Zwei Bilder, um die Wirkung von Mehrstufengetrieben (8-Gang-System, z.B. als Nabenschaltung mit 500% Breite und 25,9%-Sprüngen) gegenüber einem Eingangsystem (z.B. Nabendirektmotor oder Nabengetriebemotor im HR) zu zeigen. Antrieb ist auf 250W begrenzt, die genau bei 25km/h (Eingangsystem bzw. 8. Gang im 8-Gang-System) erreicht werden. Ein Bild zeigt die maximal erreichbare Leistung und ein Bild die maximal erreichbare Kraft am Hinterreifen. Bei mehr Gängen, wird die Zacken-/Stufenlinie kleiner und nähert sich in beiden Bildern der 250W-Linie. Das ganze ist für die bei Pedelecs typischen BLDC-Motoren ohne Feldschwächung (dürften z.Zt. alle sein). Die Fläche zwischen der gezackten/gestuften Linie des 8-Gang-Systems zur geraden Linie des Eingang-Systems ist, was das Eingangsystem nicht nutzen kann. Diesen riesigen Vorteil nutzen die Tretlagersysteme zum Teil zur Kosteneinsparung, das verbleibende sieht man dann in der Bergfähigkeit. Das Fahrverhalten wird aber noch von ganz anderen Themen beeinflußt: verbaute Freiläufe, Steuerungsphilosophie, Trägheitsmomente (von schnell drehenden Teile), ....

Schöne Bilder, nur nicht so ganz dran an der Realität.

1. Ich weiß ja nicht, wie Du Deine 8 Gang Naben so fährst, aber üblicherweise liegt der 8. Gang nicht bei 25km/h, wenn man vorne mit 70U/min kurbelt.

2. Es ist ja schön, dass Du gleiche Motorleistungen animmst, nur ist das in der Praxis überhaupt nicht der Fall.

Um mal zwei reale Beispile zu verwenden.

Ein BionX Motor hängt an einem Controller mit 48V und 30A, zieht also bis zu 1440W aus dem Akku, ein Bosch Mittelmotor hingegen hängt an einem 36V 15A Controller, zieht also bis zu 540W aus dem Motor.

jetzt gehe ich davon aus, dass beide Motoren mit 70U/min an der Kurbel und 25km/h am 28" Hinterad unegfähr bei der halben Leerlaufdrehzahl drehen und dabei einen Wirkungsgard von jeweils 80% haben. Wahrscheinlich bevorzuge ich da sogar etwas den Mittelmotor, weil ich sein Getriebe ignoriere.

Das bedeutet die machanische Maximalleistung der beiden Systeme vorne an der Kurbel bzw hinten am Rad beim Nabenmotor beträgt entsprechend 1152W beim Nabenmotor und 432W beim Mittelmotor.

Die Physik lehrt uns dass das dabei auftretende Drehmoment M entsprechend M = P/(2 * Pi * n) berechnet wird, mit n beim Nabenmotor im 28" Laufrad (2,2m) Umfang bei 25km/h bzw 7m/s dann entsprechend 3,2 U/s und beim Mittelmotor mit 70 U/min bzw 1,2U/s.

Daraus ergeibt sich als maximales Drehmoment 57Nm beim Nabenmotor und interessanterweise in diesem Beispiel auch 57Nm beim Mittelmotor.
Höhere Drehmomenet sind bei diesem Umdrehungen rein phsiaklaisch nicht möglich, sie wären nur bei geringeren Geschwindigekiten möglich (daran sieht man auch sehr schön, was die aktuellen Werbaussagen zu hohen Drehmomenten bei Mittelmotoren wert sind, zumindest bei Leute die mit normalen Kadenzen fahren und Motoren die solche Controller verwenden)

Der BionX Motor wird nicht mit 57Nm beworben sondern mit 50Nm, seine Maximalleistung erreicht er somit erst jenseist der 25km/h (was ich auch so bestätigen würde, so richtig Spaß macht der Motor im speed Pedelec wenn er bis 45km/h hoch drehen darf) oder im 25km/h Pedelec mit kleineren Laufrädern als 28".

Jetzt hängt aber am Mittelmotor noch die Schaltung hinten dran und im Ggensatz zu Deiner Grafik ist die bei 25km/h NICHT 1:1 untersetzt.

Bleiben wir mal bei 57Nm beim Bosch mit seinem 1,2U/min an der Kurbel.

Will ich damit 25km/h fahren muss ich die 70U/min an der Kurbel beim 28" Laufrad (2,2m) auf 190U/min erhöhen, brauche also Übersetzung von 1:2,7.

So wie man halt üblicherweise auch Fahrrad fährt.

Um diesen Faktor 2,7 reduziert sich dann aber auch das Drehmoment Deines Mittelmotors bei 25km/h, so dass am Hinterrad nur noch 21Nm übrig bleiben.

Bei 25km/h ist in unserem Vergleich der Mittelmotor in seiner Maximalleistung deutlich geringer als der Direktläufer am leistungsstarken Controller.

Jeder, der mal beide Systeme gefahren ist wird das sofort bestätigen können.

Die Maximalkraft am Hinterrad kehrt sich in diesem Beispiel erst bei Schaltungssituationen kleiner als 1:1,1 um, also auf den größten Ritzeln.

Das ist noch nicht die ganze Geschichte.

Die deutlich höhere Maximalleistung des Nabenmotors spürt man beim Beschleunigen und wenn man z.B. Hügelhoch flitzt oder auch beim speed pedelec, wenn man mit 45km/h fährt.

Im Reiseradbereich muss man deswegen dem Konzept noch keine Empfehlung aussprechen, weil man das für radreisen idR nicht braucht und die höheer leistung natürlich auch höheren stromvebrauch bedeutet.

Der zweite Punkt ist der, auf den Du wahrscheinlich hinaus wolltest.

