Lesenswert: Leistung, Drehmoment, Energieverbrauch und mehr bei E-Bikes (Pedelecs)

[Hochsitzcola]

Ein Hersteller kann selbstverständlich eine beliebig geringe maximale Nenndauerleistung angeben.

Das ist deine Interpretation einer Nenndauerleistung. Einschlägige elektrotechnische Literatur definiert die durchaus konkret und würde mal jemand einen Bosch Motor danach nachmessen, würden wohl mehr als 250W rauskommen. Hatten wir aber alles schon in etliches Threads, du wiederholst dich, ich wiederhole mich.
Kann man einen 350-Watt-Controller an einen 250-Watt-Motor anschließen?

https://www.maxongroup.ch/medias/sys_master/root/8797816389662/maxonMotorData-Notizen.pdf

 

[OldMan54]

Alpencross:

1. Bike mit Gisela Bosch Active Line, 50 Nm
Die Bekannten im Hintergrund Bosch CX 75 Nm
Gisela hechelte hinterher, hat gedacht, liegt halt am Alter

Nächster Alpencross:
Gisela, Bosch CX mit 75 Nm, der Rest hechelt hinterher

Wir sind einige Touren mit unseren Heckmotor Freunden gefahren, Menschen die sich mit der Programmierung und Bedienung ihrer Motoren sehr gut auskennen.

Da war schnell klar, 95% der Strecke kannst du mit dem Bosch nur hinterher hecheln, 5% der Strecke kommt nur ein sehr fitter und routinierter Fahrer mit dem Heckmotor klar, weil das System sonst in Temperaturbereiche kommt, wo der Motor dann runter regelt.

Den Rennsteig könnte ich mit so einem System nicht fahren, 1. Gang und Turbo weil es stellenweise wirklich extrem hoch ging.

Müsste ich noch so wie früher zum Job pendeln, hätte ich für die Pendelstrecken ein relativ leichtes, einfaches Bike mit PUMA CST im Hinterrad, dafür meiner Ansicht nach unschlagbar.
Im Westerwald Off Road aber an der Grenze, bei meinen Strecken. Selbst auf den Tourguide Runden haben wir Ecken, wo es in einer 2. Gang Kurve steil hoch geht.

 

[Ernstka]

Zur Grafik in #41:
Dieses anlaufmoment entwickelt der Motor nur beim durch Akku und Controller NICHT begrenzten „anlaufstrom“.

Bei nennstrom hat der Motor auch im Stillstand nur das nennmoment.

ABER: bei Fahrrädern ist der anlaufstrom normalerweise durch den Controller auf ca. 50% des nennstromes = ca. 25% des vom Controller zugelassenen maximalstromes begrenzt für sanfteres anfahren.

 

[Hochsitzcola]

Gisela hechelte hinterher

Da sind wir wieder beim Thema. Drehmoment brauche ich, um eine Steigung zu überwinden, die sonstigen Fahrwiderstände wie Luft- und Rollwiderstand sind in dieser Fahrsituation bei kleiner 15km/h zu vernachlässigen. Wenn Gisela mit den 50Nm bei Übersetzung x den Berg hochkommt, braucht man für die Steigung offensichtlich nicht 75Nm bei Übersetzung x. Um bei gleicher Steigung schneller zu fahren, brauche ich nicht mehr Drehmoment, sondern mehr Leistung. Beide Bosch's egal ob 50 Nm oder 75Nm haben 250W Nennleistung , wer's glaubt sollte sich mal ein Physikbuch kaufen...

Gruß
hochsitzcola

 

[daytrader]

Sehr interessant geschrieben, aber er behauptet „100 Höhenmeter kosten ca. 28 Wh abzüglich des eigenen Beitrags.“

Wenn ich annehme, dass ich z.b. nur (sehr faule) 8Wh Eigenleistung dazu beitrage, dann müsste ich ja mit einem 500Wh Akku 2500hm hoch kommen. . . .

