„E-Bike“ – Versionsunterschied

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Am Ende der 1990er Jahre wurde der Markt von großen Fahrradherstellern – wie Merida MKB/Yamaha und Kynast − beherrscht. Ab 2000 ebbte aber die Elektroradwelle wieder ab. Ein neuer Boom begann etwa 2005 mit dem leichten Lithium-Akku. Dazu verhalf auch, dass ein heute auf den Markt gebrachtes Pedelec „schicker“ sei.<ref group="Smolik">S.&nbsp;12ff.</ref> Dies liege daran, dass es nicht mehr wie vorher an ein Hilfsmittel für Benutzer mit eingeschränkter oder wiederherzustellender Bewegungsfähigkeit (siehe [[medizinische Rehabilitation]]) erinnern würde.<ref group="Smolik">S.&nbsp;14ff.</ref>
Am Ende der 1990er Jahre wurde der Markt von großen Fahrradherstellern – wie Merida MKB/Yamaha und Kynast − beherrscht. Ab 2000 ebbte aber die Elektroradwelle wieder ab. Ein neuer Boom begann etwa 2005 mit dem leichten Lithium-Akku. Dazu verhalf auch, dass ein heute auf den Markt gebrachtes Pedelec „schicker“ sei.<ref group="Smolik">S.&nbsp;12ff.</ref> Dies liege daran, dass es nicht mehr wie vorher an ein Hilfsmittel für Benutzer mit eingeschränkter oder wiederherzustellender Bewegungsfähigkeit (siehe [[medizinische Rehabilitation]]) erinnern würde.<ref group="Smolik">S.&nbsp;14ff.</ref>


== Elektroantrieb ==
== Technik von Elektrofahrrädern ==
{{Hauptartikel|Elektroantrieb (Fahrrad)}}
Die nachfolgenden Ausführungen treffen weitestgehend auf alle Elektrofahrräder zu. Die Differenzierung der Untervariante ''Pedelec'' ergibt sich daraus, dass der Elektroantrieb nur als Tretunterstützung wirkt, das Fahrrad also nicht selbstfahrend ohne Pedalieren ist.


Der Antrieb mittels Elektromotor ist bei allen Elektrofahrrädern im wesentlichen gleich. Das ''Pedelec'' hat lediglich eine besondere Motorsteuerung, damit es nicht selbstfahrend ohne Pedalieren ist.
Einem gewöhnlichen [[Fahrrad]] sind ein [[Elektromotor]], ein [[Akkumulator (Elektrotechnik)|Akkumulator]] und eine Motorsteuerung zugefügt. Zur Motorsteuerung gehören [[Sensor]]en fürs Erkennen der Kurbelbewegung und eventuell des vom Fahrer erzeugten Antriebs-Drehmoments und Bedien- und Anzeigeelemente.

Einem gewöhnlichen [[Fahrrad]] sind ein [[Elektromotor]], ein [[Akkumulator (Elektrotechnik)|Akkumulator]] und eine Motorsteuerung zugefügt. Zur Motorsteuerung gehören [[Sensor]]en fürs Erkennen der Kurbelbewegung und eventuell des vom Fahrer erzeugten Antriebs-[[Drehmoment]]s und Bedien- und Anzeigeelemente.


Das anfängliche Vorgehen, die Bauteile einem gewöhnlichen Fahrrad lediglich hinzuzufügen, ist zum Teil noch üblich. Es macht möglich, ein vorhandenes Rad aufzurüsten, was beim Endverbraucher oder in einer Fahrradwerkstatt geschieht. Manche Hersteller gehen gleich vor, indem sie das gleiche Grundmodell ohne oder mit zusätzlichem Elektroantrieb auf den Markt bringen.
Das anfängliche Vorgehen, die Bauteile einem gewöhnlichen Fahrrad lediglich hinzuzufügen, ist zum Teil noch üblich. Es macht möglich, ein vorhandenes Rad aufzurüsten, was beim Endverbraucher oder in einer Fahrradwerkstatt geschieht. Manche Hersteller gehen gleich vor, indem sie das gleiche Grundmodell ohne oder mit zusätzlichem Elektroantrieb auf den Markt bringen.


Bei Modellen, die ausschließlich als Pedelecs gefertigt werden, ist es möglich und teilweise auch üblich, den Rahmen konstruktiv für die Aufnahme von im wesentlichen Motor und Akku zu gestalten.
Bei Modellen, die als fertige Pedelecs auf den Markt kommen, ist der [[Fahrradrahmen]] in der Regel an die vorgesehen Bauteile im wesentlichen Motor und Akku angepasst.

=== Antriebskonzepte ===
Man unterscheidet zwischen Direktantrieb über eines der beiden Räder und einem Motor, der in der Regel über die vorhandene Kette gemeinsam mit dem Kurbelantrieb auf das Hinterrad wirkt und sich in der Nähe des Kurbelantriebs befindet.

==== Direktantrieb mit Nabenmotor ====
Entweder wird das Hinter- oder das Vorderrad mit einem [[Nabenmotor]] versehen. Den Platz der [[Radnabe]] nimmt entweder ein reiner Elektromotor oder einer, der mit einem [[Getriebe]] kombiniert ist, ein. Das macht das Umrüsten auf den Zusatzantrieb relativ einfach. Der Austausch gegen kürzere Speichen entfällt bei Angeboten, die ein komplett neues Rad mit Nabenmotor enthalten .

