Motoren

Es gibt viele Arten von Elektromotoren. Für E-Fahrräder und somit auch für E-Handbike Antriebe kommen heute praktisch nur noch bürstenlose Gleichstrommotoren (brushless direct current BLDC), auch Elektronikmotoren genannt, zum Einsatz. Die Art und Weise wie diese Motoren auf- und in Handbikes eingebaut werden ist spannend, mehr dazu hier.

E-Bike Antriebe sind gebaut für Fahrräder von Fussgängern somit für Geschwindigkeitsbereiche um 20 bis 25 km/h. Bei diesem Tempo ist es den Motoren pudelwohl, da können sie ihrer Bestimmung effizient und zuverlässig nachkommen.
Der trainierte Handbiker kann mit einem strassentauglichen Handbike auf flachen Strecken zwar die oben beschriebenen 20 bis 25 km/h gut halten. Steigt die Strecke nur leicht an, wird der Durchschnitt deutlich sinken. Mit einem Handbike bewegen wir uns mehrheitlich unter 20 km/h.
Bergauf wird sich die gefahrene Geschwindigkeit auf unter 8 km/h einpendeln, wir es richtig steil bleiben nur noch ca 2.5 – 7 km/h, je nach Strecke auch über längere Zeit.
Bei so niedrigen Geschwindigkeiten, entwickeln die Magnetmotoren viel Hitze und verlieren an Vortrieb. Sie gehen kaputt daran.

Mit der Wahl des richtigen Motors, kann das Problem minimiert werden.

Bürstenlose, direktwirkenden Nabenmotoren

Die bürstenlosen, direktwirkenden Nabenmotoren (Beispiele: BionX und Neodrive) sind am häufigsten in Handbikes anzutreffen. Durch die Bauart im Antriebsrad lassen sich damit die meisten Handbikes unkompliziert ausrüsten.

Technisch gesehen sind sie relativ simpel aufgebaut.
Der Stator mit seinen Spulen ist fest mit der Achse verbunden, durch die auch die Kabelzuführung erfolgt. Schleifkontakte werden nicht benötigt. Die bis zu 40 starken Permanentmagnete am Nabengehäuse rotieren um den Stator und treiben so über die Speichen das Rad an.
Dieser direkt wirkende Nabenmotor ist eine einfache, robuste und wenig störanfällige Konstruktion. Er eignet sich für kleine Räder da er, um sein volles Drehmoment zu entwickeln, eine gewisse Drehzahl benötigt. Geringe Drehzahlbereiche wirken sich für Nabenmotoren ungünstig aus. Der Wirkungsgrad sackt ab und der Stromverbrauch steigt überproportional, es entsteht viel Hitze und es droht im Extremfall der Hitzetod des Motors. Bereits einige direktwirkende Nabenmotoren verbrannten so in Handbikes.
Für grössere Räder, oder langsamer drehende Handbikeräder muss der Nabendurchmesser entsprechend gross sein, um noch ein angemessenes Drehmoment übertragen zu können (Beispiel: BionX D-Serie).
Solch ein Direktantrieb läuft sehr leise und hat einen guten Wirkungsgrad von über 80%. Da der Motor kein Getriebe oder einen Kettenantrieb benötigt, gibt es keine weiteren Wirkungsgradverluste.
Der Nachteil dieser Konstruktion sind die grossen Abmessungen und damit verbunden das grosse Gewicht (ca 4kg). Ein derartiger Motor hat keinen Freilauf, was den Leichtlauf des Handbikes, bei abgeschaltetem Motor, einschränkt. Andererseits kann der Motor auch als Generator laufen (Rekupuration = Bremskraft-Rückgewinnung) oder als Dynamo wirken.

BionX Direktläufer Motor
Quelle: www.bionx.com
Neodrives Z15 E-motor
Quelle: https://www.neodrives.com
BionX D250 E-Handbikemotormit Akkupack
Quelle: http://ridebionx.com/

Nabenmotoren mit Planetengetriebe

Nabenmotor mit Planetengetriebe
Quelle: www.pedelec-Forum.de
Quelle: http://www.bikee.at

