Pedelec

Pedelec
Pedelec mit Nabenmotor im Vorderrad und Akku unter dem Gepäckträger
Pedelecs der Deutschen Bahn mit Nabenmotor im Hinterrad und Akku im Rahmen, Modell “Jetstream” von Riese und Müller

Ein Pedelec (Kofferwort für Pedal Electric Cycle) ist ein Elektrofahrrad, welches den Fahrer, mit Hilfe eines speziellen Elektromotors und einer elektronischen Regelung, je nach Einstellung und Bedarf – ermittelt durch Sensoren – mehr oder weniger beim Pedalieren unterstützt. Die Energie dazu liefert ein Akkumulator.

Inhaltsverzeichnis

Geschichte

Bereits 1989 hat Michael Kutter, Pionier auf dem Gebiet der Elektromobilität und Gründer von Dolphin E-Bikes, erste Prototypen von Pedelecs konstruiert und gebaut. Die ersten marktreifen Konstruktionen dieser Art wurden 1992 vom Schweizer Unternehmen Velocity unter dem Namen Dolphin auf den Markt gebracht. 1994 folgten größere Stückzahlen von Yamaha unter dem Namen Power Assist. Ab 1995 wurden die ersten Flyer des im selben Jahr gegründeten Schweizer Start-up-Unternehmens BKTech AG in Kleinserie per E-Business (als wesentlicher Bestandteil des Start-ups) auf den Markt gebracht.[1] Im Dezember 2001 wurden die Flyer-Aktivitäten der in die Nachlassstundung geratenen BKTech AG in die dafür neu gegründete Biketec AG eingebracht. Seither werden die Flyer von diesem Unternehmen gefertigt und vertrieben.[2][3]

Der Begriff Pedelec wurde erstmals von Susanne Brüsch in ihrer Diplomarbeit von 1999 verwendet.[4]

Komponenten

Pedelecs unterscheiden sich von einem gewöhnlichen Fahrrad durch einen zusätzlichen Elektromotor, einen Akkumulator, eine Steuerelektronik für den Motor sowie einen Sensor für die Kurbelbewegungserkennung. Die meisten Modelle verfügen darüber hinaus über eine Batterieladeanzeige und eine Motorkrafteinstellung, entweder stufenlos oder in Unterstützungsstufen eingeteilt.

Akkumulator

Neben dem Motor ist der Akkumulator (Akku) das wichtigste Bauteil der Pedelec-Technik. Verwendet werden meist NiMH-, NiCd- oder Lithium-Ionen-Akkumulatoren. Die Akkuladung beträgt bis zu 18 Amperestunden (Ah) bei 24 oder 36 Volt (V). Die gespeicherte Energie beträgt somit bis zu 648 Wattstunden (Wh). NiCd-Akkus haben im (theoretischen) Idealfall nach eintausend Aufladungen noch 85 % ihrer ursprünglichen Kapazität und gelten damit als verschlissen. Bei NiMH-Akkus sind etwa 400 bis 800 Ladezyklen möglich. Die Ladezeiten der Akkus benötigen je nach Typ rund 2 bis 9 Stunden. Die Haltbarkeit der Akkus ist jedoch von weiteren Faktoren abhängig. Blei-Akkumulatoren liefern mit fortschreitender Entladung eine geringere Spannung, so dass nicht mehr die volle Motorleistung erreicht wird. Die besonders leichten, aber teueren Lithium-Ionen-Akkus werden inzwischen von den meisten Herstellern eingesetzt und haben eine Reichweite von bis zu 100 Kilometern je nach Streckenfaktoren. Die Sicherheit und Haltbarkeit von Lithium-Akkus hat sich in der Praxis bewiesen, vertragen allerdings meist keinen Frost. Allerdings sind für die Sicherheit die chemische Zusammensetzung und die Qualität der Elektronik ausschlaggebend. Lithium-Ionen-Akkumulatoren können insbesondere bei Kurzschluss und Überspannung sehr heftig reagieren. Das führte bei Laptops schon zu Rückrufaktionen. Die Deutsche Post AG hat ein Testprogramm gestartet, um die bestehende Flotte von rund 5.500 Elektrofahrrädern auf Lithium-Akkus umzurüsten.

