Elektrofahrrad

Ein E-Bike, auch Pedelec oder Elektrofahrrad genannt, ist ein Fahrrad mit integriertem Elektromotor, das als Antrieb genutzt werden kann. Es gibt weltweit eine große Vielfalt an E-Bikes, von E-Bikes, die nur über einen kleinen Motor zur Unterstützung der Pedalkraft des Fahrers (d. h. Pedelecs) verfügen, bis hin zu etwas leistungsstärkeren E-Bikes, die eher mopedähnlichen Funktionen entsprechen: alle haben jedoch die Möglichkeit, vom Fahrer getreten zu werden und sind daher keine Elektromotorräder. E-Bikes verwenden wiederaufladbare Batterien, und die leichteren Modelle können je nach den Gesetzen des Landes, in dem sie verkauft werden, bis zu 25 bis 32 km/h fahren, während die leistungsstärkeren Modelle oft mehr als 45 km/h leisten können. In einigen Märkten, wie z. B. in Deutschland, gewinnen sie an Popularität und nehmen den herkömmlichen Fahrrädern Marktanteile ab, während sie in anderen, wie z. B. in China, fossile Mopeds und Kleinmotorräder ersetzen.

E-Bikes sind die elektromotorischen Versionen von motorisierten Verbrennungsmotor Fahrrädern, die seit Ende des 19. Jahrhunderts auf dem Markt sind.

Nutzen für die Gesundheit

Elektrofahrräder können ein nützlicher Bestandteil der kardialen Rehabilitation sein, da Mediziner oft schon in der Frühphase des Rehabilitationsprogramms ein stationäres Fahrrad empfehlen. Durch Programme zur Rehabilitation des Herz-Kreislauf-Systems können die Todesfälle bei Menschen mit koronarer Herzkrankheit um etwa 27% reduziert werden, und ein Patient kann sich sicherer fühlen, wenn er von stationären Fahrrädern auf E-Bikes umsteigt. Sie erfordern weniger Herzanstrengungen für diejenigen, die Herzprobleme erlebt haben.

E-Bikes können auch eine Quelle der Übung für Einzelpersonen, die Mühe haben, während einer ausgedehnten Zeit zu trainieren auch zur Verfügung stellen (wegen der Verletzung oder des übermäßigen Gewichts, z. B.) wie das Fahrrad kann dem Fahrer erlauben, kurze Pausen vom Pedalieren zu nehmen und dem Mitfahrer auch Vertrauen zur Verfügung stellen, dass sie in der Lage sind, den vorgewählten Weg durchzuführen, ohne zu ermüdet zu werden.

Einige Einzelpersonen haben erhebliche Mengen an Gewicht durch die Verwendung eines elektrischen Fahrrads verloren. Durch die Herstellung der Bike-Terrain weniger ein Problem, Menschen, die ansonsten nicht in Betracht ziehen würde Radfahren kann die elektrische Unterstützung, wenn nötig und sonst Pedal, wie sie in der Lage sind.

Elektrofahrrad vs Pedelec

E-Bikes werden nach der Leistung klassifiziert, die ihr Elektromotor liefern kann und dem Steuersystem, d. h. wann und wie die Leistung des Motors angelegt wird. Auch die Klassifizierung von E-Bikes ist kompliziert, da die Definition des Begriffs "E-Bikes" aus rechtlichen Gründen zu einem Fahrrad und was ein Moped oder Motorrad ausmacht.

Trotz dieser rechtlichen Komplikationen wird die Klassifizierung von E-Bikes vor allem davon abhängen, ob der Motor des E-Bikes dem Fahrer mit einem Pedal-Assistent- oder einem Power-on-Demand-System hilft. Die Definitionen dafür lauten wie folgt:

Pedelec

Der Begriff Pedelec" (pedal electric cycle) bezieht sich auf ein E-Bike, bei dem der elektrische Pedalantrieb auf eine anständige, aber nicht überhöhte Höchstgeschwindigkeit beschränkt ist und dessen Motor relativ schwach motorisiert ist (bis zu 25 km/h). Pedelecs sind rechtlich gesehen eher Fahrräder als Motorräder oder Mopeds mit niedrigem Leistungsbedarf.