Der Nabenmotor kann sein Drehmoment nicht über die 50Nm hinaus erhöhen und sobald der Berg sehr steil wird und die Leistung nicht mehr ausreicht die 25km/h zu halten reduziert sich sein Wirkungsgrad. Der Motor wird heiß und im Gegensatz zum Bosch, der als Innenläufer die Wärme der heißen Spulen gut an den rahmen abgeben kann ist da beim BionX ein themisch isolieernde Luftspalt zwischen Wicklung und Magneten/Gehäuse, die die Wärmeabgabe behindert.

daher ist es in der tat so, dass dort wo man mit hoher leistung und gleichzeitig kleinen bis sehr kleinen geschwindigkeiten steile Berge hoch kurbel der Nabenmotor einerseits sehr viel Strom schluckt und andereseits schnell überhitzt und dann gedrosselt wird. dadurch sinkt das Drehmoment noch weiter.

Das was die Mittelmotor Verkäufer nun tun ist diese Bergsituation zur entscheideneden Kaufentscheidung zu machen, also das hochkurbeln langer und sehr steiler Strecken mit kleinsten Geschwindigkeiten.

Wenn das der Einsatzzweck ist muss man in der tat von Nabenmotor abraten bzw klar stellen, dass dessen Beitrag bei kleinen Geschwindigkeiten über längere Zeit nur klein sein kann.

Was Du hier aber den leuten einreden willst ist, dass der Nabenmotor immer schwächer bzw im letzten gang maximal gleichwertig ist. Das ist absoluter Unsinn.

Am dramatischsten sieht man das beim speed Pedelec und 45km/h, wo der Mittelmotor dann vielleicht noch 1/4 seines Drehmoments auf das Hinterrad bringt, während der Nabenmotor als Direktläufer seine weitaus höhere Leistung auch noch mit höherem Wirkungsgrad im optimalen Drehzahlbereich auf die Straße bringen kann und das lesie und ohne die Schaltung zu belasten.

Nochmal: Ich empfehle niemandem der einen Vivax für sein Reiserad sucht einen dicken Nabenmotor hinten, das halte ich im Reiserad für Unsinn, wo es eher langsam und gemütlich dahin geht, der Akku dafür lange halten soll.

Ich wehre mich aber auch dagegen, dass hier Dinge falsch dargestellt werden.

Ja, PAS Steuerungen sind furchtbar. Daher würde ich sowas auch nie fahren wollen, doch wer zwngt Dich dazu.

In der Welt der Getriebenabenemotoren hats Du alle nur denkbaren Optionen offen, das hängt nur vom Controller ab. Ein leistunsggeregelet Gasgriff z.B. ist eine phantastische Sache, ganz besonders dort wo das Pedelec ein Fahrrad bleiben soll.

In der Geschwindigkeit begrenzt verstehe ich nicht. Kein System ist freier konfigurirbar als Selbstbausysteme und nichst fährt sich leichter jesneits der 25km/h als ein getriebenabenmotorsystem.

Warum ein Eigenbausystem mit 3,5kg gewicht schwere sein soll als ein Bosch mit 5,5kg Gewicht oder ein BionX mit 6,5kg Gewicht (jweils gleiche Akkukapazität) verstehe ich auch nicht.

das einzige Mittelmotorsystem das da mithalten kann ist der Vivax.

Multiple Defekte?

das ist doch das phantastische am Getriebenabenmotor. Völlig egal was kaputt geht und sei es noch so unwahrscheinlich, man kann die Reise immer irgendwie fortsetzen. Notfalls mit einem anderen Laufrad. Mal davon abgesehen ist es dort tatsächlich praktikabel die wesentlichen Verschleissteile wie Kugellager, Ersatzgetriebezahnräder oder Controllerelektronik einfach auf die lange Reise mitzunehmen, die wiegen alle nicht viel. Die meisten Motoren sind sogar ohne ausspeichen zu warten mit vergleichsweise einfachem Werkzeug.

Also wenn ich ein Reisepedelec für Indien & Co haben wöllte dann nur so was oder eben einen Vivax.

MfG

Genau um dieses Durcheinander verschiedener Produkte von den systematischen Unterschieden der Konstruktionsprinzipien zu trennen, ist das so aufgezeichnet. Beide Kurven für beide Systeme sind Dauerbetriebskurven, weil für beide der Trick der Kurzzeitüberlastung ausgeschaltet wurde. Motoren werden nur heiß, wenn die Regelung zuläßt, den Motorstrom (längere Zeit) über den Nennstrom anzuheben. Genau das machen Umrichter mit genügend hohem Maximalstrom, denen nicht per Parameter beigebracht wird, den angeschlossenen Motor nicht zu überlasten. Und in den Diagrammen ist unterstellt, dass die Regelung genau das für beide verhindert. Die Zahlen 250W und 25km/h sind wegen der Pedelec-Norm so gewählt, aber es geht genauso die auf 30km/h oder was auch immer umzurechnen. Die Aussage bleibt die gleiche. Bei welchen Strömen und Spannungen das stattfindet ist wählbar, weil Motoren über die Windungszahl darauf angepaßt werden, deshalb fällt es aus den Diagrammen als irrelevant heraus.
Die Strom-/Spannungsangaben sind unklar. Was ist gemeint? Man muss auseinanderhalten die Ströme und Spannungen am Akku (Gleichspannungssystem), dem Umrichtereingang (das gleiche Gleichspannungssystem) und den Umrichterausgang für die Motorspeisung (ein sinusförmiges Dreiphasensystem). Die Zahlenwerte sind nicht direkt gekoppelt (sind aber über den Energieerhaltungssatz verbunden). Datenblattwerte als Grenzwerte haben wiederrum nichts mit aktuellen Istwerten zu tun.

