Aufbau eines Elektrofahrrads

Filed under: Allgemein — Mittwoch, 16. September 2009
Ein typisches Pedelec mit Vorderradmotor

Ein typisches Pedelec mit Vorderradmotor

Wir haben in den letzten Tagen schon mehrere Anfragen bekommen, wie ein Elektrofahrrad eigentlich aufgebaut ist, bzw. wie man es zusammenbaut. Deshalb gibt dieser Artikel einen kleinen Überblick über die Komponenten eines Elektrorads und deren Zusammenspiel.

Fahrrad und Elektromotor

Die Basis bildet ein handelsübliches Fahrrad, egal ob Cityrad, Mountainbike, Trekkingrad oder Rennrad. Als nächstes wird der Motor benötigt. Momentan am verbreitesten und zum nachrüsten am geeignetesten sind Radnabenmotoren. Hier kann wahlweise ein Vorderradmotor oder ein Hinterradmotor zum Einsatz kommen. Hier hängt es im Prinzip nur von den persönlichen Vorlieben ab. Allerdings gibt es manchmal auch technische Einschränkungen, die nur eine Lösung zulassen. Dazu zählt zum einen, wenn das umzubauende Fahrrad eine Rücktrittbremse hat. Es ist leider nicht möglich, ein Elektrofahrrad mit Hinterradmotor und Rücktrittbremse zu bauen, in diesem Fall muss man dann doch zu einem Vorderradmotor greifen. Gleiches gilt für den Fall, dass das Fahrrad eine Nabenschaltung hat, auch hier muss ein Vorderradmotor verwendet werden. Federgabeln am Fahrrad können in einzelnen Fällen dazu führen, dass die Verwendung eines Vorderradmotors nicht möglich ist, das hängt von der jeweiligen Radaufnahme der Federgabel ab. Ist die Achsaufnahme auf der Innenseite der Gabelholme, ist die Federgabel für einen Motor in der Regel geeignet. Ist die Achsaufnahme der federgabel allerdings mittig des Gabelholms, ist der Einbau eines Vorderradmotors nicht möglich.

Federgabel mit der Achsaufnahme mittig an den Gabelholmen. Bei dieser Federgabel ist der Einbau eines Elektromotors nicht möglich.

Federgabel mit der Achsaufnahme mittig an den Gabelholmen. Bei dieser Federgabel ist der Einbau eines Elektromotors nicht möglich.

Federgabel mit Achsaufnahme auf der Innenseite der Gabelholme. Bei dieser Federgabel ist der Einbau eines Elektromotors möglich.

Federgabel mit Achsaufnahme auf der Innenseite der Gabelholme. Bei dieser Federgabel ist der Einbau eines Elektromotors möglich.

Controller

Damit der Motor das Elektrorad antreibt, muss er aber erst einmal den Befehl dazu bekommen. Diesen kriegt er über das Steuergerät, den sogenannten Controller. Der Controller ist das Herz des Systems, er ist das Verbindungsstück zwischen dem Motor, dem Akku und dem Pedelec-Sensor, welcher registriert ob sich die Pedale drehen oder nicht.

Ein typischer Pedelec Controller mit Kabelbaum

Ein typischer Pedelec Controller mit Kabelbaum

Der Controller epfängt vom Pedelecsensor das Signal, dass sich die Pedale drehen und leitet darauf hin, Strom vom Akku zum Motor, der sich daraufhin dreht.

Die Leistungsdaten des Controllers bestimmen im Endeffekt die Leistung des ganzen Systems. Bei Pedelecs haben die Controller in der Regel meist 24V oder 36V, noch höhere Spannungen, z.B. 48V resultieren meist in Endgeschwindigkeiten über 30 km/h und sind daher im Pedelecbereich eher nicht zu finden. Der Vorteil eines 36V Controllers zu einem 24V Controller ist der, dass mit 36V die Motorleistung von 250W mit wesentlich weniger starkem Strom erreicht wird und damit weniger Hitze entsteht.

Pedelecsensor zur Befestigung am Tretlager und Magnetscheibe mit 5 Magneten zur Messung der Kurbelumdrehungen

Pedelecsensor zur Befestigung am Tretlager und Magnetscheibe mit 5 Magneten zur Messung der Kurbelumdrehungen

Elektrofahrrad Akku

Beim Akku ist besonders wichtig, dass die Spannung des Akkus zur Spannung des Controllers passt. Ein 36V Controller sollte also nur mit einem 36V Akku betrieben werden. Ein Akku mit höherer Spannung könnte zu Schäden am Controller führen und ein Akku mit geringerer Spannung hätte mit hoher Sicherheit zur Folge, dass das System nicht startet. Denn die meisten Controller haben zum Schutz des Akkus eine sogenannte Unterspannungsabschaltung. Bei einem 36V Controller liegt diese Unterspannungsgrenze etwa bei 30V, das bedeutet, dass der Controller abschaltet, sobald die Spannung des Akkus unter 30V sinkt. Damit wird eine Tiefentladung des Akkus verhindert, was zu einer längeren Akku Lebensdauer beiträgt.

Bei der Akkuchemie gibt es im Moment auch noch die verschiedensten Sorten, die die Käufer verwirren. Am billigsten sind die Blei-Gel Akkus. Diese haben jedoch den Nachteil einer geringen Energiedichte, was zur Folge hat, dass die benötigten Akkus sehr groß und schwer sind. Dieser Akkutyp ist für den Einsatz im Fahrrad nicht besonders gut geeignet. Schwerwiegend kommt hinzu, dass bei Blei-Gel Akkus der sogenannte Peukert-Effekt auftritt, der zur Folge hat, dass man beim Entladen nicht die Volle Kapazität entnehmen kann.

Neben Blei-Gel Akkus gibt es die NiMH Akkus, die alerdings auch einer eher geringe Energiedichte und damit einhergehend ein hohes Gewicht aufweisen. Stand der Technik im Bereich Elektrofahrräder ist momentan die Lithium Ionen Technik. Da gibt es zum einen LiFePO4. Diese Technik ist sehr beliebt, weil diese Akkus sehr unempfindlich sind und eine relativ gute Energiedichte haben. Diese Akkutechnik benötigt allerdings einen Balancer, der beim Laden darauf achtet, dass alle Zellen gleichmäßig aufgeladen werden. Einfacher sind dagegen schon LiMn Zellen, auch Konion Zellen genannt. Diese haben eine sehr gute Energiedichte, ein akzeptables Gewicht und sind so unempfindlich, dass zum Laden auch kein Balancer benötigt wird. Die beste Energiedichte haben Lithium Polymer (LiPO) Akkus. Diese sind sehr klein und leicht. Jedoch ist bei diesen Zellen ein Balancer absolute Pflicht, denn auf Grund ihrer hohen Energiedichte ist dieser Akkutyp sehr sensibel.

Wenn nun der Motor eingebaut ist, der Motor mit dem Controller verbunden ist und der Controller mit Akku und Pedelec-Sensor verbunden sit, dann ist die Umrüstung schon beendet und der Fahrspaß kann beginnen.