Ein Mittelmotor ist nicht auf jeder Strecke automatisch effizienter als ein Nabenmotor. Auf hügeligen Routen, bei häufigem Anfahren und bei niedriger Geschwindigkeit kann der Mittelmotor im Vorteil sein, weil er die Fahrradschaltung nutzt und dadurch häufiger in einem günstigen Drehzahlbereich arbeitet. Auf einer gleichmäßigen, flachen Strecke kann ein passend ausgelegter Nabenmotor ähnlich sparsam oder sogar sparsamer fahren. Ein belastbarer Vergleich gelingt nur, wenn Strecke, Tempo, Unterstützungsleistung und weitere Fahrbedingungen übereinstimmen.
Für eine erste Einordnung gilt: Viele Steigungen und wechselndes Tempo sprechen eher für den Mittelmotor. Lange, flache Abschnitte mit gleichmäßiger Geschwindigkeit können dem Nabenmotor liegen. Die Motorbauart allein entscheidet jedoch nicht über den Akkuverbrauch.
Warum dieselbe Strecke noch keinen fairen Vergleich ergibt
Zwei E-Bikes können denselben Weg zurücklegen und trotzdem sehr unterschiedliche elektrische Arbeit verrichten. Der Fahrer des einen Rades tritt möglicherweise kräftiger mit, das andere Rad hat breitere Reifen oder eine aufrechtere Sitzposition. Auch Wind, Gesamtgewicht, Reifendruck, Schaltweise und Unterstützungsabstimmung verändern den Energiebedarf.
Eine gleich bezeichnete Unterstützungsstufe ist ebenfalls keine gemeinsame Messgröße. Die mittlere Stufe eines Systems kann mehr oder weniger Motorleistung bereitstellen als die mittlere Stufe eines anderen Systems. Selbst ein identisches Fahrgefühl beweist nicht, dass beide Antriebe dieselbe elektrische Unterstützung liefern.
Für den Vergleich ist der Energieverbrauch in Wattstunden pro Kilometer sinnvoller als die Akkuanzeige in Balken oder Prozent. Prozentwerte sind nur innerhalb desselben Akkus direkt vergleichbar, weil zehn Prozent eines großen Akkus mehr Energie enthalten als zehn Prozent eines kleineren Akkus. Bei bekannter nutzbarer Akkukapazität lässt sich ein Näherungswert bilden:
Verbrauch in Wh/km = verbrauchte Akkuenergie in Wh ÷ gefahrene Strecke in km
Zeigt ein 500-Wh-Akku nach einer Vergleichsfahrt beispielsweise einen rechnerischen Verbrauch von 20 Prozent, entsprechen das näherungsweise 100 Wh. Auf 25 Kilometern wären dies etwa 4 Wh/km. Die Rechnung ist nur eine Orientierung, weil Prozentanzeigen häufig gerundet sind und die tatsächlich nutzbare Kapazität vom Nennwert abweichen kann.
Der Mittelmotor nutzt die Übersetzung des Fahrrads
Der Mittelmotor leitet seine Kraft über Kette oder Riemen und die gewählte Übersetzung an das Hinterrad weiter. Ein niedriger Gang lässt den Motor bei geringer Fahrgeschwindigkeit vergleichsweise schnell drehen. Das ist vor allem am Berg, beim Anfahren und auf langsamen Abschnitten nützlich: Der Antrieb muss nicht zwangsläufig bei sehr niedriger Motordrehzahl ein hohes Drehmoment erzeugen.
Dieser Vorteil hängt unmittelbar von der Schaltweise ab. Wer mit zu großem Gang langsam einen Anstieg hochfährt, zwingt auch einen Mittelmotor in einen ungünstigen Arbeitsbereich. Rechtzeitiges Herunterschalten kann dann den Akkuverbrauch und die thermische Belastung verringern. Es macht aus einem schlecht abgestimmten oder überlasteten System jedoch keinen hocheffizienten Antrieb.