Etwas nachgeschaut und folgendes herausgefunden. BaFang HR-Nabengetriebemotor RM G010.250.D, der am ehesten zu Deinem Typ im Trike paßt. Das Datenblatt sagt:
- Für Raddruchmesser: 26"/27,5"/28"
- Nennspannung: 36/43VDC
- Leerlaufdrehzahl: 295 ; 250rpm (295rpm bei 43VDC und 250rpm bei 36VDC könnte damit gemeint sein)
- Nennleistung: 250W
- Nenndrehzahl: 260 ; 220rpm
- Maximales Drehmoment: 32Nm
- Wirkungsgrad: 80%
- Polzahl (2p): 20
- Gewicht: 2,8kg
- Umgebungstemperatur: -20°C bis +45°C
- Interne Getriebeuntersetzung: 1:4,42
Aus Nennleistung und Nenndrehzahl errechnet sich das Nennmoment zu 10,9Nm (Nennwerte sind üblicherweise als Dauerbetrieb beliebig lange möglich, ohne das etwas überhitzt oder defekt geht). In den Nennwerten ist bereits die übliche Kühlung berücksichtigt, also hier freie Konvektion im offene Speichenrad. Nur als Gedankenspiel: Würde eine Wasserkühlung um den Nabenmotor gelegt, könnten die Nennwerte deutlich hochgezogen werden (30%??), nicht unbedingt die Maximalwerte, weil die durch magnetische Grenzen bestimmt sind.
Kurzzeitig sind max. 32Nm (ca. 3-fache Überlast), was plausibel für solche Motoren ist, aber der Umrichter muss den Strom liefern und es ist nur für wenige Sekunden/zig Sekunden zulässig, weil sonst der Motor überhitzt. Wirkungsgrad 80%: wenn incl. Getriebe ist es ein brauchbarer bis guter Wert. Wenn das Getriebe noch dazukommt, würde es gesamt auf ca. 70% zurückgehen. Naja, muss halt der Akku mehr reinschieben.
Die erreichbare Leerlaufdrehzahl hängt etwas vom Regelverfahren ab, aber sie liegt eben über der Nenndrehzahl. Weil bei Leerlauf der Spannungsabfall an Wicklungswiderstand und Wicklungsindusktivität entfällt, kann etwas höher gedreht werden.
Bei Nenndrehzahl am Ausgang (220rpm) dreht der Motor intern 972rpm. Der Motor ist 20-polig, also die Stator-Speisefrequenz dann 162Hz. Da machen sich schon die Eisenverluste bemerkbar, aber unkritisch, sind alles machbare Daten.
Jetzt mal Bergfahrt ohne Reibung und Verluste abgeschätzt:
Bei einem 40-622-Reifen (U = 2220mm) liefern die 10,9Nm einen Vortrieb von 31N. Eine 120kg-Fuhre benötigt bei 10%-Steigung 117N am Reifen, also kann der Fahrer die Erzeugung am Reifen von 234N - 0N - 234N - 0N (Mittel 117N) über eine Kurbelumdrehung reduzieren auf 172N - 0N - 172N - 0N (Mittel 86N). Der Reifen sieht jetzt 203N - 31N - 203N - 31N (Mittel 117N). D.h. der Fahrer spürt eine Entlastung von 117N auf 86N (entsprechend rückgerechnet auf seine Kurbelkräfte im gerade benutzten Gang - nicht für den Nabengetriebemotor!). Der Fahrer muss 86N am Reifen im Mittel erzeugen, mit den üblichen 100W Human-Dauerleistung kann er die Fuhre mit 4,2km/h den Berg hochfahren. Der Motor liefert noch magere 36W dazu: weil er nicht mehr mit 972 rpm drehen kann, sondern jetzt nur 139rpm. Überhitzt aber nicht und ist dauerbetriebsfähig - wenn der Umrichter nicht aufmacht und über den Nennstrom geht. Wichtig: der Motor liefert nur 36W mechanisch ab und zieht auch entsprechend wenig aus dem Akku. Deshalb wird er Akku auch nicht "leergesaugt". Es ist eben nicht möglich, den Motor zu veranlassen, ohne komplette Überlastung jetzt 250W aus dem Akku zu ziehen und das an die Welle abzugeben. Das ist nur möglich, wenn er hochdrehen darf und das kann er bei 4,2km/h ohne Mehrganggetriebe nicht.
Die 31N in der Ebene sind eine gute Unterstützung und dann kann der Motor auch hochdrehen.
Die verlängerte Laufleistung von Kette/Ritzeln/Kettenblatt paßt gut zur Glättung der Kurbelspitzen und generell die Senkung der Belastung für diese Teile.

Deine Theorie ist richthig, krankt aber daran, dass es in der Praxis soclhe Systeme nicht gibt.

In der Pedelecwelt ist mir ein System bekannt, das sich ungefähr so verahlten hat wie das von Dir skizzierte Mittelmotorsystem, nämlich das uralte Panasonic 26V System mit Eingriff in den Kette. Das war tatsächlich im 8. Gang bei 60U/min an der Kurbel auf 25km/h ausgeelgt.

Ich nenne diese Systeme Oma-Antreibe, weil man die mit 50U/min an der Kurbel treten muss, um hohe Unterstützung zu bekommen und weil sie selbst im größten gang nicht mehr als 25km/h schaffen.

Die Leute die seinerzeit sowas fuhren schreiben gerne, dass die Schaltung überflüssig sei, weil man eh alles im grö0ten Gang fahre und sehr viele haben das System "getunt", indem sie größten Motorritzel verbauten.

Kann man alles im Pedelecforum 100fach nachlesen, wenn man die Zeit so verbringen möchte.

Einen Direktläufer-Nabenmotor wie vor Dir skizziert mit 250W Begernzung wird auf dem Markt garnicht verkauft. Aus eben diesen Gründen.



Es ist per se nicht schlimm wenn ein Motor warm/heiß wird (außer dass die Kupferverluste steigen). Nur dort wo man sehr hohe Leistungen über längere Zeiträume abfordert und den Motor in einem schelchten Wirkungsgardbereich beteribt wird es kritisch und die Systeme drosseln dann.
Die "Kurzzeitleistung" kann sehr wohl auch dauerhaft auftreten, z.B. im s-Pedelec liefern die meisten Nabenmotoren eben dauerhaft mehr als 500W ans Hinterrad, etwas was die gängigen Mittelmotorsysteme schlichtweg nicht können (und was auch erheblich auf den Fahrardantriebsstarng gehen würde)



Die Aussagen bleiben eben nicht die gleichen.

