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E-Bike-Antrieb: Welche Unterschiede gibt es?

24.09.2019

Mit dem passenden E-Bike Antrieb perfekt gerüstet für tolle Touren und mehr. (Foto: stock.adobe.com)

 

Während man bei einem herkömmlichen Fahrrad nur dann von der Stelle kommt, wenn man mehr oder weniger kräftig in die Pedale tritt, bietet ein Elektrofahrrad dank seines Antriebs den Komfort einer Tretunterstützung oder sogar ein ganz eigenständiges Fahren – je nach Pedelec- bzw. E-Bike-Typ. Aber was ist eigentlich der Unterschied zwischen einem E-Bike und einem Pedelec? Wie funktioniert ein E-Bike-Antrieb? Welches Gewicht hat ein solches E-Fahrrad? Worauf muss man bei einem E-Bike-Motor achten und welche Hersteller sind empfehlenswert? Woran erkennt man einen guten Akku? Dieser Beitrag bietet jede Menge Informationen rund um Antriebe, Motoren, Akkus und mehr.

 

E-Bike-Antrieb: Pedelec, S-Pedelec oder E-Bike?

Häufig wird für alle Elektrofahrräder der Sammelbegriff „E-Bike“ und entsprechend „E-Bike-Antrieb“ verwendet – tatsächlich gibt es jedoch erhebliche technische und rechtliche Unterschiede zwischen Pedelec, S-Pedelec und E-Bike:

Bei einem Pedal Electric Cycle (oder kurz Pedelec) handelt es sich um ein durch Muskelkraft angetriebenes Fahrrad, welches zusätzlich über einen Elektromotor verfügt. Dieser hat eine unterstützende Funktion und schaltet sich nur dann ein, wenn man in die Pedale tritt. Das Pedelec ist verkehrsrechtlich einem normalen Fahrrad gleichgestellt und somit nicht gesondert zu versichern, weil die Geschwindigkeit auf 25 Stundenkilometer begrenzt ist und der Motor den Fahrer mit maximal 250 Watt unterstützt. Außerdem darf die sogenannte Anfahrhilfe auf nicht mehr als sechs Stundenkilometer beschleunigen. Natürlich ist es möglich und erlaubt, mit dem Pedelec mehr als 25 Stundenkilometer auf den Tacho zu bringen – dann aber ohne weitergehende Unterstützung durch den E-Bike-Antrieb. Weitere Informationen zum Pedelec-Fahren erhalten Sie unter Sicher Pedelec-Fahren.

Mit dem S-Pedelec – das ‚S’ steht für ‚Speed’ – fährt man schon in einer anderen Liga. Wie sein kleinerer Bruder verfügt er über Tretunterstützung, allerdings schaltet sich die Motorunterstützung erst bei 45 Stundenkilometern ab. Außerdem ist es rein mithilfe des Gashebels möglich, bis zu 20 Stundenkilometer schnell zu fahren, ohne selbst in die Pedale zu treten. Ein solcher E-Bike-Motor darf eine maximale Nenndauerleistung von bis zu 4.000 Watt haben und eine Tretkraftunterstützung von höchstens 400 Prozent bieten.

Mehr zu gesetzlichen Bestimmungen beim S-Pedelec finden Sie unter Was ist ein S-Pedelec?.

Ein echtes E-Bike zeichnet sich dadurch aus, dass es eine Motorunterstützung bietet, die unabhängig von der Trittleistung des Fahrers ist, und dass es über einen Gas- oder Beschleunigungshebel verfügt. Im Prinzip gibt es drei Arten von E-Bikes:

  • Ein E-Bike bis 20 Stundenkilometer Höchstgeschwindigkeit und maximal 500 Watt ist ein sogenanntes Leichtmofa, das ab einem Mindestalter von 15 Jahren gefahren werden darf.
  • Bei einem E-Bike mit einem Tempo von maximal 25 Stundenkilometern geht man rechtlich von einem Mofa aus, das ebenfalls ab 15 Jahren nutzbar ist.
  • Das deutlich schnellere E-Bike mit einer Geschwindigkeit von bis zu 45 Stundenkilometern ist bereits ein Kleinkraftrad, dessen Fahrer mindestens 16 Jahre alt sein müssen.

