Fahrräder, Pedelecs, E-Bikes

Von: Dipl.-Ing. (FH) Günther Menzel

Dipl.-Ing. (FH) Günther Menzel

Die neu entdeckte Mikromobilität

Die Experten, die sich mit dem Thema Mobilität befassen, sind sich einig darüber, dass dieselbe sich in einem kontinuierlichen Wandel befindet, der nicht nur bereits in vollem Gange ist, sondern dessen Voranschreiten in Zukunft noch weiter an Fahrt aufnehmen wird. Dabei wird sich die Diskussion nicht mehr darauf beschränken, ob der Verbrennungsmotor langfristig ausgedient und der PKW-Antrieb zukünftig rein elektrisch funktionieren wird. Die Debatte wird sich vielmehr darum drehen, durch welche Lösungen man den PKW, zumindest in den großen Städten, ersetzen kann. Die urbanen Probleme der verkehrstechnischen Verstopfung und Verschmutzung, kombiniert mit schwindenden Rohölreserven, verlangen nach kreativeren und radikaleren Lösungen. Selbst Kleinstwagen können diesen Ansprüchen nicht auf Dauer gerecht werden. Wie so oft ist die Gesellschaft auch in diesem Thema den politischen Planern und industriellen Vordenkern wieder einmal einen Schritt voraus und gibt den Weg mittels Nachfrage bestimmter Produkte vor. Die sogenannte Mikromobilität ist auf dem Vormarsch wie seit Jahrzehnten nicht mehr. Unter diesem Oberbegriff fasst man die Fortbewegungsmöglichkeiten des einzelnen Individuums zusammen. Hierunter fallen Fahrräder, Gehhilfen, Scooter, Rollstühle mit und ohne Antrieb, die verschiedensten Boards, Segways, Pedelecs usw. Folgt man zusätzlich der Unterteilung in aktive (nicht motorisierte) und passive (motorisierte) Fortbewegung, so kann man feststellen, dass im Besonderen ein Gefährt eine Zwitterstellung einnimmt, nämlich das sogenannte Pedelec.

Was sind Pedelecs?

Der Name Pedelec wurde zur Abgrenzung vom E-Bike, welches per Definition ausschließlich über einen reinen Elektroantrieb verfügt, geschaffen und setzt sich zusammen aus Pedal electric cycle. Im deutschsprachigen Raum werden die beiden Begriffe jedoch häufig synonym verwendet. Das Pedelec ist rechtlich betrachtet ein Fahrrad und diesem in nahezu allen Belangen gleichgestellt. Dies umfasst das Fahrerlaubnisrecht ebenso wie die Möglichkeit zur Nutzung von Fahrradwegen. Weiterhin muss ein Pedelec den Vorschriften der StVZO entsprechen, die auf Fahrräder anzuwenden sind. Diese Regelwerke geben jedoch lediglich zu den Komponenten der Bremse, der Beleuchtung und der Glocke Vorgaben und lassen ansonsten jede Menge Freiraum zur technischen Umsetzung. Soll das Pedelec als Fahrrad gelten, so muss es sich gänzlich von einem Kfz im eigentlichen Sinne unterscheiden.

Die Grenzen sind vom Gesetzgeber wie folgt festgelegt:
- Tretunterstützung bis Vmax  25 km/h
- Maximale Leistung Pmax < 250 W
- Anfahrhilfe als Vollantrieb bis max. 6 km/h.

Werden diese Grenzen überschritten, so ändert sich die Namensgebung in Pedelec 45 oder S-Pedelec. Das S-Pedelec gilt als Kfz und im Sinne der StVZO als Leichtmofa und ist somit der Fahrzeugklasse L1e zugehörig.

Die technischen Eckdaten ähneln denen der Mofas mit Verbrennungsmotor:
- Tretunterstützung bis Vmax  45 km/h
- Maximale Leistung Pmax < 500 W
- Anfahrhilfe als Vollantrieb bis max. 20 km/h
- Mindestalter: 15 Jahre
- Mofa-Püfbescheinigung erforderlich
- Versicherungskennzeichen erforderlich.