Ab einem gewissen Leistungs-Gewichts-Verhältnis wird ein Schaltgetriebe bei einem E-Motor schlichtweg unsinnig.
Welche modernen E-Autos kennst Du mit Schaltgetriebe und die decken weitaus größere Geschwindigkeitsbereiche ab als Pedelecs?

Das Schaltgetriebe ist eine Krücke, wenn man Motoren verwendet, deren Drehmoment im kleinen Drehzahlbereich nicht ausreicht, also bei Verbrennungsmotoren im PKW beispielsweise oder auch beim Pedelec, wenn Leute ohne viel Eigenleistung steile Anstiege hochgezogen werden wollen.

Dort macht das Schaltgetriebe dann Sinn und das ist genau auch der Vorteil dieser Systeme im Pedelecbereich. Lange steile Anstiege und Fahrer die dabei signifikant entlastete werden wollen.

Einen generellen Vorteil des Mittelmotor-Konzepts gibt es nicht. Es ist nur eine Notlösung für den Einsatz eines grundsätzlich zu schwachen Motors in eben diesem Spezialfall. (außerdem hat es noch Vorteile bei der Gewichtsverteilung)




Dein Diagramm beschreibt eine Fahrradschaltung, mit der man maximal 25km/h fahren kann (würdest Du sowas denn freiwillig fahren?) und einen Nabenmotor im Vergleich der wesentlich schwächer ist als alles was am Markt an Direktläufern angeboten wird.

Man kann solche Vergleiche schon machen, nur was ist der Sinn dahinter außer einseitige und praxisferne und irreführende Werbung für ein System?

Wären Pedelecs tatsächlich so wie von Dir skizziert könnte man mit dem Mittelmotorsystem deutlich schneller von 0 auf 25 beschleunigen als mit dem Direktläufern. Sie sind in Deiner Skizze ja in jedem Fall überlegen oder gleichwertig.

Das genaue Gegenteil ist aber in der Praxis der Fall.

Dazu muss keiner irgendeine Formel verstehen, es genügt zwei solche Systeme Probe zu fahren (und sie jeweils auf maximale Leistung einzustellen).

Bist Du denn bei all Deiner Theorie schon mal ein paar Pedelecs tatsächlich gefahren?



Bei der Controllerleistung gibt man üblicherweise die Leistungsaufnahme aus dem Akku an, so auch hier. Ergibt sich auch aus dem Zusammenhang.

MfG

Danke. Jetzt hat Werner von Siemens endlich aufgehört, im Grab zu rotieren.

Das wird länger, bin mal gespannt, ob es es eine "Beitragslängenbeschränkung" gibt.
Ich weiss nicht, von wo aus den Diagrammen eine Trittfrequenz abgeleitet wird. Diese Diagramme sind die Grenzkurven für Dauerbetrieb der Motoren - sonst nichts. Nach welchem Algorithmus und von welcher Sensorik der Drehmomentsollwert für den Motor abgeleitet wird und damit wie viel Schub dazukommt, ist frei. Die Kurve sagt nur: im Dauerbetrieb nicht darüber (so wie bei Fahrdiagrammen für Bahnen, KFZ, Industriemotoren). Wenn bei einer Fahrt in der Ebene nur 20% davon benötigt bzw. gewollt wird, dann findet das entweder der Fahralgorithmus heraus oder der Fahrer wählt es manuell. Aus dem Verhalten eines heutigen Produktes kann keine allgemeingültige Regel abgeleitet wird.
Ja, weil die Nabenmotoren ihre Probleme haben, rüsten sie auf. Einer der wenigen "Tricks", der mit dem BLDC-Motor ohne das Mehrganggetriebe und ohne Feldschwächung unter Einhaltung der 250W-Grenze möglich ist: Motor mit doppeltem Nenndrehmoment, der bei 25km/h 500W liefern würde. Das bedeutet etwa doppeltes Motorgewicht und auch doppelten Motorstrom (nicht doppelten Akku-Strom!). Bei 12,5km/h sind dann 250W erreicht. Gegenüber vorher bei nun doppeltem Motorstrom und doppeltem Motormoment (Dauerbetrieb möglich, da der Motor ja größer ist). Der Akku-Strom erreicht bei 12,5km/h bereits den Wert für eben 250W, was er vorher erst bei 25km/h erreicht hat. Ab dann zieht der Umrichter den Motorstrom runter und hält den Motor zwischen 12,5km/h und 25km/h bei 250W: steigende Drehzahl, fallender Motorstrom, fallendes Drehmoment, konstante Motorleistung, konstanter Akku-Strom. Hier ist zu sehen, dass Motorstrom und Akkustrom nicht identisch sind. Da der Motor - durch die Elektronik verriegelt - nie mehr als 250W abgibt, könnte das Paket als Pedelec-konform mit 250W gestempelt werden.

Der gleiche "Trick" ist auch für den BLDC-Motor mit Mehrganggetriebe möglich, das Ergebnis eingezeichnet. Die Anfangssteigung im 1. Gang wird verdoppelt (!!!!). Weiterhin verschwinden alle Zacken, weil sich die Bereiche benachbarter Gänge, in denen 250W ohne Motorüberlastung möglich sind, bereits überschneiden. Man sieht aber auch, dass beim Mehrganggetriebe der "Trick" nicht mehr notwendig ist, weil schon zuviel Drehmoment am Rad zur Verfügung steht (ein Luxusproblem).
Deshalb können die Vertreter der "Tretlagermotoren" tendenziell abrüsten und vor allem vereinfachen und Kosten reduzieren (entfeinern!!!!). Genau das fürchte ich auch: die Brüder magern so lange ab, bis vom strukturellen Vorteil nur genau das für den aktuellen Markt notwendige übrigbleibt. Das reicht für City, Pendler und (kleinere) Touren, aber nicht für Reiseradler. Und beim Gewicht ist man großzügig, weil da kommt es nicht so drauf an und Leichtbau wäre teuer. Die Kundschaft ist mit den heutigen Pedelecs auf 25kg eingeübt. Die Vertreter der Eingangsysteme sind dagegen ständig am Nachrüsten, um den strukturellen Nachteil zu verringern. Wenn alle Fahrräder Fixies wären, würde man nicht wegen der E-Antriebe jetzt Mehrganggetriebe erfinden und einbauen. Aber weil Fixies eben zu einschränkend sind, haben normale Fahrräder ein Mehrganggetriebe und es ist unsinnig, das dem Motor vorzuenthalten. Schön wären jetzt richtige Getriebe und nicht so etwas wie Nexus und Co. oder gar Kettenschaltungen. Also klar ist, dass die heutige Fahrradmechanik ein Problem hat, dem die Nabenmotoren zwar ausweichen, aber das macht es nicht zum besseren Prinzip, sondern zur Notlösung weil die Antriebsmechanik ungenügend ist und nachrüsten möchte.

Mit "heiße" oder "zu heiße" Motoren ist "überhitzte" Motoren gemeint. D.h. außerhalb ihrer Datenblattwerte und damit gefährdet. Ich habe es oben schon mal geschrieben: typische, belüftete und auch unbelüftete Industriemotoren fahren die Wicklung auf etwa 140°C (das ist nicht "überhitzt") und können da ihre Dauerbetriebsdaten/Nenndaten erbringen. Dabei darf die Umgebung meist bis 40°C warm sein. Aber das ist bei diesen Produkten so und keine allgemeine Regel. Bei den Nabenmotoren können es andere Werte sein. Es hängt von der Isolierstoffklasse ab und ob z.B. wärmeempfindliche Teile verbaut sind (Magnete, Elektronik, .....). Faustregel: Betrieb über den Nenndaten führt zu Überhitzung und Ausfall. Wenn nicht, dann ist der Nennbetrieb künstlich zu klein angesetzt und der Motor damit zu groß und zu schwer.

E-Cars mit/ohne Getriebe:
- Tesla S und viele die davon kopiert haben: ohne, aber dafür Überdimensionierung und die Feldschwächung der Asynchronmotoren. Die ersten Tesla-Roadster hatten ein 2-Gang-Getriebe, was aber nicht standfest genug war und aufgegeben werden musste. Getriebeneuentwicklung war zu aufwendig und wenn man sich durch Überdimensionierung helfen kann, warum nicht. Bei 2,1to kommt es nicht mehr darauf an. Außerdem ist der 4WD-Tesla ein 2-Motoren-Fahrzeug und zwei Schaltgetriebe sind problematisch. Es gibt aber zwei Einganggetriebe. So weit hat man seinerzeit schon verstanden, dass E-Motoren hoch drehen müssen (ca. 20.000rpm beim Tesla), um kompakt zu werden. Tesla hat ja nichts mit Energieeffizienz und Umweltfreundlichkeit zu tun - obwohl E-Cars mal dafür gedacht sind. Das technische Prinzip (mehrere, hochtourige Asynchronmotoren mit Feldschwächung) ist Standard bei neuen Drehstromlokomotiven, ICEs, Straßenbahnen seit etwa den 80ern.
- Formel E: Hier bewegt sich innovationsmäßig wirklich was. Es werden 3- bis 5-Gang-Systemen gefahren, aber es gibt auch ein Eingang-System: Link1 Link2 Link3 . Ob die Formel-E bei ihren PM-Synchronmotoren (BLDC-Motoren) die Feldschwächung einsetzt, weiß ich nicht, da das aber kein effizienter Betriebszustand ist, wahrscheinlich nicht. Bei Pedelec-Antrieben sicher heute nicht. Ein Rennfahrzeug hier als Vorbild zu nehmen und den Tesla zu verteufeln, klingt komisch, aber die Verbindung zum Reiserad ist folgende: Das Reglement setzt eine enge Obergrenze für die Leistung und für die mitgenommene Akku-Kapazität (Tankladung). Aufgabe für die Ingenieure: so viel mechanische Energie wie nur möglich aus dem Paket ziehen und auf die Straße bringen und möglichst wenig daneben. Energiemanagement ist alles. Und beim Reiserad: genau die gleiche Aufgabe. Mit der weiteren Schwierigkeit, erhebliche Steigungen zu bewältigen. Und beim Tesla? Egal, Hauptsache Fahrspaß, Komfort und keine spürbaren Nachteile zum Verbrenner. Und wenn Reichweite ungenügend, 100kg mehr Batterien. Wenn Drehmoment nicht reicht, dickeren Motor. Kein Problem. Nach dem Muster arbeiten auch die Nabenmotorsysteme beim Fahrrad und die S-Pedelecs insgesamt.
Beim Reiserad aber auch genauso bei einem schnellen, leichten und nur gering beladenen Trekking-Rad: so wenig wie nur irgend möglich an Volumen, Gewicht dazu bringen und trotzdem in allen Situationen Unterstützung, aber nur was notwendig ist, um Akkuladung zu sparen: stundenlange Anstiege oder Fahrten bei erheblichem Gegenwind oder schwere Böden. Kurzzeitsprints sind nur Energieverschwendung, die werden nicht benötigt.

Ach was, der ist doch im Himmel (Wallhalla, Nirvana, Paradies, Hölle ...?) schon kurz nach seinem Eintreffen in der Ingenieurslounge von James Watt beruhigt worden.

Bernd

Deine Darstellung ist sehr anschaulich. Es ist völlig korrekt, daß Du den sehr individuellen Einfluß der muskulären Eigenleistung ausgeblendet hast.
Zu berücksichtigen ist natürlich, daß bei den Nabenantrieben die Ergonomie und die Schaltung optimal auf den "Muskelantrieb" abgestimmt werden kann, so daß es möglich ist, diese mit dem bestmöglichen Wirkungsgrad aufs Antriebsrad zu bringen. Die menschliche Muskelkraft ist zwar vergleichsweise niedrig, dafür aber sehr kostengünstig zu haben. Es lohnt sich, mit ihr sorgfältig umzugehen, sprich ihr bestmögliche Bedingungen zur Entfaltung zu schaffen.
Mithilfe dieses biologischen Range Extender sind im Übrigen Tagesreichweiten wie mit Reiserädern ohne eAssistenz möglich.
Bis denne,
HeinzH.