Bei der Bewertung von Pedelec-Akkus sollte weit mehr als nur die Kapazität betrachtet werden. Es sollten auch die Haltbarkeit, der Memory-Effekt, die Kapazität, die Ladezeit, das Gewicht, die Sicherheit und auch Umweltschutzkriterien herangezogen werden.[5]

Hersteller, die ihre Pedelecs mit NiCd-Akkus bestücken, liefern meist ein Netzteil mit, welches den NiCd-Akku vor dem eigentlichen Ladevorgang vollständig entlädt, um den Memory-Effekt zu verringern. NiMH-Akkus haben einen wesentlich geringeren Memory-Effekt. Bei Lithium-Ionen-Akkus fehlt dieser ganz.

Vielversprechend sind auch Lithium-Eisen-Phosphat-Akkumulatoren, die deutlich langlebiger sind als die aktuell bevorzugt eingesetzten Lithium-Ionen-Akkumulatoren. Ihr Einsatz könnte die laufenden Kosten durch Akku-Verschleiß signifikant senken. Derzeit sind sie bei den meisten Pedelec-Modellen noch nicht serienmäßig erhältlich.

In naher Zukunft werden auch die ersten Lithium-Polymer-Akkus erhältlich sein, die bei gleichem Gewicht höhere Energieinhalte ermöglichen und es gibt auch erste praxistaugliche Versuchsmodelle, bei denen der Akku durch eine Brennstoffzelle und einen Wasserstofftank ersetzt wurde. Diese Konstruktion bietet den Vorteil, dass Ladezeiten und Akkuverschleiß entfallen und auf eine längere Tour zusätzliche Tanks mitgenommen werden können. Allerdings vertrugen die ersten Brennstoffzellen keine Temperaturen unter 0 °C. Die deutsche Post hat einige dieser Räder in Gebrauch, um die Haltbarkeit und Reparaturanfälligkeit dieses Systems zu testen.

Motorsteuerung

Für das Einschalten oder die Steuerung des Motors gibt es mehrere Möglichkeiten:

  • Messung der Kraft oder des Drehmoments über das Signal eines Kraftsensors an den Pedalen, der Tretkurbel, der Kette oder am Rad
  • Messung der Tretgeschwindigkeit über das Signal eines Umdrehungszählers oder Schwellenwertschalters an der Kurbel oder an anderer geeigneter Stelle
  • Messung sowohl von Kraft wie auch Geschwindigkeit
  • Messung der Beschleunigung oder Deichselkraft beim Schubanhänger
  • Messung der elektrischen Werte beim seriellen Hybrid (Pedalgenerator)

Zusätzlich kann die Geschwindigkeit des Fahrzeugs am Rad gemessen werden, insbesondere z. B. um den Motor bei 25 km/h auszuschalten.

Die Messung kann mechanisch oder elektronisch weiterverarbeitet werden und dient dazu, den Motor ein- und auszuschalten oder anhand einer Steuerfunktion stufenlos zu regeln.

Die eingespeiste Leistung wird aufgrund der Sensordaten (Kraftsensor, Kurbeldrehzahl, Fahrgeschwindigkeit) in Abhängigkeit vom gewählten Unterstützungsgrad von der Motorsteuerung berechnet. Die sogenannten Unterstützungsgrade, das heißt, wie stark der Motor zusätzlich zu der Fahrerleistung unterstützt, liegen bei waagerechter Fahrt zwischen 5 und 400 Prozent.

Da die Motoren sich im Betrieb und insbesondere auf Steigungsstrecken erheblich erwärmen können, verfügen manche über einen Temperatursensor in der Motorwicklung. Hier schaltet die Elektronik beim Erreichen einer Wicklungsgrenztemperatur dann die Unterstützung ab oder vermindert sie. Auch schützt die Elektronik den Akku durch Abschalten bei einer festgelegten Entladung, um so einer Tiefentladung vorzubeugen und allenfalls genügend Spannung für den Betrieb der Lichtanlage zu gewährleisten. Das kann auch durch eine Elektronik im Akkupack erfolgen.

