Mittelmotor vs. Nabenmotor: Ein Leitfaden für Ingenieure zur Auswahl des richtigen E-Bike-Antriebs

Wenn Sie es eilig haben, mit Ihrem Projekt zu beginnen, finden Sie hier eine technische Übersicht der Mittelmotor- vs. Nabenmotorsysteme.

| Merkmale | Nabenmotor (mit Getriebe/Direktantrieb) | Mittelmotor |

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| Antriebsinteraktion | Unabhängig (umgeht Kette/Räder) | Integriert (nutzt den Fahrradantrieb) |

Bergfahrt | Mittel (Effizienz sinkt bei niedrigen Drehzahlen) | Hervorragend (hält effiziente Drehzahl durch Getriebe aufrecht) |

Wartung | Gering (gekapseltes System, geringerer Kettenverschleiß) | Hoch (erhöhter Verschleiß an Kette/Kassette) |

Montageaufwand | Mittel (Laufradmontage, Drehmomentstützen) | Komplex (Tretlagerausbau, Ausrichtung) |

Unauffälligkeit | Hoch (insbesondere kompakte Getriebenaben) | Gering bis mittel (Motor hängt in der Nähe der Pedale) |

Gewichtsverteilung | Schwergewichtig (beeinflusst das Fahrverhalten) | Mittel und niedrig (optimaler Schwerpunkt) |

Idealer Einsatzbereich | Pendeln, flaches Gelände, gemütliches Fahren | Mountainbiken, schwere Lasten, steile Anstiege |

Obwohl E-Bike-Umbauten für beides verfügbar sind, verändert die Wahl die Fahrdynamik Ihres Fahrrads grundlegend.

Um die Debatte Mittelmotor vs. Nabenmotor wirklich zu verstehen, müssen wir uns ansehen, wo die Kraft relativ zum Rad angreift.

Nabenmotoren: Direkte Kraftübertragung

Ein Nabenmotor ersetzt die herkömmliche Nabe eines Fahrradrads. Er überträgt das Drehmoment direkt auf das Rad (oder über ein internes Planetengetriebe). Da er den Antriebsstrang des Fahrrads (Kette, Kassette, Schaltwerk) umgeht, ist die Kraftübertragung mechanisch einfacher.

Aus technischer Sicht ist dies ein deutlicher Vorteil hinsichtlich der Zuverlässigkeit. Reißt die Kette, kann ein Nabenmotor das Fahrrad immer noch nach Hause bringen. Allerdings hat er ein festes Übersetzungsverhältnis. Der Motor muss sich mit einer bestimmten Drehzahl relativ zum Rad drehen. An steilen Anstiegen sinkt die Motordrehzahl, wodurch der Motor seinen optimalen Wirkungsgrad verliert und mehr Batterieenergie in Wärme statt in Bewegung umgewandelt wird.

Mittelmotoren: Mechanischer Vorteil

Ein Mittelmotor sitzt an der Kurbel (Tretlager) und treibt das Kettenblatt an. Das ist der entscheidende Unterschied: Es nutzt die vorhandene Gangschaltung des Fahrrads.

So wie ein Auto zum Bergauffahren herunterschalten muss, ermöglicht ein Mittelmotor, dass der Motor auch bei langsamen Radbewegungen mit einer hohen, effizienten Drehzahl läuft. Dank dieses variablen Übersetzungsverhältnisses kann ein 750-W-Mittelmotor einen 1000-W-Nabenmotor oft beim Bergauffahren übertreffen, da er die mechanische Übersetzung anstelle von reiner Kraft nutzt. Diese Integration macht individuelle Motorkonfigurationen mit Mittelmotoren zum Goldstandard für die Leistungsoptimierung in unterschiedlichem Gelände.

Bei der Auswahl von Nabenmotoren für E-Bike-Umbauten stößt man auf zwei Haupttypen: Getriebemotoren und Direktantriebsmotoren (DD).

Getriebemotoren

Diese Motoren verfügen über interne Planetengetriebe aus Nylon oder Verbundwerkstoffen.

