Elektromobilität

Der Antrieb fürs E-Bike: Wie funktioniert eine Drive Unit?

von
Hannes Rügheimer

Optimale Unterstützung und natürliches Fahrgefühl – der Antrieb ist komplizierter als erwartet: So arbeitet die Drive Unit – also der Motor – im E-Bike.

Ein E-Bike in voller Fahrt.
Der Antrieb im E-Bike sorgt dafür, dass das Fahrgefühl so geschmeidig wie möglich ist. Foto: picture alliance / dpa Themendienst

Das erfahren Sie gleich:

  • Warum ein natürliches Bike-Fahrgefühl so kompliziert ist – so funktioniert die Drive Unit
  • Wie sich E-Bike-Antriebe an die Technik normaler Fahrräder anpassen
  • Warum Drehmomente und nicht Leistung den Unterschied machen

Wie vom normalen Radfahren gewohnt in die Pedale treten und dabei mühelos Steigungen überwinden. Auch längere Strecken zurücklegen, ohne dabei an die Grenzen der eigenen Kondition zu gelangen. Das ist das Versprechen eines E-Bikes. Der Aufbau und vor allem die elektronische Steuerung der Drive Unit – also des Elektromotors im E-Bike – machen es möglich, dieses Versprechen einzulösen.

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Warum ein natürliches Bike-Fahrgefühl so kompliziert ist – so funktioniert die Drive Unit

Strom aus dem Akku mit Hilfe von Spulen und Elektromagneten sowie deren Magnetfeldern in Bewegungsenergie umwandeln. Das hört sich zunächst nach keiner allzu großen technischen Herausforderung an. Schließlich heißt es ja oft, dass Elektromotoren viel einfacher aufgebaut sind als etwa Verbrennungsmotoren.

Doch im Detail wird es dann doch etwas komplizierter:

  • Statt einer gleichförmigen Motorunterstützung – wie etwa beim Mofa – unterstützt die Drive Unit gezielt die Tretbewegungen des Fahrers.
  • Auch Drehzahl und Drehmoment sind beim E-Bike nicht gleichförmig.
  • Möglich macht das die wellenförmige Angabe der Motorunterstützung, das bedeutet:
  1. bei jeder Kurbelumdrehung wird die Motorleistung gezielt abgesenkt
  2. in dem Augenblick, in dem die Füße des Fahrers die größte Kraft auf die Pedale bringen, wird sie auf die maximale vorgesehene Leistung angehoben

Diese kontinuierliche Anpassung von Motorleistung und Drehmoment macht das typische Fahrgefühl bei einem E-Bike aus. Und es gibt noch weitere Gründe dafür, die Leistungskurve beim E-Bike-Antrieb wie beschrieben auszulegen:

  • Wie die meisten normalen Fahrräder haben auch eBikes eine Schaltung. Sie sorgt dafür, dass die kombinierte Leistung von Fahrer und Drive Unit je nach aktueller Fahrgeschwindigkeit mit dem bestmöglichen Übersetzungsverhältnis auf die Ritzel des Kettenblatts am Fahrrad – und somit letztlich auf das angetriebene Rad übertragen wird.
  • Davon profitieren auch Motorleistung und Akkukapazität: Dank der Schaltung arbeitet der Antrieb so oft wie möglich im optimalen Drehzahlbereich und somit mit dem bestmöglichen Wirkungsgrad.

Eine Frau auf einem E-Bike.
Beim Fahren eines E-Bikes ist ein natürliches Fahrrad-Gefühl ein entscheidender Wohlfühlfaktor. Foto: Shutterstock / moreimages

Wie sich E-Bike-Antriebe an die Technik normaler Fahrräder anpassen

Egal ob Kettenschaltung oder Nabenschaltung – Fahrrad-Schaltsysteme sind auf die natürliche Tretfrequenz und -leistung eines Radlers ausgelegt. Der Gangwechsel findet dann statt, wenn die geringste Kraft auf das Kettenblatt wirkt. Die beschriebene Funktionsweise von Drive Units nimmt auf diese Erfordernisse Rücksicht – damit auch das Radfahren in der Elektromobilität so geschmeidig wie möglich ist.