Der Kraftweg über Kette, Kettenblatt, Ritzel und gegebenenfalls eine Nabenschaltung verursacht außerdem mechanische Verluste. Verschmutzte oder stark verschlissene Antriebsteile erhöhen diese Verluste. Der Mittelmotor hat daher keinen pauschalen Wirkungsgradvorteil; sein wesentlicher Nutzen ist die Anpassungsfähigkeit durch die Fahrradübersetzung.
Der Nabenmotor ist direkt an die Raddrehzahl gebunden
Ein Nabenmotor treibt das Vorder- oder Hinterrad an, ohne die Fahrradschaltung für seine Motordrehzahl zu nutzen. Seine Drehzahl folgt damit der Radgeschwindigkeit. Bei einer gleichmäßigen Fahrt in dem Geschwindigkeitsbereich, für den der Motor ausgelegt wurde, kann dieser kurze Kraftweg effizient sein. Die Kette überträgt dabei überwiegend die Leistung des Fahrers und nicht zusätzlich das Motordrehmoment.
Bei langsamer Fahrt unter hoher Last kann sich das Bild ändern. An einem steilen Anstieg dreht das Rad langsam, während der Motor viel Kraft liefern soll. Je nach Bauart und Auslegung können Stromaufnahme und Wärmeverluste dann steigen. Ein Mittelmotor kann in derselben Situation durch einen kleineren Gang eine passendere Motordrehzahl erreichen.
Nabenmotor ist allerdings keine einheitliche technische Kategorie. Ein getriebeloser Direktläufer und ein Nabenmotor mit internem Getriebe unterscheiden sich bei Gewicht, Drehzahlverhalten, Freilauf und Verlusten. Auch Vorder- und Hinterradantrieb verändern Traktion und Fahrverhalten, liefern aber für sich allein noch keine verlässliche Aussage zum elektrischen Wirkungsgrad. Ein Bauartvergleich ohne Angaben zum jeweiligen Motor bleibt daher eine Tendenz und keine Rangliste.
Welche Bauart unter welchen Bedingungen eher weniger Energie benötigt
- Steile oder längere Anstiege: Der Mittelmotor hat meist den günstigeren technischen Ansatz, sofern ein passender kleiner Gang gewählt wird und der Fahrer mittritt.
- Häufiges Anfahren und langsame Passagen: Auch hier hilft dem Mittelmotor die wählbare Übersetzung. Ein Nabenmotor arbeitet bei niedriger Raddrehzahl nicht zwangsläufig in seinem günstigsten Bereich.
- Flache Strecke mit konstantem Tempo: Ein passend ausgelegter Nabenmotor kann sehr effizient arbeiten. Der Mittelmotor erhält in dieser Situation aus seiner Schaltungsanbindung nicht automatisch einen Vorteil.
- Stark wechselndes Gelände: Der Mittelmotor kann sich über die Gangwahl besser an unterschiedliche Geschwindigkeiten und Lasten anpassen. Voraussetzung ist eine vorausschauende Schaltweise.
- Schlecht gepflegter Fahrradtrieb: Ein verschmutzter oder verschlissener Kettenantrieb belastet den Mittelmotorvergleich stärker, weil Fahrer- und Motorleistung über diesen Weg laufen. Beim Nabenmotor betrifft die zusätzliche Reibung weiterhin die Gesamtfahrt, aber nicht dessen direkten Kraftweg zum Rad in gleicher Weise.
Diese Zuordnung beschreibt typische Betriebsbedingungen. Sie ersetzt keine Messdaten der tatsächlich verglichenen Motoren. Motorsteuerung, Wicklung, internes Getriebe, Laufradgröße, Systemgewicht und Leistungsabstimmung können das Ergebnis verschieben.
Eine Vergleichsfahrt, die brauchbare Ergebnisse liefert
Für eine aussagekräftige Gegenprobe sollten beide Räder möglichst dieselbe äußere Arbeit leisten. Ein einzelner Durchlauf reicht bei Wind, Verkehr und schwankender Eigenleistung meist nicht aus. Sinnvoll ist folgende Reihenfolge:
- Wähle eine feste Rundstrecke mit flachem und gegebenenfalls hügeligem Abschnitt. Start und Ziel am selben Ort reduzieren den Einfluss unterschiedlicher Höhenlagen.