Kraftsteuerung

Bei der Ausführung mit Kraftsensor gibt der Motor automatisch einen bestimmten Prozentsatz der vom Fahrer erbrachten Leistung dazu. Bei vielen Modellen kann dieser Prozentsatz in mehreren Stufen eingestellt werden. Es gibt auch Modelle, bei denen der Unterstützungsgrad nur beim Fachhändler auf Kundenwunsch eingestellt werden kann.

Drehbewegungserkennung

Bei der Ausführung mit Geschwindigkeitssensor(en) gibt der Motor anhand einer Funktion automatisch einen eingestellten Prozentsatz der selbst aufgebrachten Kraft hinzu. Da die benötigte Kraft mit der Geschwindigkeit stark ansteigt, kann diese bei einigen Modellen auch ohne Kraftsensor berechnet werden.

Schiebe- oder Anfahrhilfe

Die Schiebehilfe oder Anfahrhilfe lässt unter Ausreizung der Gesetzeslage eine Motorunterstützung ohne Pedalbewegung bis 6 km/h zu. Die Schiebehilfe bietet den Vorteil, dass man das Fahrrad neben sich mit Motorunterstützung rollen lassen kann, ohne dass man pedalieren oder selbst schieben muss (z. B. wenn man schwere Last befördert oder damit man das Rad an einer Steigung eigenständig hoch laufen lassen kann). Bei manchen Modellen werden die erlaubten 6 km/h nur im schnellsten Gang erreicht, in den anderen Gängen rollt das Rad entsprechend langsamer. In jedem Fall erlaubt es ein schnelleres (und körperlich kontrollierteres) Anfahren aus dem Stand an auf „Grün“ umschaltenden Ampeln.

Leistungselektronik

Die Leistungselektronik besteht, abhängig vom verwendeten Motortyp, aus einem Gleichstrom-Motorregler mit Pulsweitenmodulation oder einem Gleichstrom-Wechselstrom-Regler.

Motorentypen

Nabenmotor mit Getriebe

Es werden fast ausschließlich Gleichstrommotoren verwendet. Man verwendet kommutatorlose und bürstenbehaftete Scheibenläufermotoren, die für den Direktantrieb geeignet sind, sowie bürstenbehaftete Motoren mit Getriebe. Die Kohlen der Motoren mit Kohlebürsten unterliegen einem gewissen Verschleiß.

Die Verwendung wartungsfreier Wechselstrom-Asynchronmotoren für Pedelecs ist die Ausnahme.

Alle Motorentypen bieten im Prinzip die Möglichkeit zur Nutzbremsung, also die Rückspeisung von Energie beim Bremsen. Angeboten werden nur wenige Modelle mit Nutzbremsung, in der Regel nur bei solchen mit getriebelosem Radnabenmotor, die keinen Freilauf haben oder brauchen.

Kraftansatz des Elektroantriebs

Siehe allgemein Kraftansatz des Elektroantriebs. Beim Pedelec speziell ist die Art der Steuerung des Antriebs durch die Tretbewegung (siehe oben), die im Antrieb integriert sein kann.

Antriebspositionen

Die Antriebsposition hat entscheidenden Einfluss auf das Fahrverhalten des Pedelecs. Folgende Kombinationen von Antriebsposition und Motor haben sich durchgesetzt:

  • Nabenmotor im Vorderrad
  • Mittelmotor im Bereich des Tretlagers
  • Nabenmotor im Hinterrad

