Motoren Ratgeber: Alles zu E-Bike Antrieben

Das Herzstück eines E-Bikes bildet das aus E-Motor, Akku und Steuereinheit bestehende E-System. Die größte Aufmerksamkeit wird hierbei meist dem E-Motor geschenkt. Mit diesem Ratgeber wollen wir uns daher dem Antrieb in all seinen Ausführungen und Bauformen beschäftigen. Hier findest Du nicht nur die Antwort auf die Frage, welche E-Bike Motoren es überhaupt gibt, sondern auch welcher Typ für Dich am Besten geeignet ist.

Aufbau und Funktion eines E-Bike Motors

Ein Elektromotor besteht im wesentlichen aus dem feststehenden Stator (Magnet), dem beweglichen Rotor und dem Kommutator, der für die dauernde Änderung der Stromrichtung zuständig ist. Im Gegensatz zu früheren E-Motoren handelt es sich bei modernen E-Bike Motoren um bürstenlose, mit Magneten ausgestattete Gleichstrommotoren, das heißt für den elektrischen Kontakt zwischen Kollektor und Rotor werden keine Kohlenbürsten benötigt. Sobald Spannung anliegt, wird in den Wicklungen des Stators ein magnetisches Drehfeld erzeugt. Damit der Motor nicht stehen bleibt, sorgt der Kommutator für eine dauernde Umkehrung der Stromrichtung. Der E-Motor als Ganzes wandelt somit von außen zugeführte elektrische Energie in mechanische Energie, sprich Drehbewegung des Rotors, um.

Die unterschiedlichen Antriebskonzepte

Abhängig von den Anforderungen – sowohl bezüglich des Einsatzbereiches als auch bauartbedingt – kommen unterschiedliche Antriebskonzepte zum Einsatz. Unterschieden werden muss hierbei zwischen Nabenmotoren, also direktem Antrieb, und Mittelmotoren, die die Energie mittels Kette oder Zahnriemen auf das Hinterrad übertragen. Der Vorteil bei Nabenmotoren ist für die Rahmenentwickler die unkomplizierte Implementierung des E-Systems. Die Fahrradrahmen müssen für den E-Antrieb nicht speziell designt werden. Anders sieht es hingegen bei Mittelmotoren aus. Aufwändig konstruierte Rahmen müssen mit dem E-Motor eine harmonische Einheit bilden. Die E-Bike Marke Haibike greift hierbei beispielsweise auf das eigens entwickelte GravityCasting Interface zurück, das den Bauraum auf ein Minimum reduziert.

Nabenmotor und Mittelmotor

Nabenmotoren kommen oftmals in City- und Trekking-Bikes zum Einsatz. Hierbei befindet sich der Motor in der Nabe des Vorder- oder Hinterrades, was eine sehr direkte Kraftübertragung gewährleistet. Da beim Vorderrad die Massenträgheitsmomente eine besondere Rolle spielen, müssen die Naben besonders klein und leicht sein. Erreicht wird dies durch ein eingebautes Umläufergetriebe, welches die Umdrehung des Rotors verlangsamt. Große, getriebelose Naben finden hingegen im Hinterrad Verwendung. Durch den größeren Durchmesser können mehr Polpaare und Wicklungen untergebracht werden, was wiederum für mehr Drehmoment sorgt.

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Vor- und Nachteile der einzelnen Motorensysteme

Der Vorteil der Nabenmotoren, die direkte Kraftübertragung, kann sich auch ins negative umkehren. Besonders beim Vorderradantrieb droht bei rutschigem Untergrund bei einsetzendem Vortrieb ein Wegrutschen des Vorderrades. Ein großer Vorteil des Vorderrad-Nabenmotors ist die Unabhängigkeit bei der Wahl der Schaltung, sogar die Verwendung einer Rücktrittbremse ist bei diesem System ohne Probleme möglich. Der Hinterrad-Nabenmotor bietet dem Nutzer viele Vorteile wie Rekuperation (Energierückgewinnung), die Möglichkeit der Verwendung von drei Kettenblättern und der materialschonende Vortrieb. Nachteil ist jedoch die ungünstige Gewichtsverteilung zu Lasten des Hecks.

Immer mehr E-Bikes kommen mit Mittelmotor. Durch die tiefe und zentrale Lage des Antriebs gleicht das Fahrverhalten dem eines unmotorisierten Fahrrades. Im Bereich des Mountainbikens kommt für eine ambitionierte Fahrweise kein anderes System in Frage. Die Übertragung der Antriebskraft geschieht über ein Ritzel per Kette oder Zahnriemen an das Hinterrad. Die ausgeklügelte Motorsteuerung mit Drehzahl- und Drehmoment-Sensoren gewährleistet hierbei eine optimale Kraftentfaltung und Tretunterstützung. Nachteil dieses Systems ist allerdings der erhöhte Platzbedarf und die notwendige, spezielle Rahmenkonstruktion. Der erhöhte Material- und Herstellungsaufwand spiegelt sich natürlich auch beim Preis wieder.