Der ungebrochene Trend zu diesen Gefährten stellt den Verkauf von z.B. Elektro-PKW längst deutlich in den Schatten. Wo die Politik bereits jetzt von ihrem hehren Ziel von insgesamt einer Million zugelassenen Elektro-PKW im Jahr 2020 aus einem gesunden Realitätsdenken heraus Abstand nimmt, geht man bei den E-Bikes in 2020 von einem Jahresabsatz von mehr als einer Million aus. Aktuell liegen die Verkaufszahlen bereits bei etwa 500.000/Jahr. Doch worauf sollte der Endverbraucher beim Kauf eines Pedelecs achten? Immerhin handelt es sich um Produkte, für die man leicht 1.500 €, aber auch weit über 4.000 €, ausgeben kann. Spezialisten, wie Ernst Brust von der Firma Velotech haben hierzu eigens Prüflisten entwickelt, die alle wichtigen technischen Details abfragen. Ernst Brust, der u.a. an der BVSK-Akademie zum Thema Fahrräder/E-Bikes referiert, ist seit über 25 Jahren in der Fahrradbranche tätig und gilt als Initiator der öffentlichen Bestellung und Vereidigung auf diesem Gebiet. Als Gründer, Inhaber und Geschäftsführer eines akkreditierten Prüflabors für Produktsicherheit arbeitet er bundesweit in Gremien zur Einführung und Verbesserung von Standards im Bereich der Zweiradtechnik [www.velotech.de]. Hinsichtlich des Kaufs weiß er seinen Seminarteilnehmern zu berichten: „Der Kunde sollte sich zuallererst darüber im Klaren sein, welche Bauart von E-Bike für ihn die richtige ist. Weiterhin darf auch und gerade in diesem Bereich nicht an der falschen Stelle gespart werden. Produkte, die von der  durchschnittlichen Preisgestaltung deutlich nach unten abweichen, tun dies i.d.R. auch beim Thema Qualität!“.

Hat man sich also für den Kauf eines Pedelecs entschieden, so gibt die persönliche Anwendung vor, welche Bauart es sein sollte. Für sportlich aktive Fahrer ein Sport-, Mountain- oder Touren-Pedelec, für körperlich weniger fitte Menschen ein Tiefeinsteiger, im städtischen Bereich eher ein Kompakt- oder Lifestyle-Pedelec und für Pendler über lange Strecken unter Umständen ein S-Pedelec. Hat man sich gemäß Einsatzzweck auf die Bauform des Rades festgelegt, so ist als nächstes die Frage nach dem Antriebskonzept zu klären. Es wird unterschieden zwischen Frontmotor, Hecknabenmotor und Mittelmotor. Pedelecs mit Frontmotoren trifft man eher selten an. Die Variante des Mittelmotors ist die häufigere, und was die Lastverteilung angeht auch bessere Wahl. Der Heckmotor kann jedoch den technischen Leckerbissen der Rekuperation für sich verbuchen, was bei Fahrrädern für Langstreckentouren einen nicht zu verachtenden Vorteil darstellt. Die Reichweite der Tretunterstützung ist grundsätzlich von mehreren Faktoren abhängig. Das Streckenprofil und die Gesamtmasse des Fahrzeuges inklusive Fahrer sind hierbei maßgeblich entscheidend. Weiterhin ist natürlich die Intensität der Nutzung ausschlaggebend. In der Regel kann man die Leistung in mehreren Stufen einstellbar abrufen. Nutzt der Fahrer immer die maximale Leistung, so kann er dies naturgemäß nur über einen relativ kurzen Zeitraum tun. Letztlich entscheiden Qualität und Kapazität des Akkus darüber, ob man das gewünschte Ziel mit der geplanten Unterstützung erreicht oder ob einem auf halber Strecke die Puste ausgeht. 0,25–0,5 KWh sind Stand der Technik. Entscheidend dafür, ob man einen guten Kauf getätigt hat, ist u.a. die Anzahl der möglichen Ladezyklen des Akkus, welche zwischen 500 und 1.000 variieren kann. Je nach Nutzungsintensität bedeutet das eine Nutzungsdauer von drei bis sechs Jahren. Der Position des Akkus im Aufbau des Pedelecs kommt hierbei eine nicht unerhebliche Bedeutung zu. Man sollte darauf achten, dass der Akku nicht hinderlich ist. Schließt der Akku z.B. die Nutzung von Gepäcktaschen oder Kindersitzen aus? Ist es möglich, den Akku im eingebauten Zustand zu laden? Und wie sieht es mit der Lastverteilung aus? Weiterhin wichtig ist die Frage nach den Kosten für einen Ersatz-Akku. Dieser wird bei üblicher Nutzung irgendwann fällig und sollte beim Preisvergleich der Pedelecs berücksichtigt werden.