Ja, das ist für ein Reiserad der wichtigste Punkt: Es muss als normales, muskelbetriebenes Reiserad voll tauglich sein - so wie die ganzen Reiserad-Ausrüstungs-Threads ohne E-Antrieb. Unter den aktuellen Pedelecs und vor allem S-Pedelecs dürfte es nichts geben - Tourentauglichkeit muss reichen, was für Europa i.O. ist. 40kg oder gar mehr Reisegepäck geht auch nicht. Wer da "reisetauglicher" werden will, kommt um eine individuelle Nachrüstung kaum rum und muss sich halt auf deren Einschränkungen anpassen.

In Beitrag #1278583 habe ich fälschlicherweise den Reifen mit 40-622 angesetzt, Dein Trike fährt aber z.B. 50-406. Das ist aber nun ein Glücksfall, weil man die Wirkung des Wechsels von 2220mm Umfang auf 1600mm Umfang sofort sieht. Es ist für den Nabengetriebemotor wie 2 Gänge runterschalten und man sieht gegenüber vorher sofort eine Wirkung. Das gleiche Textstück zum Vergleichen und Auswechseln jetzt:
-----------------------
Bei einem 50-406-Reifen (U = 1600mm) liefern die 10,9Nm einen Vortrieb von 43N. Eine 120kg-Fuhre benötigt bei 10%-Steigung 117N am Reifen, also kann der Fahrer die Erzeugung am Reifen von 234N - 0N - 234N - 0N (Mittel 117N) über eine Kurbelumdrehung reduzieren auf 148N - 0N - 148N - 0N (Mittel 74N). Der Reifen sieht jetzt 191N - 43N - 191N - 43N (Mittel 117N). D.h. der Fahrer spürt eine Entlastung von 117N auf 74N (entsprechend rückgerechnet auf seine Kurbelkräfte im gerade benutzten Gang - nicht für den Nabengetriebemotor!). Der Fahrer muss 74N am Reifen im Mittel erzeugen, mit den üblichen 100W Human-Dauerleistung kann er die Fuhre mit 4,9km/h den Berg hochfahren. Der Motor liefert noch (magere) 58W dazu: weil er nicht mehr mit 972 rpm drehen kann, sondern jetzt nur 224rpm. Überhitzt aber nicht und ist dauerbetriebsfähig - wenn der Umrichter nicht aufmacht und über den Nennstrom geht. Wichtig: der Motor liefert nur 58W mechanisch ab und zieht auch entsprechend wenig aus dem Akku. Deshalb wird der Akku auch nicht "leergesaugt". Es ist eben nicht möglich, den Motor zu veranlassen, ohne komplette Überlastung jetzt 250W aus dem Akku zu ziehen und das an die Welle abzugeben. Das ist nur möglich, wenn er hochdrehen darf und das kann er bei 4,9km/h ohne Mehrganggetriebe nicht.
-----------------------

Moin moin!
Dies kann nicht oft genug unterstrichen werden!
Wer ein echtes, womöglich individuell auf den eigenen Bedarf angepasstes, Reiserad mit eAssistenz haben möchte kommt auf die Selbstnachrüstung oder um die Nachrüstung durch einen Fachbetrieb kaum herum. Ulrike (Uki53) als Threadstarterin hat dies klar erkannt und ja, der Vivax Assist Antrieb ist einer der geeigneten Möglichkeiten, ein Reiserad mit zusätzlichem eAntrieb zu realisieren.

Inzwischen habe ich statt des vorherigen Schwalbe Marathon plus 47x406 nunmehr einen im Durchmesser entsprechend kleineren 35x406 aufgezogen, was sich sofort auf dem Tacho bemerkbar machte.

Einige User, auch aus unserem Forum, verwenden die besonders leichten Getriebenabenmotoren vom Keyde oder Cute, siehe dieser Faden. Sogar ein Roadshark-Trike kann dem vergleichsweise zierlichen Keyde-Motor zugemutet werden.
Eine interessante Frage ist, ob ein Getriebenabenantrieb, der mittels seines Getriebes für eine (rein elektrische) Endgeschwindigkeit von nur 18 oder 20km/h ausgelegt ist, mit nochmals weniger Eigengewicht zu realisierbar wäre. Für Fahrradfahrer, welche sich für das Reiserad einen eAssistenzantrieb nur als Kletter- Gegenwind- und/oder als knieschonende Beschleunigungshilfe wünschen, wären 18-20km/h völlig ausreichend.
Solange die Anbieter aber erfolgreich die häufig unerfahrene Kundschaft auf 25kg-Pedelecpanzer einschwören und abspeisen, ist der Markt für ein solches Produkt bis auf Weiteres sicher zu klein.
Gruß aus Münster,
HeinzH.

*Der "Glücksfall" war von mir übrigens geplant, weil der eAntrieb von mir ursprünglich hauptsächlich als Unterstützung beim Anhängerschleppen gedacht war. Nach meinem späteren Kreuzbandanriss allerdings war ich allerdings froh, ihn zu haben...

