Archiv
06. April 2015

E-Bike: Alles zu Antrieb und Batterie

Elektrobikes machen grossen Spass – wenn sie auf die Vorlieben und Bedürfnisse des Fahrers abgestimmt sind. Kenntnis über die verschiedenen Antriebskonzepte und eine ausgedehnte Probefahrt sind deshalb vor dem Kauf Pflicht. Dazu die Reportage von einem Bike-Paar mit und ohne Zusatzantrieb («Wenn Stromern verbindet») auf dem Walchwilerberg.

E-Bike mit Zentralantrieb
Mit Blick auf den Zugersee: Ein E-Bike mit Zentralantrieb und Akku von HaiBike.

MIT DIESEN TYPEN FAHREN SIE RICHTIG
Bin ich gern sportlich mit bis zu 45 km/h oder gemütlich mit 25 km/h unterwegs?
Pedale ich lieber schnell mit 90 Umdrehungen pro Minute, oder reichen mir 60?
Will ich einen Kinderanhänger den Berg hoch schleppen, oder fahre ich hauptsächlich leichte Touren im Flachen?
Bevorzuge ich lange Ausfahrten, oder nutze ich das Bike nur für kleine Besorgungen in der Stadt?

Mit diesen Fragen sollten sich künftige E-Bike-Besitzerinnen und -Besitzer befassen. Damit steigt die Chance, in der grossen Auswahl das passende Pedelec zu finden.

Am gebräuchlichsten sind die Zentralantriebe von Bosch, Yamaha, Shimano und Panasonic. Diese Grosskonzerne bürgen für ausgereifte Technik und Zuverlässigkeit. In der Regel kann die Kraftzugabe in drei bis vier Stufen zwischen 50 und 300 Prozent der eigenen Pedalkraft ausgewählt werden. Der Motor sitzt beim Tretlager und treibt zusammen mit dem Fahrer die Pedale an. Wird geschaltet, ändert sich auch die Übersetzung des Motors. Idealerweise arbeiten so Mensch und Maschine bei unterschiedlichen Fahrgeschwindigkeiten stets in der richtigen Drehzahl. Das schont Muskelkraft und Akku. Der Zentralantrieb eignet sich deshalb besonders für grosse Belastungen: bergige Strecken, schwere Fahrer, zum Ziehen von Lasten und den Betrieb mit Kindersitz. Der tiefe Schwerpunkt des elektrischen Systems wirkt sich dabei stabilisierend auf das Fahrverhalten des E-Bikes aus.

Nachteile sind das Betriebsgeräusch und die gegenüber dem Nabenmotor höheren Unterhaltskosten. Denn an der filigranen Antriebskette zerren die Kräfte von Mensch und Motor. Vor allem bei schlechter Pflege führt das zu einer raschen Abnützung. Als wartungsarme und dauerhafte Alternative bietet sich ein Riemenantrieb an. Mit einer Shimano-Nabenschaltung oder dem stufenlosen Nuvinci-Drive kann so sogar vollautomatisch gefahren werden. Die Schaltvorgänge übernimmt in Abhängigkeit von Tempo oder Tretkadenz die Elektronik.

Der Nabenmotor ist die am zweithäufigsten verwendete Antriebsvariante für Pedelecs. Er eignet sich besser für höhere Geschwindigkeiten. Meist wird er am Hinterrad verbaut, kann aber auch im Vorderrad zum Einsatz kommen. Die wichtigsten Vorteile sind der einfache Aufbau und die damit geringeren Herstellungskosten sowie – bei den Modellen ohne Getriebeuntersetzung – der geräuschlose Lauf. Bevorzugte Einsatzgebiete sind flaches bis leicht bergiges Gelände. Im Gegensatz zum Zentralantrieb ändert sich beim Schalten die Übersetzung des Nabenmotors nicht. Das heisst: Er kann nicht bei allen Geschwindigkeiten im optimalen Drehzahlbereich arbeiten. Steil bergauf, wenn seine Kraft besonders willkommen wäre, büsst der Nabenmotor bei langsamer Drehzahl an Leistung ein. Dauert die Belastung länger, entwickelt er viel Wärme. Das kann dazu führen, dass zum Schutz der Elektronik der Strom reduziert oder sogar ganz abgeschaltet wird. Vernachlässigbar ist, dass der Nabenmotor im Rekuperationsmodus zum Dynamo wird, der beim Bremsen und Bergabfahren Strom in die Batterien zurückspeist. Die Reichweite wird bei langen Bergabfahrten nur um wenige Prozente verlängert.

