Elektrofahrrad Mittelmotor vs. Nabenmotor: Ein Vergleich

Eine neue Generation von E-Rennrädern und E-Gravel-Bikes etabliert sich gerade am Markt - und genau hier gibt es große Unterschiede bei Funktion, Performance und Preis. E-Antriebe sieht man immer häufiger, nicht nur bei super performanten E-MTBs und schicken urbanen E-Bikes, sondern auch an Rennrädern und Gravel-Bikes. Dabei trifft man sie am häufigsten in einer von zwei Konfigurationen an: Entweder mit Mittelmotor im Tretlagerbereich oder mit Nabenmotor in der Radachse. Gerade rund um das Thema Nabenmotor herrscht allerdings noch viel Unklarheit und Aufklärungsbedarf. In der E-Bike-Community gilt der Nabenmotor als kleiner Bruder des Mittelmotors. Dabei haben beide Systeme ihre Vor- und Nachteile.

Was ist das Drehmoment des Motors?

Die Kraft des Motors wird Drehmoment genannt, das in Newtonmeter (Nm) angegeben wird. 10 Newton entsprechen 1 kg. Angenommen ein Motor hat 100 Nm und man befestigt einen 1 Meter langen Stock am Motor, dann kann dieser an der Spitze des Stockes 10 kg heben.

Wie vergleicht man das Drehmoment der Motoren?

Zunächst ist es wichtig zu wissen, um welchen Antriebsmotor es sich handelt:

• Radnabenmotor (Nabenmotor): Ein Radnabenmotor befindet sich meist im Rad und treibt mit einer Kette direkt die Hinterachse an.
• Mittelmotor: Ein Mittelmotor befindet sich am Tretlager und treibt über eine Kette und eine Nabe das Rad an.

Um die Kraft vergleichen zu können, muss die Kraft an der gleichen Stelle untersucht werden. In diesem Artikel wird die Kraft auf das Antriebsrad untersucht. Das ist die Kraft, die das Fahrrad tatsächlich aufbringen kann.

Zum Vergleich des Drehmoments muss man ausrechnen, welches Drehmoment auf das Antriebsrad gelangt. Für Fahrräder mit Nabenmotor im Rad ist dies einfach. Das entspricht dem Drehmoment des Motors. Bei Fahrrädern, wobei der Nabenmotor das Rad über eine Kette antreibt, muss das Übersetzungsverhältnis (wie schnell dreht sich das eine Kettenrad im Verhältnis zum anderen) zwischen den Zahnrädern am Motor und Rad berücksichtigt werden.

Letzteres gilt auch für den Mittelmotor, wobei jedoch das Übersetzungsverhältnis zwischen dem Tretlager und dem Hinterrad berücksichtigt werden muss. Hierbei muss die Nabenschaltung berücksichtigt werden. Die Nabe hat aufgrund des Schaltens einen negativen Einfluss auf das Drehmoment.

Das Drehmoment eines Radnabenmotors wird an der Motorachse gemessen, worum der Motor sich dreht. Bei einem Mittelmotor wird das Drehmoment am Tretlager gemessen. Aus diesem Grund sind die Motoren nicht direkt miteinander vergleichbar.

Wichtig zu erwähnen ist, dass das Drehmoment nicht vom Radumfang abhängt. Ob der Motor ein großes oder kleines Rad antreibt, ist für das Drehmoment nicht entscheidend.

Easy Rider Dreirad mit Radnabenmotor verglichen mit 2 Mittelmotoren

In der Grafik sehen Sie das Drehmoment des Easy Rider Dreirad im Vergleich zu 2 Mittelmotoren.

Hier ist gut zu erkennen, dass das Drehmoment des Mittelmotors mit 85 Nm am Anfang stärker ist, bei höherer Geschwindigkeit jedoch geringer wird und sogar unter das Drehmoment des Nabenmotors fällt. Hierbei wird die Schaltung berücksichtigt: Bei einer Trittfrequenz von 40 UPM (Umdrehungen pro Minute) wird in den nächsten Gang geschaltet. Man hat sich auf 40 UPM festgelegt, da die Zielgruppe von vanRaam häufig mit dieser Geschwindigkeit fährt.