Der getriebelose Motor hat zu einem Getriebemotor einen vergleichsweise großen Durchmesser, weil die relative Geschwindigkeit zwischen Stator (mit der Radachse verbunden) und Rotor ([[Außenläufer]], mit den Speichen verbunden) eines Elektromotors einen minimalen Wert haben muss.<ref>Vgl.: Die Umdrehungszahl eines 28-Zoll-Rades ist bei einer Geschwindigkeit von 20&nbsp;km/h nur etwa 2½/s. Elektromotoren haben in der Regel eine um 2 bis 3 Größenordnungen höhere Drehzahl.</ref> Durch auf größerem Radius höhere Masse erhöht sich auch das Massenträgheitsmoment, das beim [[Beschleunigung|Beschleunigen]] und beim [[Bremse]]n den Einsatz von mehr [[Energie]] erfordert.

Ein Nabenmotor mit Getriebe ist kleiner als der getriebelose. Er hat einen kleineren Durchmesser und ein kleineres [[Massenträgheitsmoment]]. In Nabenmotoren werden wegen des technischen Aufwandes selten [[Nabenschaltung]]en eingebaut.<ref>Beispiel [http://www.sram.com/_media/techdocs/Sparc_Ins_D_4_03.pdf ''Sparc'' von ''SRAM''] (PDF): Getriebenabenmotor mit eingebauter 5-Gang Nabenschaltung (siehe Bild auf Seite 16).</ref> Wenn auf eine solche nicht verzichtet werden soll oder sonstige Gründe dafür sprechen, wie zum Beispiel gewünschter Vorderradantrieb, ein leichterer Laufradausbau, u.&nbsp;a., erfolgt der Nabenantrieb vorne.

Ein Vorderradantrieb hat jedoch den Nachteil, dass das erhöhte [[Kreisel]]<nowiki/>moment dem Lenken entgegenwirkt, da infolge des zusätzlichen Massenträgheitsmoments des Motors das Kreiselmoment höher ist. Beim Geradeausfahren hingegen verbessert diese Antriebsform das Halten des Gleichgewichts. Die [[Traktion (Straßenfahrzeuge)|Traktion]] ist zwar kleiner als bei Hinterradantrieb, da der Gewichtsanteil auf das Vorderrad kleiner als auf das Hinterrad ist. Andererseits ergibt der Elektroantrieb vorne mit dem Muskelantrieb hinten einen auf beide Räder verteilten Allradantrieb.

==== Tretlager-Kettenantrieb ====
Beim Tretlager-Kettenantrieb<ref group="Smolik">Vgl. Begriff ''Tretlager-Kettenantrieb,'' S.&nbsp;47.</ref> ist der Motor im Bereich des Tretlagers am [[Fahrradrahmen]] befestigt. Da fast kein Rahmen einem anderen gleicht, gibt es für diesen Antrieb bisher kaum Nachrüstbausätze. Vorteil dieses Konzepts ist, dass der Motor mit der für seine Leistung optimalen Drehzahl betrieben werden kann, so wie der Fahrer eine bestimmte Trittfrequenz hat, um seine Antriebsleistung optimal einzubringen. Mit Hilfe des Schaltgetriebes bleiben Trittfrequenz und Motordrehzahl bei veränderlicher Fahrgeschwindigkeit annähernd konstant. Die Drehzahl eines Nabenmotors varriert mit der Fahrgeschwindigkeit. Die für den Massenbedarf vorgesehenen sogenannten Tretlagermotoren haben wie üblich etwa 250W Leistung.

Der Motor wirkt zum Beispiel über ein separates Kettenblatt auf den Kurbelantrieb oder greift mit einem Ritzel direkt in die Antriebskette ein. Ein solcher Motor ist wegen seiner hohen Drehzahl, die von einem integrierten Getriebe herunter gesetzt wird, relativ klein. Die Fahrradrahmen haben an Stelle des Tretlagerrohrs ein größeres Gehäuse, das die Tretlagerwelle, den zu ihr parallel angeordneten Motor und das Untersetzungsgetriebe zwischen beiden enthält. Sie werden ausschließlich für das jeweilige Pedelec-Modell gefertigt.<ref>Beispiel: System ''Bosch'' bei [http://www.pantherbike.com/bikes/collection-2011/pedelecs/antriebssystem-bosch.html ''Pantherbike.'']</ref><ref>Beispiel: [http://www.urbanbiking.de/news/e-bikes-und-pedelecs/weltneuheit-kalkhoff-raleigh-impulse-8c-und-8c-hs-die-ersten-pedelecs-mit-mittelmotor-und-ruecktritt.524332.410636.htm#image-524318 ''Weltneuheit: Kalkhoff/Raleigh Impulse 8C und 8C HS - die ersten Pedelecs mit Mittelmotor und Rücktritt.''] In: ''UrbanBiking.''</ref>

Andere Antriebe wirken über Zahnradstufen direkt auf die Tretlagerwelle. Eine Variante davon ist der [[Sattelrohrmotor]], der unsichtbar im Sattelrohr (Innendurchmesser 31,6 mm oder 30,9 mm) als sehr kleiner Getriebemotor eingebaut ist. Ein Beispiel dafür ist der ''Vivax Assist'' (früher ''Gruber Assist'').<ref>Beispiel: [http://www.vivax-assist.com/de/unternehmen/index.php Sattelrohrmotor ''Vivax/Gruber Assist.'']</ref> Dieser hat zwar nur etwa 900 Gramm Masse, steuert aber nur etwa 100 Watt effektive Zusatzleistung aus einem 200-Watt-Motor bei. Er wirkt mittels eines Kegelrad-Ritzels auf einen auf der Tretlagerwelle angebrachten Zahnring.