Kurzüberblick rechtliche Bestimmungen Pedelec, S-Pedelec und E-Bike

Fahrzeugtyp max. km/h Mindestalter Führerschein Versicherung/Kennzeichen Helmpflicht Radwegnutzung
Pedelec 25 km/h 15 Jahre nein nein nein erlaubt
S-Pedelec 45 km/h 16 Jahre AM-Klasse ja ja untersagt
E-Bike/20 20 km/h 15 Jahre Mofa ja nein gestattet bei Mofafreigabe
E-Bike/25 25 km/h 15 Jahre Mofa ja ja gestattet bei Mofafreigabe
E-Bike/45 45 km/h 16 Jahre AM-Klasse ja ja untersagt

Quelle: Bußgeldkatalog 2019

 

E-Bike-Antrieb: Welche Komponenten sind wichtig?

Wie funktioniert ein E-Bike eigentlich? Prinzipiell ist ein Fahrrad mit Motor wie ein herkömmliches Bike aufgebaut, allerdings verfügt es darüber hinaus über Motor, Akku, Controller und Sensoren. Wenn die Sensoren eine Pedalbewegung wahrnehmen, senden sie ein entsprechendes Signal an den Controller. Besonders intelligente Sensoren messen die exakte Kraft, die auf die Pedalen einwirkt. Das ermöglicht eine optimal angepasste Beschleunigung. Je genauer die vom Sensor erfassten Daten sind, desto präziser arbeitet der Controller, der wiederum den Akku steuert. Dieser speist Strom in den Motor ein – und so erhält der Fahrer Unterstützung beim Treten. Kurzum: Nur wenn alle Elemente perfekt aufeinander abgestimmt sind und eine harmonische Steuereinheit bilden, funktioniert der E-Bike-Antrieb reibungslos und ermöglicht ein gutes Fahrgefühl. Natürlich ist auch das Bedienelement von großer Bedeutung. Die ‚Schaltzentrale’ eines modernen E-Bikes ist das Display, das dem Fahrer alle notwendigen Informationen liefert. Die Unterstützungsstufe wird bequem mittels einer am Lenkergriff befindlichen Bedieneinheit gewählt. Der Umfang der Fahrinformationen, die Beleuchtung und auch die Monitortechnik (TFT/LCD) sind vom jeweiligen Hersteller abhängig.

 

E-Bike-Antrieb: Welche Antriebssysteme und Motoren gibt es?

Prinzipiell gibt es für Elektroräder drei gängige E-Bike-Antriebsarten. Sie werden danach unterschieden, wo sich der Elektromotor befindet: Vorderradantrieb, Hinterradantrieb und darüber hinaus der Mittelmotor, der, wie der Name schon verrät, mittig an der Kurbel angebracht wird. Welcher E-Bike-Antrieb der beste für Sie ist, hängt unter anderem von Ihren Wünschen und dem Einsatzgebeit des E-Bikes ab.

 

E-Bike-Antrieb: Front-, Heck- oder Mittelmotor?

Generell lässt sich sagen, dass alle drei Varianten ihre Vor- und Nachteile haben, die wir im Folgenden kurz beleuchten möchten:

Der Frontmotor ist vor allem als E-Bike-Antrieb für kurze Strecken in der Stadt gut geeignet. Dadurch, dass er in der Vorderradnabe verbaut ist, kann nicht nur eine Rücktrittbremse, sondern auch eine Ketten- oder Nabenschaltung problemlos angebracht werden. Aufgrund seiner einfachen Konstruktion können die Räder leicht ausgebaut werden und darüber hinaus ist der E-Bike-Vorderradantrieb auch noch verhältnismäßig kostengünstig. Leider gibt es bei diesem E-Bike-Antrieb auch eine Reihe von Nachteilen: Durch sein vorn gelagertes Gewicht erschwert der Frontmotor das Lenken und eignet sich daher weder für eine sportliche Fahrweise, noch für Touren durch anspruchsvolleres Gelände. Zudem sorgt der E-Bike-Motor am Vorderrad zu einem ungewohnten Fahrgefühl, weil man gewohnt ist, dass der Schub von hinten kommt, und nicht, dass das Rad von vorne zieht. Der Schwerpunkt des Bikes liegt aufgrund des Gewichts von Fahrer und Akku hinten und führt insbesondere bei nassem Untergrund leicht dazu, dass das Vorderrad durchdreht. Bei hohen Belastungen, beispielsweise beim Bergauffahren, kommt dieser E-Bike-Antrieb zudem aufgrund von Überhitzung und Leistungsverlust schnell an seine Grenzen.

Der Mittelmotor erfreut sich aufgrund seiner Allrounder-Qualitäten ganz besonderer Beliebtheit. Dadurch, dass sich der Pedelec-Mittelmotor als Tretlager-Komponente direkt an der Kurbel befindet, wird seine Antriebskraft quasi synchron zur Tretkraft des Fahrers erzeugt und über Tretlager und Kette auf das Hinterrad übertragen. Außerdem verfügt dieser E-Bike-Antrieb aufgrund seiner Position an der Kurbel über eine sehr gute Sensorik, sodass der Motor bei Änderung der Tretstärke schnell reagiert. Beim E-Bike mit Mittelmotor ist das Gewicht optimal verteilt und der Schwerpunkt niedrig. Dadurch ist das Fahrgefühl ganz ähnlich wie bei einem normalen Fahrrad ohne Motor. Im Gegensatz zum E-Bike mit Vorderradantrieb und zum E-Bike mit Hinterradantrieb müssen Sie zudem keine Überhitzung befürchten. Insgesamt überwiegen die Vorteile des mittig angebrachten Elektromotors fürs Fahrrad, als Nachteile wären der leicht erhöhte Verschleiß von Kette und Tretkurbelritzeln zu nennen. Insgesamt lässt sich sagen, dass sich E-Bikes mit Mittelmotor aufgrund der größeren Vielseitigkeit gegenüber dem Radnabenmotor fürs Fahrrad stärker durchgesetzt haben.

Der E-Bike-Heckmotor eignet sich besonders gut für sportliche Fahrer. Aufgrund seiner Position verlagert der E-Bike-Hinterradantrieb den Schwerpunkt entsprechend nach hinten, wodurch dort eine größere Traktion entsteht. Auch die Tatsache, dass dieser E-Bike-Antrieb im Normalfall mit einer Kettenschaltung kombiniert ist, erfreut das Fahrradsportlerherz, da Kettenschaltungen zumeist eine effektivere Kraftübertragung bieten als Nabenschaltungen. Damit sich dieser Elektromotor fürs Fahrrad auch bei anspruchsvollen Strecken bewährt, sollte man allerdings insbesondere bei E-Mountainbikes darauf achten, dass das Heck nicht voll gefedert ist und sich der E-Bike-Akku mittig am Fahrrad befindet. Ein Alleinstellungsmerkmal des Heckmotors ist die Möglichkeit, einen Teil der Antriebsenergie mittels Rekuperation wieder in den Akku einzuspeisen. Nachteilig ist, dass der Ausbau des Hinterrads deutlich aufwändiger sein kann und dass Sie hier definitiv auf Nabenschaltung und Rücktrittbremse verzichten müssen.

In unserem Beitrag Vergleichstest von Motorkenzepten bei Elektrofahrrädern finden Sie übrigens einen Vergleichstest zu den verschiedenen E-Bike-Motoren.

 

E-Bike-Antrieb: Welche Rolle spielt das Drehmoment?

