- Das an der TU Chemnitz entwickelte Elektrofahrrad Voltist - Wolfrang Schmidt / TU Chemnitz
Die Mobilität verändert sich, besonders in der Generation der unter 30-Jährigen. Sie nutzen, vor allem in Städten mit gutem öffentlichem Nahverkehr, weniger das Auto. Das ist eines der Ergebnisse der jährlichen Befragung des Karlsruher Instituts für Technologie (KIT). Mögliche Ursachen dafür sind, dass immer mehr Konsum online gedeckt wird, aber auch dass in einer alternden Gesellschaft anteilig mehr Ruheständler und damit weniger Pendlerverkehre verzeichnet werden. Die Daten der Erhebungen helfen abzuschätzen, wie Verkehrssysteme zukünftig gestaltet werden müssen, um den Bedürfnissen der Menschen zu entsprechen. Auch die Wirtschaft reagiert auf Trends in der Mobilität mit neuen bedarfsgerechten Produkten. Carsharing und Leih- oder Elektrofahrräder sind Angebote, die auf den flexiblen, urbanen Bewohner zielen, der oft weniger Motorisierung braucht.
Kann jeder jedes Elektrofahrrad uneingeschränkt nutzen?
Der Führerschein des Nutzers hat Auswirkungen auf die erlaubte Art der Motorunterstützung des Elektrofahrrades: Bei Elektrofahrrädern mit limitierter Tretunterstützung wirkt der Elektromotor nur bei Trittbewegung. Wenn der Motor, der nur das Treten unterstützt, auf eine mittlere Leistung von 250 Watt limitiert ist und die Unterstützung des Motors bei 25 Stundenkilometern abregelt, sind diese Elektrofahrräder von der EU-Kraftfahrzeugrichtlinie ausgenommen. In den EU-Ländern benötigt man für diese Art von Fahrrad keinen Führerschein.
Im Sinne der deutschen Straßenverkehrsordnung handelt es sich dabei um ein Fahrrad. Sollte das Rad allerdings über eine Anfahrhilfe verfügen, also kann aus dem Stand auf bis zu 6 Stundenkilometer beschleunigen, brauchen Fahrer, die nach dem 1. April 1965 geboren sind, eine Mofa-Prüfbescheinigung. Zum Fahren von Elektrofahrrädern mit unlimitierter Tretunterstützung, benötigt man in Deutschland einen Mofa-Führerschein und das Zweirad ist versicherungspflichtig. Im engeren gesetzlichen Sinne handelt es sich um ein Kleinkraftrad mit geringer Leistung. Eine Helmpflicht besteht nicht.
Elektrofahrräder mit unabhängigem Antrieb fallen in Deutschland ebenfalls unter den gesetzlichen Begriff des Kleinkraftrades und dürfen gemäß Einschränkung bis 45 Stundenkilometer schnell sein. Bei einer Motorleistung bis zu 500 Watt und einer begrenzten Höchstgeschwindigkeit von 20 Stundenkilometern, gilt dieses Zweirad als Leichtmofa. Zwar sind Betriebserlaubnis und Versicherungskennzeichen erforderlich, jedoch besteht keine Helmpflicht.
Wie werden Elektrofahrräder angetrieben?
Der Motor eines Elektrofahrrads kann wahlweise im Vorderrad oder im Hinterrad, als Nabenmotor oder im Tretlager, als sogenannter Mittelmotor angebracht sein. Elektrofahrräder unterscheiden sich hauptsächlich durch die Steuerungstechnik, die das Leistungsverhalten des Motors regelt. Je nach Bauweise ist eine geschwindigkeitsabhängige Abregelung vorhanden. Die eingebaute Steuerung gibt vor, ob das Elektrofahrrad als Fahrrad gilt oder unter die kraftfahr- beziehungsweise verkehrsrechtlichen Bestimmungen fällt. Der Einsatz des Motors wird durch einen Fahrtregler gesteuert. Bei einigen Elektrofahrrädern werden Kurbelwellensensoren eingesetzt, die nur bei Bewegung den Motor freigeben. Ein Raddrehzalsensor schaltet den Motor bei über 25 Stundenkilometer zur Stromersparnis ab.
Woher kommt der Strom?
Versorgt wird der Elektromotor durch einen Akku. Moderne Elektrofahrräder haben Nickel-Metallhydrid-Akkumulatoren, Lithium-Polymer-Akkus oder Lithium-Eisen-Phosphat-Akkus. Der Akkumulator sollte auf eine kurzzeitig maximale Stromaufnahme des Motors ausgelegt sein, was bei modernen Akkus grundsätzlich sichergestellt ist. Moderne Lithium-Ionen-Akkus speichern die Energie länger, sind viermal leichter, halten zweimal länger als andere Akkus. Immer bessere Materialien erhöhen das Leistungsvermögen von Lihium-Akkumulatoren und machen damit diese hochwertige Speichertechnologie für viele Anwendungen interessant. Lithium-Speicher werden vielfach in Mobiltelefonen, Notebooks und anderen elektrischen Geräten wie beispielsweise Akkuwerkzeugen genutzt.