Der Direktantrieb des SpeedPed kombiniert die Effizienz und Geschwindigkeit eines Nabenmotors mit der variablen Übersetzung eines Zentralantriebs. Als Kraftquelle dient ein nur 1,5 Kilogramm schwerer, kompakter Elektromotor mit einer Nennleistung von 500 Watt, der im hinteren Rahmendreieck bei der Nabe angeschraubt ist. Über einen kurzen Riemen gibt er seine Kraft direkt an die Nabenschaltung ab. Der Pedalantrieb, der aus einer Kette oder einem Riemen bestehen kann, überträgt nur die Kraft des Fahrers. Beim Schalten wechselt dennoch die Übersetzung von Mensch und Motor. Als weitere Besonderheit werden Motorunterstützung und Tretfrequenz stufenlos mittels eines Drehreglers am Lenkerende variiert. Am SpeedPed kommen einzig Drehsensoren zum Einsatz. Das heisst: Die gewählte Motorunterstützung steht permanent zur Verfügung und nicht wie bei den meisten anderen Herstellern in Abhängigkeit zum Pedaldruck.

E-Bike mit elektronischem Zentralantrieb
Ein E-Bike mit elektronischem Zentralantrieb von Yamaha.

BATTERIEKUNDE

Je weiter, desto schwerer

Hersteller wie Bosch, Yamaha, Shimano und Panasonic bieten Akkus in verschiedenen Grössen an. Am gebräuchlichsten sind Kapazitäten von 300, 400 oder 500 Wattstunden, die zwischen zwei und drei Kilos wiegen. Es gilt: Mit zunehmender Kapazität steigen auch das Gewicht und die Grösse der Batterie. Bei geringer Motorunterstützung und langsamem Tempo (20 bis 25 km/h) lassen sich auch mit kleinen Akkus Touren bis zu 80 Kilometer meistern. Sind die Stromspender jedoch an einem schnellen E-Bike mit hohem Tempo (30 bis 45 km/h) unterwegs, sinkt die Reichweite deutlich. Denn bei doppelter Geschwindigkeit steigt der (Wind-)Widerstand um das Vierfache. Grosses Körpergewicht, schlechte Kondition, Bergfahrten, Gegenwind, tiefe Temperaturen, geringer Reifendruck und eine rostige Kette sind weitere Faktoren, welche die Reichweite verkleinern. Einzelne Hersteller wie Stromer und Stöckli haben deshalb auch Stromspender mit 800 Wattstunden im Angebot. Rekordhalter in Sachen Tempo, Kraft und Reichweite ist jedoch das SpeedPed mit 1500-Wattstunden-Akku.

Der Akku ist das Herz des E-Bikes.
Darauf ist beim Stromspender zu achten:

• Je grösser der Akku und je höher die Spannung, desto geringer wird der Innenwiderstand und damit die zerstörerische Wärmeentwicklung bei grosser Belastung. Die kann sich auf mehr Zellen verteilen, was die Beanspruchung und damit die Lebensdauer der einzelnen Zelle erhöht.

• Dasselbe gilt auch beim Laden: Die Schnellladung ist weniger schonend als eine lange Ladezeit.

• Moderne Lithium-Ionen-Akkus entwickeln ihre Nennleistung, die im Neuzustand deutlich über der technischen Spezifikation liegen kann, bei 20 Grad Celsius. Jedes Grad weniger kostet rund ein Prozent Leistung.

• Unter 70 Prozent Kapazität der Nennleistung gilt ein Akku als «angeschlagen», unter 60 Prozent sollte man ihn auswechseln.

• Für die Leistungsfähigkeit eines Akkus ist das Alter mindestens ebenso wichtig wie die Ladezyklen.

• Lange Standzeiten schaden dem Akku.

• Akkus mögen weder Hitze (über 50°C) noch eisige Kälte (ab –10 °C).

• Akkus reagieren sensibel auf Überladung und Tiefenentladung.

• Akkus sind wie Muskeln. Regelmässig sorgfältig trainiert, behalten sie ihre Kraft und Ausdauer am längsten.

• Es gilt die Regel: Je grösser der Akku, desto teurer und auch schwerer wird das E-Bike.

• Bei Occasionen unbedingt Alter und Leistungsfähigkeit des Akkus auf einer längeren Probefahrt prüfen und auch, was ein Ersatz kosten würde respektive ob ein Ersatz überhaupt noch erhältlich ist, denn das ist das wichtigste und teuerste Teil am E-Bike.

Autor: Martin Platter

Fotograf: Pascal Mora