E-Bike
Das Pedelec ist ein Fahrrad mit Trethilfe durch einen Elektro-Hilfsmotor. Pedelec steht für pedal electric cycle. Die erste Konstruktion dieser Art wurde 1994 von Yamaha auf den Markt gebracht. Der Elektromotor gibt seine Leistung zur Tretkraft hinzu. Ohne Treten (oder Kurbelbewegung) gibt der Motor keine Leistung ab.
Komponenten
Pedelecs unterscheiden sich von einem Fahrrad durch einen zusätzlichen Elektromotor, einen Akkumulator, eine Steuerelektronik für den Motor sowie einen Sensor für die Kurbelbewegungserkennung. Die meisten Modelle verfügen weiterhin über eine Batterieladeanzeige und eine Motorkrafteinstellung, entweder stufenlos oder in ein, zwei oder mehr Unterstützungsstufen.
Akkumulator
Neben dem Motor ist der Akkumulator das wichtigste Bauteil der Pedelec-Technik. Verwendet werden derzeit NiMH oder NiCd Akkupacks. Die Akkuladung beträgt bis zu 8 Ah bei 36 V. Die gespeicherte Energie beträgt also bis zu 288 Wh. Einzelne Hersteller erreichen mit den schwereren Blei-Akkus auch Energieinhalte bis zu 350 Wh. Während NiCd-Akkus bis zu 1000 mal aufgeladen werden können werden bei NiMH-Akkus nur etwa 400 Ladezyklen erreicht (85 % Restkapazität). Die Haltbarkeit der Akkus ist jedoch von weiteren Faktoren abhängig. Blei-Akkumulatoren liefern mit fortschreitender Entladung eine geringere Spannung, so das nicht mehr die volle Motorleistung erreicht wird. In naher Zukunft werden die ersten LithiumPolymer Akkus verfügbar sein. Die besonders leichten aber teuren LithiumIon-Akkus werden bereits eingesetzt.
Hersteller, die ihre Pedelecs mit NiCd-Akkus bestücken, liefern meist ein Netzteil aus, das vor dem eigentlichen Ladevorgang den NiCd-Akku vollständig entlädt, um den Memory-Effekt zu verringern. Der Effekt wiegt wegen der kürzeren Lebensdauer von NiMH-Akkus bei diesen nicht so stark.
Motorsteuerung
Das Einschalten des Motors durch Motorsteuerung erfolgt entweder über das Signal eines Kraftsensors, der die Kraft des Fahrers auf das Pedal erkennt oder eines Initiators, der eine Drehbewegung der Kurbel erfasst. Hinzu kommt noch ein Sensor, aus dem die aktuelle Fahrgeschwindigkeit abgeleitet werden kann.
Die eingespeiste Leistung wird aufgrund der Sensordaten (Kraftsensor, Kurbeldrehzahl, Fahrgeschwindigkeit) in Abhängigkeit des gewählten Unterstützungsgrades von der Motorsteuerung berechnet. Die sogenannten Unterstützungsgrade, das heißt wie stark der Motor zusätzlich zu der Fahrerleistung unterstützt, liegen in der Ebene zwischen 19 % und 86 %.
Da die Motoren sich im Betrieb, insbesondere auf Steigungsstrecken, erheblich erwärmen können, verfügen sie zum Teil über einen Thermosensor in der Motorwicklung. Hier schaltet die Elektronik beim Erreichen einer Wicklungsgrenztemperatur dann die Unterstützung ab. Auch schützt die Elektronik den Akku durch Abschalten bei einer festgelegten Spannung, um so einer Tiefentladung vorzubeugen. Dies kann auch durch eine Elektronik im Akkupack erfolgen.
Kraftsteuerung
Bei der Ausführung mit Kraftsensor gibt der Motor automatisch immer einen eingestellten Prozentsatz der selbst aufgebrachten Kraft hinzu. Bei vielen Modellen kann diese Kraft in zwei oder mehr Stufen eingestellt werden. Es gibt auch Modelle, wo Unterstützungsgrad nur beim Fachhändler auf den Kundenwunsch eingestellt werden kann.
Drehbewegungserkennung
Bei Modellen mit Drehbewegungserkennung spielt die Größe der selbst aufgebrachten Leistung keine Rolle, allerdings reduziert sich die Reichweite bei geringer Eigenleistung erheblich. Diese Bauart ist mit einem Drehgriff ausgerüstet um die Motorkraft stufenlos regulieren zu können. Bei im Vorderrad eingebautem Motor ist die Motorkraftregulierung unbedingt nötig, sonst besteht die Gefahr, dass auf einer Bergaufstrecke mit losem Untergrund das Vorderrad durchdreht.
Anfahrhilfe
Eine neue Entwicklung für den deutschen Markt ist die Anfahrhilfe, die unter Ausreizung der Gesetzeslage ein Fahren ohne Pedalbewegung bis 6 km/h zulässt. Die Anfahrhilfe ist insofern von Vorteil, da die Kurbeldrehungserkennung erst nach durchschnittlich einer halben Kurbelumdrehung die Motorunterstützung zuschaltet.
Leistungselektronik
Die Leistungselektronik besteht aus einem DC-Steller mit Pulsweitenmodulation oder einen DC-AC-Steller, abhängig vom verwendeten Motortyp.
Motortypen
Es werden fast ausschließlich DC-Motoren verwendet. Man unterscheidet dabei zwischen kommutatorlosen DC-Motoren, kommutatorlose und bürstenbehaftete DC-Scheibenläufermotoren, die für den Direktantrieb geeignet sind sowie bürstenbehaftete DC-Motoren. Die Kohlen der Motoren mit Kohlebüsten unterliegen einen gewissen Verschleiß. Ebenfalls Wartungsfreie AC-Asynchron-Motoren sind die Ausnahme, da der hierzu verwendete Steller recht kompliziert ist. Allerdings erlauben sie die Nutzbremsung, also die Rückspeisung von Energie beim Bremsen.
Reichweite
Generell liegt die Reichweite mit Motorunterstützung zwischen 7 km (bei stetiger Steigung) bis hin zu 70 km. Bei mittelmäßiger Kraftzugabe bewegt sie sich etwa zwischen 20-50 km.
Folgende Faktoren beeinflussen die Reichweite des Pedelecs bei einer Akku-Ladung:
- Luftwiderstand
- Steigung / Gefälle
- eigener Krafteinsatz
- Gesamtgewicht
- Laufwiderstand
- Akkukapazität
- Betriebstemperatur
- Motorwirkungsgrad
- Getriebewirkungsgrad
- Wirkungsgrad Leistungselektronik
- Strategie der Motorsteuerung
Gesetzliches
Ein Pedelec gilt in Deutschland als Fahrrad. Im Gegensatz zu anderen Fahrrädern mit Hilfsmotor ist weder ein Führerschein oder eine Prüfbescheinigung erforderlich noch besteht der Zwang zu einer Kfz-Haftpflicht (damit ist kein Versicherungskennzeichen erforderlich). Auch besteht keine Helmpflicht.
Seit dem 9. November 2003 wird die neue EU Richtlinie 2002/24/EC zur Typenprüfung für zwei- und dreirädrige Fahrzeuge in allen EU-Mitgliedsstaaten angewandt. Gemäß dieser Richtlinie sind Pedelecs "Fahrräder mit Trethilfe, die mit einem elektromotorischen Hilfsantrieb mit einer maximalen Nenndauerleistung von 0,25 kW ausgestattet sind, dessen Unterstützung sich mit zunehmender Fahrzeuggeschwindigkeit progressiv verringert und beim Erreichen einer Geschwindigkeit von 25 km/h oder früher, wenn der Fahrer im Treten einhält, unterbrochen wird" für die keine Typenprüfung erforderlich ist.
In anderen Ländern gelten andere Definitionen für ein Pedelec.
Kleine Auswahl von Herstellern
Pedelec-Technik ist von diversen Herstellern weltweit verfügbar. Diese liefern teilweise auch an OEM. Hier eine kleine Auswahl von Herstellern, die entsprechende Pedelec-Technik vertreiben.
Die Marktpreise bewegen sich, abhängig von der Ausstattung, zur Zeit (2004) zwischen 1200 Euro und 4000 Euro.
unsortiert
- Dahon
- Epple
- EVT
- Giant
- Joker
- Merida
- Peugeot
- Roll-Tech
- TdS
- Velocity
mit Drehgeber
mit Kraftsensor
- Biketec Flyer
- Sachs
- Yamaha
Literatur
- Das Powerbike, Moby Dick Verlag, ISBN 3-89595-123-4