Die einflussreichste Definition, die unterscheidet, welche E-Bikes Pedelecs sind und welche nicht, stammt aus der EU. Nach der EU-Richtlinie (EN15194) für Kraftfahrzeuge gilt ein Fahrrad als Pedelec, wenn:

der Pedal-Assistent, d. h. die motorische Unterstützung, die nur dann einrastet, wenn der Fahrer in die Pedale tritt, nach Erreichen von 25 km/h abschaltet und wenn der Motor eine maximale Dauerleistung von nicht mehr als 250 Watt (b. e. H.) abgibt Der Motor kann kurzfristig mehr Leistung erzeugen, wenn der Fahrer z. B. einen steilen Hügel hinauf zu kämpfen hat).

Ein E-Bike, das diesen Bedingungen entspricht, gilt in der EU als Pedelec und ist gesetzlich als Fahrrad klassifiziert. Die Norm EN15194 ist EU-weit gültig und wurde auch von einigen europäischen Nicht-EU-Nationen und einigen Ländern außerhalb Europas (wie z. B. Victoria in Australien) übernommen.

Pedelecs sind wie herkömmliche Fahrräder im Gebrauch und in der Funktion - der Elektromotor hilft nur dann, wenn der Fahrer sonst gegen Gegenwind kämpft oder bergauf fährt. Pedelecs sind daher besonders nützlich für Menschen, die in hügeligen Gebieten leben, wo Fahrradfahren für viele zu anstrengend wäre, um das Fahrrad als tägliches Fortbewegungsmittel in Betracht zu ziehen. Sie sind auch nützlich, wenn es für die Reiter hilfreich ist, die generell Hilfe benötigen, z. B. für ältere Menschen.

E-Bike

Leistungsstärkere Pedelecs, die nicht gesetzlich als Fahrräder klassifiziert sind, werden S-Pedelecs (kurz für Schnell-Pedelecs) in Deutschland. Diese haben einen Motor mit einer Leistung von mehr als 250 Watt und weniger limitierter oder unbegrenzter Pedalunterstützung, d. h. der Motor stoppt nicht, wenn 25 km/h erreicht sind. E-Bikes der S-Pedelec-Klasse werden daher in der Regel als Moped oder Motorrad und nicht als Fahrrad eingestuft und müssen daher (je nach Gerichtsbarkeit) registriert und versichert werden, der Fahrer benötigt eventuell einen Führerschein (entweder Auto oder Motorrad) und Motorrad-Helme müssen getragen werden.

Batterien

E-Bikes verwenden wiederaufladbare Batterien, Elektromotoren und irgendeine Form der Kontrolle. Als Batteriesysteme kommen u. a. versiegelte Blei-Säure (SLA), Nickel-Cadmium (NiCad), Nickel-Metallhydrid (NiMH) oder Lithium-Ionen-Polymer (Li-ion) zum Einsatz. Die Batterien variieren je nach Spannung, Gesamtladekapazität (Amperestunden), Gewicht, Anzahl der Ladezyklen vor Leistungseinbußen und der Fähigkeit, Überspannungsladebedingungen zu handhaben. Die Energiekosten für den Betrieb von E-Bikes sind gering, aber es können erhebliche Kosten für den Batteriewechsel anfallen. Die Lebensdauer eines Akkupacks hängt von der Art der Verwendung ab. Flache Entlade-/Ladezyklen verlängern die Lebensdauer der Batterie.

Die Reichweite ist bei Elektrofahrrädern von entscheidender Bedeutung und wird durch Faktoren wie Motoreffizienz, Batteriekapazität, Effizienz der Fahrelektronik, Aerodynamik, Hügel und Gewicht des Fahrrads und Fahrers beeinflusst. Einige Hersteller, wie der kanadische BionX oder American E+ (hergestellt von Electric Motion Systems), haben die Möglichkeit, regenerativ zu bremsen, der Motor fungiert als Generator, um das Motorrad vor dem Einkuppeln der Bremsbeläge zu verlangsamen. Dies ist nützlich, um die Reichweite und Lebensdauer von Bremsbelägen und Felgen zu verlängern. Es gibt auch Experimente mit Brennstoffzellen. z. B. das PHB. Einige Experimente wurden auch mit Superkondensatoren durchgeführt, um Batterien für Autos und einige SUVS zu ergänzen oder zu ersetzen. E-Bikes, die in den späten 1980er Jahren in der Schweiz für das Solarfahrzeugrennen Tour de Sol entwickelt wurden, kamen mit Solarladestationen, die später aber auf Dächern befestigt und zur Einspeisung ins Stromnetz angeschlossen wurden. Die Fahrräder wurden dann aus dem Stromnetz aufgeladen, wie es heute üblich ist. Während Ebike-Batterien in der Vergangenheit hauptsächlich von größeren Unternehmen hergestellt wurden, haben viele kleine und mittlere Unternehmen innovative neue Methoden zur Herstellung von langlebigeren Batterien eingeführt. Modernste, maßgeschneiderte, automatisierte Präzisions-CNC-Punktschweißmaschinen mit 18650 Batteriepacks sind unter Heimwerkern weit verbreitet.