- Prüfe Reifendruck, schleifende Bremsen und freien Lauf der Räder. Nutze vergleichbare Reifen und ein ähnliches Gesamtgewicht, soweit dies möglich ist.
- Lade beide Akkus unter passenden Bedingungen und lasse sie vor dem Start auf eine ähnliche Temperatur kommen. Kälte kann die entnehmbare Energie und die Anzeige beeinflussen.
- Fahre mit möglichst gleichem Tempo, gleicher Sitzposition und vergleichbarer Eigenleistung. Ein Leistungsmesser an der Kurbel oder am Pedal wäre dafür genauer als das Fahrgefühl, ist aber nicht zwingend vorhanden.
- Vergleiche nicht bloß gleich benannte Unterstützungsstufen. Besser ist eine ähnlich hohe Motorunterstützung bei gleichem Tempo und vergleichbarer Fahrerleistung.
- Wiederhole die Fahrt in umgekehrter Reihenfolge oder an einem weiteren Tag. So fällt eine einzelne Wind-, Verkehrs- oder Temperaturabweichung weniger stark ins Gewicht.
- Berechne den Verbrauch in Wh/km, sofern das System ausreichend genaue Energiedaten bereitstellt. Eine grobe Akku-Prozentanzeige erlaubt nur eine entsprechend grobe Bewertung.
Weichen die Ergebnisse nur wenig voneinander ab, lässt sich daraus ohne genaue Messgeräte kein sicherer Effizienzsieger ableiten. Dann können Anzeigeauflösung, Eigenleistung oder Wetter bereits größer sein als der tatsächliche Unterschied zwischen den Antrieben.
Akkuverbrauch ist nicht dasselbe wie Motorwirkungsgrad
Der gemessene Verbrauch des gesamten E-Bikes umfasst mehr als die Umwandlungsverluste im Motor. Steuerung, Verkabelung, Display und weitere Systemkomponenten benötigen ebenfalls Energie. Vor allem muss der Akku aber die Fahrwiderstände überwinden helfen: Luftwiderstand, Rollwiderstand, Steigung und Beschleunigung bestimmen einen großen Teil des Bedarfs.
Bei höherem Tempo nimmt der Luftwiderstand stark zu. Ein aerodynamisch ungünstigeres Rad kann deshalb trotz effizientem Motor mehr Akkuenergie benötigen. Auf einer Steigung fallen dagegen Gesamtgewicht, Höhengewinn und Fahrweise besonders ins Gewicht. Ein Vergleich von zwei kompletten E-Bikes bewertet somit immer das Gesamtsystem und nicht isoliert den Wirkungsgrad des Mittel- oder Nabenmotors.
Auch Rekuperation macht einen Nabenmotor nicht automatisch zum sparsameren Konzept. Eine Energierückgewinnung ist nur bei dafür ausgelegten Systemen möglich und kann nicht die gesamte zuvor für Beschleunigung oder Höhengewinn eingesetzte Energie zurückholen. Roll-, Luft- und Umwandlungsverluste bleiben bestehen.
Die passende Entscheidung hängt vom Streckenprofil ab
Für eine überwiegend bergige, langsame oder stark wechselnde Strecke bietet der Mittelmotor meist die bessere Voraussetzung, weil die Gangwahl den Motorbetrieb an die Fahrsituation anpassen kann. Auf flachen Pendelwegen mit wenig Beschleunigung kann ein passend dimensionierter Nabenmotor mindestens ebenso sinnvoll sein; ein genereller Mehrverbrauch folgt aus seiner Position im Rad nicht.
Wer bereits zwei Räder zur Auswahl hat, sollte nicht nach dem Motorort entscheiden, sondern eine wiederholte Vergleichsfahrt auswerten. Wer ein E-Bike auswählt, sollte neben dem Streckenprofil auch Fahrgefühl, Schaltaufwand, Wartung, Gewicht und die Unterstützung des gesamten Systems berücksichtigen. Die effizientere Bauart ist am Ende diejenige, deren Motor bei der typischen Geschwindigkeit und Last häufig in einem günstigen Arbeitsbereich läuft und deren Fahrrad als Gesamtsystem zur Strecke passt.
