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E-Bikes oder auch Pedelec

Ein Pedelec (Kofferwort für Pedal Electric Cycle) ist eine Ausführung eines Elektrofahrrads, bei der der Fahrer von einem Elektroantrieb nur dann unterstützt wird, wenn er gleichzeitig selbst die Pedale tritt.

Die Bezeichnungen Pedelec, E-Bike und Elektrofahrrad werden in Deutschland und in Österreich jedoch oft synonym verwendet, in der Schweiz ist die Bezeichnung E-Bike die verbreitetste. § 39 Abs. 7 der deutschen Straßenverkehrs-Ordnung entfaltet den Begriff E-Bike als einsitziges zweirädriges Kleinkraftrad mit elektrischem Antrieb, der sich bei einer Geschwindigkeit von mehr als 25 km/h selbsttätig abschaltet.[1] Die verkehrsrechtliche Einordnung dieser Fahrzeuge unterscheidet sich in den drei genannten Ländern deutlich.

In Deutschland ist ein Pedelec einem Fahrrad rechtlich gleichgestellt, wenn es erstens mit einem maximal 250 Watt starken Motor ausgestattet ist und zweitens die Motorunterstützung konstruktiv auf eine Geschwindigkeit von maximal 25 km/h begrenzt wird (§ 1 Abs. 3 des Straßenverkehrsgesetzes). In diesem Fall besteht keine Kennzeichen-, Haftpflichtversicherungs-, Führerschein- und Helmpflicht. Dagegen ist für Fahrräder mit Elektroantrieb über 25 km/h („S-Pedelec“) die rechtliche Gleichstellung mit dem Kleinkraftrad vorgesehen, sie benötigen somit eine Betriebserlaubnis und sind versicherungs-, kennzeichen- und fahrerlaubnispflichtig.[2][3] Wenn der Motorbetrieb den zusätzlichen Pedalantrieb nicht erfordert, handelt es sich um ein Fahrrad mit Hilfsmotor.[4]

Geschichte

Die ersten Fahrräder, die als Pedelec bezeichnet werden können, existierten bereits vor 1900, allerdings gab es diesen Namen damals noch nicht.

Den Grundstein für das Pedelec-Prinzip legte Egon Gelhard aus Zülpich 1982 mit einer Studie, dem Gelhard-E-Bike. Die Motorunterstützung ist abhängig von der Tretleistung und nur gegeben, wenn die Pedale sich drehen.[Smolik 1] Diese Idee wurde erstmals in einem Rad verwirklicht, mit dem 1990 an der Tour de Sol teilgenommen und die entsprechende Kategorie gewonnen wurde. Es stammte von Michael Kutter, der das Schweizer Unternehmen Velocity (heute Dolphin E-Bikes) gründete, ab 1992 Prototypen auf den Markt brachte und 1995 zur Serienfertigung überging.[Smolik 2] Kutter ist der Erfinder der EVO-Steuerung (EVO steht für Electronic Variable Overdrive).

Ab 1993 verschaffte das japanische Unternehmen Yamaha dem Pedelec unter dem Namen Power Assist größere Verbreitung in Japan. Yamaha führte die PAS-Steuerung ein (PAS steht für Power Assist System).

Ab 1995 wurden die ersten Flyer des im selben Jahr gegründeten Schweizer Unternehmens BKTech AG (heute Biketec AG) in Kleinserie auf den Markt gebracht.[5] Sie wurden auch außerhalb der Schweiz bekannt. In der Schweiz wurde der Markenname Flyer zu einem Synonym für das Pedelec.

Ende der 1990er Jahre beherrschten wenige große Fahrradhersteller (wie Merida, MKB/Yamaha, Kynast) den Markt. 2005 setzte durch den Einsatz der neuen und leichteren Lithium-Akkus nach einer fünfjährigen Flaute ein neuer Verkaufsboom ein. Dazu trugen auch Designveränderungen bei; die Pedelec wurden schicker[Smolik 3] und wirkten weniger als ein Mittel zur Rehabilitation.[Smolik 4]

Durch einige Hersteller (u. a. Firma Victoria) wurde das ursprüngliche Unterscheidungsmerkmal – nämlich der „Gas“drehgriff – auch in Pedelecs verbaut. Allerdings musste bei diesen Rädern weiterhin getreten werden, damit sich die Motorunterstützung zuschaltet.[6]

in Deutschland hat sich zwischen 2012 und 2016 die Anzahl der Pedelecs von 1,3 Millionen[7][8] auf 2,8 Millionen[9] mehr als verdoppelt, der Anteil der Elektrofahrräder ist damit auf 13 % gestiegen.

