Wie funktioniert ein E-Bike? – Die Funktionen im Detail
Das E-Bike fühlt sich an wie ein gewöhnliches Fahrrad: Bis auf den Unterschied, dass es menschliche Kraft mit der Kraft eines leisen Elektromotors vereint. Dieser Elektromotor unterstützt jeden Pedaltritt und verringert dadurch den Gesamtaufwand, den du als Radfahrer benötigst, um vorwärtszukommen und Geschwindigkeit aufzubauen. Die Leistung wird also erhöht, jedoch nicht ersetzt.
Dabei kann der Motor mit einer Geschwindigkeit von 25 km/h oder auf einem Speedbike (S-Pedelec) bis zu 45 km/h fahren, um dir das Fahren zu erleichtern. Dadurch bewältigst du Hindernisse wie Hügel und Gegenwind leichter und legst längere Strecken zurück, ohne müde zu werden.
Egal, ob du auf dem Weg zur Arbeit das Auto stehen lässt oder einfach nur die Spitze steiler Hügel erreichen möchtest – ein elektrisches Fahrrad ist eine gute Lösung, um deine körperliche Anstrengung zu reduzieren. Schauen wir uns die Komponenten des E-Bikes genauer an und beantworten schließlich die brennende Frage: Wie funktioniert ein E-Bike?
Wie funktioniert ein E-Bike? – Die Bedienung der verschiedenen Komponenten des Elektrofahrrads
Das erste Element, das beim E-Bike ins Spiel kommt, ist der Tret- oder Drehmomentsensor. Der Motor erkennt die Kraft oder Drehung, die du in die Pedale bringst, und reagiert entsprechend – entweder proportional (je stärker du in die Pedale trittst, desto stärker unterstützt dich der Motor) oder kontinuierlich.
Es gibt verschiedene Arten der Motorisierung: Tretlagermotor, Vorderrad- oder Hinterradmotor. Tretlagermotoren reagieren tendenziell schneller, da sie sich an deine Bemühungen für eine optimale Drehzahl anpassen. Andererseits erfassen die im Rad befindlichen Motoren nicht deine Kraft, sondern die Anzahl der Umdrehungen der Kurbelgarnitur, was dazu führt, dass der Akku schneller entladen wird.
Andererseits kann der Fahrradmotor nicht starten, wenn er nicht ausreichend Energie zur Verfügung hat. Die Stromversorgung erfolgt über den Akku, der sich in der Regel am Rahmen oder am Gepäckträger befindet.
Viele Akkus kannst du zum Laden entnehmen, während andere direkt am Fahrrad aufgeladen werden müssen. In diesem Fall benötigst du einen geeigneten Platz in der Nähe einer Steckdose. Beachte außerdem, dass der Energiebedarf je nach gewähltem Unterstützungsmodus variiert:
- Eco-Modus: Unterstützt dich bis zu 50 % und ermöglicht eine lange Akkulaufzeit.
- Tour-Modus: Nützlich auf kurvenreichen Wegen und liefert 120 % deiner Leistung.
- Turbo-Modus: Der Motor liefert maximale Energie, 300 %, allerdings auf Kosten der Batterielebensdauer.
Am Lenker oder im Rahmen befindet sich in der Regel ein Controller für den Motor. Damit kannst du entscheiden, welches Maß an Unterstützung du wünschst und den Akkustand im Auge behalten.
Einige Controller verfügen über einen Bildschirm mit Navigation, Fitness-Tracking, zurückgelegter Strecke und vielen anderen Funktionen. Die gesammelten Daten ermöglichen eine optimale elektrische Unterstützung.
Die Bestandteile eines Elektrofahrrads
Einige E-Bikes bieten eine Vielzahl von Funktionen wie integrierte Lichter für sicheres Fahren bei Nacht, einen GPS-Tracker oder Schutzbleche. Obwohl diese Funktionen nützlich sind, stellen sie nicht die entscheidenden Teile eines E-Bikes dar. Es kommt vor allem auf einen guten Motor, einen Akku, Sensoren, einen Rahmen und leistungsstarke Bremsen an.