Neben den bereits erwähnten technischen Komponenten Antrieb und Akku sind lediglich noch der Sensor zur Ermittlung der Trittgeschwindigkeit sowie die Steuerungseinheit mit Schalter und Anzeigeelement zu nennen. Zur technischen Umsetzung der Schaltung gibt es viele vergleichbare Systeme, die allesamt recht gut funktionieren, da sie sich i.d.R. nicht sehr von denen eines herkömmlichen Fahrrades unterscheiden. Es steht also eine Vielfalt an technischen Lösungen bereit, aus denen sich der Kunde für seine individuelle Situation das passende Pedelec aussuchen oder gar zusammenstellen kann. Doch wo viel Licht ist, da ist i.d.R. auch Schatten.

Technische Sicherheit

Die nahezu exponenziell wachsende Anzahl von E-Bikes führt zu einer nicht minder schnell wachsenden Zahl von Prozessen und Unfällen in Verbindung mit diesen Fahrzeugen. Sachverständige, wie Ernst Brust, können in diesem Zusammenhang aus einem umfangreichen Fundus an Fällen berichten: „Die Hersteller solcher Gefährte sind sich z.B. nicht immer im Klaren darüber, dass sie mit dem E-Bike zwar noch immer ein Fahrrad bauen, dieses Fahrrad aber gemäß Richtlinie eine Maschine darstellt und somit CE-kennzeichnungspflichtig ist.“ Fehlt eine solche Kennzeichnung, so sollte man als Verbraucher die Finger vom entsprechenden E-Bike lassen! Die CE-Kennzeichnung garantiert in Deutschland die Umsetzung der Maschinenrichtlinie und somit des Produktsicherheitsgesetzes. Im Umkehrschluss ist das fehlende CE-Zeichen fast schon ein Garant dafür, dass die notwendigen Prüfungen vor Markteinführung nicht durchgeführt oder zumindest nicht neutral kontrolliert wurden.
Die hierzu akkreditierten Labore werden beauftragt, Prüfungen in den verschiedensten Disziplinen durchzuführen:

- Elektromagnetische Verträglichkeit des E-Bikes (EMV)
- Anfahrverhalten
- Funktion der Tretunterstützung
- Bremssteifigkeit von Gabel und Rahmen
- Stabilität des Rahmens in verschiedenen Krafteinleitungsrichtungen
- Verarbeitung und Befestigung der einzelnen Komponenten
- Allgemeines Fahrverhalten.