Das Drehmoment bei einem E-Bike wird über Kraft x Kurbelarmlänge errechnet und in Newtonmeter (Nm) angegeben. Das Drehmoment des Motors ist die tatsächliche Kraft, die der Motor bereitstellen kann. Für jeden E-Bike-Motor wird ein Drehmoment angegeben, aber welche Bedeutung hat diese Zahl für Sie Ihren E-Bike-Antrieb? Das Drehmoment ist vor allem in Hinblick auf den jeweiligen Einsatz des Fahrrads wichtig. Generell gilt: Je höher die Beanspruchung, desto größer sollte das Drehmoment Ihres E-Bike-Antriebs sein. Wenn Sie nur gelegentlich kurze Fahrten in der Stadt unternehmen, kann bereits ein Drehmoment von 25 Nm ausreichend sein. Für Tagestouren durch hügelige Landschaften sollte der E-Bike-Motor schon ein Drehmoment zwischen 40 Nm und 60 Nm mitbringen. Und für Bergtouren empfiehlt es sich, einen E-Bike-Antrieb mit über 75 Nm Drehmoment zu haben.

 

E-Bike-Antrieb: Welche Motorenhersteller sind beliebt?

E-Bike-Hersteller gibt es mittlerweile in großer Zahl. Bosch, Brose, Panasonic und Shimano Steps sind insbesondere im Bereich der Mittelmotoren sehr beliebt. Mittelmotoren von Bosch beispielsweise verfügen über eine hochentwickelte Technik: Drei Sensoren registrieren sowohl die Pedalumdrehungen pro Minute als auch die Kraft, die zum Fahren aufgewandt wird und natürlich auch die Fahrtgeschwindigkeit. Alle drei Faktoren werden automatisch vom Controller verarbeitet, sodass der Akku den Motor immer mit genau der Menge Strom versorgt, die gerade benötigt wird. Auch die Lenkerdisplays von Bosch können mit Übersichtlichkeit und Design punkten und verfügen zudem über einen Anschluss für einen Mini-USB, mit dem Sie Ihr Handy oder Ihr Navi aufladen können. Brose ist ein Newcomer im Bereich der E-Bike-Motoren, kann jedoch auf jahrzehntelange Erfahrung mit PKW-Elektromotoren zurückgreifen. Diese Erfahrung macht sich auch bei Mittelmotoren von Brose bemerkbar: Sie sind langlebig, durch ihr hohes Drehmoment ausgesprochen kräftig und darüber hinaus sehr leise. Laut Brose bietet das Unternehmen den leisesten E-Bike-Antrieb überhaupt an. Shimano Steps gehört ebenfalls zu den Spitzenmarken im Bereich E-Bike-Antriebe mit Mittelmotor. Ein echter Clou bei einigen Modellen ist die integrierte automatische Schaltung. Diese sorgt dafür, dass Sie immer im richtigen Gang sind, weil die Di2-Nabenschaltung autark schaltet. Auch das Anfahren ist mit der Di2 von Shimano Steps sehr bequem, weil kurzfristig mehr Energie zur Verfügung gestellt wird. Das Lenker-Display ist übersichtlich und bietet ausgesprochen viele Informationen, vom Akku-Ladestand über den aktuell gefahrenen Gang und die Geschwindigkeit bis hin zu einer Anzeige für die Fahrradlampen.

 