==== Andere Antriebskonzepte ====
Über ein separates Ketten- oder Zahnriemengetriebe wird das Hinterrad mit einen schnellen kleinen Getriebemotor auf unterschiedliche Art angetrieben. Beim ''Dolphine-Bike'' mit Nabenmotor im Hinterrad wird der Pedal- und Motorantrieb in der von Michael Kutter erfundenen und patentierten Weise in der Nabe addiert, ähnlich dem Prinzip des Gehens auf einem [[Fahrsteig]].<ref>Beispiel: [http://www.dolphin-ebike.ch/fileadmin/assets/story/Erfolgsgeschichte_Dolphin_August_2011.pdf ''Erfolgsgeschichte Dolphine.''] (PDF) Herstellerbroschürfe, August 2011.</ref> Als Anbauvariante wird der Motor an der linken Sattelstrebe montiert und treibt mittels eines Riemens eine an der Nabe angebrachte Treibscheibe an.<ref>Beispiel: [http://www.akkubike.com/de_home.htm ''Akkubike.'']</ref> Bereits 1982 wurde von den ''Heidemann-Werken'' in [[Einbeck]] ein Nachrüstbausatz mit einem auf den Reifen wirkenden Radrollenmotor vorgestellt.<ref group="Smolik">S.&nbsp;8.</ref>. Dieses schon früher beim [[Velosolex]], einem herkömmlichen [[Mofa]], erfolgreich angewandte Prinzip fand beim Elektrofahrrad – und damit beim Pedelec – keine Verbreitung.

Darüber hinaus gibt es das Konzept des Fahrrad[[schubanhänger]]s, auf dem sich sowohl der Motor als auch der Akku befinden und nur bei Bedarf an das normale Standardfahrrad angekuppelt wird.

=== Der Akkumulator ===
Der Akkumulator (Akku) ist wie bei jedem elektrischen Fahrzeug, das ihn als Energiequelle mitführt, auch hier das die physikalisch-technischen Grenzen setzende Bauteil. Auch die von modernen [[Lithium-Ionen-Akkumulator]]en gespeicherte Energiemenge (z.&nbsp;B. 0,5&nbsp;kWh bei 2,5&nbsp;kg Masse) ist mehr als eine Größenordnung kleiner als der Energievorrat von [[Motorenbenzin|Benzin]] (etwa 10&nbsp;kWh/kg). Das Prinzip Pedelec trägt diesen Grenzen Rechnung. Das Fahrrad sollte nicht zum selbstfahrenden Verkehrsmittel werden. Die mitführbare Menge der umweltfreundlichen elektrischen Energie wird so eingesetzt, dass die Antriebsarbeit des Fahrers motorisch unterstützt wird. Er kann sich auf diese Weise schonen, einen sonst zu steilen Berg bewältigen oder länger und weiter fahren.

[[Bleigelakku|Bleigel]]-, Nickel-Cadmium- ([[NiCd]]), Nickel-Metallhydrid- ([[NiMH]]) und Lithium-Ionen-Akkus weisen in dieser Reihenfolge eine steigende Energiedichte auf.<ref>[http://www.urbanbiking.de/know-how/pedelec-und-fahrrad-wissen/alles-ueber-akkus-von-pedelecs-und-e-bikes.439646.410636.htm ''Alles über Akkus von Pedelecs und E-Bikes.''] In: ''UrbanBiking.''</ref> Sie steigt von Typ zu Typ auf den etwa doppelten Wert. Die Ladezeiten der Akkus betragen je nach Typ 2 bis 9 Stunden.

Die schweren alten Bleigel-Akkus werden nicht mehr verwendet. Mit den preiswerten NiCd-Akkus kann man etwa 25 bis 30&nbsp;km, mit den NiMH-Akkus etwa 45&nbsp;km und mit den teuersten Li-Ion-Akkus über 50 km weit fahren.<ref>[http://www.flyer.ch/m/mandanten/145/topic9864/story26665.html ''FAQ: Akku.''] Website von ''BikeTec'' (Hersteller des ''Flyer.'')</ref> Zwei LiIon-Akkus sind etwa gleich schwer wie ein NiCd-Akku, sodass man mit ihnen bei gleicher zugeladenen Masse auf etwa 100&nbsp;km kommt.