Der Motor: Die unsichtbare Kraft
Der Motor ist zweifellos einer der zentralen Bestandteile für die einwandfreie Funktion eines Elektrofahrrads. Es gibt verschiedene Arten von Motoren, wobei der Tretlagermotor und der Nabenmotor am häufigsten vertreten sind. Der Nabenmotor befindet sich entweder im Vorder- oder Hinterrad des Fahrrads.
Der Antrieb deines Elektrofahrrads beeinflusst seine Effizienz, Haltbarkeit und dein Fahrgefühl:
- Vorderrad: Diese Position ist die kostengünstigste. Die Installation beeinträchtigt weder die Kette noch die Pedale. Ein Vorderradnabenmotor arbeitet mit einem
Sensor, der anhand der Geschwindigkeit, mit der du in die Pedale trittst, erkennt, wie viel Kraft an den Motor gesendet werden soll. So ist das Anfahren nach
einem Stopp, einer Vorfahrt oder einem Kreisverkehr besonders einfach. Allerdings kann rutschiger oder sandiger Untergrund zu Unbehagen führen und das
Fahrrad leicht destabilisieren. Insgesamt eignet sich dieser Antrieb für Fahrten in der Innenstadt. - Hinterrad: Dieser Antrieb integriert sich in die Gangschaltung des Pedelecs und verbessert die Traktion sowie das Handling. Die Kraftübertragung ist effizient,
jedoch können ungünstige Hebelverhältnisse im Inneren des Motors bei langen Anstiegen zu Überhitzung führen. Dieser Motortyp eignet sich dennoch für
jedes Gelände, sei es zum Touren oder für den städtischen Einsatz. - Tretlagermotor: Hier befindet sich der Elektromotor in der Nähe der Pedale – im Zentrum des Fahrrads und wird auch als Mittelmotor bezeichnet. So ist E-Bike
stabilisiert, handlich und die Unterstützung ist proportional zum Druck, den du auf die Pedale ausübst. Der Mittelmotor sind in nahezu allen Fahrradtypen
verbaut, vom City-E-Bike bis zum hochwertigen E-Mountainbike.
Doch wie regulierst du die Leistung des Motors? Ganz einfach: In der Regel verfügt ein Elektrofahrrad über bis zu vier Unterstützungsstufen, die du über den Controller auswählst. So fühlst du dich sowohl auf flachem Gelände als auch bei Steigungen wohl und kannst das Tempo mühelos erhöhen, wenn du zum Beispiel zu spät zu einem Meeting kommst.
Der Akku für den Energieschub
Ohne Akku ist ein Elektrofahrrad nur ein herkömmliches Fahrrad. Er ist das Herzstück, das den Motor antreibt und die Gesamtreichweite bestimmt. Er bringt dich schließlich dorthin, wo du hin möchtest.
Es gibt mehrere elektrische Maßeinheiten, die bei Akkus ins Spiel kommen: Leistung, Spannung und Amperestunden. Diese Werte helfen dir dabei, die Kapazität deiner E-Bike-Batterie entsprechend auszuwählen. Beachte, dass die meisten E-Bike-Akkus eine Leistung von etwa 250 Watt haben.
Damit dieser schwere Teil des Fahrrads dein Gleichgewicht nicht beeinträchtigt, ist der Akku tief und mittig positioniert. Obwohl Batterien seit dem Übergang von Blei zu Lithium kleiner und leistungsstärker geworden sind, tragen sie immer noch erheblich zum Gewicht deines Bikes bei. Daher kannst du nicht irgendeinen Akku für dein E-Bike verwenden.
Der Akku sollte leicht und leistungsstark sein, um dich nicht zu belasten. Ältere E-Bike-Modelle hatten oft Blei-Säure-Akkus, die jedoch noch schwerer waren und nicht so viel Energie speichern konnten. Heutzutage sind E-Bikes nicht mehr mit Bleibatterien ausgestattet, sondern verwenden stattdessen Lithium-Ionen-Akkus.
Lithium-Ionen-Akkus sind leicht, aber etwas teuer. Mit einer einzigen Ladung kannst du mit deinem Fahrrad jedoch etliche Kilometer zurücklegen. Das Aufladen an herkömmlichen Steckdosen dauert in der Regel etwa drei bis sechs Stunden. Dazu schließt du den Akku einfach wie ein Mobiltelefon an die Steckdose an.