Begriffliche Entwicklung

Der Begriff Pedelec wurde 1999 von der Sprachwissenschaftlerin Susanne Brüsch geschaffen, um Fahrräder mit automatischer Tretunterstützung deutlich von jenen mit per Gasgriff gesteuerten Antrieb zu unterscheiden.[10]

Der Begriff Pedelec wurde ursprünglich für jene Elektrofahrräder verwendet, die ausschließlich durchs Treten des Fahrers elektrisch zuschalten. Davon abgegrenzt werden E-Bikes, bei denen sich die Fahrgeschwindigkeit auch unabhängig vom Treten, etwa ausschließlich per Drehgriff am Lenker, regulieren lässt. Landläufig wird diese Definition oft nicht angewendet. Einerseits bezeichnen immer mehr Händler ihre Pedelecs als E-Bikes. Nicht zuletzt deshalb, weil E-Bikes im eigentlichen Sinne, bei denen das Treten also nur eine Nebenrolle spielt, in Europa kaum verkauft werden. Andererseits haben Pedelecs vermehrt auch Anfahrhilfen, die es ermöglichen, auch ohne zu treten, per Drehgriff zu beschleunigen. Damit ist eine Unterscheidung der Begriffe E-Bike und Pedelec oft nicht mehr klar möglich. Außerhalb Europas und Japans dominieren E-Bikes, während Pedelecs unbekannt sind.

Elektroantrieb

Pedelecs unterscheiden sich von einem gewöhnlichen Fahrrad durch einen zusätzlichen Elektromotor, eine Traktionsbatterie, eine Steuerelektronik für den Motor sowie einen Sensor für die Kurbelbewegungserkennung. Der Elektromotor kann als Vorderrad-, Hinterrad- oder Mittelmotor verbaut werden. Die meisten Modelle verfügen darüber hinaus über eine Batterieladeanzeige und eine Motorkrafteinstellung, entweder stufenlos oder in Unterstützungsstufen eingeteilt. Je nach Gewicht, Motorisierung und Akkuunterbringung werden auch Komponenten wie Rahmen und Bremsen angepasst, oft werden auch Standard-Fahrradteile verwendet.

In der Entwicklung ist ein Wasserstoffantrieb.[11]

Nutzungen

Durch die Nutzung eines Pedelecs ergeben sich verschiedene Vorteile (in der Regel höhere Durchschnittsgeschwindigkeit als bei konventionellen Fahrrädern; u.U. innerorts sogar höher als von PKWs; je nach Kondition des Fahrers größerer Aktionsradius).

Von Vorteil sind die geringeren Emissionen (nur geringe Schallemission) im Vergleich zu anderen motorisierten Verkehrsmitteln, insbesondere zu Fahrzeugen mit Verbrennungsmotoren, sofern E-Bikes oder Pedelecs alternativ zu diesen genutzt werden.

Die Anschaffungskosten sind erheblich höher als für ein herkömmliches Fahrrad. Dazu kommen, neben den Kosten für normalen Verschleiß, auch der eventuelle spätere Austausch des Akkumulators. Im Vergleich zu anderen Verkehrsmitteln sehr gering sind dagegen die Stromkosten von wenigen zehn Cent pro 100 km.

Es gibt verschiedene Nutzungsbereiche mit unterschiedlichen Anforderungen:

Professionelle Nutzung: Postdienste (Postzusteller), Polizei (in verkehrsberuhigten Bereichen), Firmenfuhrparks, Fahrt zur Arbeitsstelle (Pendler).

Touristische Nutzung: Verleihstationen an Bahnhöfen und touristischen Knotenpunkten, in Ferien- oder Kurorten. Private Nutzung je nach Bedarf.

Allgemeine Nutzungserfahrungen

Pedelecs erreichen – je nach Leistung des Motors, des fahrenden Menschen und der Zulassung – Geschwindigkeiten von 25–45 km/h und mehr. Durchschnittlich trainierte Fahrer erreichen mit einem schnellen Pedelec ungefähr die Fahrleistungen von unmotorisierten Fahrradathleten, kommen mit den üblichen Akkus (ohne Tausch) aber weniger weit. Die hohen Durchschnittsgeschwindigkeiten von schnellen Elektrofahrrädern machen sie auf kürzeren Strecken innerorts zu den durchschnittlich schnellsten Fahrzeugen überhaupt.

Die früher zögerliche Akzeptanz für Elektrofahrräder resultierte vor allem aus der Historie der Akkumulator-Technologie. Gilt die Fahrradtechnik als ausgereift, so galt das lange Zeit nicht für die Akku-Technologie. Akkus mit geringer oder stark nachlassender Reichweite, Memoryeffekt usw. behinderten die Popularität vor allem im Niederpreissegment. Da besonders europäische Hersteller lange die Zielgruppe der über 50-Jährigen im Blick hatten, wurden lange nur entsprechend designte Räder auf dem Markt platziert. Das führte zum anfänglichen „Oma-Rad“-Image der elektrisch unterstützten Räder, welches lokal noch anhält.