{{Belege}}
Beim NiMH-Akku ist die Zahl der möglichen Nachladungen, also die Lebensdauer deutlich kleiner als beim NiCd-Akku. Das erhöht die laufenden Kosten des Pedelec-Fahrens. Die besonders leichten, aber teueren Li-Ion-Akkus werden inzwischen von den meisten Herstellern eingesetzt. Sie können noch weniger oft nachgeladen werden. Auch können bei ihnen bei Kurzschluss und Überspannung heftige chemische Reaktionen ausgelöst werden, was bei [[Laptop]]s schon zu Rückrufaktionen führte. Sie vertragen auch meist keinen [[Frost]]. Die ''Deutsche Post AG'' führt momentan Sicherheits- und Haltbarkeitstests durch, bevor die bestehende Flotte von rund 5.500 Pedelecs eventuell auf Li-Ion-Akkus umgerüstet wird.

In naher Zukunft werden [[Lithium-Polymer-Akku]]s mit nochmals höherer Energiedichte erhältlich sein. Es gibt auch erste praxistaugliche Versuchsmodelle, bei denen der Akku durch eine Brennstoffzelle und einen Wasserstofftank ersetzt wurde. Diese Konstruktion bietet den Vorteil, dass Ladezeiten und Akkuverschleiß entfallen und auf eine längere Tour zusätzliche Tanks mitgenommen werden können. Allerdings vertrugen die ersten Brennstoffzellen keine Temperaturen unter 0°&nbsp;C. Die deutsche Post hat einige dieser Räder in Gebrauch, um die Haltbarkeit und Reparaturanfälligkeit dieses Systems zu testen.

Hersteller, die ihre Pedelecs mit NiCd-Akkus bestücken, liefern meist ein Netzteil mit, welches den NiCd-Akku vor dem eigentlichen Ladevorgang vollständig entlädt, um den [[Memory-Effekt (Akkumulator)|Memory-Effekt]] zu verringern. NiMH-Akkus haben einen wesentlich geringeren Memory-Effekt. Bei Lithium-Ionen-Akkus fehlt dieser ganz.

Vielversprechend sind auch [[Lithium-Eisen-Phosphat-Akkumulator]]en, die deutlich langlebiger sind als die aktuell bevorzugt eingesetzten Lithium-Ionen-Akkumulatoren. Ihr Einsatz könnte die laufenden Kosten durch Akku-Verschleiß signifikant senken. Derzeit sind sie bei den meisten Pedelec-Modellen noch nicht serienmäßig erhältlich.

=== Motorsteuerung ===
Der als Motorsteuerung bezeichnete dritte Teil des elektrischen Zusatzantriebs beim Elektrofahrrad hat verschiedene Aufgaben, die sich in drei Gruppen zusammenfassen lassen.

* Eine rein technische Steuerung des Motors mit Stromwenden (elektronischer [[Kommutator (Elektrotechnik)|Kommutator]]) in den bürstenlosen Motoren und der Sicherung des Motors vor Überhitzung und Abschalten bei leerem Akku.
* Benutzerfreundliche und sichere Verwirklichung des Elektrofahrrad- (und damit auch Pedelec-)Prinzips: Man hat nichts weiter als bisher zu tun und doch wird einem das Gefühl vermittelt, {{"|als hätte man auf einmal die durchtrainierten Beinmuskeln eines Rennradlers}}.<ref group="Smolik">S.&nbsp;10.</REF>
* Soweit erforderlich sicherstellen, dass die nationalen gesetzlichen Beschränkungen eingehalten werden (siehe Abschnitt [[#Gesetzliches|Gesetzliches]] unten), dies können sein:
** Antriebshilfe als Pedelec nur, wenn der Fahrer die Tretkurbeln bewegt;
** Verhindern, dass die Motorunterstützung oberhalb der erlaubten Fahrgeschwindigkeit wirkt;
** Beschränkung der Motorleistung, wenn die Nennleistung den national erlaubten Wert übersteigt.

Die erste Aufgabengruppe ist unabhängig von der vorliegenden Verwendung der Elektromotoren. Es handelt sich um Standardaufgaben, deren Erfüllung „[[Stand der Technik]]“ im Sinne eines [[Patent]]es eist. Die beiden anderen Aufgabengruppen sind miteinander verquickt, weshalb die Art ihrer technischen Verwirklichung in den Vordergrund tritt. Ein wesentliches Kriterium ist, so der Einsatz vorgeschrieben, die Art der angewendeten [[Sensor]]en und die von ihm erfasste [[Physikalische Größe|physikalischen Größen]].

==== Drehmoment- beziehungsweise Kraftsteuerung ====
Das Radfahren mit zusätzlicher Antriebshilfe ist intuitiv am leichtesten, wenn die Zusatzleistung proportional mit der vom Fahrer über die Pedale eingebrachten Leistung steigt. Diese Leistung ist proportional zum [[Drehmoment]], dem wieder eine Umfangskraft proportional ist. Eine solche Kraft kann an den Tretkurbeln, an der Tretkurbelwelle oder in der Kette wirken. Man kann zum Beispiel die in der Kette vorhandene Zugkraft an derjenigen Kraft erkennen, mit der die Achse des Hinterrades in den Ausfallenden am Hinterrad festgehalten werden muss. Ein in die Befestigung der Hinterradachse im rechten Ausfallende zwischengeschalteter Kraftsensor ist typisch zur Durchführung dieser Messaufgabe. Beim Tretlager-Kettenantrieb wirkt der Motor ebenfalls auf die Kette, weshalb an einer der genannten anderen Stellen gemessen werden muss.