Das kann ich aus meiner persönlichen E-Bike Erfahrung nicht bestätigen, denn mein Bike mit Bosch Mittelmotor Gen.4 verbraucht da viel mehr.

Mein Systemgewicht ist zwar 20% höher (95Kg & 25kg Bike) aber mit dem (neuen) 500er Akku schaffe ich ca. 1050hm, mit dem 4 Jahre alten 500er ca. 950hm und mit dem (fast neuem) 625er so um die 1400hm. Da sind auch nicht viele km drin, sondern z.b. 950hm in 35min. bei mir auf dem Hometrail.

Was sagt man ihr dazu?

 

[Ernstka]

@Beitrag #44:
Und dann sind wir bei gleicher Geschwindigkeit wieder bei der mechanischen Leistung … mittelmotor dreht mit kurbeldrehzahl 70upm übersetzt aufs Hinterrad mit der selben Leistung wie der nabenmotor. Dh bei gleichem motordrehmoment leisten mittelmotor und nabenmotor das gleiche.
Der Unterschied liegt im dafür notwendigen akkustrom … der ist bei hoher Geschwindigkeit gleich, bei langsamfahrt aber beim mittelmotor wegen dessen 70upm kurbeldrehzahl deutlich kleiner als beim nabenmotor, trotz gleicher mechanischer Leistung am Hinterrad. Dreht ein Motor ganz langsam, hat er eben einen niedrigen Wirkungsgrad … verlangt man ihm bei dieser niedrigdrehzahl zu viel Leistung ab, braucht er durch den niedrigen Wirkungsgrad viel mehr Strom und Akku und wird deutlich wärmer …

 

[Ernstka]

Sehr interessant geschrieben, aber er behauptet „100 Höhenmeter kosten ca. 28 Wh abzüglich des eigenen Beitrags.“

Wenn ich annehme, dass ich z.b. nur (sehr faule) 8Wh Eigenleistung dazu beitrage, dann müsste ich ja mit einem 500Wh Akku 2500hm hoch kommen. . . .

Das kann ich aus meiner persönlichen E-Bike Erfahrung nicht bestätigen, denn mein Bike mit Bosch Mittelmotor Gen.4 verbraucht da viel mehr.

Mein Systemgewicht ist zwar 20% höher (95Kg & 25kg Bike) aber mit dem (neuen) 500er Akku schaffe ich ca. 1050hm, mit dem 4 Jahre alten 500er ca. 950hm und mit dem (fast neuem) 625er so um die 1400hm. Da sind auch nicht viele km drin, sondern z.b. 950hm in 35min. bei mir auf dem Hometrail.

Was sagt man ihr dazu?

Fährst du senkrecht in die Höhe, oder radelst du doch einige Kilometer schräg hinauf, vllt sogar viele km nur mit 5% Steigung und das mit 20kmh? Oder gar auf grobsteinigem Schotter?

Weiters: der Akku gibt weniger Wattstunden her, wenn man ihn mit deutlich höheren Strom als nennstrom, also statt 250w mit 500w betreibt.

Eines ist die elektrische Leistung, die der Motor aufnimmt, das andere die mechanische Leistung, die die Stecke und Steigung vom Motor verlangt.

Die elektrische Leistung ist bei kurbeldrehzahl von 50upm ungefähr doppelt so hoch wie die abgegebene mechanische Leistung (50% Wirkungsgrad bei 50upm) , bei 80upm kurbeldrehzahl ist hingegen der Wirkungsgrad an die 80% und damit deutlich akkuschonender.

Im turbomodus (hoher akkustrom) und noch dazu mit hoher Geschwindigkeit (noch höherer akkustrom und wegen höherem fahrtwiderstandes auch mehr Energieverbrauch) und noch dazu mit niedriger trittfrequenz (noch höherer akkustrom wegen schlechteren Wirkungsgrades samt höherem elektrischen Energieverbrauch) wird halt der Akku früher leer. Wechselndes Gelände mit starken Beschleunigungen und kräfteraubendem naturuntergrund sind eine weitere Belastung für den Akku.