Reichweite

Generell liegt die Reichweite mit Motorunterstützung zwischen 7 km (bei stetiger Steigung) und bis zu 70 km. Bei mittlerer Kraftzugabe beträgt sie zwischen etwa 20 und 50 km. Bei einigen Modellen sind standardmäßig zwei nacheinander zuschaltbare Akkus in Gepäcktaschen untergebracht, hier wird die Reichweite bei mittlerer Kraftzugabe mit über 100 km angegeben. Ein üblicher Akku (7 Ah/36 V) in einem Pedelec (Masse 1,9–5,1 kg[6]) hat einen Energieinhalt von nur ca. 250 Wh (1 kg Benzin dagegen 11.500 Wh). Die Umwandlung elektrischer Energie in mechanische Arbeit erfolgt, abhängig vom Wirkungsgrad des Motors und der Motorsteuerung, unter Wärmeverlust. Typischerweise entstehen hierbei Verluste von circa 25 Prozent. Somit kann ein Pedelec mit einem 70-kg-Fahrer (Gesamtmasse ~ 100 kg) rechnerisch bei 1,4 % Steigung 21 km weit mit Batteriestrom fahren – hilft der Fahrer mit, ist eine im Verhältnis höhere Reichweite möglich.

Gesetzliches

In außereuropäischen Ländern können für Pedelecs (bzw. für Elektrofahrräder generell) andere Definitionen und Bestimmungen gelten als nachstehend.

Europäische Union

Die „Richtlinie 2002/24/EG des Europäischen Parlaments und des Rates vom 18. März 2002 über die Typgenehmigung für zweirädrige oder dreirädrige Kraftfahrzeuge und zur Aufhebung der Richtlinie 92/61/EWG des Rates“[7] trat gemäß Artikel 23 am 9. Mai 2002 in Kraft.

Bis zum 9. Mai 2003 waren die Mitgliedsstaaten nach Artikel 20 Absatz 1 verpflichtet die Richtlinie in nationalen Rechts- und Verwaltungsvorschriften umzusetzen. Nach Artikel 23 Absatz 3 „dürfen die Mitgliedstaaten die erstmalige Inbetriebnahme von Fahrzeugen, die die Vorschriften dieser Richtlinie erfuellen, nicht verbieten.“

Die Richtlinie, die auf die Klassifizierung zwei- und dreirädriger Kraftfahrzeuge abzielt, und darauf, unter welchen Anforderungen deren In-Verkehr-Bringen in den Mitgliedstaaten nicht untersagt werden kann, nennt in Art. 1 Abs. 1 lit. a) bis h) für welche Fahrzeuge und deren Bauteile und technische Einheiten die Richtlinie nicht anzuwenden ist.

Diese EU-Richtlinie ist u. a. nicht anzuwenden auf:

„h) Fahrräder mit Trethilfe, die mit einem elektromotorischen Hilfsantrieb mit einer maximalen Nenndauerleistung von 0,25 kW [250 Watt] ausgestattet sind, dessen Unterstützung sich mit zunehmender Fahrzeuggeschwindigkeit progressiv verringert und beim Erreichen einer Geschwindigkeit von 25 km/h oder früher, wenn der Fahrer im Treten einhält, unterbrochen wird[.]“[7]

Wie eingangs dargestellt werden derart hybrid angetriebene Fahrräder als Pedal Electric Cycles, also Pedelecs bezeichnet. Sogenannte „schnelle Pedelecs“ oder „S-Pedelecs“ mit einer Tretunterstützung bis 45 km/h sind von dieser Ausnahme der Richtlinie nicht erfasst.

Deutschland (StVO)

Fahrerlaubnisrecht

Das Pedelec ist in Deutschland dann führerscheinfrei, wenn die bauartbedingte, durch den Motor unterstützte Höchstgeschwindigkeit bis zu 25 km/h beträgt. Bei einigen Pedelecs gibt es eine sogenannte Schiebe- oder Anfahrhilfe, die auch ohne Kurbelbewegung, durch Drücken eines Hebels bis maximal 6 km/h Schub gibt (bei manchen Modellen abhängig vom eingelegten Gang). Für Pedelecs mit Anfahr- und Schiebehilfe wird eine Mofa-Prüfbescheinigung benötigt (§ 5 Fahrerlaubnis-Verordnung (FeV)), falls der Fahrer nach dem 31. März 1965 geboren ist (§76 Nr. 3 FeV) und keine Fahrerlaubnis besitzt (§5 Abs. 1 Satz 2 FeV). [8] Die generelle Fahrerlaubnisfreiheit für Fahrzeuge mit einer bauartbedingten Höchstgeschwindigkeit bis zu 6 km/h nach §4 Abs. 1 StVZO ist seit dem 1. Januar 1999 mit Einführung der FeV entfallen.

