BIKE SMART, NOT HARD :-)

E-Bike Motor: Welche Steigung schafft mein Pedelec?

Von Drehmoment, Trittfrequenz, Leistung und Effizienz 

Wie ein Automotor funktioniert wissen wir meist – was Hubraum bedeutet oder PS, wozu der Drehzahlmesser da ist und wofür das maximale Drehmoment steht. Wir können uns sogar für Details wie für obenliegende Nockenwellen und die Anzahl der Ventile je Zylinder begeistern. Beim E-Auto wird es schwieriger, und beim E-Bike?

Deshalb möchte ich für mich und Euch als Leser etwas tiefer gehen als der klassische Motorenvergleich. Und auch das Thema, wo der E-Bike-Motor im Rahmen sitzt, soll hier nur untergeordnet eine Rolle spielen. Es kommt mir hier darauf an, über die Unterschiede in der Kraftentfaltung, in der Tretunterstützung, in der Auswirkung auf das Fahrverhalten zu sprechen.

Die Frage Mittelmotor oder Nabenmotor vorn/hinten lassen wir also zunächst beiseite. Wir wissen, dass der Mainstream momentan beim Mittelmotor liegt (siehe unser Vergleich der Mittelmotoren von Bosch, Brose, Shimano und Yamaha). Hinterradnabenmotoren folgen in der Verkaufszahl mit Abstand danach. E-Bikes mit Motor an der Vorderachse gibt es kaum noch, etwa in manchen Klapp-Ebikes.

Was sind nun die Merkmale, die uns darüberhinaus interessieren? Gerade beim Thema Steigungen kommt hier das Drehmoment ins Spiel.

Welche Rolle spielt das Drehmoment beim E-Bike-Motor?

Das Drehmoment ist das Produkt aus Kraft x Kraftarmlänge (beim Rad: Kurbelarmlänge, meist 17 oder 17,5 Zentimeter) – also die Power, die das System aus Motor und Muskelkraft auf die Antriebsachse oder zum Getriebe (Kettensystem, oder Nabenschaltung mit Kette, Riemen) bringt.

Beim E-Bike Motor ist es die Kraft, mit der Dich der Motor zusätzlich zu Deiner eigenen Kraft unterstützt.

Was bedeutet es nun, wenn Motoren Dich mit unterschiedlichen Drehmomenten versorgen? Und wirkt sich das auf die Einsatzmöglichkeiten des E-Bikes aus?

Drehmoment-Angaben verschiedener E-Bike-Motoren:

Zunächst ein paar Zahlen zu eingesetzten Motoren verschiedener Hersteller und E-Bike-Modelle:

  • Bafang Hinterradnabenmotor: 45 Nm – z. B. beim FISCHER Proline EM
  • Bafang Max Drive Mittelmotor: > 80Nm
  • Bosch Active Line Mittelmotor: 48 Nm
  • Performance Line CX: 75 Nm
  • Shimano Steps E8000 MTB: 70 Nm
  • Yamaha PW-Mittelmotor: Spitzendrehmoment: 80 Nm, kontinuierliches Drehmoment: bis 70 Nm
  • Yamaha PW-X-Mittelmotor: 90 Nm
  • Haibike Flyon / TQ-Z Motor: 120 Nm – Ein Vorbericht
  • Brose Mittelmotorsystem: 90 Nm – z.B. im FAB4 EL von Maxx
  • Kalkhoff Impulse Evo RS Mittelmotor: 80 Nm
  • AEG ComfortDrive Mittelmotor: Maximales Drehmoment 100 Nm – z.B. bei Prophete
  • GO SwissDrive Hinterrad-Nabenmotor: 40 Nm – z.B. im Vorradler S3E Pinion von Electrolyte
  • Panasonic XO Front Mount MTB mid drive: 75 Nm – z.B. im Flyer Uproc7 8.7Im Vergleich Motoren > 250 W Leistung – also nicht mehr Pedelecs:
  • Optibike MBB, 1500W with 175 Nm of Torque (USA, 28 mp/h)
  • Für die Schweizer SpeedPeds (1,5 kh leichter Motor, stufenlos bis 750 Watt regelbar) ist eine Steigfähigkeit von 45% angegeben (damit müsste das Drehmoment, zu dem ich momentan keine Angabe habe, im Bereich 140-180 Nm liegen)

Das maximale Drehmoment wird in der höchsten Unterstützungsstufe (Fahrmodus Turbo, High, oder auch Extra – je nach System und Hersteller) abgegeben und abhängig von der Kraft, die Du selbst an die Pedale weitergibst.

An der Auflistung erkennst du schon: Mittelmotore liefern das größte Drehmoment. Deshalb sind sie bei E-Bikes im E-MTB und Trecking-Bereich die geeignetste Motorart. Hier geht es schließlich oft mal steil bergauf, oder Steigungen ziehen sich im hügeligen bis bergigen Gelände.

Am stärksten spürst Du (und wirkt) das Drehmoment im „Drehzahlkeller“ des Motors, wenn Dich das E-Bike fast aus dem Stand heraus unterstützt, und in der Unterstützung bei steilen Anstiegen und längeren Steigungen.