• Vorteile: Sie bieten ein höheres Drehmoment bei niedrigen Drehzahlen, laufen im Leerlauf ohne Widerstand, wenn der Akku leer ist, und sind in der Regel kleiner und leichter. Sie eignen sich hervorragend für unauffällige E-Bike-Umbauten, da sie hinter einer Bremsscheibe verborgen werden können.

• Nachteile: Die internen Zahnräder unterliegen dem Verschleiß. Aufgrund der internen Kupplung ist regeneratives Bremsen (in der Regel) nicht möglich.

Direktantriebsmotoren (DD)

Diese Motoren bestehen im Wesentlichen aus großen Elektromagneten ohne bewegliche interne Teile außer den Lagern.

• Vorteile: Nahezu unbegrenzte Lebensdauer und die Möglichkeit zur regenerativen Bremsung (der Motor wird zum Generator, um den Akku aufzuladen und Bremsbeläge zu schonen). Sie sind für hohe Leistung bei anspruchsvollen DIY-Projekten geeignet.

– Nachteile: Sie sind schwer (oft über 6 kg), groß und weisen beim Treten ohne Motorunterstützung einen erhöhten Widerstand auf.

Anmerkung des Ingenieurs zu den ungefederten Massen: Der Einbau eines schweren Nabenmotors am Hinterrad erhöht die ungefederten Massen. Dies beeinträchtigt die Federungsleistung und lässt das Fahrrad im Vergleich zu einem Standardrad über Unebenheiten träge wirken.

Mittelmotoren wie der Bafang BBSHD oder der Tongsheng TSDZ2 sind bei Technikbegeisterten sehr beliebt.

Der Effizienzkönig

Durch den Betrieb mit nahezu optimaler Drehzahl unabhängig von der Fahrgeschwindigkeit (vorausgesetzt, der Fahrer schaltet korrekt) bleiben Mittelmotoren kühler und ermöglichen eine höhere Reichweite. Bei 1000-Watt-Motor-Upgrades für Offroad-Einsätze ist ein Mittelmotor oft die einzige praktikable Lösung, um eine Überhitzung des Motors bei langen Anstiegen zu vermeiden.

Der Wartungsaufwand

Der größte Nachteil ist die Belastung des Antriebsstrangs. Ein Mensch erzeugt konstant etwa 100–200 Watt. Ein Mittelmotor kann jedoch kurzzeitig 750–1500 Watt direkt in die für menschliche Kraft ausgelegte Fahrradkette abgeben. Dies führt zu erhöhtem Verschleiß an Kette, Kassette und Schaltwerk. Wenn Sie sich für diese Variante Ihrer individuellen Motorkonfigurationen entscheiden, investieren Sie in E-Bike-spezifische Ketten (wie die KMC-e-Serie) und Stahlkassetten.

Schwerpunkt

Mittelmotoren bieten ein besseres Fahrverhalten. Durch die zentrale und tiefe Positionierung des Motors und in der Regel auch des Akkus am Rahmen fährt sich das Bike eher wie ein herkömmliches Mountainbike. Dies ist besonders wichtig für anspruchsvolle Singletrails.

Für Hobbybastler ist der Einbauprozess ein entscheidender Faktor bei der Wahl zwischen Mittelmotor und Nabenmotor.

Nabenmotor-Einbau

Schwierigkeitsgrad: Mittel. Die größte Herausforderung besteht darin, sicherzustellen, dass die Achse in die Ausfallenden passt. Die meisten Nabenmotoren verwenden überdimensionierte Achsen (12 mm oder 14 mm, deren Abflachungen auf 10 mm abgeschliffen wurden). Oftmals müssen die Ausfallenden nachgefeilt oder Drehmomentstützen verwendet werden – dicke Metallstreben, die verhindern, dass die kraftvolle Motorachse durchdreht und den Fahrradrahmen beschädigt. Die Verkabelung ist in der Regel einfach: Das Kabel wird vom Rad zum Controller verlegt.

Mittelmotor-Einbau

Schwierigkeitsgrad: Hoch. Sie müssen das Tretlager des Fahrrads ausbauen, was oft Spezialwerkzeug und erheblichen Kraftaufwand erfordert. Die Kompatibilität ist knifflig; Sie müssen die Breite des Tretlagergehäuses messen (normalerweise 68–73 mm, bei Fatbikes manchmal breiter), um das passende Set zu kaufen. Außerdem müssen Sie die korrekte Kettenlinienausrichtung sicherstellen. Oftmals sind hierfür Distanzstücke oder versetzte Kettenblätter erforderlich, um ein Abspringen der Kette zu verhindern.