Regler

Es gibt zwei verschiedene Reglertypen, die entweder auf einen Bürstenmotor oder einen bürstenlosen Motor abgestimmt sind. Bürstenlose Motoren werden immer häufiger eingesetzt, da die Kosten für Steuerungen immer geringer werden. (Siehe die Seite über Gleichstrommotoren, die die Unterschiede zwischen diesen beiden Typen beschreibt.

Regler für bürstenlose Motoren: E-Bikes benötigen ein hohes Anfangsdrehmoment und daher haben Modelle mit bürstenlosen Motoren typischerweise eine Hall-Sensor-Kommutierung zur Drehzahl- und Winkelmessung. Eine elektronische Steuerung unterstützt in Abhängigkeit der Sensoreingänge, der Fahrzeuggeschwindigkeit und der erforderlichen Kraft. Die Regler erlauben in der Regel die Eingabe über Potentiometer oder Hall-Effekt-Drehgriff (oder Daumendrossel), Drehzahlregelung mit geschlossenem Regelkreis zur präzisen Drehzahlregelung, Schutzlogik für Überspannung, Überstrom- und Thermoschutz. Bei Fahrrädern mit Pedalassistenzfunktion befindet sich auf der Kurbelwelle eine Scheibe mit einem Magnetring und einem Hall-Sensor, der eine Reihe von Impulsen erzeugt, deren Frequenz proportional zur Trittgeschwindigkeit ist. Der Regler regelt die Motorleistung über Pulsweitenmodulation. Manchmal wird das regenerative Bremsen unterstützt, aber seltene Bremsvorgänge und die geringe Masse der Fahrräder schränken die Rückgewinnung von Energie ein. Eine Implementierung ist in einer Applikationsschrift für einen 200 W, 24 V Bürstenlosen DC (BLDC) Motor beschrieben.

Steuerungen für Bürstenmotoren: Bürstenmotoren werden auch in E-Bikes eingesetzt, werden aber aufgrund ihres geringeren Wirkungsgrades immer seltener eingesetzt. Regler für Bürstenmotoren sind jedoch viel einfacher und preiswerter, da sie keine Hall-Sensor-Feedback benötigen und typischerweise als Open-Loop-Regler ausgelegt sind. Einige Controller können mit mehreren Spannungen arbeiten.

Ausführungsvarianten

Nicht alle E-Bikes sind herkömmliche Push-Bikes mit eingebautem Motor, wie z. B. die Cytronex-Fahrräder, die eine kleine Batterie als Wasserflasche verkleiden. Einige sind so konzipiert, dass sie das Aussehen von Motorrädern mit geringerem Hubraum haben, aber kleiner sind und aus einem Elektromotor statt eines Benzinmotors bestehen. Das Sakura E-Bike verfügt beispielsweise über einen 200-W-Motor, der auf Standard-E-Bikes zu finden ist, aber auch Kunststoffverkleidungen, Vorder- und Rücklichter sowie einen Tachometer. Es ist als modernes Moped gestylt und wird oft mit einem Moped verwechselt.

Die Umrüstung eines nicht-elektrischen Fahrrads auf ein elektrisches Fahrrad kann kompliziert sein, aber es gibt mittlerweile zahlreiche Lösungen, die ein Rad ersetzen ".

Hinterradlösungen: FlyKly und Superpedestrian.

Vorderradlösungen: EVELO Omni Wheel und GeoOrbital

Ein Elektro-Pusher Anhänger ist ein E-Bike-Design, das einen Motor und eine Batterie in einem Anhänger, dass jedes Fahrrad schiebt integriert. Einer davon ist der zweirädrige Ridekick.