Einen „Drehzahlmesser“ haben meines Wissens nicht alle E-Bike-Displays. Ich kenne die Anzeige von meinem Yamaha-Display: Hier werden die rpm (rounds per minute = U/min) angezeigt. Im Intuvia-Display von Bosch werden keine Trittfrequenz-Angaben angezeigt, sondern mit einem kleinen Pfeil oben links in der Anzeige Schaltempfehlungen gegeben wie beim Auto heute üblich.

Praxis: Welches Drehmoment für welche Steigung?

Für die meisten Fahrer und Motoren stellen tatsächlich Steigungen die größtem Ansprüche an die körperliche Fitness und die Motorpower. An der flachen Küste kann das natürlich auch mal starker Gegenwind sein.

Aber am spannendsten finde ich das Thema Steigungen (-> siehe unser Fahrbericht: Mit dem E-Bike auf die Kampenwand„). Ein interessanter Grundlagenartikel von Dieter Drewanz (-> PDF) aus 2015 zeigt die Auswirkungen unterschiedlicher Drehmomente für die „Steigfähigkeit“ mit dem E-Bike.

Eine Steigung von 12% entspricht oft den steileren Auffahrten bei Tiefgaragen. Eine Steigung von >20% tritt meist nur auf Nebenstrecken in den Bergen auf. An der Kampenwand sind es stellenweise 22%.

„Bei 12% Steigung wäre das notwendige Drehmoment 40 Nm. Ein Motor mit 40Nm würde bei einem 26“-Rad maximal eine Unterstützung bis 12% Steigung ermöglichen bei reinem Motorbetrieb ohne zusätzliche Tretunterstützung. Für eine Unterstützung im Alltagsbetrieb sind das durchaus taugliche Werte für einen Motorantrieb…“

„Für das Gesamtgewicht von 100kg … ergibt sich bei 16% Steigung eine Hangabtriebskraft von 160N. Bei einem 26“ Rad (Radius 32,5 cm gemessen, Felge plus Mantel) ergibt sich somit ein Drehmoment von 52 Nm … Damit das Rad nicht die Schräge herunter rollt, muss entweder eine Gegenkraft von 160N oder ein Drehmoment von 52 Nm aufgewendet werden. „

60 Nm ermöglichen bei einem Rad mit  26″-Felgen (Radius inkl. Reifen 32,5cm) eine Steigung von 23,3%.

Die Tiefgaragenausfahrt sollte man also mit einem fitten Akku und Hinterradnabenmotor gut hochkommen, mit einem guten Mittelmotor mit 83 Nm schafft man auch steile Anstiege in den Alpen mit rund 25% Steigung oder 14° Steigungswinkel (bei gutem Grip und gutem Akku!). Für 90% Unterstützung sind bei 25% Steigung 80 Nm nötig.

Für die Steigungen, wie sie mit aktuellen E-MTB, besonders den All-Mountain- und Endoro-E-Bikes möglich sind, muss also ein möglichst hohes Drehmoment den E-Biker unterstützen.

Noch steilere Climbs als 25%, eventuell bei losem Untergrund, erfordern noch mehr Drehmoment. Entsprechende Drehmomentwerte von > 100 Nm, wie beim Haibike Modell Flyon, waren in dem Artikel aus 2015 natürlich noch nicht in den Berechnungen berücksichtigt …

Die Trittkraft steuert die Leistung – Schaltfaules Fahren kostet Akkupower

Das besondere beim Pedelec ist ja, dass die Motorleistung nicht wie beim Auto über ein Gaspedal gesteuert wird, sondern durch die Tretleistung des Fahrers. Sensoren messen Trittfrequenz (hier ausführlicher über die beste E-Bike Trittfrequenz) und Tretkraft. Zusammen mit der gewählten Unterstützungsstufe wird daraus die Leistung berechnet, die der Motor bringen soll.

Während Autos mit niedriger Drehzahl am sparsamsten laufen, kommt man auf dem Pedelec mit Mittelmotor mit höheren Drehzahlen am weitesten, in der Regel bei einer Trittfrequenz von 75 bis 85 Kurbelumdrehungen pro Minute.

In schweren Gängen bei langsamer Trittfrequenz muss der Motor mehr arbeiten als der Mensch – das kostet Strom. Bei zu hoher Trittfrequenz hingegen kommt der Motor nur sehr schwach zum Einsatz und man selbst ins Schwitzen.

Fitness: Akku und Gelenke profitieren von höheren Trittfrequenzen

“Flottes, lockeres Treten ist auch für Muskulatur, Kreislauf und insbesondere die Kniegelenke deutlich gesünder, als mit langsamem Tritt schwere Gänge zu drücken”, fasst Gunnar Fehlau vom Pressedienst Fahrrad die Meinung von Sportmedizinern zusammen, die sich auf das Fahren mit dem E-Bike übertragen lässt.