Die Reichweite von Elektrofahrrädern
Mit Elektrorädern können Strecken bis zu 50 Kilometern, unter bestimmten Bedingungen sogar bis zu 70 Kilometern zurückgelegt werden. Ein 1-Kilo-Akku entspricht durchschnittlich 25 Kilometern Reichweite. Ein zuschaltbarer Stromspargang kann die Akku-Reichweite auf 60 Kilometer pro Ladung erhöhen.
Neben den Akkumulatoren hängt die Reichweite stark vom Fahrstil ab. Durch den richtigen Fahrstil kann die Reichweite um bis zu 20 Prozent erhöht werden. Entscheidend dafür ist die Trittfrequenz. Hochwertige Elektroräder sind mit Sensor-Elektronik ausgestattet. Diese misst die Pedalkraft und die Tretgeschwindigkeit und regelt die Motorkraft. Bei optimal ausbalancierter Tretkraft und Motorleistung, fährt das Rad am effizientesten und die Reichweite der Akkuladung ist am größten. Tritt man zu langsam, muss der Motor mehr arbeiten, tritt man schneller als der Motor sich dreht, kommt man selbst ins Schwitzen.
Daneben bestimmen auch Faktoren wie häufiges Stop-and-Go in der Stadt und zunehmender Luftwiderstand den Verbrauch und damit die Reichweite. Auch wenn es steil bergauf geht und der Motor mehr Kraft aufbringen muss, ist der Akku schneller leer. Nicht zu vergessen ist auch der richtige Reifendruck.
Es sind bereits Räder erhältlich, die den Akku mit Bremsenergie wieder aufladen. Die Nutzung der Bremsenergie kann die Reichweite um 15 Prozent vergrößern. Ein weiterer Ideenansatz zur Vergrößerung der Reichweite besteht unter anderem darin, dass Solarkollektoren am Fahrrad für zusätzliche Stromzufuhr sorgen.
Wo und wie können Elektrofahrräder aufgeladen werden?
Akkus von Elektrofahrrädern können nicht wie bei einem benzinbetriebenen Fahrzeug innerhalb von wenigen Minuten wieder „vollgetankt“ werden. Ein Akkuladezyklus dauert je nach Modell mehrere Stunden. In Deutschland gibt es derzeit knapp 1.400 Elektro-Tanksäulen, an denen Stromtanken einfach und kompfortabel ist. Wer über eine Ladestation Strom tankt, braucht den Stecker seines Elektromobils nur anzustecken. Über einen eingebauten RFID-Chip wird, mit Hilfe elektromagnetischer Wellen, eine Identifizierung durchführt. Im Vorhinein ist nur eine einmalige Registrierung notwendig, um das eigene Fahrzeug für die Stromtankstelle frei zu schalten.
Nach einer bestimmten Anzahl von Ladezyklen vermindert sich die Kapazität des Akkumulators. Die Anzahl der Ladezyklen ist von der Chemie des Akkus abhängig. Bei Nickel-Cadmium-Akkus rechnet man mit 1.000 Ladezyklen, Nickel-Metallhydrid-Akkus können 700 mal aufgeladen und bei Lithium-Eisen-Phosphat-Akkumulatoren sind Zyklenzahlen von mehr als 1.000 möglich. Fortschrittliche Batteriemanagementkonzepte erhöhen die Lebensdauer. Diese sind insbesondere bei hochwertigen Lithium-basierten Akkus zu finden.
Fazit und Ausblick
Deutschland ist zwar technologisch sehr weit. Beispielsweise hat die Technische Universität Chemnitz kürzlich ein neuartiges Elektrofahrrad vorgestellt, bei dem die Steuerungstechnik komplett im Rahmen integriert ist und Serienfertigung des Rahmens rationalisiert wurde. Jedoch hängt die Nachfrage auf dem deutschen Markt anderen Ländern noch weit hinterher. Getrieben durch ein Zulassungsverbots für Krafträder mit Verbrennungsmotor, dominieren beispielsweise in vielen chinesischen Großstädten Millionen E-Bikes das Straßenbild. Auch ist dort eine riesige Industrie mit einem Produktionsvolumen von schätzungsweise 20 Millionen Elektrofahrrädern pro Jahr entstanden. Eine ähnlich explosionsartige Entwicklung ist in anderen bevölkerungsreichen asiatischen Ländern wie Indien oder Indonesien nicht zu beobachten. Dort dominieren benzingetriebene Kleinkrafträder, da keine Zulassungsbeschränkungen existieren.
Oliver Gutheil - Berufsausbildung: Energieleketroniker Fachrichtung Anlagentechnik Fortbildung: staatl. geprüfter Techniker, Fachrichtungen ...