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Auf die Leistung kommt es an

Angeboten werden E-Bikes mit 250 oder 500 Watt Leistung. Pedelecs, also elektrisierte Fahrräder mit einer Tretunterstützung bis maximal 25 km/h, verfügen über eine Leistung von 250 Watt. Diese E-Bikes dürfen wie ein normales Fahrrad im Straßenverkehr bewegt werden, für das Führen wird also weder eine Fahrerlaubnis noch eine Versicherung benötigt. Auch Umbaumaßnahmen, die nicht das E-System betreffen, sind erlaubt. Anders sieht es bei sogenannten S-Pedelecs mit 500 Watt Leistung aus. Die Tretunterstützung bis maximal 45 km/h macht aus dem E-Bike ein echtes Kraftfahrzeug. Dementsprechend ist zum Führen ein Führerschein und ein Versicherungskennzeichen notwendig. Auch bei der Ausstattung zeigen sich einige Unterschiede zum herkömmlichen Pedelec. Blinker müssen ebenso vorhanden sein wie eine Hupe. Der Fahrer muss zudem einen Helm tragen. Da die S-Pedelecs als Kraftfahrzeug geführt werden sind Umbaumaßnahmen nicht erlaubt.

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Der E-Bike Motor unter Spannung: 24 oder 36 Volt?

Die Angabe Volt steht für die Spannung, die am E-Motor anliegt. Die Spannung hat einen entscheidenden Einfluss auf den Strom, der durch die Spulen fließt – und dementsprechend auch auf die Leistung des Systems. Mit einer elektrischen Formel lässt sich das sehr anschaulich demonstrieren: Hier resultiert die Leistung aus Spannung x Strom, unter Elektrikern bekannt als P=U*I. Um also die gleiche Leistung bei geringerer Spannung zu erreichen, muss mehr Strom fließen. Der höhere Stromfluss erzeugt ein Plus an Wärme, die wiederum zu reduzieren gilt. Ein weiterer Vorteil des Motors mit 36 Volt ist die höhere Reichweite des Akkus. Die großen Motorenhersteller wie Bosch, Shimano oder Yamaha setzen auf Systeme mit 36 Volt.

Die Lebensdauer eines E-Motors: Spezielle Schutzhauben aus dem Zubehör

Im Gegensatz zum Akku, dessen Lebensdauer durch eine gewisse Anzahl von Ladezyklen begrenzt ist, darf der E-Motor als nahezu alterungsbeständig eingestuft werden. Wichtig ist hierbei natürlich ein schonender Umgang mit dem Antrieb. Bewegliche Teile wie die Lager geben in den seltensten Fällen Grund zur Sorge. Lagerschäden kündigen sich durch laute, schabende oder klackende Motorengeräusche an. Nicht notwendig ist ein spezieller Regenschutz für den Motor, da die Komponenten vor Spritzwasser geschützt sind. Auch von einer speziellen Schutzhülle für den Winter würden wir absehen, da diese die notwendige Kühlung des Motors unterbinden kann. Ein Kälteschutz macht lediglich beim Akku Sinn.

Darf es etwas mehr sein? Das E-Motor Tuning im Brennpunkt

Im Gegensatz zum Tuning bei Benzin-Motoren handelt es sich beim E-Bike um ein Chip-Tuning. Da die Tretunterstützung bis maximal 25 km/h fest in der Programmierung verankert ist, wird der Steuerung lediglich eine langsamere Geschwindigkeit vorgetäuscht. Dieses „Austricksen“ des Systems bleibt allerdings nicht ohne Folgen. Die höhere Belastung führt zu einer stärkeren Belastung des Akkus, wodurch dieser wiederum schneller altert. Im schlimmsten Fall können sogar unbehebbare Schäden entstehen. Nicht zu vernachlässigen ist zudem der höhere Verschleiß von Kette, Zahnkranz und Kassette. Gesetzeskonform ist das Tuning ebenfalls nicht: Das Fahren mit einem getunten E-Bike ist im öffentlichen Straßenverkehr verboten.

Die Qual der Wahl: Welcher E-Bike Typ bin ich?

E-Bikes gibt es wie Sand am Meer. Für nahezu jeden Einsatzbereich des Fahrradfahrens findet sich der ideale Untersatz mit eingebautem Rückenwind. Vor der Anschaffung sollte natürlich genaustens abgeklärt werden, welches E-Bike am Besten zu Dir passt. Was sind Deine Ansprüche, wo genau möchtest Du unterwegs sein? Suchst Du ein E-Bike für den Alltag im urbanen Umfeld oder möchtest Du es im Bikepark richtig krachen lassen? Oder bist Du gar auf der Suche nach einem E-Bike für eine Alpenüberquerung oder die Tour durch Skandinavien? Nicht unerheblich ist auch die Frage der Reichweite.

Weitere Infos dazu haben wir hier: Welches E-Bike passt zu mir?