Die vorgenannten Prüfungen stellen lediglich einen Auszug dar und lassen die Vielfalt der möglichen Probleme erahnen. Zum Teil finden sich beim E-Bike die gleichen Schäden wieder wie bei den handelsüblichen Fahrrädern auch. So ist dem Streben nach immer leichteren Fahrrädern zu schulden, dass es wiederholt zu Brüchen des Rahmens, der Gabel oder des kompletten Hinterbaus kommt. Die hieraus folgenden Verletzungen der Fahrer sind zum Teil fatal. Zieht man in diesem Zusammenhang einen Vergleich bezüglich der Ansprüche an die Tragstruktur verschiedener Fahrzeuge heran, so erkennt man die Krux beim Thema Leichtbau. Wo ein PKW bereits als Lastesel gilt, wenn er im Verhältnis zu seiner Leermasse 50 % Zuladung aufweist, liegt ein Fahrrad bei z.T. über 1.500 % Zuladung und ein Pedelec noch immer bei über 500 %. Diese technische Eigenschaft kombiniert sich bei Fahrrädern und Pedelecs z.T. mit einem maximal schlechten Federungskomfort. Im Verhältnis zu Autoreifen sind Fahrradreifen aufgrund der kleineren Fläche mit einem sehr hohen Druck beaufschlagt. Überfährt man mit einem solchen Reifen in Verbindung mit einem Starrrahmen eine Bodenunebenheit, kommt es zu extremen Beschleunigungsspitzen. Was sich beim normalen Rennrad alleine auf die Rahmengeometrie auswirken würde, kann beim Pedelec zusätzlich Schäden an Antrieb und Akku hervorrufen. Diese Schäden reichen von ausgezogenen Nieten über eingerissene Gehäuse bis hin zu komplett abgerissenen Akkus. Ähnliche Probleme treten auch durch Querbeschleunigungen auf. „Ein Auto fällt nicht um.“ Diesen Satz benutzt Ernst Brust gerne als Einleitung, wenn es um das Thema Akkumulatoren geht. Die Akkus welche als NiCd-, NiMH- oder Li-Ionen-Akkus ausgeführt sein können, erfreuen sich im Hybrid- oder Elektro-PKW eines maximalen Schutzes. Großen Beschleunigungswerten sind sie im üblichen Betrieb nicht ausgesetzt. Im Laufe eines Fahrradlebens jedoch kann ein Umfallen als geradezu wahrscheinlich angesehen werden. Bei Versuchen durch die Firma Velotech wurden hierbei Querbeschleunigungswerte von ~ 350 m/s² am Gehäuse des Akkus gemessen. Das bei solch harten Aufschlägen ein Schaden an elektrischen Komponenten die Folge sein kann, liegt auf der Hand. Eine weitere Herausforderung für die Hersteller dieser Fahrzeuge ist das Unterbinden von Tuningmaßnahmen. Wie bei allen anderen Fahrzeugklassen auch, basteln technisch versierte Besitzer gerne an ihrem fahrbaren Untersatz um Leistung, Reichweite oder Geschwindigkeit in ihrem Sinne anzupassen. Nicht selten resultieren Schäden und Unfälle aus solchen Aktivitäten.

Fehlerquelle Fahrer

Doch bei allen technischen Herausforderungen sollte man eine potenzielle Fehlerquelle nicht außer Acht lassen – den Fahrer. Laut einer Studie des Branchenbeobachters Schlegel und Partner sind 45 % der Pedelec-Fahrer zwischen 35 und 50 Jahre alt, über 30 % zwischen 50 und 65 Jahre und noch an die 10 % über 65 Jahre alt. Mit einem Pedelec kann jedoch auch der untrainierte Fahrer kurzfristig relativ hohe Geschwindigkeiten erreichen, die er unter Umständen rein koordinativ nicht mehr beherrscht. Auch andere Verkehrsteilnehmer müssen lernen, umzudenken. Die Tretunterstützung entspricht nahezu der Leistung, die ein Radprofi auf Dauer abrufen kann. Somit ist der scheinbar „langsame“ Radfahrer schneller am theoretischen Kollisionspunkt als erwartet. Auch die Kombination Bike – Fahrer kann zu Problemen führen. Es wurde bereits in Fernsehreportagen darüber berichtet, dass manche Pedelecs aufgrund der Position der Antriebs-Komponenten und der hieraus folgenden ungünstigen Schwerpunktlage bei relativ hoher Geschwindigkeit zum Pendeln und Flattern neigen – bis hin zum absoluten Kontrollverlust und dem daraus resultierenden Sturz.

Grundlegend kann die Feststellung getroffen werden, dass durch die Verwendung von Aluminium, Verbundfaserstoffen und Hightech im Antriebsstrang die Fragestellungen im Bereich der Fahrräder und Pedelecs zunehmend komplexer werden. Firmen, die am Boom der Mikromobilität partizipieren wollen, sprießen wie Pilze aus dem Boden und die Beteiligung solcher Gefährte am, vor allem innerstädtischen, Verkehr wird auch in Zukunft  weiter einem starken Zuwachs unterliegen.

Hieraus folgend werden in Zukunft mehr Sachverständige mit spezialisierten Kenntnissen gefragt sein, die auch die oben angerissenen Fragestellungen zu beantworten wissen. Die Aufträge zur Rekonstruktionen von Unfällen mit Beteiligung von Pedelecs wird ebenso zunehmen, wie der Bedarf im Bereich der Klärung technischer Fragestellungen und der Ermittlung von Schadenspositionen und Werten.

Quellen: Zweiradindustrieverband e.V., Seminar der BVSK-Akademie: Fahrräder/Pedelecs , E. Brust, Fa. Velotec; Fotos: Bosch eBike Systems, KTM Fahrrad



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