Darüber hinaus ist zu erkennen, dass ein Mittelmotor von 48 Nm im gesamten Verlauf des Drehmoments nur für kurze Zeit etwas stärker als ein Radnabenmotor ist. Mit dem Bosch CX haben Sie bis 5 km/h etwas mehr Kraft, danach werden Sie jedoch weniger Kraft als bei einem Easy Rider Dreirad mit einem Radnabenmotor haben.

Ab einer Radfahrgeschwindigkeit von ungefähr 6 km/h ist das Drehmoment eines Easy Rider mit Radnabenmotor stärker als ein Mittelmotor.

Zusammenfassend: Wie vergleicht man das Drehmoment?

Das Drehmoment eines Mittelmotors ist nicht ohne Weiteres mit dem Drehmoment eines Radnabenmotors vergleichbar. Das Drehmoment des Motors muss in das Drehmoment des Antriebsrades umgerechnet werden, einschließlich aller Übersetzungsverhältnisse. Darüber hinaus ist es bei einem Mittelmotor wichtig, die Nabenschaltung und den eingestellten Gang zu berücksichtigen.

Das Drehmoment der vanRaam Motoren ist bei einer höheren Geschwindigkeit stärker als das Drehmoment eines Mittelmotors.

Warum Front- und Heckmotor anstelle von Mittelmotor?

Der Motor der Tretunterstützung befindet sich bei den vanRaam Fahrrädern im Vorderrad, im Hinterrad oder auf der Hinterachse zwischen den Rädern. Aber warum eigentlich? Und was ist der Vorteil eines Frontmotors, Heckmotors und eines Motors auf der Hinterachse im Gegensatz zum zum Mittelmotor?

Mittelmotor und Nabenmotor im Vergleich

Der Mittelmotor dominiert den E-Bike-Markt. Das kann man in jedem Shop und auf Tour deutlich sehen. Das Aus für die Konkurrenten? Nein. Insbesondere der Nabenmotor bringt sich derzeit wieder kraftvoll ins Spiel zurück. Wir haben die beiden Systeme verglichen und erklären, welcher Antrieb zu welchem Radtyp passt.

Das Funktionsprinzip der Systeme

An den Anblick eines E-Bikes mit Mittelmotor hat man sich längst gewöhnt: Der Antrieb sitzt im unteren Zentrum des Rahmens im Tretlager. Und diese Position bewirkt unmittelbar einen seiner Vorteile, denn das Gewicht sorgt für einen niedrigen Schwerpunkt - was der Fahrstabilität eines E-Bikes sehr zu Gute kommt. Dazu bei trägt die Position des ebenfalls schweren Akkus in oder am Unterrohr. Die Kraft des Motors wird im Tretlager eingespeist und über die Kette ans Hinterrad übertragen. Dadurch lassen sich alle Schaltungstypen verwenden, und auch der Service des Bikes (z. B. Radausbau) funktioniert im Prinzip wie bei einem Fahrrad ohne E-Antrieb.

Die hohe Akzeptanz des Mittelmotors sorgte für eine rasante Weiterentwicklung. So sieht man an der aktuellen Generation 4 des Performance CX Motor des Marktführers Bosch, was heute technisch möglich ist: Extrem kompakte Bauweise, hohes Leistungsniveau und dank des Magnesiumgehäuses gerade einmal 2,9 Kilo schwer. Aber auch die Mittelmotoren der stärksten Wettbewerber Shimano und Yamaha sind absolut empfehlenswert.

Der Name ist Programm: Der Heck-Nabenmotor sitzt in der Nabe, also in der Mitte des hinteren Laufrads. Er gibt seine Kraft unmittelbar ans Antriebsrad ab. Bereits beim Anfahren spürt man, warum Rennfahrer Autos mit Heckantrieb bevorzugen. Man unterscheidet zwei Motortypen, die am ehesten am Nabendurchmesser zu identifizieren sind: Direktantrieb (großer Durchmesser) und Antrieb über ein Planetengetriebe (kleiner Durchmesser). Derzeit bekannteste Vertreter der beiden Varianten sind die Hersteller Neodrives und Mahle.

Spürbarer Unterschied (wenn auch minimal): Während sich ein Direktantrieb im Off-Zustand, sowie oberhalb von 25 km/h zu 100% vom Antrieb entkoppelt, bleibt bei einem Getriebe stets ein minimaler Tretwiderstand bestehen. Dafür lässt sich ein Mahle-Antrieb so unauffällig integrieren, dass man ein E-Bike erst beim zweiten Blick als ein solches erkennt.