Nabenmotoren mit Planetengetriebe (Beispiel: bikee) orientieren sich am Trend zu immer kleinerer Bauweise.
Auch hier ist der Stator mit seinen Wicklungen zur Erzeugung eines Magnetfeldes fest mit der stehenden Achse verbunden. Die Permanentmagnete sitzen auf einer drehenden Glocke (Rotor), die den Spulenstator umläuft. Auf der anderen Seite der Glocke ist das Sonnenrad-Ritzel, welches das Planetengetriebe antreibt.
Diese Bauart erlaubt es, die Drehzahl des Rades zu reduzieren, während der Motor in einem gesunden Drehzahlband verbleibt und sich das Drehmoment entsprechend vergrössert. Bei einer Nennleistung von 250 Watt liegen bei manchen Fabrikaten der Durchmesser unter 12 cm und das Gewicht knapp über 2 kg.
Der Getriebe-Nabenmotor ist bei den Fahrrädern zum Standard geworden und eignet sich hervorragend für den Einsatz im Handbike.
Der Getriebemotor eröffnet die Möglichkeit einen Freilauf einzubauen, was den Leichtlauf des Handbikes erheblich verbessert.
Als Nachteilig kann man die Geräusche des Getriebes und die fehlende Rekupurationsfähigkeit bezeichnen.

Mittelmotor oder Tretlagerantriebe

Der Mittelmotor- oder Tretlagerantrieb sitzt zwischen den Rädern eines Fahrrades, daher die Bezeichnung Mittelmotor. Was beim Handbike bauartbedingt nicht zwingend die richtige Bezeichnung ist.
Die Besonderheit dieser Antriebsform ist, dass die Tretkurbelwelle durch die Antriebseinheit geht und letztlich über die Kette (bzw. Riemen oder Welle) auf das Antriebsrad wirkt. Da der Mittelmotor die Antriebskette antreibt, kann bei der Wahl der Übersetzungsverhältnissen und der Wahl des Schaltsystems auf Standard Komponenten zurückgegriffen werden.
Alle Komponenten sind beim Mittelmotor nahe beieinander: der Motor, das Getriebe, die Steuerung und der Akku. Durch diese Konzentration der Komponenten in der Mitte des Fahrrades ergibt sich eine ideale Gewichtsverteilung.
Diese wichtige Vorteil des Mittelmotors relativiert sich allerdings, wenn der Mittelmotor beim herkömmlich aufgebauten Handbike oben an der Kurbel angebaut wird. Der Schwerpunkt sollte im Antriebsrad und möglichst tief gehalten werden, was mit Nabenmotoren besser gelingt.

Dabei darf ein weiterer Vorteil nicht unterschlagen werden, Mittelmotoren werden von vielen Herstellern auch mit Rücktrittbremse angeboten, was ihn für Handbiker mit eingeschränkter Handfunktion interessant macht.
Das Mittelmotor und Tretlagerantriebskonzept hat einen herausragenden Vorteil: Es nutzt die Schaltung des Handbikes. In der Ebene ist der Nabenmotor mit seinem besseren Wirkungsgrad eine gute Lösung. Im bergigen Gelände lässt der Mittelmotor seine Konkurrenten jedoch schnell hinter sich. Das liegt einerseits daran, dass beim Herunterschalten in niedrige Gänge die Schubkraft des Antriebs steigt und andererseits der Wirkungsgrad gut bleibt.
Bis heute werden jedoch keine speziellen Parameter-Programmierungen für Handbikes angeboten.

Mit starken Mittelmotoren (z.B. Bafang BBS02 mit 1000Watt / 160 NM Drehmoment) kann ein Handbikefahrer ohne grosse Anstrengung locker mit Fussgänger Radfahrer mithalten, auch am Berg. Dadurch kann wenigstens bei der Radfahrt Inklusion genossen werden.

Bosch motor an Otto Bock emano3
Quelle: https://www.ottobock.de
Display und Bedienung Schachner Motor
Quelle: www.praschberger.com
xDreamlite Motor an Praschberger Handbike
Quelle: Handbike-Andi Privatarchiv
VIVAX Assist Sitzrohr-Motor
Quelle: www.vivax-assist.com

Sitzrohr-Antrieb

Eine andere Art von Tretlagermotoren ist der Sitzrohr-Antrieb Vivax Assist der Tiroler Firma vivax drive GmbH & Co KG. Der bürstenlose Gleichstrommotor ist beim Fahrrad im Sitzrohr untergebracht und treibt über ein Kegelradgetriebe direkt, ohne Freilauf, die Tretlagerwelle an.
Praschberger setzt diese Art von Antrieb auch in Handbikes ein.
Das komplette Antriebssystem wiegt nur gerade 1.8 kg und die Motor-Getriebe-Einheit ist so im Rahmen versteckt, dass das Handbike nicht als E-Handbike erkannt wird.
Dieser Motor wird in der Regel nur bei Bedarf zugeschaltet. Meist benötigt man die Elektrounterstützung nur bei wenigen Passagen. Bei Dauerzuschaltung des Motors sind Laufzeiten bis zu 90 Minuten möglich.
So diskret wie sich der Vivax Motor im Handbike versteckt so lautstark ist er im Einsatz zu hören.