Die Steuerung bewirkt auf Grund der ermittelten Kraft in der Regel eine gleich große Zugabe durch den Motor. Der Fahrer kann meistens dieses Verhältnis verändern, wobei ein größeres und ein kleineres Verhältnis üblicherweise zur Auswahl stehen. Diese benutzerfreundliche Steuerung wurde bereits von Yahama in den 1990er Jahren angewendet (und als ''PAS'' für ''Power Assist System'' bezeichnet), als es gelang, Pedelecs erstmals in größerer Stückzahl herzustellen und zu verkaufen .

==== Drehbewegungssteuerung ====
Die Drehbewegungssteuerung ist gegenüber der Drehmomentsteuerung im Nachteil. Der Fahrer hat unter Umständen mit einer wenigstens beim Anfahren zu hoch eingestellten Zusatzleistung zu tun oder ist gefordert, deren Grad selbst einzustellen. Neben grober Verstellung in Stufen gibt es Pedelecs mit einem zusätzlichen „Gasgriff“, der in Reihe mit der Geschwindigkeitsüberwachung geschaltet ist und das Anfahren wesentlich erleichtert.

Heute wird unter ''PAS'' jede Art von Steuerung verstanden, also auch die Drehbewegungssteuerung. Der Sensor ist ein einfacher Drehmelder.

==== Geschwindigkeitssteuerung ====
Die Fahrgeschwindigkeit wird durch Drehzahlmessung an einem Rad vorgenommen. Sie ist nötig, damit der Zusatzantrieb gesetzeskonform beim Überschreiten der erlaubten Höchstgeschwindigkeit abgeschaltet wird. Bei manchen Pedelecs mit Drehbewegungssteuerung wird der Grad der Zusatzleistung mit der gemessenen Geschwindigkeit automatisch verändert.

==== Das schnelle Pedelec ====
Beim sogenannten ''schnellen Pedelec'' erfolgt die Abschaltung des Zusatzantriebes bei etwa doppelt so hoher Geschwindigkeit wie beim normalen Pedelec. Von dem unterscheidet es sich abgesehen von der höheren Geschwindigkeit in Ausrüstung, Handhabung und im Fahrverhalten sonst nur wenig, der Unterschied besteht in der gesetzlichen Handhabung.

Ein schnelles Pedelec hat manchmal einen Motor höherer Leistung (z.&nbsp;B. 500&nbsp;Watt anstatt 250&nbsp;Watt). Die schnellen Gänge der Schaltung reichen bis zur höheren Höchstgeschwindigkeit.

==== Anfahrhilfe ====
Die Anfahrhilfe erlaubt eine Motorunterstützung auf Knopfdruck auch ohne Pedalieren. Sie dient dem leichteren Anfahren aus dem Stand und als Schiebehilfe dem eigenständigen „Fahren“ des Fahrrades. Diese Art der Motorunterstützung ist in der Regel auf eine Maximalgeschwindigkeit von 6&nbsp;km/h begrenzt.

=== Motorentypen ===
[[Datei:Largehubmotordetail.jpg|miniatur|Nabenmotor mit Getriebe]]
Es werden fast ausschließlich Gleichstrommotoren verwendet. Man verwendet kommutatorlose und bürstenbehaftete [[Scheibenläufermotor]]en, die für den Direktantrieb geeignet sind, sowie bürstenbehaftete Motoren mit Getriebe. Die Kohlen der Motoren mit Kohlebürsten unterliegen einem gewissen Verschleiß.

Die Verwendung wartungsfreier [[Wechselstrommotor|Wechselstrom-Asynchronmotoren]] für Pedelecs ist die Ausnahme.

==== Leistungselektronik ====
Die Leistungselektronik (Leistungssteuerung) besteht, abhängig vom verwendeten Motortyp, aus einem Gleichstrom-Motorregler mit [[Pulsweitenmodulation]] oder einem Gleichstrom-Wechselstrom-Regler.

==== Energierückgewinnung ====
Alle Motorentypen bieten im Prinzip die Möglichkeit zur [[Nutzbremsung]], also die Rückspeisung von Energie beim Bremsen. Angeboten werden nur wenige Modelle mit Nutzbremsung, in der Regel nur bei solchen mit getriebelosem [[Radnabenmotor]]. Die Energierückspeisung ist nicht unumstritten, da Aufwand zu Nutzen in Frage gestellt wird.<ref>Vgl. [http://elfkw.at/faq ''FAQ: Frage #5 (Rekuperation).''] bei ''ElfKW.''</ref>


== Reichweite ==
== Reichweite ==

Version vom 4. September 2011, 16:59 Uhr

Datei:Pedelec mit radnabenmotor modell wildwind.JPG
Pedelec mit Nabenmotor im Vorderrad und Akku unter dem Gepäckträger
Pedelecs der Deutschen Bahn mit Nabenmotor im Hinterrad und Akku im Rahmen, Modell “Jetstream” von Riese und Müller

Ein Pedelec (Kofferwort für Pedal Electric Cycle) ist ein Elektrofahrrad, welches den Fahrer mit Hilfe eines speziellen Elektromotors und einer elektronischen Regelung, je nach Einstellung und Bedarf beim Pedalieren unterstützt. Die Energie dazu liefert ein Akkumulator.

Geschichte

Der Begriff Pedelec wurde erstmals von Susanne Brüsch in ihrer Diplomarbeit von 1999 verwendet.[1]

Den Grundstein für das Fahrrad mit elektrischer Motorunterstützung legte Egon Gelhard aus Zülpich 1982 mit einer Studie, dem „Gelhard-E-Bike“. Die Pedale mussten sich drehen, die Motorunterstützung war abhängig von der Tretleistung.[Smolik 1] Im Jahr 1989 konstruierte und baute Michael Kutter, Pionier auf dem Gebiet der Elektromobilität und Gründer von Dolphin E-Bikes, erste Prototypen von Pedelecs. Die ersten marktreifen Konstruktionen dieser Art wurden 1992 vom Schweizer Unternehmen Velocity unter dem Namen Dolphin auf den Markt gebracht.

Ab 1993 verschaffte das japanische Unternehmen Yamaha den Fahrrädern mit Elektrounterstützung beim Pedalieren (später Pedelec genannt) mit dem Yahama PAS (PAS steht für Power Assist System) größere Verbreitung in Japan. 1994 folgten größere Stückzahlen unter dem Namen Power Assist. Ab 1995 wurden die ersten Flyer des im selben Jahr gegründeten Schweizer Start-up-Unternehmens BKTech AG in Kleinserie per E-Business (als wesentlicher Bestandteil des Start-ups) auf den Markt gebracht.[2] Seit Ende 2001 werden die Flyer, die als Pedelecs bereits auch außerhalb der Schweiz bekannt waren, von dem dafür neu gegründeten Unternehmen Biketec AG auf den Markt gebracht. In der Schweiz wurde der Markenname Flyer zu einem Synonym für das Pedelec.

Am Ende der 1990er Jahre wurde der Markt von großen Fahrradherstellern – wie Merida MKB/Yamaha und Kynast − beherrscht. Ab 2000 ebbte aber die Elektroradwelle wieder ab. Ein neuer Boom begann etwa 2005 mit dem leichten Lithium-Akku. Dazu verhalf auch, dass ein heute auf den Markt gebrachtes Pedelec „schicker“ sei.[Smolik 2] Dies liege daran, dass es nicht mehr wie vorher an ein Hilfsmittel für Benutzer mit eingeschränkter oder wiederherzustellender Bewegungsfähigkeit (siehe medizinische Rehabilitation) erinnern würde.[Smolik 3]

Elektroantrieb

Der Antrieb mittels Elektromotor ist bei allen Elektrofahrrädern im wesentlichen gleich. Das Pedelec hat lediglich eine besondere Motorsteuerung, damit es nicht selbstfahrend ohne Pedalieren ist.

Einem gewöhnlichen Fahrrad sind ein Elektromotor, ein Akkumulator und eine Motorsteuerung zugefügt. Zur Motorsteuerung gehören Sensoren fürs Erkennen der Kurbelbewegung und eventuell des vom Fahrer erzeugten Antriebs-Drehmoments und Bedien- und Anzeigeelemente.

Das anfängliche Vorgehen, die Bauteile einem gewöhnlichen Fahrrad lediglich hinzuzufügen, ist zum Teil noch üblich. Es macht möglich, ein vorhandenes Rad aufzurüsten, was beim Endverbraucher oder in einer Fahrradwerkstatt geschieht. Manche Hersteller gehen gleich vor, indem sie das gleiche Grundmodell ohne oder mit zusätzlichem Elektroantrieb auf den Markt bringen.

Bei Modellen, die als fertige Pedelecs auf den Markt kommen, ist der Fahrradrahmen in der Regel an die vorgesehen Bauteile – im wesentlichen Motor und Akku – angepasst.

Reichweite

Generell liegt die Reichweite mit Motorunterstützung zwischen 7 km (bei stetiger Steigung) und bis zu 70 km. Bei mittlerer Kraftzugabe beträgt sie zwischen etwa 20 und 50 km. Bei einigen Modellen sind standardmäßig zwei nacheinander zuschaltbare Akkus in Gepäcktaschen untergebracht, hier wird die Reichweite bei mittlerer Kraftzugabe mit über 100 km angegeben. Ein üblicher Akku (7 Ah/36 V) in einem Pedelec (Masse 1,9–5,1 kg[3]) hat einen Energieinhalt von nur ca. 250 Wh (1 kg Benzin dagegen 11.500 Wh). Die Umwandlung elektrischer Energie in mechanische Arbeit erfolgt, abhängig vom Wirkungsgrad des Motors und der Motorsteuerung, unter Wärmeverlust. Typischerweise entstehen hierbei Verluste von circa 25 Prozent. Somit kann ein Pedelec mit einem 70-kg-Fahrer (Gesamtmasse ~ 100 kg) rechnerisch bei 1,4 % Steigung 21 km weit mit Batteriestrom fahren – hilft der Fahrer mit, ist eine im Verhältnis höhere Reichweite möglich.

Gesetzliches

In außereuropäischen Ländern können für Pedelecs (bzw. für Elektrofahrräder generell) andere Definitionen und Bestimmungen gelten als nachstehend.

Europäische Union

Die „Richtlinie 2002/24/EG des Europäischen Parlaments und des Rates vom 18. März 2002 über die Typgenehmigung für zweirädrige oder dreirädrige Kraftfahrzeuge und zur Aufhebung der Richtlinie 92/61/EWG des Rates“[4] trat gemäß Artikel 23 am 9. Mai 2002 in Kraft.

Bis zum 9. Mai 2003 waren die Mitgliedsstaaten nach Artikel 20 Absatz 1 verpflichtet die Richtlinie in nationalen Rechts- und Verwaltungsvorschriften umzusetzen. Nach Artikel 23 Absatz 3 „dürfen die Mitgliedstaaten die erstmalige Inbetriebnahme von Fahrzeugen, die die Vorschriften dieser Richtlinie erfuellen, nicht verbieten.“

Die Richtlinie, die auf die Klassifizierung zwei- und dreirädriger Kraftfahrzeuge abzielt, und darauf, unter welchen Anforderungen deren In-Verkehr-Bringen in den Mitgliedstaaten nicht untersagt werden kann, nennt in Art. 1 Abs. 1 lit. a) bis h) für welche Fahrzeuge und deren Bauteile und technische Einheiten die Richtlinie nicht anzuwenden ist.

Diese EU-Richtlinie ist u. a. nicht anzuwenden auf:

„h) Fahrräder mit Trethilfe, die mit einem elektromotorischen Hilfsantrieb mit einer maximalen Nenndauerleistung von 0,25 kW [250 Watt] 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[.]“[4]

Wie eingangs dargestellt werden derart hybrid angetriebene Fahrräder als Pedal Electric Cycles, also Pedelecs bezeichnet. Sogenannte „schnelle Pedelecs“ oder „S-Pedelecs“ mit einer Tretunterstützung bis 45 km/h sind von dieser Ausnahme der Richtlinie nicht erfasst.

Deutschland (StVO)

Fahrerlaubnisrecht

Das Pedelec ist in Deutschland dann führerscheinfrei, wenn die bauartbedingte, durch den Motor unterstützte Höchstgeschwindigkeit bis zu 25 km/h beträgt. Bei einigen Pedelecs gibt es eine sogenannte Schiebe- oder Anfahrhilfe, die auch ohne Kurbelbewegung, durch Drücken eines Hebels bis maximal 6 km/h Schub gibt (bei manchen Modellen abhängig vom eingelegten Gang). Für Pedelecs mit Anfahr- und Schiebehilfe wird eine Mofa-Prüfbescheinigung benötigt (§ 5 Fahrerlaubnis-Verordnung (FeV)), falls der Fahrer nach dem 31. März 1965 geboren ist (§76 Nr. 3 FeV) und keine Fahrerlaubnis besitzt (§5 Abs. 1 Satz 2 FeV). [5] Die generelle Fahrerlaubnisfreiheit für Fahrzeuge mit einer bauartbedingten Höchstgeschwindigkeit bis zu 6 km/h nach §4 Abs. 1 StVZO ist seit dem 1.Januar 1999 mit Einführung der FeV entfallen.

Radwegebenutzung

Pedelecs (bis 25 km/h) gelten als Fahrräder. Somit gelten auch dieselben Vorschriften bzgl. Radwegebenutzung

Die Rechtslage für S-Pedelecs (Motorunterstützung über 25 km/h, laut Kraftfahrtbundesamt als Leichtmofas klassifiziert[6]) ist sehr unklar. Nach der Straßenverkehrs-Ordnung (StVO) vor dem 1. September 2009 galt § 42 Abs. 2 Nummer 5: „wer ein Mofa durch Treten fortbewegt, muss den [ausgeschilderten] Radweg benutzen“. Dies galt auch für S-Pedelecs, unklar ist jedoch, ob dies auch bei Motorunterstützung galt oder nur bei alleinigem Pedalantrieb. In der StVO-Novelle 2009 ist die Sonderregelung für das Fortbewegen durch Treten aufgehoben, jedoch ist die Rechtswirksamkeit dieser Novelle aufgrund eines Formfehlers umstritten. So sieht das Bundesverkehrsministerium diese Novelle für nichtig an und hat auf seiner Homepage eine Version der StVO veröffentlicht, welche Änderungen von 2010 (bzgl. Winterreifen) beinhaltet, die Änderungen von 2009 jedoch nicht.[7] Nach dieser Fassung muss mit einem Mofa/S-Pedelec (zumindest bei ausgeschaltetem Motor) der ausgeschilderte Radweg benutzt werden, nach der vom Bundesjustizministerium veröffentlichten Fassung darf der Radweg jedoch nicht benutzt werden, wenn er innerorts liegt und nicht explizit für Mofas freigegeben wurde.

Österreich (StVO und KFG)

Nach § 2 Abs. 1 Z 22 der StVO 1960 werden zwei Arten von Elektrofahrrädern unterschieden:

  • lit. „b) ein [Fahrrad], das zusätzlich mit einem elektrischen Antrieb gemäß § 1 Abs. 2a KFG 1967 ausgestattet ist (Elektrofahrrad)“ (demnach Hybrid-Antrieb nach Definition Pedelec);
  • lit. „d) ein elektrisch angetriebenes Fahrzeug, dessen Antrieb dem eines Elektrofahrrads im Sinne des § 1 Abs. 2a KFG 1967 entspricht“ (demnach ein nur-elektrischer Antrieb).