Solltest du die 950hm mit 10% Steigung in 35min mit also 16kmh auf trailuntergrund hochjagen, brauchst du dich nicht wundern. Aber der Spaß ist’s sicherlich wert!

 

[OpticalFlow]

Ob jetzt Nabenmotor oder Tretlagermotor ist für nahezu 100 % der Strecken , die im Alltag mit dem Rad als Verkehrsmittel zurückgelegt werden irrelevant.

in deinem Alltag, nicht in meinem

 

[OldMan54]

@Hochsitzcola, @daytrader

Mit der Rohloff kann ich im ersten Gang bis auf knapp 7 km/h, bei einer Trittfrequenz von 70 rpm runter gehen.
Damit komme ich auch auf ECO auch ziemlich knackige Steigungen hoch.
Gibt dann natürlich eine erheblich höhere Reichweite.

Nur, dass geht als Tourguide schon mal nicht, weil die meisten Pedelecs mit Enviolo oder "normaler" Nabenschaltung nicht so langsam fahren können, auch die Fahrer es gar nicht wollen.
Ein Superdelite GT Vario mit Enviolo und Gates zieht deutlich mehr Saft aus den Akkus als ein Modell mit Kettenschaltung.

Bei der Bereifung geht Grip fast immer zu Lasten eines geringen Rollwiderstands.
Ich brauche im Schnitt 10 Wh/km. 60 km sind im Westerwald etwa 1000 Höhenmeter, 70% nicht auf Asphalt.

Bin natürlich auch nicht so fit wie Geierlamm
Spass beiseite, kommt doch immer sehr auf die Topografie und natürlich auch auf die Eigenleistung an.

 

[Ernstka]

Ich fahr mit Kettenschaltung 34t kettenblatt auf 46t ritzel bei 27,5“ Rad 7kmh mit 70upm.

Mit 34t kettenblatt und 12t ritzel komm ich bei trittfrequenz 80 gut auf 30kmh.

Kettenschaltung ist gut, wenn man in die richtige Übersetzung investiert. Gibt auch 10-51t ritzel … war es mir aber nicht wert.

Das mit den reifen ist blöd, weil man die nicht einfach kurzzeitig tauschen kann … 15% oder mehr Steigung auf nassem Lehm ist für mich vor allem beim bremsen bergab in steilkurven ein Problem … da baggern meine Mininoppen des Reifens einfach den Lehm weg und rutschen … ohne bremsen auf engem Trail mit knapp daneben Bäumen trau ich mich wegen meines Könnens nicht … ein Könner zischt einfach mit hoher Geschwindigkeit durch solche steilkurven … andererseits will Ich keine 100km asphalttour mit merklich höherem Rollwiderstand von massiven stollenreifen treten … das spür ich und mag ich nicht.

P.s.: Beitrag #47 gilt betreffs kurbeldrehzahl und damit verbundenem Wirkungsgrad für mittelmotor. Beim nabenmotor ist die kurbeldrehzahl irrelevant.

 

[Hochsitzcola]

weil die meisten Pedelecs mit Enviolo oder "normaler" Nabenschaltung nicht so langsam fahren können, auch die Fahrer es gar nicht wollen.

Der Steigung ist es ganz egal, in welchem Gang der Radler unterwegs ist. Sie braucht ein bestimmtes Drehmoment am Hinterrad um überwunden zu werden, egal wie schnell sie überwunden wird und wo der Motor sitzt. Der Wunsch schneller fahren zu wollen, erfordert mehr Leistung, nicht mehr Drehmoment.
Klar, mehr Drehmoment am Kettenblatt ermöglicht eine niedrigere Trittfrequenz, aber es wird ja immer der Vorteil herausgehoben, dass mit einer hohen Kadenz der Mittelmotor in einem guten Effizienzbereich betrieben werden kann...