Radwegebenutzung

Pedelecs (bis 25 km/h) gelten als Fahrräder. Somit gelten auch dieselben Vorschriften bzgl. Radwegebenutzung

Die Rechtslage für S-Pedelecs (Motorunterstützung über 25 km/h, laut Kraftfahrtbundesamt als Leichtmofas klassifiziert[9]) ist sehr unklar. Nach der Straßenverkehrs-Ordnung (StVO) vor dem 1. September 2009 galt § 42 Abs. 2 Nummer 5: „wer ein Mofa durch Treten fortbewegt, muss den [ausgeschilderten] Radweg benutzen“. Dies galt auch für S-Pedelecs, unklar ist jedoch, ob dies auch bei Motorunterstützung galt oder nur bei alleinigem Pedalantrieb. In der StVO-Novelle 2009 ist die Sonderregelung für das Fortbewegen durch Treten aufgehoben, jedoch ist die Rechtswirksamkeit dieser Novelle aufgrund eines Formfehlers umstritten. So sieht das Bundesverkehrsministerium diese Novelle für nichtig an und hat auf seiner Homepage eine Version der StVO veröffentlicht, welche Änderungen von 2010 (bzgl. Winterreifen) beinhaltet, die Änderungen von 2009 jedoch nicht.[10] Nach dieser Fassung muss mit einem Mofa/S-Pedelec (zumindest bei ausgeschaltetem Motor) der ausgeschilderte Radweg benutzt werden, nach der vom Bundesjustizministerium veröffentlichten Fassung darf der Radweg jedoch nicht benutzt werden, wenn er innerorts liegt und nicht explizit für Mofas freigegeben wurde.

Österreich (StVO und KFG)

Nach § 2 Abs. 1 Z 22 der StVO 1960 werden zwei Arten von Elektrofahrrädern unterschieden:

  • lit. „b) ein [Fahrrad], das zusätzlich mit einem elektrischen Antrieb gemäß § 1 Abs. 2a KFG 1967 ausgestattet ist (Elektrofahrrad)“ (demnach Hybrid-Antrieb nach Definition Pedelec);
  • lit. „d) ein elektrisch angetriebenes Fahrzeug, dessen Antrieb dem eines Elektrofahrrads im Sinne des § 1 Abs. 2a KFG 1967 entspricht“ (demnach ein nur-elektrischer Antrieb).

Nicht als Kraftfahrzeuge nach § 1 Abs. 2a KFG gelten Elektrofahrräder – gleichgültig ob hybrid (Pedelec) oder ausschließlich elektrisch angetrieben – als Fahrräder im Sinne der StVO 1960 mit

  1. einer höchsten zulässigen Leistung von nicht mehr als 600 Watt und
  2. einer Bauartgeschwindigkeit von nicht mehr als 25 km/h.

Sofern vorstehende Kriterien nicht überschritten sind, gilt daher nach österreichischem Recht ein solches Elektrorad / Pedelec nicht als Elektrokraftrad und benötigt deshalb weder Typengenehmigung noch Fahrzeuganmeldung. Wie für normale (allein muskelbetriebene) Fahrräder gelten auch für die Elektrofahrräder die Vorschriften der Fahrradverordnung, für das Lenken dieser gelten dieselben StVO-Bestimmungen wie mit muskelbetriebenen Fahrrädern, u. a. die Radwegbenützungspflicht mit einspurigen Fahrrädern. Für deren (kommerzielles) In-Verkehr-Bringen gelten die Produkthaftungsbestimmungen.

„Schnelle Pedelecs“ (mit Tretunterstützung bis zu 45 km/h) sind als Fahrräder in Österreich nicht zulässig. Ob sie allenfalls als Kleinkraftrad nach Art. 1 Abs. 2 lit. a) Richtlinie 2002/24/EG (bzw. als Motorfahrrad nach § 2 Abs. 1 Z. 14 KFG) typisierbar sind und angemeldet als Kraftfahrzeug gefahren werden dürfen, ist bisher (Oktober 2010) nicht überliefert.