Sie schont die mechanischen Komponenten und erhöht den Fahrkomfort, indem sie sanfte Gangwechsel ermöglicht und störende Schaltgeräusche reduziert. Damit die Steuerung optimal an die Charakteristika der Bike-Schaltung angepasst ist, gibt es spezifische Drive-Unit-Modelle für Kettenschaltung und Nabenschaltung.

Wie Sensoren für ein gutes Fahrgefühl sorgen

Um die eigene Leistungsabgabe exakt an Trittkraft und Trittfrequenz des Fahrers sowie die aktuelle Geschwindigkeit anpassen zu können, erfasst die Elektronik der Drive Unit diese Werte mit mehreren in den E-Bike-Antrieb eingebauten Sensoren. Moderne Drive Units verarbeiten dabei mehr als 1000 Sensormessungen pro Sekunde. Weitere Aufgaben der Elektronik bestehen in:

Aktuelle E-Bike-Motoren von Anbietern wie Bosch, Brose, Continental oder Shimano sind als Mittelmotoren ausgelegt. Sie werden also auf Höhe der Pedale montiert und übertragen ihre Antriebsleistung per Kette auf das angetriebene Rad.

Gegenüber etwa einer Anbringung direkt an der Radnabe bietet dies verschiedene Vorteile:

  • Der vergleichsweise schwere Motor hat einen tief liegenden Schwerpunkt und sorgt somit für eine vorteilhafte Lastverteilung und sicheres Handling des Elektrofahrrads.
  • Je nach Auslegung der Drive Unit kann diese auch eine Rücktrittbremse unterstützen.
  • Beim Aufbau des Fahrrads lassen sich die meisten gängigen Komponenten verwenden, die auch für konventionelle, nicht motorgetriebene Bikes ausgelegt sind.

Die Drive Unit der Bosch Performance Line.
Die Drive Unit – hier bei der Bosch Performance Line – ist der Motor, der das Elektrofahrrad antreibt. Foto: picture alliance / Hauke-Christian Dittrich/dpa

Tipp: Besonders kompakte und leichte Pedelec-Motoren bringen im Alltag zudem jede Menge Handling-Vorteile. Nicht nur, dass das Elektrofahrrad sich einfacher transportieren lässt – auch Faktoren wie höhere Bodenfreiheit oder ein geringerer Pedalabstand machen das E-Bike-Fahren in der Praxis einfacher und problemloser.

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Warum Drehmomente und nicht Leistung den Unterschied machen

Beispielhaft an drei Modellen des Marktführers Bosch (Active Line, Performance Line oder Performance Line CX) durchgespielt zeigt sich, dass der Unterschied jedoch keineswegs in der Leistung des Motors liegt. Die beträgt bei allen Modellen 250 Watt. E-Bike-Antriebe unterscheiden sich stattdessen vor allem in der Charakteristik, mit der ihre Motorleistung abgegeben wird – also das Drehmoment.

Drehmomente gibt das System in den unterschiedlichen Fahrmodi oder Unterstützungsstufen ab. Hier gilt: Je sportlicher der Antrieb ausgelegt ist, umso höher die Drehmomente bereits in kleineren Unterstützungsstufen. Über den Bordcomputer beziehungsweise das Display wählt der Fahrer einen Fahrmodus (bei Bosch etwa "Eco", "Tour" oder "Turbo") und damit den Anteil, den der E-Bike-Motor an der insgesamt aufzubringen Tretleistung übernimmt.

  • Bringt der E-Bike-Antrieb nun beispielsweise in der mittleren Stufe (wie bei der Bosch Performance Line) 50 Newtonmeter auf die Kurbel, fühlt sich dieser Antrieb deutlich kraftvoller an als im Vergleich die 35 Newtonmeter des Einstieger-Antriebs (etwa bei der Active Line).
  • Hinzu kommt, dass etwa die für Mountain-Biker ausgelegte Motor-Variante "Performance Line CX" auch noch einen speziellen Sport-Modus namens "eMTB" bietet, die speziell für die Unterstützung sportlicher Fahrer auf ihren Trails ausgelegt ist.

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