Gruß
hochsitzcola

 

[didi28]

Seitdem Justin bei GRIN neben vielen Nabenmotoren auch den Bafang BBS02 und den BBSHD in seinem Motor-Simulator modelliert hat, kann man sich mit ein bisschen Verspieltheit die Unterschiede schön und objektiv vor Augen führen.

Der modellierte Bafang BBS02 wird mit 36 V als 500 W und mit 48 V als 750 W Nenndauerleistungsmotor verkauft. Diese Nenndauerleistungsangaben sind in meinen Augen eher dem weltweiten Marketing geschuldet als einer belastbaren mechanischen Dauerleistung, Wie auch immer, der aktuelle Bosch CX 250 W Nenndauerleistungsmotor dürfte meiner Einschätzung nach mit dem BBS02 mit 36 V und vielleicht ca. 20 A Akkustrom grob vergleichbar sein, weshalb ich den Motor jetzt beispielhaft nehme und den Custom-Controller entsprechend parametriere, so können auch viele Fertig-Pedelecfahrer damit was anfangen.

Ca. 75 U/min Kadenz (Tretkurbeldrehzahl), 10 % Steigung, 100 kg Gesamtgewicht und 100 W Eigenleistung sollten reale Bedingungen in etwa abbilden:

Motor Simulator - Tools

Zum Vergleich mal ein 10T GMAC/Puma (der langsamere 12T ist bei GRIN leider nicht modelliert) mit der gleichen elektrischen Eingangsleistung (der GMAC/Puma ist eigentlich für deutlich mehr ausgelegt), der ist in etwa in der gleichen ca. 4 kg Gewichtsklasse wie der Bafang BBS02:

Motor Simulator - Tools

Oder der Nine_Continent Direktläufer mit Ferrofluid, auch wieder mit der gleichen elektrischen Eingangsleistung (der Nine Continent ist als Direkläufer eigentlich für wesentlich mehr Eingangsleistung gerüstet), der ist allerdings ca. 2 kg schwerer und größer als der GMAC/Puma. Ersteres verbessert natürlich die thermische Beharrung und letzteres verbessert die Entwärmung (trotz schlechterer Effizienz) gegenüber dem GMAC/Puma deutlich:

Motor Simulator - Tools

 

[derPeter]

Ob jetzt Nabenmotor oder Tretlagermotor ist für nahezu 100 % der Strecken , die im Alltag mit dem Rad als Verkehrsmittel zurückgelegt werden irrelevant

Wohnst du im Flachland? Im Gebirge, da wo ich fahre, macht es einen großen Unterschied. Übrigens, ich kenne beides, was ich von dir nicht glauben kann!

 

[derPeter]

Den Rennsteig könnte ich mit so einem System nicht fahren, 1. Gang und Turbo weil es stellenweise wirklich extrem hoch ging.

Genau so ist's, ich fahre fast nur dort

 

[onemintyulep]

du wiederholst dich, ich wiederhole mich.

Deshalb hab ich ja zunächst keine Begründung dazugeschrieben, aber wie du siehst funktioniert das nicht

 

[Ernstka]

Ich hoffe, ich hab euch nicht verwirrt

 

[Jaap]

aber es wird ja immer der Vorteil herausgehoben, dass mit einer hohen Kadenz der Mittelmotor in einem guten Effizienzbereich betrieben werden kann...

Solange man aber kaum Informationen findet in welchem Kadenz Bereich die Mittel-Motoren einen guten Wirkungsgrad haben. Wissen die meisten langsam Treter gar nicht daß sie bei vielen sehr hoch drehenden Mittel-Motoren eine ähnliche Problematik haben.
Mir ist dies bewusst, weil ich 2016 den Reichweiten/Bergtest in einer Fachzeitschrift gelesen habe.
Die haben die Parameter unter dem Motto gewählt. 13km/h sollte da jeder Radler in höchster Stufe hochkommen. (120kg Gesamtgewicht bei 6,5%)
Wenn man den Testbericht etwas genauer gelesen hat. Viel da schon auf daß der Brose Motor einen deutlich höheren Verbrauch hatte. Die Software Eingriffe wegen drohender Überhitzung hat man als unrhythmisch Fahrverhalten interpretiert. Beim Bosch Performance Line hat die Software einfach die Trittfrequenz erhöht. Was mit fährt einfach schneller interpretiert wurde.