... müßte gehen. Wenn man sich auf z.B. 18km/h beschränkt, d.h. darüber überholt der Freilauf den Motor und er kann stillgesetzt werden, wäre denkbar:
Gewünschte Dauerunterstützung bei 6km/h soll z.B. 60W sein (oder welche Zahl auch immer). Du hast heute rechnerisch 58W (vielleicht sind es real 50W). D.h. der Motor liefert dann bei 18km/h 180W (alles für Motoren mit (fast) konstantem Dauerdrehmoment über ihren zulässigen Drehzhalbereich). Ein solcher Motor mit sagen wir 1 : 5 oder höher untersetzt ist ein Stückchen kleiner und läßt sich ganz effizient betreiben.
Es wäre auch denkbar und vielleicht macht es einer: einstufigen Planetensatz, der 1:1 und 1:4 schaltbar ist (ein Drittel Speedhub oder ein kleines Schlumpf!!!). Also eine versteckte 2-Gang-Schaltung im Nabengetriebe unabhängig vom Hauptgetriebe für den Menschen. Das dürfte kaum mehr auftragen, muss aber sorgfältig konstruiert und umgesetzt werden. Das geht nicht billig. Es würde den Unterstützungsbereich der Nabengetriebemotoren drastisch erweitern und die Diskussion wäre eine andere (siehe den ersten Tesla mit 2 Gängen oder die Formel-E-Rennfahrzeuge mit ebenfalls 2 Gängen). Wenn der Freilauf noch sperrbar ist, kann das Ding auch rückspeisen (rekuperieren). Man muss dann halt wieder darauf achten, dass der Fahrer keinen Unsinn schalten kann, wie z.B. bergab full-speed mit gesperrtem Freilauf und dann den kleinen Gang einlegen und damit Motor, Getriebe und das ganzen Hinterrad zerlegen.

Wir scheinen uns tatsächlich einem Konsens zu nähern.

Wenn man Spaß haben will benutzt man leistungsfähige Direktläufer in der Nabe ohne Schaltgetriebe (glücklicherweise haben die alle weit mehr als nur 250W Leistung auch bei legalen Pedelecs).

Beim beschleunigen, in der Ebene, im Hügelland und auch in schnellen Pedeles mit dauerhaft hoher Leistungsabforderung ist das der Motor der Wahl. Dabei bleibt der menschliche Antriebsstarng auch noch unbeeinflusst, Schalten wird erleichtert und nicht erschwert.

Dazu kommt der lautlose Antrieb und die zusätzliche elektrische Bremse.

Wenn man diese hohen Leistung abruft hat man auch natürlich einen entsprechend hohen Stromverbrauch, daher ist das idR nicht das richtige Konzept für den Reiseradler, auch wegen des Gewichts am Heck (da hat man meist eh schon zuviel) und wegen der schlechten Reparierbarkeit und weil man eben das Problem mit der 120kg Fuhre am steilen Berg hat, wo man sich dann leider doch wieder selber anstrengen muss.

Der Mittelmotor hat unter den real existierenden Antreibe genau den Vorteil, am steilen(!) Berg bei langsamer Kriechfahrt deutlich mehr Leistung zu erbringen und das effizienter zu tun. Dafür ist man bei der Schaltung meist eingeschränkt, man muss ggf mit dem hohen q-Faktor und mit dem Verschleiß und mit den Antriebsgeräuschen leben.
Das Hinterrad bleibt dafür aber leicht und schnell/billig austauschbar (Kettenschaltung angenommen)
Bei einer schweren Havarie des Antriebs sind fast alle aktuellen Mittelmotorräder leider nicht mehr fahrbar und abseits des Verbreitungsgebiets auch nicht mehr reparabel, man bräuchte einen neuen Rahmen. Ausnahme Nachrüstlösungen wie Vivax oder Bafang Mittelmotor.

Nur diese würde ich daher für ein Reiserad empfehlen, wobei man beim Bafang dann eine gewöhnliche Tretkurbel + Kettenblätter + ggf. Umwerfer ergänzen müsste. Beim Vivax hingegen kann nach der Havarie alles bleiben wie es ist, schlimmstenfalls müsste man nur das Tretlager ersetzen.

Die letzte Option sind die Getriebenabenmotoren. Wenig Leistung bei langsamer Fahrt wie von Dir korrekt beschrieben, so dass man vielleicht einen extrem steilen Berg den man vorher auch nicht hoch kam möglicherweise immer noch nicht schafft. Vielleicht muss man mit so einem Motor tatsächlich mal ein Stück absteigen und schieben oder im 1. Gang langsam hoch kurbeln so wie früher ohne Motor halt auch.

Aber so die normalen Anstiege oder bei Gegenwind oder beim beschleunigen hat man eine sehr deutlich Hilfe, ansonsten fährt man das System als einziges außer dem Vivax in weiten Bereichen eben ohne Zusatzwiderstände einfach motorlos.
Im Havariefall geht's beim Frontmotor einfach ganz normal weiter (dank Freilauf), allerschlimmstens (aber sehr unwahrscheinlich) braucht man ein neues Laufrad. Der Stromverbrauch ist gering, weil man eben die meiste Zeit ohne Antrieb effizent fahren kann. Daher ist der Akku klein und das System leicht.
Billig ist es auch und der Frontmotor bietet auf Sand und Schnee auch noch durchaus nützlichen Allradantrieb, sofern er gut gesteuert wird.

Das ideale Reisepedelec in meinen Augen für die, de noch Eigenleistung erbringen können und wollen (wer das nicht mehr kann sieht das natürlich ggf anders).
Nur am steilen Berg "verliert" man gegen Bosch & Co, aber da wurden Radreisen noch nie "gewonnen".... (ist ja hier schließlich ein Wettbewerb der Konzepte)

In Kaufberatungen geht es hingegen fast nur darum, ob man jetzt die 15% Steigung über 2000hm hinweg vom Motor hochgezogen werden kann oder nicht. Das mag für manche durchaus Kaufentscheidend sein, aber das sollte man anhand der tatsächlichen eigenen Bedürfnisse entscheiden, nicht anhand theoretischer Überlegungen.

Ich kauf mir z.B. keinen Geländewagen, weil ich vielleicht eines Tages mal damit durch den Wald fahren muss. Andere tun genau das sehr wohl.

MfG

Im Prinzip einverstanden, aber Ergänzung zum Nabendirektmotor und Nabengetriebemotor:
Sie sind eigentlich ähnlich - wenn die Motoren gleiche Leistung haben. Im zweiten Falle wird genutzt, dass von zwei Motoren gleicher Nennleistung, der mit der höheren Nenndrehzahl deutlich kleiner ist (Kupfer, Eisen, Magnete), weil die Motorgröße vom Nennmoment bestimmt ist und nicht von der Nennleistung. Da insbesondere ein kompakter Planetensatz Drehmoment mit weniger Stahl "erzeugen" kann, als ein E-Motor Magnete, Dynamoblech und Wicklungen dafür braucht (Drehmomentdichte), ist ein Getriebemotor - trotz Getriebe - häufig etwas leichter als ein Direktmotor. Etwas Gemeines ist aber was anderes: Bei hohen Übersetzungen kann die "große" Schwungmasse des kleinen Motors problematisch werden. Bei einem 1:10-Getriebe wirkt das Trägheitsmoment des jetzt zwar kleineren Motors (ähnlicher Bauform!!) mit i**2 also dem 100-fachen an der langsamen Welle. Der kleinere Motor hat aber leider nicht nur ein hunderstel des Trägheitsmomentes des großen Bruders, sondern mehr. Fazit: beim Beschleunigen wirkt der zäher (muss sich selbst hochdrehen) und beim Abbremsen schiebt die träge Masse. Aber: der Direktläufer ist meist ein platter und flacher Motor mit viel Masse weit vom Drehpunkt entfernt (also träge). Den Schnellläufer kann man vielleicht auch schlank bauen (vivax). Und plötzlich kehrt sich das wieder um. Das ist alles massiv nichtlinear, aber für konkrete Antrieb gut rechenbar. Beim Berechnen des dynamischen Verhaltens ist das wichtig, bei Konstantfahrt verschwindet der Effekt komplett.
Die angebotenen 250W-Nabengetriebemotoren sind aber auch mehr in Richtung der Sparfüchse gedacht (wenn schon sparen, dann gleich richtig) und nicht für Spaßmaschinen. Weiterhin kann der Umrichter im Kurzzeitbereich den Motor ordentlich treten und ihn sprintstark machen - oder eben nicht (um auch am Umrichter zu sparen). Allerdings bietet BaFang auch 500W-Typen, habe das aber nicht mit einem 500W-BionX verglichen. Zum Vergleich müßte man zwei passende Typen heraussuchen. Dann wäre sogar der Trägheitseffekt nachprüfbar.

Moin Andre,
ich glaube nicht, daß sie speziell für "Sparfüchse" gemacht sind. Es sind halt die mit Abstand meistgebauten elektrischen Fahrradantriebe. Ein längere Zeit in Peking stationierter Kollege erzählten mir kürzlich, daß Elektrofahrräder dort unglaublich verbreitet sind und fast alle dieser Räder kleine Nabenmotoren aufweisen, also Nabengetriebemotoren sind. Auf Basis gigantischer Stückzahlen sind natürlich günstige VK-Preise möglich. Es stört mich nicht, daß gerade diese besonders reiseradgeeigneten eAntriebe relativ preiswert sind.
Eigentlich steckt noch reichlich (Weiter-)Entwicklungspotential in der Bauart Nabengetriebemotoren. Warum aber sollte beispielsweise die Firma Xofo den Vitenso-Antrieb weiterentwickeln, wenn sich auf dem wichtigen Exportmarkt Deutschland fast nur noch Mittelmotorantriebe verkaufen lassen. Nabengetriebemotoren sind unglaublich robust, der meine beispielsweise läuft seit über 16.000km ohne jede Störung*.
"Nicht für Spaßmaschinen"?: Einige Forumsmitglieder haben den Nabengetriebemotor meines Trike ausgiebigst getestet, sie alle hatten sehr viel Spaß
Gruß aus Münster,
HeinzH.

*Ich habe auch bei Temperaturen von deutlich unter -10°C Betriebserfahrungen.

Man muss doch nur mal in einen typischen deutschen Fahrradladen (Scheff, Scheffgattin, drei Schrauber) gehen und sich die Verkaufsgespräche anhören. Da wird schonungslos nachgeplappert, was man in den Vertriebsschulungen von Gudereit und Kalkhoff (ja, es gibt natürlich noch mehr) beigebogen bekommen hat. Und in Kombination mit Mittelmotor möglichst jedem über fünfzig dringend zum Tiefeinsteiger raten.

Als jemand, der eigentlich gern mal in fremde Radläden geht, nur so zum Gucken, empfinde ich da inzwischen fast nur noch dumpfe Einheitsbreilangeweile.

Bernd

Wir müssen jetzt aufpassen, dass wir nicht lange Beiträge von oben wiederholen. Die Prinzipunterschiede der Systeme bleiben und lassen sich nicht wegentwickeln, aber je für sich gezielt ausnutzen. Beim Tretlagerantrieb z.B. die ganze veraltete Fahrradtechnik auszuhebeln und den gesamten Antrieb bis zur HR-Felge als ein Gesamtansatz neu zu machen. Der erste Schritt waren eigene Rahmen durchzusetzen (Bosch und Pinion) und damit Tretlager und Kurbel in den Griff zu bekommen. Jetzt muss es weiter gehen und nicht bei den heutigen Boxen Schluß gemacht werden. Die Fremdgetriebe müssen durch eigene (oder zugelieferte) ersetzt und integriert werden und auch eben der Rest bis zur HR-Felge neu entstehen. Ziel: leichter, gegen Umwelteinflüsse dauerhaft geschützt, geringe Verluste, .... Damit hält man sich auch die Nachrüster und Wegelagerer vom Halse und zwingt sie zu teuren Komplettentwicklungen. Wenn Bosch z.B. sich auf die Stückzahlen und kostengünstige Versionen konzentriert, bietet Pinion Pakete für das oberste Ende an. Und das alles berechenbar ist, zeigen hoffentlich die ganzen Zahlen und Diagramme. Es gibt dort keine schwarze Kunst. Allen stehen aber z.B. folgende Weiterentwicklungen zur Verfügung:
Magnetwerkstoffe (mit den nun NdFeB-Magneten wird sich aber erst einmal nicht viel tun); PM-Motorentechnik (vor allem günstige Feldschwächbarkeit); PM-lose Motoren (Reluktanz und Asynchron); Leistungselektronik; Regelungselektronik; Akku-Technik; Fertigungsverfahren; ....