E-Bike-Antrieb: Gewicht und Fahrgeräusche

Kritiker von E-Bikes bemängeln häufig das hohe Gewicht und die Geräuschentwicklung. Natürlich sind solche Zweiräder aufgrund ihres Pedelec-Antriebs bzw. ihres E-Bike-Antriebs deutlich schwerer als ein herkömmliches Fahrrad. Je nach Fahrradtyp wiegt ein Fahrrad mit Motor normalerweise zwischen 13 und 25 Kilogramm. Davon macht der Antrieb etwa 7 Kilogramm aus: ca. 4 Kilogramm wiegt ein gängiger Mittelmotor, ca. 3 Kilogramm ein gängiger Akku (die Faustregel geht von 160 Wh pro Kilo aus). Ob das Gewicht eine wirkliche Rolle spielt, hängt vom jeweiligen Einsatz des E-Bikes ab. Bei längeren Touren und anspruchsvollem Gelände hat es schon aufgrund der zu erzielenden Reichweite eine große Bedeutung. Und auch im Alltag macht es wenig Freude, gut 20 Kilogramm in den Keller oder in die höhergelegene Wohnung zu schleppen. Leichter ist zumindest subjektiv betrachtet oft besser, dementsprechend arbeiten fast alle Hersteller von E-Bike-Antrieben an einer Reduzierung des Gewichts. Die Geräuschentwicklung beim E-Bike ist logischerweise vom jeweiligen Motortyp abhängig. Grundsätzlich sind Mittelmotoren lauter als Hinterradmotoren. Aber auch Leitung und Motorgröße haben Einfluss auf die Geräuschentwicklung. Bei einer sehr hohen Leistung und einem entsprechend großen Motor, beispielsweise für ein E-Mountainbike, ist der E-Bike-Antrieb eher lauter, bei einem kleinen Motor für das City-E-Bike unter Umständen flüsterleise. Die Firma Brose setzt auf natürliches Fahrgefühl dank leiser Motoren und hat das Fahrgeräusch mit drei Maßnahmen auf eine Minimum reduziert: Vermeidung von Vibrationen im Motorinnenraum, bürstenlose Innenläufer und ein Planetengetriebe mit schräger Verzahnung. Allerdings wird je nach Zielgruppe eine gewisse Geräuschentwicklung unter Umständen gar nicht als unangenehm empfunden. Ähnlich wie beim Autofahren spielt auch hier der psychologische Faktor eine nicht unerhebliche Rolle: Oft wird Lautstärke mit effektiver Kraft gleichgesetzt. Man denke nur an den aufheulenden Sportwagen, der dem Fahrer und der Umgebung hörbar vermittelt, dass jede Menge Power unter der Motorhaube sitzt. Obwohl dieses Phänomen auch den Motorenherstellern bewusst ist, geht der Trend allerdings eher zu leiseren Motoren, insbesondere bei City-E-Bikes.

 

E-Bike-Antrieb: Herzstück Akku

Im Gesamtsystem des E-Bike-Antriebs kommt dem Akku eine hohe Bedeutung als Energiespeicher zu. Er ist quasi das Herzstück des E-Bikes und hat entscheidenden Einfluss auf die Reichweite und auch auf das Fahrverhalten Ihres Fahrrads. In unserem Artikel E-Bike-Akku-Reichweite: Welche Distanzen sind möglich E-Bike Akku-Reichweite finden Sie detaillierte Informationen zur Funktionsweise, Reichweite und Pflege von Fahrrad-Akkus, daher behandeln wir an dieser Stelle nur die wichtigsten Fragen:

 