Sind eigene Tretkraft und Motorleistung optimal ausbalanciert, läuft das System Mensch-Elektromotor am effizientesten. Dann ist auch die Reichweite einer Akkuladung ist am größten (siehe auch unsere Artikelserie „Alles zur E-Bike Reichweite„),

Weil der Motor des Pedelecs beim langsamen Treten viel Leistung hinzugibt, lassen sich ungeübte Fahrer gern zum „schaltfaulen“ Fahren verführen: Sie fahren im schweren Gang an. Doch damit steigt auch der Stromverbrauch rapide.

Deshalb Gunnar Fehlaus Tipp für E-Bike-Einsteiger:

„Locker in einem leichten Gang anfahren, also mit etwa 50 Pedalumdrehungen. Dann beschleunigen und alle fünf oder zehn Meter einen Gang schwerer schalten, bis man mit 60 bis 70 Umdrehungen im Reisetempo rollt.

Wieviel Kraft kommt auf der Straße, dem Schotter oder dem Trail an?

Nach der Formel Leistung = Drehmoment x Winkelgeschwindigkeit hängt die Leistung stark von der „Drehzahl“ beim Radeln, sprich der Trittfrequenz oder „Kadenz“ ab. Wieviel Leistung aus der kombinierten Bewegung und Kraft von Beinen und Motor auf der Straße tatsächlich ankommt, hängt dann noch von weiteren Fakoren ab:  Von der Art der Kraftübertragung aufs (allermeistens) Hinterrad und von der Bereifung bzw. vom „Grip“. Nicht umsonst haben Formel-1-Renner breite „Schlappen“, und sportliche E-MTBs für besonders steile Anstiege immer öfter Reifen mit 2.6 oder 2.8 Zoll Breite.

Abseits der Formel 1 bietet sich der Vergleich mit Standardmotorisierungen bei Renault Twingo and Smart ForTwo an: Auch diese haben Ihre Leistungsmaximum bei einem Drehmoment von etwa 90 Nm.

Wie hängen Trittfrequenz und Drehmoment zusammen?

Bei niedriger Trittfrequenz und hoher Kraft wird das maximale Drehmoment des Motors zur Unterstützung benötigt. Also beim Anfahren, bei steilen Passagen, beim kurzfristigen starken Beschleunigen. Bei höherer Trittfrequenz unterstützt das Drehmoment z.B. besonders bei langen Steigungen und bei Gegenwind. Je höher das verfügbare maximale Drehmoment, desto „flacher“ fühlen sich Steigungen an.

Eine Trittfrequenz von > 75 Umdrehungen pro Minute empfiehlt übrigens auch die Sportmedizin. Je höher die Trittfrequenz, desto weniger Kraft wird bei gleicher Leistung benötigt – von Kniegelenken wie vom Motor. Deshalb ist das auch akkusparend und besonders effektiv.

Übrigens wirst du als Patient in der Reha auf 75 u/min trainiert – das ist die unterste Grenze, die man dort treten sollte, um Kniebelastungen möglichst gering zu halten. Deshalb gilt:

Zum starken Motor gehört eine ausreichend abgestufte Schaltung

Deshalb machen gute Schaltungen mit hoher Übersetzungsbandbreite z.B. am Berg Sinn: Damit kann ich auch bei langsamen Geschwindigkeiten (oder beim Anfahren) mit relativ hoher Trittfrequenz im optimalen Bereich fahren.

Du fährst ja auch mit dem Auto nicht im vierten Gang den Berg hoch oder an der Ampel los…

Kettensysteme sind in der Kraftübertragung in der Regel etwas effektiver als Nabenschaltungen. Deshalb setzen E-MTBs vor allem auf diese Schaltungen etwa von Shimano. An Vielzweck- und Trecking-Bikes machen auch Nabenschaltungen mit guter Gangabstufung (z.B. 14 Gang) Sinn.

Einige automatische Schaltungen wie die elektronische 14-Gang-Nabenschaltung Rohloff E-14 schalten beim Anhalten übrigens automatisch in den niedrigsten Gang runter – eingesetzt etwa beim Riese & Müller Delite Mountain Rohloff – nachzulesen in unserer Besprechung des R&M Delite. Ein sehr sinnvolles Feature, gerade für noch nicht so erfahrene oder weniger schaltfreudige E-Biker.

Habt Ihr Korrekturen oder Ergänzungen? Sehr gerne unten in den Kommentaren – danke!

Author: ebikespass

E-Bikes verbinden für mich ideal Frischluft, Bewegung, Fitness und eine ordentliche Entdeckungsreichweite ... Ich habe früher Motorradfahren genossen - E-Bikes bieten noch mehr Spass - und sind dabei gut für die Umwelt, den Körper und die Seele! Was brachte Euch zum E-Biken? Was macht am meisten Spass, was ärgert Euch? Stellt Ihr Euch noch Fragen vor dem Kauf? Gerne in den Kommentaren Fragen stellen oder Eure Anregungen und Kritik - wir antworten!

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2 Kommentare

    • Ich habe die SpeedPeds in die Vergleichsliste aufgenommen. Kannst Du etwas mehr Info dazu geben, den Nm-Wert? Gerne auch Fahrbericht, Bilder, Videos (die Website habe ich gesehen). Mit etwas mehr Hintergrund könnte ich hier darüber berichten, über den Spass mit dem Speed …

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