Nicht als Kraftfahrzeuge nach § 1 Abs. 2a KFG gelten Elektrofahrräder – gleichgültig ob hybrid (Pedelec) oder ausschließlich elektrisch angetrieben – als Fahrräder im Sinne der StVO 1960 mit

  1. einer höchsten zulässigen Leistung von nicht mehr als 600 Watt und
  2. einer Bauartgeschwindigkeit von nicht mehr als 25 km/h.

Sofern vorstehende Kriterien nicht überschritten sind, gilt daher nach österreichischem Recht ein solches Elektrorad / Pedelec nicht als Elektrokraftrad und benötigt deshalb weder Typengenehmigung noch Fahrzeuganmeldung. Wie für normale (allein muskelbetriebene) Fahrräder gelten auch für die Elektrofahrräder die Vorschriften der Fahrradverordnung, für das Lenken dieser gelten dieselben StVO-Bestimmungen wie mit muskelbetriebenen Fahrrädern, u. a. die Radwegbenützungspflicht mit einspurigen Fahrrädern. Für deren (kommerzielles) In-Verkehr-Bringen gelten die Produkthaftungsbestimmungen.

„Schnelle Pedelecs“ (mit Tretunterstützung bis zu 45 km/h) sind als Fahrräder in Österreich nicht zulässig. Ob sie allenfalls als Kleinkraftrad nach Art. 1 Abs. 2 lit. a) Richtlinie 2002/24/EG (bzw. als Motorfahrrad nach § 2 Abs. 1 Z. 14 KFG) typisierbar sind und angemeldet als Kraftfahrzeug gefahren werden dürfen, ist bisher (Oktober 2010) nicht überliefert.

Sicherheit

Neben der Erfüllung der technischen Voraussetzungen birgt vor allem die Benutzung der schnellen Pedelecs ein zusätzliches Risiko. Die schnellen Pedelecs erreichen nicht nur eine höhere Durchschnittsgeschwindigkeit, sondern auch eine höhere Höchstgeschwindigkeit (45 km/h) und lassen eine höhere jährliche Kilometerfahrleistung erwarten. Dies gilt nicht nur in der Ebene, sondern vor allem auch am Berg. Diese sich ändernden Randbedingungen lassen mehr kritische Situationen bzw. Unfälle und somit mehr Verunglückte befürchten. So sind z.B. häufigere Überholmanöver vorprogrammiert und können durch die hohe Geschwindigkeit im Ernstfall mit schweren Unfallfolgen für Radfahrer und Pedelec-Fahrer enden. Aber auch für Autofahrer ist es künftig schwieriger zu erkennen, wie schnell ein Radler unterwegs ist. Auch ein Senior auf einem Citybike kann jetzt dank Elektrounterstützung viel schneller auftauchen, als aus der Erfahrung „gelernt“. Riskante Situationen können dadurch an Ausfahrten und Kreuzungen entstehen. Um die Folgen solcher kritischen Situationen zu verdeutlichen, hat die Unfallforschung der Versicherer (UDV) ein Forschungsprojekt mit Fahrversuchen, technischen Prüfungen und Crashtests durchgeführt.[8]

Im Juli 2010 musste die Zweirad-Einkaufs-Genossenschaft (ZEG) in Deutschland rund 11.000 Elektrofahrräder („Pedelecs“) zurückrufen, nachdem an zwei Fahrrädern der Marke Pegasus der nur aus einem Rohr bestehende Rahmen brach. Der Fahrradsachverständige Ernst Brust forderte daraufhin von den Herstellern eine stabilere Konstruktion.[9]

Literatur

Weblinks

Commons: Electrically-powered bicycles – Sammlung von Bildern, Videos und Audiodateien
Wiktionary: E-Bike – Bedeutungserklärungen, Wortherkunft, Synonyme, Übersetzungen

Einzelnachweise

  1. Susanne Brüsch: Pedelecs: Fahrzeuge der Zukunft. (Abstract der) Diplomarbeit, Ruprecht-Karls-Universität Heidelberg, April 1999.
  2. BKTech AG. (PDF, 13 S. ecademy.ch, ohne Datum (zwischen 1997 und 2001. Abgerufen am 24. Oktober 2010.
  3. Marktübersicht und Testbericht 2010 ExtraEnergy e.V.
  4. a b Richtlinie 2002/24/EG des Europäischen Parlaments und des Rates vom 18. März 2002. Veröffentlicht im Amtsblatt Nr. L 124 vom 9. Mai 2002, S. 1–44, EUR-Lex 32002L0024. Abgerufen am 24. Oktober 2010.
  5. Elektrofahrradtrends.de - FAQ Elektrofahrrad Führerscheinpflicht
  6. Hamburger Polizei Journal, Januar 2010, Seite 7: [1]
  7. StVO in der Fassung des Bundesverkehrsministeriums [2]
  8. Elektrofahrräder - Umweltschonend aber gefährlich? (PDF) In: Unfallforschung der Versicherer.
  9. http://www.test.de/themen/freizeit-reise/meldung/Rueckruf-fuer-Pegasus-und-ZEG-Elektrofahrraeder-Risiko-Rahmenbruch-4116262-4116267/ Rueckruf für Pegasus- und ZEG-Elektrofahrräder. Risiko Rahmenbruch.] In: test.de
  1. Vgl. S. 5-15.
  2. S. 12ff.
  3. S. 14ff.