Seltener ist auch das E-Bike im Chopper-Stil, das eher als Fun- oder Neuheitsmotorrad konzipiert ist, als als gezieltes Mobilitäts- oder Fortbewegungsmittel.

Mit elektrischen Lastenfahrrädern kann der Fahrer große, schwere Gegenstände mitnehmen, die ohne den Einsatz von Strom, der den menschlichen Antrieb ergänzt, schwer zu transportieren wären.

Verschiedene Designs (einschließlich der oben genannten) sind so konzipiert, dass sie in die meisten Gesetze passen, und die mit Pedalen ausgestatteten Modelle können unter anderem auf Straßen im Vereinigten Königreich verwendet werden.

Klappbare E-Bikes sind ebenfalls erhältlich.

Elektrische Einräder entsprechen in den meisten Ländern nicht der E-Bike-Gesetzgebung und können daher nicht auf der Straße, sondern im Gehweg eingesetzt werden. Sie sind die billigsten Elektrofahrräder und werden von den Pendlern der letzten Meile benutzt, für den städtischen Gebrauch und in Kombination mit öffentlichen Verkehrsmitteln, einschließlich Bussen.

Umweltauswirkungen

E-Bikes sind emissionsfreie Fahrzeuge, da sie keine Verbrennungsnebenprodukte abgeben. Die Umweltauswirkungen der Stromerzeugung und -verteilung sowie der Herstellung und Entsorgung von Batterien mit hoher Speicherdichte (mit begrenzter Lebensdauer) müssen jedoch berücksichtigt werden. Auch wenn diese Aspekte berücksichtigt werden, wird behauptet, dass E-Bikes eine deutlich geringere Umweltbelastung als herkömmliche Automobile haben und in der Regel als umweltverträglich in einem städtischen Umfeld angesehen werden.

Die Umweltauswirkungen beim Aufladen der Batterien können natürlich minimiert werden. Die geringe Größe des Akkupacks auf dem E-Bike im Vergleich zu einem größeren Akkupack in einem Elektroauto macht sie zu sehr guten Kandidaten für das Aufladen über Solarenergie oder andere erneuerbare Energiequellen. Sanyo nutzte diesen Vorteil, als es "Solarparkplätze" einrichtete, auf denen E-Bike-Fahrer ihre Fahrzeuge aufladen können, während sie unter Photovoltaikanlagen parken.

Die Umweltfreundlichkeit von E-Bikes und Elektro-/Mensch-Motor-Hybriden im Allgemeinen haben einige städtische Behörden dazu veranlasst, sie zu benutzen, wie z. B. Little Rock, Arkansas mit ihren Wavecrest Elektrofahrrädern oder Cloverdale, California Police mit Zap E-Bikes. Chinas E-Bike-Hersteller wie Xinri arbeiten nun mit Universitäten zusammen, um ihre Technologie im Einklang mit internationalen Umweltstandards zu verbessern. Unterstützt wird dies von der chinesischen Regierung, die das Exportpotenzial der in China hergestellten E-Bikes verbessern will.

Sowohl die Land-Management-Behörden als auch die Befürworter von Mountainbike-Trail-Zugängen haben sich für ein Verbot von Elektrofahrrädern auf Outdoor-Trails eingesetzt, die für Mountainbikes zugänglich sind. Eine Studie der International Mountain Bicycling Association hat jedoch herausgefunden, dass die physikalischen Auswirkungen von elektrisch angetriebenen Mountainbikes mit geringer Leistung den traditionellen Mountainbikes ähneln können.

Eine aktuelle Studie über die Umweltauswirkungen von E-Bikes im Vergleich zu anderen Verkehrsmitteln hat ergeben, dass E-Bikes

Ein wichtiges Anliegen ist die Entsorgung gebrauchter Bleiakkus, die ohne Recycling umweltbelastend sein können.

Aus Sicherheitsgründen gibt es strenge Transportvorschriften für Lithium-Ionen-Batterien. Lithium-Eisen-Phosphat-Batterien sind in dieser Hinsicht sicherer als Lithium-Kobalt-Oxid-Batterien.