Rechtshinweis Bitte den Hinweis zu Rechtsthemen beachten!

Sicherheit

Neben der Erfüllung der technischen Voraussetzungen birgt vor allem die Benutzung der schnellen Pedelecs ein zusätzliches Risiko. Die schnellen Pedelecs erreichen nicht nur eine höhere Durchschnittsgeschwindigkeit, sondern auch eine höhere Höchstgeschwindigkeit (45 km/h) und lassen eine höhere jährliche Kilometerfahrleistung erwarten. Dies gilt nicht nur in der Ebene, sondern vor allem auch am Berg. Diese sich ändernden Randbedingungen lassen mehr kritische Situationen bzw. Unfälle und somit mehr Verunglückte befürchten. So sind z.B. häufigere Überholmanöver vorprogrammiert und können durch die hohe Geschwindigkeit im Ernstfall mit schweren Unfallfolgen für Radfahrer und Pedelec-Fahrer enden. Aber auch für Autofahrer ist es künftig schwieriger zu erkennen, wie schnell ein Radler unterwegs ist. Auch ein Senior auf einem Citybike kann jetzt dank Elektrounterstützung viel schneller auftauchen, als aus der Erfahrung „gelernt“. Riskante Situationen können dadurch an Ausfahrten und Kreuzungen entstehen. Um die Folgen solcher kritischen Situationen zu verdeutlichen, hat die Unfallforschung der Versicherer (UDV) ein Forschungsprojekt mit Fahrversuchen, technischen Prüfungen und Crashtests durchgeführt.[11]

Im Juli 2010 musste die Zweirad-Einkaufs-Genossenschaft (ZEG) in Deutschland rund 11.000 Elektrofahrräder („Pedelecs“) zurückrufen, nachdem an zwei Fahrrädern der Marke Pegasus der nur aus einem Rohr bestehende Rahmen brach. Der Fahrradsachverständige Ernst Brust forderte daraufhin von den Herstellern eine stabilere Konstruktion.[12]

Literatur

Weblinks

 Commons: Electrically-powered bicycles – Sammlung von Bildern, Videos und Audiodateien
Wiktionary Wiktionary: Pedelec – Bedeutungserklärungen, Wortherkunft, Synonyme, Übersetzungen

Einzelnachweise

  1. BKTech AG. (PDF, 13 S. ecademy.ch, ohne Datum (zwischen 1997 und 2001. Abgerufen am 24. Oktober 2010.
  2. Bundesfeier – Wiesenfeier: Festredner Kurt Schär, Biketec AG. (PDF, S. 2) Unterkulm, 1. August 2010. Abgerufen am 24. Oktober 2010.
  3. BikeTec: Geschichte. Abgerufen am 24. Oktober 2010.
  4. Susanne Brüsch: Pedelecs: Fahrzeuge der Zukunft. (Abstract der) Diplomarbeit, Ruprecht-Karls-Universität Heidelberg, April 1999.
  5. Akkus bei E-Bikes und Pedelecs und Tipps zur Pflege [1]
  6. Marktübersicht und Testbericht 2010 ExtraEnergy e.V.
  7. a b Richtlinie 2002/24/EG des Europäischen Parlaments und des Rates vom 18. März 2002. Veröffentlicht im Amtsblatt Nr. L 124 vom 9. Mai 2002, S. 1–44, EUR-Lex 32002L0024. Abgerufen am 24. Oktober 2010.
  8. Elektrofahrradtrends.de - FAQ Elektrofahrrad Führerscheinpflicht
  9. Hamburger Polizei Journal, Januar 2010, Seite 7: [2]
  10. StVO in der Fassung des Bundesverkehrsministeriums [3]
  11. Elektrofahrräder - Umweltschonend aber gefährlich? - [4]
  12. http://www.test.de/themen/freizeit-reise/meldung/Rueckruf-fuer-Pegasus-und-ZEG-Elektrofahrraeder-Risiko-Rahmenbruch-4116262-4116267/

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