Falls der Akku während der Fahrt ausfällt, ist das Fahren natürlich immer noch möglich, jedoch spürst du das Gewicht des E-Bikes mehr. Das Treten wird dadurch zwar nicht unmöglich, aber schwerer.
Wie funktioniert der Akku? Das hängt von der Art deines Elektrofahrrads ab:
- Tretunterstützung: Beim Treten wird der Motor aktiviert, was deine Geschwindigkeit und Leistung erhöht. Die Geschwindigkeit des Fahrrads nimmt ab, wenn
die Pedale langsamer werden. Dies ist eine beliebte Funktionsweise, da der Fahrer die Leistung, die er vom Motor erhält, jederzeit kontrolliert. Mit anderen
Worten: Du lässt das Fahrrad nicht die ganze Arbeit erledigen. - Rein elektrischer Antrieb: Rein elektrisch angetriebene E-Bikes werden über einen Gashebel angetrieben und erfordern keine menschliche Kraft, um sich
fortzubewegen. Diese E-Bikes entladen den Akku allerdings schneller und unterliegen strengeren Sicherheitsvorschriften, da sie als Mopeds eingestuft
werden.
Fahrwerk und Getriebe
Der Rahmen eines herkömmlichen Fahrrads besteht in der Regel aus einer Aluminiumlegierung, was ihn leicht und effizient macht. Dies gilt auch für hochwertige E-Bikes: Je leichter der Rahmen, desto schneller das Rad. Die Speichen müssen stark genug sein, um Biegen oder Brechen standzuhalten, insbesondere aufgrund des höheren Drehmoments eines E-Bikes. Speichen aus Chrom, Stahl oder Messing sind daher empfehlenswert.
Das Getriebe umfasst Pedale, Kettenblätter, Kurbeln, Kette und Ritzel. Diese Komponenten arbeiten zusammen, um das E-Bike in Bewegung zu setzen. Ein Mittelmotor treibt dabei den Antrieb direkt an, was dir das Schalten und Treten erleichtert. Aus diesem Grund sind Kurbelmotoren bei jenen beliebt, die Wert auf Effizienz legen.
Die Bremsen
Elektrofahrräder erreichen oft hohe Geschwindigkeiten und das Gewicht ist im Vergleich zu herkömmlichen Fahrrädern höher. Aus diesen Gründen ist ein angemessenes Bremssystem unerlässlich.
- Hydraulische Scheibenbremsen sind in der E-Bike-Gemeinschaft beliebt, da sie unabhängig von den Wetterbedingungen schnell stoppen.
- Felgenbremsen erfordern wenig Wartung und bieten eine gute Bremsleistung, sind aber nicht so leistungsstark wie hydraulische Scheibenbremsen. Sie
werden entweder an der Nabe des Pedelecs oder an der Felge angebracht und erfordern die Verwendung eines Kabels.
Der Controller
Der Controller fungiert als das Gehirn des E-Bikes. Er stellt die Verbindung zwischen dem Motor des Pedelecs, der Batterie und den verschiedenen Komponenten her. Seine Aufgabe besteht darin, die Intensität des elektrischen Signals zu regulieren.
Die verschiedenen Arten der elektrischen Unterstützung für E-Bikes
Mit der steigenden Beliebtheit von E-Bikes werden Tretunterstützungssysteme zur Standardausstattung. Sie erzeugen Kraft durch das Treten der Pedale und tragen so zur Fortbewegung bei.
Es gibt zwei Haupttypen von Tretunterstützungssystemen:
Unverhältnismäßige Unterstützung: Tretsensor
Das unverhältnismäßige Unterstützungssystem, auch als Tretsensor bekannt, aktiviert eine kontinuierliche Kraftunterstützung, sobald die Magnete an der Kurbelgarnitur vom Sensor erkannt werden. Es funktioniert nur, wenn du in die Pedale trittst.
Der Druck, den du auf die Pedale ausübst, beeinflusst nicht die Leistung des Motors und passt sich nicht automatisch an Änderungen der Anstrengung an. Du kannst jedoch den gewünschten Unterstützungsgrad auswählen, z. B. Eco, Tour oder Turbo.
Proportionale Unterstützung: Drehmomentsensor
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