Das ist jedoch nicht der einzige Grund, warum Heckantriebe vor allem bei sportlichen (Straßen)-E-Bikern so beliebt sind. Nabenmotoren gleiten nahezu lautlos durch die Landschaft. Außerdem eröffnet das System beim Thema Leichtbau neue Möglichkeiten. Bei Direktantrieb-Motoren ist die so genannte Rekuperation ein weiterer interessanter Aspekt. Dieser Motor kann umgekehrt wie ein Dynamo funktionieren. Auf Abfahrten schlägt man damit zwei Fliegen mit einer Klappe: Im Rekuperations-Status bremst der Motor das E-Bike ab und es wird Energie in den Akku zurück gespeist. Sprich, die Reichweite erhöht sich.

Leichtbau ist auch bei E-Bikes möglich

Neben immer bulligeren E-MTBs, zeichnet sich auf der anderen Seite ein kleiner Trend zum Leichtbau ab. Ein Beispiel ist das neue Cannondale Topstone NEO SL Gravelbike. Möglich macht‘s eine Kombi aus dem neuen Mahle X35 Antrieb mit Nabenmotor und schlankem Akku in Verbindung mit einem leichten Rahmen.

Die Idee beruht darauf, das Antriebssystem im Off-Modus so widerstandslos wie möglich zu halten, so dass sich das E-Bike zumindest in der Ebene so agil wie ein normales Sportrad fährt. So bringt das Mahle System inklusive Akku gerade einmal 3,5 Kilo auf die Waage. Den gesparten Strom kann man dann an Anstiegen sinnvoll zu Unterstützung einsetzen. Unterm Strich lassen sich mit damit ähnliche Reichweiten erzielen, wie mit herkömmlich dimensionierten Antrieben.

Derartige Entwicklungen sind mittlerweile auch im Trekking- und Hardtail-MTB-Bereich zu beobachten.

Was spricht eigentlich gegen den Nabenmotor?

Die Nachteile des Nabenmotors sollen hier jedoch nicht verschwiegen werden. Manche Systeme sorgen für ungünstige Gewichtsverteilung mit Schwerpunkt am Hinterrad. Des weiteren ist der Einsatz von Nabenschaltungen ausgeschlossen. Einzige Alternative zur Kettenschaltung sind (teure) Schaltgetriebe wie das im Rahmen integrierte Pinion-System. An steilen Anstiegen kann ein Nabenmotor an seine Grenzen kommen. Besonders ältere Systeme können die Wärme nicht optimal ableiten und haben mit Überhitzung zu kämpfen. Gegenüber eines Mittelmotors lässt die Leistung dann spürbar nach.

Das ist auch einer der Hauptgründe, warum sich Heckmotoren am Mountainbike nicht durchgesetzt haben. Weiterer Wermutstropfen: Bei einer Reifenpanne ist der Ausbau des Hinterrades problematisch und für die meisten Hobbyradler kaum zu bewerkstelligen. Als Notlösung gibt es im Handel geteilte Schläuche, die sich im eingebauten Zustand des Hinterrades einziehen lassen.

Die Vor- und Nachteile der Systeme im Überblick

Um die Entscheidung zu erleichtern, hier eine tabellarische Übersicht der Vor- und Nachteile von Mittel- und Nabenmotoren:

Welcher E-Bike-Motor passt zu dir?

Du willst steile Anstiege spielend meistern? Oder suchst du ein möglichst leichtes E-Bike, das kaum als solches auffällt? Ob E-Bike oder E-Mountainbike: Jeder Fahrer hat unterschiedliche Anforderungen, wenn es um die Ausstattung und vor allem um den Motor eines Bikes geht. Dabei ist der Motor das Herzstück eines E-Bikes. Er bestimmt, wie du fährst, wie weit du kommst und wie sich dein Bike anfühlt.

Ein gutes e-bike besteht aus mehr als einem Antrieb: Ein qualitativ hochwertiger Rahmen, eine gute und zuverlässige Schaltung und die Bremsen tragen erheblich zu einem guten Fahrgefühl bei. Aber natürlich ist es der Motor, der ein e-bike von einem herkömmlichen Fahrrad unterscheidet.