Moderne Elektrofahrräder haben heute Traktionsbatterien meistens auf Basis der Lithium-Polymer-Akkumulatoren, seltener auf Basis der Lithium-Eisen-Phosphat(LiFePO4)-Akkumulatoren. Im Gegensatz zu älteren Technologien zeigen moderne Akkus deutliche Vorteile (große Energiedichte, dadurch größere Reichweite bei geringerem Gewicht, längere Lebensdauer, kein Memoryeffekt). Ein Akku muss auf die kurzzeitige maximale Stromaufnahme des Motors ausgelegt sein. Das wird bei modernen Akkumulatoren aber grundsätzlich sichergestellt. Bei älteren Bleiakkus war es nur dann gegeben, wenn man spezielle hochstromfähige Fahrakkus verwendet hat. In der Vergangenheit hielten zahlreiche E-Bike-Batterien die hohe Strombelastung auf Dauer nicht aus, weil die verwendeten Zellen nicht hochstromfest waren, was insbesondere dann zur Überlastung führte, wenn Elektrofahrräder häufig an Steigungen gefahren wurden. Auch dieses Problem wird bei modernen Akkumulatoren durch das sogenannte Batteriemanagement ausgeschlossen, ggf. wird der Stromfluss bei Überlastung bzw. Überhitzung unterbrochen.

Reichweite

Ein Akku mit einer Leistung von beispielsweise 36 V und 10 Ah (Masse 1,9–5,1 kg[12]) hat einen Energieinhalt von ca. 36 V × 10 Ah = 360 Wh (zum Vergleich: 1 kg Benzin liefert 11.500 Wh). Die Umwandlung elektrischer Energie in mechanische Arbeit erfolgt, abhängig vom Wirkungsgrad des Motors und der Motorsteuerung, unter Wärmeverlust. Typischerweise entstehen dabei Verluste von circa 25 Prozent. Somit könnte ein Pedelec mit einem 70-kg-Fahrer (Gesamtmasse ≈100 kg) rein rechnerisch bei 1,4 % Steigung 21 km weit mit Batteriestrom fahren – wobei dieses Rechenbeispiel in der Praxis niemals relevant wird, da der Fahrer bei einem Pedelec stets selber mittreten muss. Die gesamte Reichweite ist von sehr vielen Faktoren (Gewicht, Steigung, Größe des Akkumulators, Reifendruck, gewählter Unterstützungsmodus usw.) abhängig, es ist daher fast nicht möglich, eine allgemeingültige Reichweite anzugeben. Grob überschlagen liegt diese beim aktuellen Stand der Technik in Abhängigkeit all dieser Faktoren zwischen unter 40 bis hin zu über 120 km. (Selbstverständlich gilt diese Einschränkung des Aktionsradius nur für jenen Fahrbetrieb, in dem eine Motorunterstützung zur Verfügung steht). Bei einigen Modellen sind standardmäßig zwei nacheinander zuschaltbare Akkus in Gepäcktaschen untergebracht.

Nur bei Radnabenmotoren mit Direktantrieb (ohne Freilauf) ist eine Rückspeisung, die sog. Rekuperation möglich. Hier wird wie bei einem Dynamo die kinetische Energie beim Bremsvorgang in elektrische Energie zum Laden genutzt. Dadurch kann im Stadtverkehr oder Hügelgebiet die Reichweite deutlich erhöht werden. In unabhängigen Tests wurde die Reichweite um 11 % vergrößert.[13] Sowohl in Testberichten als auch in Betriebsanleitungen einiger Herstellermodelle wird darauf hingewiesen, dass auch die Außentemperatur die Reichweiten um ähnlich hohe Faktoren beeinflusst. Insgesamt werden die Einflüsse (bei gleicher Akku-Kapazität) als so vielfältig beschrieben, dass z. B. laut Derby Cycle „die grösste erzielte Reichweite bis zu 7x größer als die niedrigste Reichweite sein kann“.[14]

Der Akku kann nicht wie bei einem benzinbetriebenen Fahrzeug innerhalb von wenigen Minuten wieder „vollgetankt“ werden, ein Akkuladezyklus dauert je nach Modell mehrere Stunden.

Trotz der eingeschränkten Reichweite haben Elektroräder ein viel günstigeres Leistungsgewicht als übliche Krafträder. Kalkhoff Pedelec (2015, 396 Wh-Akku)

Lebensdauer des Akkumulators

Der Akkumulator ist nach einer bestimmten Anzahl von Lade-Entlade-Zyklen erschöpft, so dass die Reichweite zu weit absinkt. Wie viele Zyklen er ermöglicht, hängt von der Chemie des Akkus und der Qualität der verwendeten Steuerungs- und Ladeelektronik ab. Bei NiCd-Akku rechnet man mit 1000, bei NiMH mit 700 und bei Li-Ion mit 500 Zyklen. Beim Lithium-Eisen-Phosphat-Akkumulator sind Zyklenzahlen bis über 1000 möglich; danach hat sich die Kapazität auf ca. 60 % verringert. Fortgeschrittene Batteriemanagementkonzepte mit Konditionierung einzelner Zellen im Betrieb erhöhen die Lebensdauer. Sie sind insbesondere bei hochwertigen lithiumbasierten Akkus zu finden. Mehreren Untersuchungen zufolge haben Li-Ionen-Akkus eine längere Lebensdauer, wenn sie öfters nur nachgeladen werden, statt einen komplett leeren Akku stets wieder vollständig zu laden. Mehrere Teilladungen zählen dabei aber nur anteilig als Ladezyklus. Auch sollten Li-Ionen-Akkus nicht im vollgeladenen Zustand längere Zeit ungenutzt gelagert werden.

Quelle: https://de.wikipedia.org/wiki/Pedelec