Serieller-Hybrid-Antrieb von Schaeffler E-Bike ohne Kette – wartungsarm und kostengünstig

Serieller-Hybrid-Antrieb im Pedelec

Traditionell betrachtet, besteht das E-Bike als solches aus einem Antriebssystem sowie klassischer Fahrrad-Komponenten wie Kette und Zahnkranz zur Kraftübertragung. Bei einem Blick hinter die Kulissen so mancher Entwicklungsabteilung, gibt es hier und da Ansätze, das E-Bike als solches neu zu denken und entwickeln. So gibt es von Schaeffler aktuell eine interessante Konstruktion in Form eines Seriellen-Hybrid-Antriebs an einem E-Bike. Hierbei erfolgt die physische Kraftübertragung beim Pedalieren indirekt über einen Generator, der den elektrischen Strom über einen Akku an den Motor im Hinterrad leitet.

Daraus resultieren bestimmte Eigenschaften, die dieses Antriebssystem mit sich bringt. Hier reduziert sich die Wartung aufgrund der wenigen mechanischen Antriebs-Komponenten auf ein Minimum. Bisher war es wohl auch so, dass durch diese Form der Kraftübertragung das Fahrgefühl wenig homogen und indirekt vonstattenging. Mit der neuesten Entwicklung von Schaeffler soll hier durch eine überarbeitete Steuerelektronik auf Basis des Patents des Instituts für Automatisierung und Informatik der Hochschule Harz der Serielle-Hybrid-Antrieb wie ein klassisches Pedelec zu fahren sein.

Obwohl es keine klassische Schaltung gibt, verfügt der Antrieb über neun simulierte Gänge, die über eine klassische Schaltwippe betätigt werden können. Beim Fahrgefühl äußert sich diese Simulation mit einem klassischen Schalt-Ruck. Eine ähnliche Simulation einer Schaltung gibt es auch im Automobilbereich – der neue Toyota Corolla mit 2.0 l Hybrid Antrieb verfügt je nach Ausstattung ebenfalls über Schaltwippen, welche den Gangwechsel für den Fahrer simulieren um das vertraute Fahrgefühl eines „Schalters“ zu übermitteln. Das Schaltsystem des Schaeffler Antriebs lässt sich daneben aber auch, wie bei einer NuVinci Harmony H-Sync, gestalten. Hier erfolgt die Definition einer festen Trittfrequenz, das automatisierte Regelsystem setzt in diesem Zusammenspiel die Leistungsentfaltung fest.

Spannend wird es bei der Frage der gesetzlich limitierten 25 km/h Grenze für die Klassifizierung als Pedelec. Hier wird der elektrische Zufluss von Energie aus dem Akku bei Erreichen der 25 km/h Grenze gänzlich eingeschränkt, der elektrische Strom zum weiteren Vortrieb erfolgt so lediglich aus dem Generator, der über den Pedal-Trieb angeregt wird. Hierbei soll die Effizient jedoch lediglich 65 % betragen, bei 100 Watt physischer Leistung kommen also lediglich 65 Watt am Motor an.

Nach Angaben von Schaeffler war hier zunächst unklar, ob diese Form der Kraftübertragung den Vorschriften einer Klassifizierung als Pedelec gerecht wird – das Verkehrsministerium hat hier nun wohl grünes Licht gegeben.

Die Antriebs-Komponenten um Generator und Motor sollen auf eine Laufleistung von 50.000 Kilometer ausgelegt sein, das primäre Einsatzszenario ist ausgerichtet auf Leih-Räder, da hier durch den geringen Wartungsaufwand die Kosten im Unterhalt klein gehalten werden können.

Eigenschaften

• Keine Einschränkungen in Design und Funktionalität gerade bei Lastenrädern oder Fahrzeugen mit speziellen Bauformen – die Verwendung rein elektrischer Komponenten ermöglicht Gestaltungsoptionen, die mit mechanischen Komponenten nicht möglich sind
• Kosten- und Aufwandsreduktion in der Produktion – durch den Entfall des mechanischen Teils des Antriebsstrangs wird die Produktion sehr viel einfacher als bei derzeitigen Pedelecs
• Kein Verschleiß und keine Wartung des Antriebsstrangs – die Nutzung von kompakten und robusten elektrischen Komponenten ermöglicht die Wartungsfreiheit des Systems
• Fahrgefühl und Dynamik besser als bei einem konventionellen Pedelec – der Einsatz leistungsstarker Motoren und Generatoren in Kombination mit einem Akku und speziellen Regelalgorithmen ermöglichen Fahrleistungen die über denen eines konventionellen Pedelecs liegen
• Einsatz in Pedelecs und S-Pedelecs – der Antriebsstrang ist so ausgelegt, dass er sowohl bei Pedelecs (bis 25 km/h) als auch bei S-Pedelecs (bis 45 km/h) eingesetzt werden kann
• Ersatz der mechanischen Schaltung durch eine elektronische Hand- oder Automatikschaltung
• Frei wählbarer und an die Fahrsituation angepasster Grad der Unterstützung einstellbar – die Verwendung eines Akkus ermöglicht die Unterstützung des Pedalantriebs durch elektrische Energie
• Rückgewinnung (Rekuperation) von Bremsenergie – die beim Bremsen entstehende Energie wird dem Akku zugeführt und ermöglicht so eine optimalere Energieausbeute
• Laden des Akkus während der Fahrt – erzeugt man durch den Pedalantrieb eine höhere Leistung als die die für das Fahren benötigt wird, kann man während der Fahrt den Akku laden und somit die Reichweite ausdehnen

Haben Seriell-Hybrid-Antriebe eine Zukunft? Was haltet ihr von dieser Entwicklung?