Wichtiges Werkzeug:

• Kurbelabzieher

• Tretlagerwerkzeug

• Sicherungsringschlüssel

• Lötkolben (zum Austauschen von Steckverbindern)

Szenario A: Die 15%ige Steigung

• Mittelmotor: Sie schalten in den kleinsten Gang (größtes Ritzel). Der Motor dreht schnell, das Rad langsam. Das Fahrrad erklimmt den Berg mühelos mit 13–16 km/h, ohne zu überhitzen.

• Nabenmotor: Der Motor dreht langsam. Der Wirkungsgrad sinkt auf 50 % oder weniger. Die restliche Energie wird in Wärme umgewandelt. Sofern es sich nicht um ein Hochleistungssystem handelt, kann es zu Leistungseinbußen oder Überhitzung kommen.

Szenario B: Flache Strecke

• Nabenmotor: Schalten ist nicht nötig. Sie haben sofort Leistung. Selbst bei einem Kettenriss können Sie noch nach Hause fahren. Die Fahrt ist leise und komfortabel.

• Mittelmotor: Sie müssen beim Beschleunigen schalten. Unter Volllast (bei knirschenden Gängen) ist kein Schalten möglich. Daher benötigen Sie einen Gangsensor, der die Stromzufuhr beim Schalten kurzzeitig unterbricht.

In flachen, städtischen Umgebungen ist die Einfachheit des Nabenmotors oft von Vorteil. In dynamischem Gelände hingegen ist der Mittelmotor unübertroffen.

Bei der Budgetplanung für E-Bike-Umbauten sollten Sie nicht nur auf den Preis achten.

Anschaffungskosten: Nabenmotor-Umbauten sind in der Regel günstiger. Ein guter Direktantrieb ist bereits ab 250–400 € erhältlich (ohne Akku). Mittelmotor-Umbauten wie die Bafang-Serie kosten üblicherweise ab 400–600 €.

Langfristige Kosten:

• Mittelmotor: Kette und Kassette müssen deutlich häufiger gewechselt werden. Bei starker Beanspruchung kann eine neue Kette alle 800–1600 km nötig sein.

• Nabenmotor: Extrem wartungsarm. Allerdings ist der Schlauchwechsel bei einem Platten am Hinterrad im Vergleich zu einem Mittelmotor-Bike deutlich aufwendiger (aufgrund des schweren Motors und der am Rad befestigten Kabel).

Wenn Sie einen Budget-Selbstbau planen, bietet ein Nabenmotor das beste Preis-Leistungs-Verhältnis.

Als Ingenieur glaube ich nicht an den „besten“ Motor, sondern nur an den richtigen Motor für den jeweiligen Anwendungsfall. Hier ist meine abschließende Empfehlung, basierend auf Ihren spezifischen Bedürfnissen:

Wählen Sie einen Mittelmotor, wenn:

1. Sie im Gelände oder in hügeligem Gelände fahren: Die mechanische Übersetzung ist hier entscheidend.

2. Sie ein ausgewogenes Fahrgefühl wünschen: Unverzichtbar für Mountainbiken und anspruchsvolles Handling.

3. Sie technisch versiert sind: Sie mit der Wartung des Antriebsstrangs und dem korrekten Schalten vertraut sind.

Wählen Sie einen Nabenmotor, wenn:

1. Sie ein absolut zuverlässiges Pendlerfahrrad benötigen: Zuverlässigkeit und Ausfallsicherheit sind für den Arbeitsweg unerlässlich.

2. Sie ein begrenztes Budget haben: Mehr Leistung für weniger Geld.

3. Sie ein unauffälliges E-Bike wünschen: Ein kleiner Getriebenabenmotor ist für das ungeübte Auge nahezu unsichtbar.

4. Sie wünschen sich regeneratives Bremsen: Nur mit Direktantriebsnaben verfügbar.