft involviert sind. Die Heckmotoren treiben das Hinterrad direkt an und schieben das Rad. Der Hinterradnabenantrieb wird von den Herstellern als die Variante mit den besten sportlichen Fahreigenschaften verstanden. Der Akku wird oft platzsparend und nicht störend am Gepäckträger untergebracht. Meistens kann der Hinterradnabenmotor allerdings nicht mit einer Nabenschaltung und der beliebten Rücktrittbremse kombiniert werden und der Hinterradausbau wird erschwert. Ein Nabendynamo kann aber verwendet werden. Der Mittelmotor überträgt seine Hilfe zum Hinterrad ganz einfach über die Fahrradkette. Somit werden keine speziellen Vorder- oder Hinterräder benötigt. Alle gängigen Fahrradschaltungen und ein Nabendynamo lassen sich einbauen, auf eine Rücktrittbremse muss aber verzichtet werden. Der Akku sitzt hier direkt auf dem Motor, womit es zu keinen langen Verkabelungen kommt. 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. Diesem Umstand sollte durch eine stabile Konstruktion des Rahmens und stabilere Komponenten Rechnung getragen werden. Antriebe, die im Tretlager integriert sind, bewirken ein sehr stabiles Fahrverhalten des Fahrrades. Dieser Antrieb hat sich als sehr zuverlässig herausgestellt, da es wenig Fehlerquellen gibt. Die meisten Modelle haben jedoch den Nachteil, dass sie bei einem Defekt nicht mehr als reines Fahrrad benutzt werden können, d.h. sie müssen geschoben werden. Manche Motoren gestatten eine Rückgewinnung der Energie, auch Rekuperation genannt. Der Motor wird dann 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 zu viel Wärme produziert und überhitzt. Andererseits können Motoren, die nur für ein Gesamtgewicht bis ca. 100 kg ausgelegt sind, streiken, wenn man sie an einem schwer beladenen Pedelec 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.

Was ist eine Anfahr- oder Schiebehilfe?

Bei vielen Antrieben wird eine Anfahrhilfe bis 6 km/h angeboten. Die Anfahrhilfe soll das Aufsteigen oder Anfahren erleichtern. Zu diesem Zweck wird entweder über Drehgriff oder Taste der Motor aktiviert. Der Motor zieht das Pedelec dann auch, ohne dass pedaliert wird, bis zu 6 km/h Geschwindigkeit. Von da an muss eine Tretleistung des Fahrers einsetzen. Einfach am Griff drehen und schon geht es sanft los, das macht das Aufsteigen und Anfahren gerade für ältere Personen deutlich leichter. Besonders im Stadtverkehr ist es ein willkommener Extra-Komfort. Die Anfahrhilfe erleichtert das Anfahren erheblich, insbesondere bei einem schwer beladenen Fahrrad oder ansteigender Straße. Muss das Pedelec aus einer Tiefgarage heraufgeschoben werden, wird sich das erhöhte Gewicht im Vergleich zum herkömmlichen Fahrrad bemerkbar machen.

Gilt es Steigungen zu bewältigen, wo nicht gefahren werden darf oder kann (z.B. Fußgängerzone bergauf führend), sollte das Pedelec über eine Schiebehilfe verfügen, die per Handgriff zuschaltbar ist. Die Schiebehilfe unterscheidet sich im Grunde nicht stark von der Anfahrhilfe. Sie fällt deutlich schwächer und langsamer aus als die Anfahrhilfe und ist in der Regel so dosiert, dass das Elektrorad die Steigung selbst bewältigt und der Fahrer nur noch für das Lenken zuständig ist. Wenn auf sehr steilen Wegstrecken, auf Rampen oder beim Manövrieren auf verwinkelten Wegstrecken das Fahrrad geschoben werden muss, kann durch kontrollierten Einsatz des Motors die Führung des Fahrrads erheblich erleichtert und viel Kraft gespart werden. Bei manchen Modellen ist die Hilfefunktion abhängig vom eingelegten Gang. Auch wenn ein Pedelec eine Anfahr- oder Schiebehilfe hat, gilt es weiterhin rechtlich als Fahrrad und ist nicht zulassungs- und versicherungspflichtig.

Elektrische Einheiten

Stromstärke (Einheit Milliampere (mA), Ampere (A)): Die elektrische Stromstärke (Stromstärke oder Strom) gibt an, wie viele elektrische Ladungen, getragen von Elektronen oder Ionen, in einer bestimmten Zeit durch den Leiter (Kabel, Motor etc.) fließen. Sie stellen sozusagen den Energietransporteur dar. Ein elektrischer Strom hat die Stromstärke 1 A, wenn pro Sekunde
6,24150948 * 10^18 Ladungsträger mit einer Elementarladung durch den Leiterquerschnitt fließen.

Ladungsmenge bzw. Kapazität (Einheit Milliamperestunde (mAh), Amperestunde (Ah)): Ein voll geladener Akku mit 10 Ah kann Strom in der Stärke 10 A eine Stunde lang liefern oder 5 A für zwei Stunden (5 A * 2h = 10 Ah), dann ist er leer. Manchmal hat ein Akku die Angabe 'belastbar mit 2 C'. Das beschreibt, dass man den Akku mit dem doppelten Strom, wie die aufgedruckte Kapazität (1 C), belasten darf. Oder umgekehrt: Der Akku darf in einer halben Stunde entladen werden. Die Kapazität (C) in Verbindung mit der Belastung
(X * C) gibt also an, welche Stromstärke in welcher Entladungszeit abgegeben werden kann, wobei  1 C der vom Hersteller angegeben Kapazität pro Stunde des Akkus entspricht.

Leistung (Einheit Milliwatt (mW), Watt (W)): Leistung ist das Produkt von Spannung und Strom. Es beschreibt die Energie pro Zeit. Mit dieser Einheit können verschiedene Zustände beschrieben werden, wie die Spitzenleistung oder die Dauerleistung eines Motors.

Spannung (Einheit Millivolt (mV), Volt (V)): Je mehr Spannung, desto mehr Strom fließt durch den Widerstand. Die Spannung ist sozusagen die treibende Kraft oder das spezifische Arbeitsvermögen der Ladung. Die Spannung ist der Unterschied zweier geladener Leiter (Akkuanschlüsse und Metallplatten im Akku). Um Spannung zu erzeugen, muss man Elektronen von Leitern trennen und auf eine Seite bringen. Diese Arbeit verrichtet das Ladegerät. Beim Zusammenführen der Elektronen kann diese Energie wieder in mechanische Arbeit umwandelt werden. Das macht der Regler bzw. Motor.

Elektrische Energie bzw. Arbeit (Einheit Milliwattstunde (mWh), Wattstunde (Wh), Kilowattstunde (kWh)): Die Wattstunde ist eine Maßeinheit der Arbeit und damit eine Energieeinheit. Eine Wattstunde entspricht der Energie, welche eine Maschine mit einer Leistung von einem Watt in einer Stunde aufnimmt oder abgibt. Im Alltag gebräuchlich und verbreitet ist die Kilowattstunde, das Tausendfache der Wattstunde. Diese Einheit beschreibt die komplette elektrische Energie, die ein Akku während einer Belastung von sich gibt. Aus der Leistung und der Zeit ergibt sich die Arbeit. Die Einheit bezieht aufgrund der Zeitangabe immer auf die Arbeit von Anfang bis Ende der Messung.
Beispiel: aus 36 V Spannung, 20 A Stromstärke und 0,5 h Zeit ergibt sich
(36 V * 20 A) * 0,5 h = 720 W * 0,5 h = 360 Wh


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