Schnittmodell Motor

Ein Mittelmotor präsentiert sein Innenleben. © www.pd-f.de/Eurobike

Elektrorad-Motoren: Reich der Mitte?

 

Motoren von Elektrofahrrädern können in den Naben oder zentral im Rahmen platziert sein. Der Mittelmotor hat die größte Verbreitung, aber auch Nabenmotoren haben Vorteile. Entscheidend für die gute Funktion ist zudem eine ausgefeilte Sensorik.

 

Mittelmotor

Beim Mittelmotor ist der Antrieb in der Mitte des Rades im Bereich des Tretlagers angebracht und treibt das Hinterrad über die Kette an. Dafür ist ein spezieller Rahmen notwendig.

Die zentrale Gewichtsverteilung hat den Vorteil, dass sie das Fahrverhalten des Rades kaum beeinflusst, besonders wenn der Akku ebenfalls zentral am Sitz- oder Unterrohr angebracht ist. Trotz des deutlich höheren Gewichts ist das Fahrgefühl eines solchen Elektrorades einem herkömmlichen Fahrrad sehr ähnlich. Und es lässt sich auch noch ordentlich tragen, wenn es mal sein muss.

Diese Art des Motors ist mit Ketten- und Nabenschaltungen kompatibel und eignet sich damit für alle Fahrradgattungen.

Nachteile gibt es aber auch. Da in den Motoren ein Getriebe arbeitet, ist eine Geräuschentwicklung nicht zu vermeiden. Je nach Hersteller fällt sie stärker oder schwächer aus, in ruhiger Umgebung ist es aber kaum zu überhören.

Der größte Nachteil ist jedoch, dass sowohl die bein- als auch die Motorkraft über die Antriebskomponenten Kettenblatt, Kette und Ritzel übertragen werden. Damit wirken enorme Kräfte auf diese Teile und erhöhen ihren Verschleiß erheblich, was gerade bei den ohnehin verschleißanfälligen Kettenschaltungen auf Dauer ganz schön ins Geld gehen kann.

Heckmotor

Beim Heckantrieb befindet sich der Elektromotor in der Hinterradnabe. Es gibt sowohl Direktläufer als auch Modelle mit internem Getriebe. Sie sind sehr leise und auch in ruhiger Umgebung kaum zu hören.

Da die Motorkraft direkt aufs Hinterrad wirkt und nicht über die Fahrradkette übertragen wird, sind die Antriebskomponenten keinem höheren Verschleiß als an herkömmlichen Rädern ausgesetzt.

Bei geringen Drehzahlen und hoher Belastung, wie sie an längeren Anstiegen auftreten, werden diese Motoren jedoch sehr heiß. Dann reduziert die Motorsteuerung die Unterstützung oder schaltet sie ganz ab.

Zudem wird das Rad hecklastiger und dadurch schwieriger zu tragen. Besonders wenn Gepäcktaschen am hinteren Gepäckträger transportiert werden, wird es wegen der ungleichen Gewichtsverteilung sehr schwierig, das Rad über Stufen oder in Züge zu tragen. Ein weiterer Nachteil ist der etwas kompliziertere Ausbau, zum Beispiel im Falle einer Reifenpanne.

Die Nutzung einer handelsüblichen Nabenschaltung ist nicht möglich, es gibt jedoch einige wenige Modelle mit integrierter Nabenschaltung. Meist wird aber eine Kettenschaltung eingesetzt.

Hinterradmotoren gibt es auch mit Getriebe. So sind sie sehr kompakt und unauffällig und beliebt bei Elektrofahrrädern mit sehr dezentem Design, die vor allem im urbanen Bereich gefahren werden.

Frontmotor

Der Frontmotor sitzt in der Vorderradnabe. Daher müssen Gabeln und Rahmen den zusätzlichen Belastungen der Antriebs- und Bremskräfte standhalten. Da der Antrieb das Fahrrad zieht, kann das Vorderrad auf feuchtem und losem Untergrund oder in Kurven leichter durchdrehen und wegrutschen. Es gibt nur wenige Hersteller von hochwertigen Frontmotoren, die eine Anti-Schlupf-Regelung bieten.

Meist sind die einfach zu montierenden Vorderradantriebe bei Elektrorädern im Einstiegsbereich zu finden oder an Fahrrädern, an denen es kontruktionsbedingt kaum andere Möglichkeiten gibt, zum Beispiel an Falträdern. Ähnlich wie beim Heckantrieb ist die Gewichtsverteilung nicht immer optimal, die Motoren können bei längeren Anstiegen zudem überhitzen.

 

Sensoren

Um den Motor richtig zu steuern, ist die Steuerungselektronik auf Sensoren angewiesen, um die Fahrsituation zu analysieren. Es kommen Geschwindigkeits-, Drehmoment- und Trittfrequenzsensoren zum Einsatz.

Bei günstigen Elektrorädern kommen häufig nur ein oder zwei Sensoren zum Einsatz, was zu einem wenig harmonischen Fahrgefühl führt und dazu, dass der Motor in bestimmten Situationen nicht passend reagiert, zum Beispiel die Unterstützung nicht verstärkt, wenn es nötig wäre – oder schlimmer, dann nach vorne schiebt, wenn es gar nicht erwünscht ist. Hochwertige Elektroräder kombinieren die drei Sensoren, um eine möglichst harmonische und zur Situation passende Unterstützung zu bieten.

Drehmomentsensoren können an unterschiedlichen Orten platziert werden. Hier liegt er an der Tretlagerwelle. © Schaeffler

Trittfrequenzsensor

Dieser Sensor ist der wichtigste: Da der Motor nur in Aktion treten darf, wenn die fahrende Person auch in die Pedale tritt, kann auf einen Sensor, der diese Bewegung erkennt, nicht verzichtet werden.

Er erkennt Bewegungen der Kurbeln und steuert den Motor entsprechend der Trittfrequenz. Der Nachteil ist, dass dabei nicht berücksichtigt wird, mit welcher Kraft die Fahrer:innen tatsächlich in die Pedale treten. Ist sonst kein Sensor im System vorhanden, kann die einsetzende Motorunterstützung stärker oder schwächer sein als gewünscht und Ungeübten die Kontrolle über das Rad erschweren. Auch der Akku wird so oft unnötig schnell geleert. Zudem schaltet der Motor ab, wenn eine Trittfrequenz erreicht ist, die im schnellsten Gang die Geschwindigkeit von 25 Kilometern in der Stunde erreichen würde – der Sensor allein weiß eben nicht, in welchem Gang man unterwegs ist.

 

Drehmomentsensor

Er misst, mit welcher Kraft der Fahrer tatsächlich in die Pedale tritt und schießt entsprechend der gewählten Unterstützungsstufe Motorkraft zu: Viel, wenn der Fahrer stark in die Pedale tritt, wenig, wenn geringer Druck auf die Pedale kommt.

Geschwindigkeitssensor

Sie werden nur in Verbindung mit einem der vorgenannten Sensoren eingesetzt. Mit ihnen kann verhindert werden, dass der Motor unerwünscht anspringt oder bei mehr als 25 Kilometern in der Stunde noch Unterstützung liefert. Die Kombination verschiedener Sensoren verbessert in der Regel die Fahreigenschaften, da so die Fahrsituation genauer analysiert werden kann.

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