Im Bergtest 2018 hat man mit Kadenz von 60-70 getestet. Und war sich im klaren daß dies für manche Motoren vermutlich nicht ideal war.
https://www.radfahren.de/test-teile/e-bike-akkus-im-bergtest/

Da die meisten aber kaum steile Steigungen fahren, fällt die Problematik selten auf.

 

[daytrader]

Fährst du senkrecht in die Höhe, oder radelst du doch einige Kilometer schräg hinauf, vllt sogar viele km nur mit 5% Steigung und das mit 20kmh? Oder gar auf grobsteinigem Schotter?

Weiters: der Akku gibt weniger Wattstunden her, wenn man ihn mit deutlich höheren Strom als nennstrom, also statt 250w mit 500w betreibt.

Eines ist die elektrische Leistung, die der Motor aufnimmt, das andere die mechanische Leistung, die die Stecke und Steigung vom Motor verlangt.

Die elektrische Leistung ist bei kurbeldrehzahl von 50upm ungefähr doppelt so hoch wie die abgegebene mechanische Leistung (50% Wirkungsgrad bei 50upm) , bei 80upm kurbeldrehzahl ist hingegen der Wirkungsgrad an die 80% und damit deutlich akkuschonender.

Im turbomodus (hoher akkustrom) und noch dazu mit hoher Geschwindigkeit (noch höherer akkustrom und wegen höherem fahrtwiderstandes auch mehr Energieverbrauch) und noch dazu mit niedriger trittfrequenz (noch höherer akkustrom wegen schlechteren Wirkungsgrades samt höherem elektrischen Energieverbrauch) wird halt der Akku früher leer. Wechselndes Gelände mit starken Beschleunigungen und kräfteraubendem naturuntergrund sind eine weitere Belastung für den Akku.

Solltest du die 950hm mit 10% Steigung in 35min mit also 16kmh auf trailuntergrund hochjagen, brauchst du dich nicht wundern. Aber der Spaß ist’s sicherlich wert!

Senkrecht natürlich nicht, aber schon steil

z.b. 1600hm auf 18km in 1:25
das sind im Schnitt schon fast 9%

 

[Ernstka]

Da eine normale trittfrequenz bei 60-90upm liegt , sollten mittelmotoren dahingehend ausgelegt sein. Je höher die trittfrequenz, umso besser der Wirkungsgrad … allerdings nimmt das Drehmoment im oberen Bereich tendenziell ab und ist dann bei 110-120 upm null. Oft ist bei 80upm der Wirkungsgrad um 30% höher als bei 50upm.
Im Beitrag #52 in den Grafiken sieht man schön, dass sich die wirkungsgradkurven über der Geschwindigkeit (Ala trittfrequenz) ähneln …

 

[didi28]

Falls bezüglich der Bergsteigfähigkeit unserer Nabenmotoren Bedenken bestehen, empfehlen wir unseren Interessenten vor Ort ausgiebige Probefahrten hoch auf unseren Hausberg, den Königstuhl.

Online-Interessenten mit einem gewissen Technikverständnis empfehlen wir den Trip-Simulator von Justin. Damit können sie dann auch die Strecken simulieren, die sie üblicherweise fahren.

Z.B. mit unserem GMAC / Puma hoch auf unseren Hausberg sieht das so aus:

Bei unserem Nine Continent Direktläufer mit Ferrofluid sieht das z.B. so aus:

Bei einem kleinen Nabenmotor wie z.B. dem Bafang G310 mit permanent Vollstrom (mit weniger schafft der es auch, dann muss man aber selbst mehr ran ;-) und ohne Thermoüberwachung sieht das allerdings so aus, die Motorwicklung wäre durchgebrannt: