E-Bikes: Ein Antrieb kommt selten allein

Durch den Boom der E-Bikes erfährt das Fahrrad aktuell eine Renaissance. Auch für Paketzusteller und Kurierdienste werden Transporträder mit elektrischer Antriebsunterstützung zunehmend eine spannende Alternative. Damit das umweltfreundliche Konzept hier funktioniert, braucht es jedoch nicht nur den passenden Motor, sondern auch Getriebe, Sensorik und am Ende eine Infrastruktur, um Akkus zu laden. Der Antriebsspezialist Heinzmann aus Schönau im Schwarzwald hat sich dafür starke Partner ins Boot geholt und bietet OEMs rund um den Antrieb CargoPower RN 111 ein Mobilitätskonzept fein aufeinander abgestimmter Komponenten für einen wirtschaftlichen Betrieb in einer großen Anwendungsbandbreite.

Der Warentransport stellt je nach Nutzlast und Verteilungsgebiet unterschiedliche Anforderungen an die Auslieferungsfahrzeuge. Das betrifft fahrdynamische Aspekte genauso wie konstruktive: Zum Teil kommen Dreiräder statt einspuriger Räder mit Abstellstütze zum Einsatz, um ein schnelles, sicheres Anhalten zu erlauben. Daneben sind gesetzliche Vorgaben zu beachten: Räder mit Antrieben bis 250 W und einer Unterstützung bis maximal 25 km/h gelten in Deutschland als Fahrräder und dürfen wie diese ohne Versicherung und Führerschein gefahren werden. Bei höherer Leistung oder Endgeschwindigkeit gelten andere Regeln.

Hersteller benötigen also unterschiedliche Antriebe, die sich schnell auf die Anforderungen des jeweiligen Anwenders anpassen lassen. Ideal ist dafür ein weitgehend modularer Aufbau. Die Schwarzwälder Motorenexperten beispielsweise bieten ihren CargoPower Motor RN 111 mit Nennleistungen zwischen 250 und 600 W sowie Drehmomenten bis zu 31 Nm bei 48 VDC Versorgungsspannung an.
„Dieser Motor bietet derzeit das stärkste Drehmoment unter allen gängigen Fahrrad- bzw. Lastenrad-Motorenmodellen, mit bis zu 115 Nm Spitzendrehmoment“, so Peter Mérimèche, Geschäftsführer Elektrische Antriebe bei Heinzmann. „Auch die Kunden sind begeistert.“

• Je nach Radtyp können die Motoren direkt in der Radnabe von Vorder- oder Hinterrad eingebaut werden. Dabei sind die gebräuchlichen Felgendurchmesser von 20 bis 29 Zoll möglich.
• Außerdem kann der Motor auch einseitig aufgehängt werden, z.B. für Dreiräder mit seitlichem Montageflansch.
• Die zulässigen Achslasten betragen je nach Ausführung 100 bis 150 kg.
• Für den zuverlässigen gewerblichen Dauereinsatz auch in bergigem Gelände sind der Motor und die Antriebssteuerung voneinander getrennt, damit die Erwärmung des Motors die Elektronik nicht beeinträchtigt.
• Die Abwärme des Motors wird dabei über eine Ölkühlung gleichmäßig abgeführt, die zugleich das Hochleistungsplanetengetriebe schmiert.
• Der CAN-Bus fähige Regler gibt seine Verlustwärme an anderer Stelle separat ab, das erhöht Lebensdauer und Zuverlässigkeit des Antriebs gleichermaßen.

Akkus werden immer besser, doch nach wie vor ist die speicherbare Energie deutlich begrenzt. Wenn man Lasten befördern möchte, ist daher ein sorgsamer Umgang mit den Ressourcen essentiell. Hier bietet das CargoPower-System mit einer intelligenten Antriebssteuerung dem OEM viele Möglichkeiten: Beispielsweise ist durch Drehmomentsensoren im Innenlager und am E-Motor eine gute Feinabstimmung für größte Effizienz möglich. Neben einer allgemeinen Betriebsüberwachung des elektrischen Systems können auch verschiedene Fahrer- und Konzeptwünsche bedient werden, z.B. verschiedene Unterstützungsstufen, Anfahrhilfe- und Rückwärtsfahrprogramme oder auch Schiebehilfe u.v.m.

Das Traditionsunternehmen Thun steuert für den effizienten Antrieb eine kompakte Sensortechnologie bei, die Rotationsgeschwindigkeit, Drehrichtung sowie das anliegende Drehmoment überwacht. Dies ermöglicht der Motorsteuerung eine optimale Regelung für einen geringen Stromverbrauch und eine lange Reichweite. So kann die Motorsteuerung den durch die Tretkurbeln erzeugten Drehmomentschwankungen entgegenwirken; der unrunde Tritt des Fahrers wird durch den Elektroantrieb geglättet und die Abgabeleistung am Rad bleibt gleichförmig, wodurch sich das Fahrgefühl verbessert.
Eine Drehmomentüberwachung im Innenlager kann zudem, beispielsweise beim Anfahren, den Reifenverschleiß reduzieren und die Antriebslast auf Fahrer und E-Motor nach Bedarf oder Vorgabe verteilen.

Für die Untersetzung der Motordrehzahl kommen in der Nabe integrierte Getriebe zum Einsatz, mit denen sich das Drehmoment für den späteren Einsatzzweck optimieren lässt. Beim Radnabenmotor sind aufgrund der kompakten Bauform dabei Planentengetriebe das Mittel der Wahl. Unterschiedliche Planetenstufen in den Nabenmotoren von Cargo-Bikes erfüllen die hohen Anforderungen der Transportbranche an Dauerbelastbarkeit und Langlebigkeit. Da der E-Motor auf eine Nenndrehzahl von 200 U/min ausgelegt ist, erlauben unterschiedliche Getriebeabstufungen eine einfache Anpassung der Endgeschwindigkeit bzw. des Steigungsvermögens passend zu Radgröße und Gesamtgewicht. Die Elektronik übernimmt dann nur noch die nötige Feinabstimmung.

Nach dem Vorbild automobiler Technologien entwickelt Pinion seine Getriebeschaltungen für Fahrräder. Sie zeichnen sich durch lange Lebensdauer bei garantierter Funktionssicherheit aus. Gepaart mit minimalen Service- und Laufzeitkosten stellen diese Getriebe heute den Maßstab in Sachen Schalttechnik dar. In Kombination mit dem Cargo Power Schwerlastmotor ist die Zentralgetriebeschaltung das Kraftpaket für professionell genutzte Lastenfahrräder und das Sorglos-Paket für die Entwicklung anspruchsvoller und sicherer E-Cargo Fahrzeuge.
Die Antriebseinheit besteht im Wesentlichen aus zwei High-End Komponenten, die in optimaler Reihenfolge aufeinander abgestimmt sind. Das Prinzip lautet: „Erst schalten, dann verstärken! Das schützt vor Verschleiß, schont den Antrieb und vermittelt direkten Fahrspaß“, wie Thomas Raith, Geschäftsführer der Pinion GmbH erklärt.

Ist trotz sparsamen Energieeinsatzes der Antriebs-Akku leer, darf es für wirtschaftliche Transportleistungen keine langen Ladepausen geben. Hierfür sind die Motorenspezialisten eine Kooperation mit Green Pack eingegangen, ein weiterer Baustein im modernen Lastenradkonzept. Die Swobbee genannten Ladestationen erlauben einen sekundenschnellen Wechsel leerer Akkus gegen volle. Äußerlich sieht die Swobbee-Station aus wie ein hoher Briefkasten, im Inneren gibt es dann getrennte „Postfächer“, in denen die einzelnen Akkus geladen über eine Zugangsberechtigung entnommen werden. Die modular aufgebaute Ladesäule erlaubt das Laden der Akkupacks an öffentlichen und privaten Standorten. Je nach Mobilitätskonzept können neben den eigenen auch gemietete Akkus im System eingesetzt werden, wie ein portabler Akku mit 48 V und 1.400 Wh.

Das moderne Rundumkonzept für die Lastenfahrradlogistik von skalierbaren Antriebskomponenten für unterschiedliche Transportzwecke bis hin zum durchdachten, flexiblen Versorgungssystem für den Akkutausch erlaubt heute eine wirtschaftliche Verteilungslogistik per Rad. Die Kooperation mehrerer Spezialisten erleichtert dabei dem Fahrradhersteller die Entwicklung, erhöht die Zuverlässigkeit des Rades und verkürzt die Time-to-Market.