Eigenleistung beim E-Bike berechnen

[DaXod]

Hallo zusammen!

Ich bin mir nicht sicher ob der Titel erklärt was ich meine.

Folgendes interessiert mich brennend:

Ein E-bike benötigt durch das höhere Eigengewicht ja mehr Leistung um eine gewisse Anzahl an HM zu bewältigen. Genau dieses Mehr an Leistung interessiert mich.

Folgende Prämisse:
Zwei Fahrräder
a) Biobike 12 kg
b) E-bike 22 kg (Motor aus, kein Widerstand)

Beide Räder ohne Reibungswiderstände etc., das heißt 100% Kraft werden in Vortrieb umgewandelt.
Wie viel Leistung muss ich bei beiden Rädern bringen um sie in gleicher Zeit eine Höhendifferenz von z.B. 1000hm zu bewegen?

Hintergrund der Frage:
Auf wie viel Leistung muss ich einen Motor beschränken um nur das höhere Eigengewicht zu kompensieren?

Ja ich weiß, alles sehr theoretisch. Trotzdem würde mich eine ungefähre Hausnummer sehr interessieren!
Wäre schön wenn mir da jemand helfen könnte!

Schöne Grüße!

 

[Pi80]

auf die Schnelle würde ich folgerndermaßen vorgehen...


1. Gewicht Fahrer = 65kg. Macht zusammen mit den Bikes ein Gesamtmasse von 77kg zu 88kg oder 14% Gewichtsunterschied aus.

2. Hangabtriebskraft (gewichtsabhängig) vernächlässige ich mal. Für die potentiele Energie Epot gilt. Epot =m*g*h
g und h sind konstant, ergo musst du 12% mehr potentielle Energie aufbringen.

3. Ich mache jetzt auch einmal die Annahme, dass beide Radfahrer mit der gleichen Momentangeschwindigkeit den Berg hochfahren (nicht nur Durchschnittsgeschwindigkeit). Sie fahren also nebeneinander her. Für die kinetische Energie gilt: Ekin= 1/2m*v^2. Auch hier beträgt der unterschied also 14%.

4. Für die Gesamtenergie gilt Eges = Ekin + Epot. Die Gesamtenrgie ist beim EBike-Fahrer also 14% höher. (Achtung: Prozentrechnung!- die 14 Prozent werden nicht addiert)

5. Leistung ist Arbeit durch Zeit, bzw. Energie durch Zeit. P = W / t = E / t. Durch die oben genannte Annahme, das die Zeit die Gleiche ist, folgt daraus das die Leistung ca. 14% mehr

Wie gesagt...ist eine ganz einfache Annahme, bei welcher sehr viele Faktoren eliminiert sind...
Ich hoffe ich hab jetzt keinen Denkfehler

 

[DaXod]

Danke Pi80, so erscheint mir das auch logisch.

Wenn wir jetzt konkret werden und sagen die Strecke habe 15% Steigung, also schon relativ steil, und beide fahren mit 7 km/h,
wie viel Leistung muss dann der Normalo leisten? Dass der Ebiker 14% mehr leisten muss haben wir ja bereits festgestellt...

 

[Das-Licht]

https://www.emtb-news.de/forum/threads/wattleistungsmessung-mit-bosch-nyon.625/#post-10526

...Du kannst das auch in der Praxis "erfahren".

Ähnliche Gedanken werden immer wieder irgendwo verfolgt. Das Problem ist, das wir keine stetigen Maschinen sind, sondern Organismen.

https://www.rennrad-news.de/forum/t...tfrequenz-bei-zielherzfrequenzvorgabe.126376/

Ich habe für ,mich meinen Körper und meine Art zu fahren festgestellt, dass ich im Schnitt 15% Motorleistung benötige, um das Fahrradmehrgewicht und den Antriebsverlust "pedal to wheel" von Motor, Getriebe und Kette, ins Verhältnis zu einem MTB ohne Motor zu bringen. Und somit liege ich mit meinen Praxistests doch auf einer Linie mit der Theorie von 14% aus Pi80s Berechnungen.

Es gibt da dieses Tool:
http://kreuzotter.de/deutsch/speed.htm

Da läge (bei den dortigen Default Werten) Die Differenz bei 252 Watt (12 Kg) gegenüber 282 Watt (22 Kg).

Am Kreuzottertool gibt es jedoch auch Einiges an Kritik. So bliebe nach diesem Tool unabhängig von der Trittfrequenz und dem daraus resultierendem unterschiedlichem Drehmoment, die Wattleistung immer gleich. Wer ein Bosch Nyon hat, oder mal eine sportmedizinische Untersuchung gemacht hat, weiß, dass eine niedrigere Trittfrequenz mehr Drehmoment für die gleiche Geschwindigkeit erfordert, und somit auch die körperliche Wattleitung höher ist, denn das höhere Drehmoment wird über eine höhere Herzfrequenz erzeugt. Was da dann medizinisch alles hintendran hängt, ist eine Wissenschaft für sich.

Deine Frage..."Wie viel Leistung muss ich bei beiden Rädern bringen um sie in gleicher Zeit eine Höhendifferenz von z.B. 1000hm zu bewegen?" ließe sich nur sehr individuell beantworten. Bist Du groß, kräftig, konditionell austrainiert, haben die 10 Kg Fahrradgewichtsunterschied einen geringeren Anteil an der Gesamtleistungsdifferenz als ob Du klein, schmächtig und untrainiert, oder gar klein, alt, adipös und untrainiert bist.

Im MTB Forum gibt es einige "Cracks" , die behaupten, beim Pedelec würde man ja nur pseudopedalieren. In der Tat reichen rechnerisch 83 Watt Eigentrittleistung, um im Turbomodus in der Ebene 25 Km/h zu fahren. Wer nun jung (HF von 220 möglich) groß (langer Hebel aufs Pedal) und als Profiradler austrainiert ist, und eine Durchschnittstrittleistung von 350 Watt bringt, der empfindet 80 Watt in der Tat gar als "anstrengend" weil er ja nur die Beine "fallen lässt". Die 83 Watt sind unterer Durchschnitt des normalen Radfahrers. Als trainierter MTBler wirst Du so zwischen 150-200 Watt Dauerleistung bringen.
http://www.mountainbike-transalp.at/index_126_126_72_1000000458_1_0__.html

An all diesen Parametern siehst Du, dass man Deine Frage nur individuell auf die Person zugeschnitten beantworten könnte, jedoch pauschal 15% als Schätzwert für einen Hobbymountainbiker zwischen 30 und 60 Jahren bei einem BMI zwischen 20 und 24 und einer Körpergröße von 170-190cm annehmen darf.

 

[DaXod]

@Das-Licht Wow, das ist mal eine sehr ausführliche Antwort - herzlichen Dank dafür!
Da ich mein Rocky nicht unter 20%, also 50W einstellen kann weiß ich jetzt zumindest dass ich ein wenig über der Geschwindigkeit eines Biobikes unterwegs sein dürfte Diese Antwort habe ich gesucht, danke nochmal

 

[Pi80]

Ich möchte nur kurz anmerken, dass ich der Ausführung oben aus technischer Sicht nicht 100% nachfolgend kann. Gerade den Abschnitt mit der Leistung.

Leistung ist bei allen "Drehmaschinen" das Produkt aus Drehzahl und Drehmoment. Egal ob Verbrennungsmotor, Elektomotor oder eben ein Mensch welcher einen Hebel bewegt.
Um genau zu sein gilt P=2*Pi*M*n , wobei die Leistung P in KW, die Drehzahl n in 1/s und das Drehmoment M in NM eingesetzt werden muss.
Insofern stimmt es, dass das Drehmoment (also letztendlich die Kraft mit der die Kurbel gedrückt wird) erhöht werden muss, wenn die Trittfrequenz abnimmt und die Geschwindigkeit konstant gehalten werden soll. Für eine konstante Geschwindigkeit bleibt also die Leistung konstant, egal ob diese über n oder M "geregelt" wird. Daher ist der Satz das auch die körperliche Leistung verändert für mich verwirrend. Das man mehr Drehmoment, also mehr Kraft auf der Kurbel, anders wahr nimmt, mag sein. Die Leistung die der Körper in Verbindung mit der Trittfrequenz abgibt, bleibt aber gleich...

Zu der genauen Werten. Einfach deine Werte als SI Größen in die oben genannten Formeln einsetzen. Sollte für eine erste Annäherung ausreichen...

 

[Lothar]

Also ich hab tatsächlich die Erfahrung gemacht, dass sich die körperliche Belastung trotz gleicher Leistung, abhängig von der Trittfrequenz ändert.
Sofern mein Nyon nicht lügt, kann ich bei TF um die 70U/min recht lange Anstiege mit 350W Eigenleistung fahren. Erhöhe ich die TF auf 90-100 sind die 350W zwar kurzzeitig viel leichter zu treten, aber ich komme dann recht schnell ausser Puste und meine Leistung bricht rapide ein.

 

[Pi80]

Ich glaub ich vertstehe schon was du meinst...
Nur laut meinen Verständnis bleibt die Leistung, welche dein Körper verrichtet gleich. Dein KoKörp reagierte nur anders auf die gesteigerte Kraft, welcher er abgeben muss...

 

[Das-Licht]

Hallo Pi80, ja, mathematisch, mechanisch und auch von der allgemeinen Lehre des Energieeinsatzes - an Maschinen!!! - stimmt das. Doch wie ich schrieb, Menschen sind da sehr individuell. Ein Bodybuilder wird mit einer niedrigen Trittfrequenz problemlos zurecht kommen. Ein Rennradfahrer könnte da als Dauerlast nicht mithalten. Umgekehrt bei einer hohen Trittfrequenz. Wenn Wir also nun versuchen den Menschen als Maschine zu sehen; als Verbrennungsmotor (und dieser Vergleich hinkt nicht nur, er ist kaum so darstellbar, doch ich möchte bei Deinem Vergleich bleiben) dann stelle Dir unterschiedliche Motoren vor. Je nach Konstruktion gibt es einen idealen Wirkungsgrad (Leistung in KW) bei einer bestimmten Drehzahl. Ein Dieselmotor (Bodybuilder) hat den bei 3.000 U/Min und ein Benzinmotor bei 6.000 U/Min (Radrennfahrer). Befindet man sich außerhalb dieses Drehahlbereiches und verlangt dem Motor weiterhin die - drehzahlabhängige - Maximalleistung ab, erhöht sich der Treibstoffverbrauch sehr deutlich. Und irgendwann "säuft der Motor ab" wenn er zu niedertourig gefahren wird, oder er "raucht ab" wenn er zu hochtourig gefahren wird.

So ist das auch beim Menschen, nur viel individueller. Laktatbildung, Sauerstoffsättigung, Lungenvolumen, maximale Herzfrequenz, etc. . Sehr viele Parameter spielen da mit rein. Und so hat auch jeder Mensch einen idealen Wirkungsgrad. Befindet sich der Mensch abseits dessen, (Beispiel) steigt der Blutdruck und die Herzfrequenz, mehr Sauerstoff wird aufgenommen und verbrannt als erforderlich, da immer weniger zur Kraftentfaltung zwecks Fortbewegung anfällt, sondern um die restlichen Systeme zu temperieren, mit Druck zu versorgen, mit Energie (Kalorien) zu versorgen.

Nach Deiner rein mathematischen These müsste ein Downhillfahrer eigentlich nur knapp über dem Ruhepuls liegen. Er wiegt seinen Körper etwas hin und her und macht lediglich ein paar halbherzige Kniebeugen. Doch neben der - oft weit unterschätzten - notwendigen Bewegungsenergie, erfordert der Stress, die Konzentration eine gehörige Menge Energie. Der Puls liegt da locker über 160HF mit entsprechender körperlicher Wattleistung die ein Trittsensor nicht messen kann. Hohe Geschwindigkeit, ohne Drehzahl.

Um es auf den Punkt zu bringen: Die Wattleistung an der Pedale mag beim Bodybuilder und beim Rennradfahrer die Gleiche sein. Die körperliche Wattleistung hingegen ist sehr unterschiedlich. Der Bodybuilder benötigt bei TF40 für die Strecke a-b bei Geschwindigkeit vx etwa ein Kilogramm Reis und bei TF80 eineinhalb Kilo Reis. Beim Rennradler ist es umgekehrt. Du beziehst Dich auf die erbrachte Leistung an der Kette und ich beziehe mich auf die erforderliche Leistung um ebenjene Leistung an die Kette zu bringen. Nicht dass Wir aneinander vorbei reden.

 

[Pi80]

Den Vergleich mit den Motor wollte ich auch schon bringen

Ich will auch nicht darauf herum reiten.
Ich gebe dir im Grunde ja auch Recht bis auf den Schluss und verstehe eigentlich was du sagen willst.

Aber die körperliche Wattleistung ist eben nicht unterschiedlich (Energieerhaltung usw.), wohl aber der "Wirkungsgrad", sprich wie gut der Körper mit seinen Ressource bei unterschiedlichen Parametern umgeht. Um eine Geschwindigkeit x zu halten braucht man eine gewisse Leistung. Dabei ist es eben egal, ob die Leistung mit mehr Drehmoment oder einer höheren Trittfrequenz erzeugt wird. Die Leistung, die der Körper erzeugen muss ist gleich, nur der eine Körper kann besser mit einer hohen Frequenzen "umgehen" der andere mit Kraft und er verbraucht daher seinen Energiespeicher mehr oder weniger schnell.

Aber ich will es damit gut sein lassen. Wie gesagt, ich hab schon von vorneherein verstanden was du willst. Mich hat nur der Punkt mit der "körperlichen Leistung" gestört...

 

[joerghag]

...
Sofern mein Nyon nicht lügt, kann ich bei TF um die 70U/min recht lange Anstiege mit 350W Eigenleistung fahren. Erhöhe ich die TF auf 90-100 sind die 350W zwar kurzzeitig viel leichter zu treten, aber ich komme dann recht schnell ausser Puste und meine Leistung bricht rapide ein.

Ich würde mal sagen, dein Nyon möchte Dir schmeicheln.
Wenn du 350W Eigenleistung mit 70 U/min „recht lange“ fährst,
frage ich mich ernsthaft, warum du ein eMTB hast, das schaffen nämlich nur
wirklich gut trainierte Bio-Biker.

 

[Lothar]

Den schmeichelnden Verdacht hab ich auch immer. Aber wenn ich mal meine Werte für ebene Strecke bei 250W eingebe, so errechnet mir kreuzotter.de eine Geschwindigkeit von 29,6km/h. Leider geht die Berechnung dort nur mit Hardtail bis 1,75" Reifen, ich bin aber mit Fully auf 2,2" Reifen unterwegs und ich fahre auf ebenem Asphalt damit um die 27km/h, von daher kann das Nyon eigentlich gar nicht so extrem daneben liegen.
Auf Bio umzusteigen hab ich mir echt schon überlegt, aber langweilige Anstiege dann mit Schrittgeschwindigkeit hochkurbeln zu müssen schreckt mich irgendwie zu stark ab.

 

[verbali]

wen du die Unterstützung des eMTB so einstellen willst das es sich fährt wie dein BIO MTB, dann sind die rechnerischen Ansätze hier echt gut.
Ich würde das vielleicht etwas subjektiver versuchen.
ich würde mir ne Kleine Runde ums haus suchen und gucken wie schnell ich die mit dem MTB fahre, ganz normal, und welche Geschwindigkeit auf der gerade erreicht wird.

Dann würde ich mich mit der Unterstüzung beim eMTB daran tasten das ich bei "gefühlt" gleichem Krafteinsatz ungefähr gleich schnell bin.

 

[LukE85]

Interessantes Thema,
ich denke auch die Annahmen sind schon so ganz Ok, allerdings möchte ich trotzdem noch einmal darauf hinweisen dass es bewiesen ist dass Menschen bei höheren Trittfrequenzen leistungsfähiger sind, ganz unabhängig ob Bodybuilder oder Rennradathlet. Das lässt sich auch weder an- oder heraustrainieren. Liegt wohl irgendwo an der komplexen Biomechanik z.B. Wadenpumpe usw.. das wird ganz leicht klar, dass wenn man 100Kg 6 mal stämmen kann, kann man 50 Kg nicht 12 mal stämmen sondern eher 30 Mal. Dabei würde es mechanisch die gleich Leistung bei 12 x ergeben. Die Muskelermüdung hängt also stark progressiv vom Krafteinsatz ab.

Zudem habe ich eine Beobachtung gemacht die mir schlüssig erscheint und möchte Sie euch mitteilen

Viele Radfahrer mit richtig dicken Waden / Beinen fahren eher niedrigere TF als die Asketen. Für mich liegt der Grund darin, dass der Asket keine Probleme damit hat die "Verlustleistung" zu Treten um die Beschleunigung seiner Beinmasse zu erzeugen. Diese geht nämlich nicht in den Vortrieb sondern allein in die Bewegung der Beine und dieser komplexen Kurbelmechanik. Das kann auch keine Leistungskurbel messen. Der Bodybuilder dagegen muss vielleicht 50 Kg Beine Beschleunigen, da ist die Verlustleistung wahrscheinlich deutlich höher. Dazu kommt natürlich die höhere Kraft die um unteren Belastungsbereich auch nicht der Muskelermüdung in so starker Form unterliegen, wurde ja schon aufgeführt.


Apropos Leistung, war am WE beim Roc d'Ardenne und habe gesehen dass der Sieger die 86km und 2400hm in 3:40 geschafft hat und daher nen Schnitt von um 24 Km/h hatte. BIO !!!