Wie der Name schon sagt, ist der Nabenmotor in die Nabe des Vorder- oder Hinterrads integriert und überträgt dadurch seine Kraft verlustfrei auf die Radnabe. Die Laufräder werden also direkt vom Motor in Bewegung gesetzt, so erzielt der Nabenmotor einen hohen Wirkungsgrad.

Front- und Heckantriebe bestechen außerdem durch geringe Geräuschentwicklung und durch die Möglichkeit der Rekuperation. Rekuperation bezeichnet die Rückführung von Energie in den Akku.

Das Fahren mit solch einem Vordernabenmotor ist zunächst gewöhnungsbedürftig, denn durch das zusätzliche Gewicht am Vorderrad lässt sich das e-bike anders lenken, es wird träge. Wegen dieser frontlastigen Gewichtsverteilung neigt das Vorderrad auf nassem oder losem Untergrund zum Durchdrehen. Hat man sich aber an diese Eigenarten des Frontmotors erst einmal gewöhnt, kann die Verteilung der Antriebskräfte positiv genutzt werden.

Der Frontmotor punktet, wenn es um Schaltung und Rücktritt geht. In steilem Gelände kann der Frontmotor schnell überhitzen und senkt dann die Motorleistung oder schaltet den Motor zum Schutz komplett ab - unangenehm, wenn man gerade einen Berg meistern möchte!

Der Hinterradmotor kann auf Grund seines Fahrverhaltens sportlicher und agiler genutzt werden. Durch das zusätzliche Gewicht auf der Hinterachse erhöht sich der Grip des Hinterrads, was gerade bei Nässe oder am Berg von Vorteil ist.

Der Heckmotor ist also für sportliche e-bike-Fahrer geeignet. Allerdings sollte darauf geachtet werden, dass der Akku in der Mitte des e-bikes angebracht wird. In der Regel wird der Heckmotor mit einer Kettenschaltung verbaut, denn durch die Position des Hinterradmotors an der Nabe ist der Einbau einer Nabenschaltung zwar möglich, allerdings nur mit 3 Gängen.

Im urbanen Raum und auf flachen Streckenabschnitten kann der Heckmotor seine verlustfreie Kraftübertragung und den Grip auf dem Hinterrad voll ausspielen.

Der Antrieb vom Heck kann auch gut im Gelände verwendet werden, wenn auf die mittige Positionierung des Akkus geachtet wird!

Der Mittelmotor oder auch Tretlagermotor sitzt im Bereich der Kurbel hinter dem Tretlager. Er bietet das größte Einsatzspektrum und hat bei den drei vorgestellten Antriebsarten die Nase vorn.

Der Antrieb ist direkt im Rahmen verbaut, deshalb ist dieser Motor in den unteren Preislagen eher selten vertreten. Durch die Übertragung der Motorkraft über Kette und Ritzel auf das Laufrad geht beim Mittelmotor im Vergleich zum Nabenmotor Energie verloren und natürlich weisen Kette und Ritzel dadurch einen höheren Verschleiß auf.

Das Motorgetriebe hält dafür aber die Drehzahl und damit auch den Wirkungsgrad hoch, was sich vor allem im Gelände bemerkbar macht. Durch die Position hinter dem Tretlager überzeugt der Mittelmotor durch eine optimale Gewichtsverteilung.

Durch den Sitz des Mittelmotors an der Kurbel ist die Kombination aus Tretlagermotor, Kettenschaltung und Rücktritt sehr schwierig zu realisieren und es gibt bis heute keine Lösung, die sich bewährt hat. In Verbindung mit einer Nabenschaltung, ist die Rücktrittfunktion aber mittlerweile zum verbreiteten Standard geworden.

Der Mittelmotor eignet sich durch seinen tiefen Schwerpunkt und dem daraus resultierenden Fahrverhalten optimal fürs Gelände, spielt seine Vorteile aber auch in jedem anderen Terrain aus. Durch das Motorgetriebe und den Antrieb des Kettenblattes lässt sich die Motorkraft auch optimal bei Steigungen nutzen, was den Mittelmotor zu einem guten Antrieb für e-Mountainbikes und Trekking e-Bikes macht.

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