  • Welche Reichweite erzielt ein E-Bike mit einer einzelnen Akku-Ladung? Die Reichweite hängt maßgeblich von der Kapazität des E-Bike-Akkus ab, die in Wattstunden (Wh) angegeben wird. Eine höhere Kapazität sorgt für eine entsprechend höhere Reichweite. In der Regel kommen Lithium-Ionen-Akkus zum Einsatz, die eine hohe Stromspeicherfähigkeit haben und meistens über 250 Wh bis 500 Wh verfügen. Gemäß Herstellerangaben erzielt ein Fahrrad-Akku mit einer Ladung eine Reichweite von 130 bis 200 Kilometern. Dies ist als Richtwert zu verstehen, denn die Reichweite wird von vielen Faktoren wie Gesamtgewicht, Geländebeschaffenheit, Temperatur, Windverhältnissen und Fahrverhalten mitbestimmt. Auch die Pflege des Akkus spielt eine erhebliche Rolle, mehr Informationen dazu erhalten Sie im Beitrag Spaß mit dem E-Bike Akku.
  • Wie lange lädt ein E-Bike-Akku? Auch die Ladedauer ist abhängig von der Kapazität des Pedelec-Akkus, ein kompletter Ladezyklus kann eine Dauer von 2 bis 8 Stunden haben. Hochwertige Lithium-Ionen-Akkus haben übrigens den Vorteil, dass man sie auch teilaufladen kann - was sogar in Sachen Akkupflege empfehlenswert ist.
  • Führen neue Akku-Technologien zu leichteren Akkus? Die Entwicklung der Li-Ion-Technologie trug maßgeblich zur Erfolgsgeschichte des E-Bikes und der E-Bike-Antriebe bei. Die fortschreitende Optimierung der Lithium-Zelle lässt sowohl auf eine Steigerung der Akku-Kapazität, als auch auf eine weitere Reduzierung des Akku-Gewichts hoffen.
  • Wo können Sie den E-Bike-Akku unterwegs aufladen? Gerade bei längeren Touren ist es notwendig, zwischendurch den Akku aufzuladen, um den E-Bike-Antrieb mit Strom zu versorgen. Natürlich können Sie einen Ersatzakku mit sich führen, aber das erhöht das Gesamtgewicht ganz erheblich, was wiederum zu einem höheren Energiebedarf führt. Aufgrund der großen Nachfrage gibt es jedoch immer mehr öffentliche E-Bike-Ladestationen, beispielsweise in der Nähe von Rathäusern, Museen und anderen Orten touristischen Interesses. So ist es möglich, den E-Bike-Akku bequem aufzuladen und währenddessen die Stadt zu erkunden.
  • Welche Hersteller bieten gute E-Bike-Akkus? Mittlerweile gibt es E-Bike-Akkus von diversen renommierten Herstellern. Im deutschsprachigen Raum gelten die Unternehmen Ansmann, Bosch, und BMZ als führend. Aber auch die Akkus des japanischen Herstellers Yamaha sind vom E-Bike-Markt nicht mehr wegzudenken. Wichtige Kriterien beim Kauf eines E-Bike-Akkus sind neben der Kapazität natürlich auch das Gewicht, die möglichen Ladezyklen und die Ladedauer.

 

E-Bike-Antrieb: Gibt es schon Räder mit Wasserstoffantrieb?

Momentan ist das Wasserstoff-Fahrrad noch nicht auf dem freien Markt, allerdings werden Protoypen-Serien bereits an Flottenbetreiber veräußert, die zusätzlich zu den h2-Bikes gleich eine Tankstelle für den besonderen E-Bike-Kraftstoff dazukaufen. Letzteres ist schon deswegen notwendig, weil es zurzeit noch keine entsprechende Infrastruktur gibt, um derartige Zweiräder zu betanken. Übrigens unterscheidet sich der Antrieb des Wasserstoff-Bikes gar nicht so sehr vom normalen E-Bike-Antrieb, nur hat es zusätzlich zum Motor und zum Akku eben noch eine E-Bike-Brennstoffzelle zum Erzeugen der notwendigen Energie. Wenn Sie mehr über die Exoten unter den Fahrrädern mit Motor wissen möchten, finden Sie im Artikel Wasserstoff-Fahrrad das Bike der Zukunft? viele interessante Informationen.

 

E-Bike-Antrieb: Und welches ist das beste E-Bike für Sie?

Wenn Sie sich nach dem für Sie optimalen E-Bike umsehen, gibt es eine Menge zu beachten. Nicht nur die Qualität und Leistung des E-Bike-Antriebs selbst spielen eine Rolle, sondern vor allem Ihre persönlichen Vorstellungen und Bedürfnisse. Um sich im Angebotsdschungel zurechtzufinden und sich für ein bestimmtes Modell zu entscheiden, sollten Sie diese Bedürfnisse und auch die Einsatzzwecke Ihres zukünftigen Wegbegleiters vorab überdenken und festlegen. So gewinnen Sie unter anderem Anhaltspunkte darüber, welchen E-Antrieb Ihr Fahrrad haben sollte. Ob Sie nun einen E-Bike-Antrieb von Brose, Bosch, Fazua, Shimano oder einem anderen Hersteller favorisieren: Es ratsam, vor einer endgültigen Entscheidung Probefahrten auf mehreren E-Bikes zu machen und sich entsprechend an einen Fachhändler für E-Bikes zu wenden, der Sie gerne individuell berät.

 

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