Die Geschichte von Elektrofahrrädern

In den 1890er Jahren wurden elektrische Fahrräder in verschiedenen US-Patenten dokumentiert. So erhielt Ogden Bolton Jr. am 31. Dezember 1895 das US-Patent 552,271 für ein batteriebetriebenes Fahrrad mit "6poligem Gleichstromnabenmotor (DC), der im Hinterrad montiert ist", das keine Gänge hatte und aus einer 10-Volt-Batterie bis zu 100 Ampere (A) ziehen konnte.

Zwei Jahre später, 1897, erfand Hosea W. Libbey aus Boston ein Elektrofahrrad (U. S. Patent 596,272), das von einem "doppelten Elektromotor" angetrieben wurde. Der Motor wurde in der Nabe der Kurbelwelle ausgeführt. Dieses Modell wurde später in den späten 1990er Jahren von Giant Lafree E-Bikes neu erfunden und imitiert.

Bereits 1898 wurde ein Elektrofahrrad mit Heckantrieb, das einen Treibriemen entlang der Außenkante des Rades benutzte, von Mathew J. Steffens patentiert. Auch das 1899 U. S. Patent 627,066 von John Schnepf von 1899 stellte ein elektrisch angetriebenes Fahrrad mit "Roller-Wheel" -Antrieb dar. Schnepfs Erfindung wurde 1969 von G. A. überprüft und erweitert. Wood Jr. mit seinem US-Patent 3,431,994. Wood's Gerät verwendet 4 gebrochene PS-Motoren, die durch eine Reihe von Getrieben verbunden sind.

Drehmomentsensoren und Leistungssteller wurden Ende der 1990er Jahre entwickelt. Takada Yutky aus Japan zum Beispiel meldete 1997 ein Patent für ein solches Gerät an. 1992 bot und verkaufte Vector Services Limited ein E-Bike mit dem Namen Zike. Das Fahrrad enthielt NiCd-Batterien, die in ein Rahmenteil eingebaut waren und einen 850 g Permanentmagnetmotor enthielten. Trotz der Zike gab es 1992 kaum kommerzielle E-Bikes.

Von 1993 bis 2004 stieg die Produktion um schätzungsweise 35 %. Laut Gardner hingegen ging 1995 die reguläre Fahrradproduktion von 107 Millionen Einheiten im Jahr 1995 auf den Höchststand zurück.

Einige der preiswerteren E-Bikes verwendeten sperrige Bleibatterien, während neuere Modelle in der Regel NiMH-, NiCd- und/oder Li-Ionen-Akkus verwendeten, die leichtere und dichtere Akkus mit höherer Kapazität anboten. Die Leistung variiert, aber generell nimmt die Reichweite und Geschwindigkeit bei den letztgenannten Batterietypen zu.

Im Jahr 2001 wurden die Begriffe E-Bike, Power Bike, Pedelec ", Pedal-Assisted und Power-Assisted Bike allgemein als E-Bike bezeichnet. Die Begriffe "Elektromotorrad" oder "E-Motorrad" beziehen sich auf leistungsstärkere Modelle, die bis zu 80 km/h erreichen.

Bei einem parallelen Hybrid-Motorrad, wie der bereits erwähnten Erfindung von Hosea W. Libbey aus dem Jahr 1897, sind die Antriebskräfte von Mensch und Motor entweder im Tretlager, im Hinterrad oder im Vorderrad mechanisch gekoppelt, während bei einem (mechanischen) Serien-Hybrid-Zyklus die Antriebskräfte von Mensch und Motor über ein Differentialgetriebe gekoppelt sind. In einem (elektronischen) Serien-Hybridzyklus wird die menschliche Leistung in Strom umgewandelt und direkt in den Motor eingespeist.

Bis 2007 sollen 10 bis 20 Prozent aller zweirädrigen Fahrzeuge auf den Straßen vieler chinesischer Großstädte mit E-Bikes unterwegs sein. Eine typische Einheit benötigt 8 Stunden, um die Batterie aufzuladen, die eine Reichweite von 40 bis 48 km (25 bis 30 Meilen) bei einer Geschwindigkeit von etwa 20 km/h bietet.

Ab 2017 haben sich die Verkäufe von Elektrofahrrädern in den Vereinigten Staaten verlangsamt. Dies ist vor allem auf niedrigere Gaspreise zurückzuführen.