Welcher E-Bike-Motor ist der schnellste?

Gepostet Von ebikespass am 2. Aug 2020 in E-Bikes (allg.), Technik | 8 Kommentare

Der schnellste E-Bike Motor – was für eine dumme Frage! Die unterstützen doch alle nur bis 25 km/h oder 45km/h. Aber so ist die Frage nicht gemeint. Sondern so: Welcher Motor bringt mich am schnellsten auf den Berg?

Hängt die Performance vor allem vom Drehmoment ab?

Fahre ich den Berg schneller hoch mit Bosch Performance CX (75 oder 85 Nm Drehmoment), mit Shimano E8000 (70 Nm Drehmoment) oder Brose S Mag (90 Nm Drehmoment)?  Oder auch: Komme ich mit dem 120 Nm TQ-Motor im Haibike Flyon oder dem M1 Spitzing dreimal so schnell den Anstieg hoch wie mit dem nur ein Drittel so starken im Levo SL (35 Nm)? Es geht hier also um die Effektivität des Drehmoments, auch im Zusammenspiel mit Rahmengeometrie, Gewicht des Bikes,  Federwegen und Reifenwahl.

Was kommt vom Drehmoment auf der Strecke an?

A propos Vergleich: Wie wirken sich nochmal die Drehmomentunterschiede im Vergleich zwischen Mittelmotor und Hinterradnabenmotor aus?  Hinterradnabenmotoren sind in der Regel ja im nominellen Drehmoment schwächer (bis ~50 Nm), aber die Kraft des Motors wirkt direkt auf’s Hinterrad und muss nicht mit Verlust über Kette und Ritzel geführt werden. Treibt also ein Mittelmotor mit 75 Nm Drehmoment tatsächlich effektiver an als ein Hinterrad-Nabenmotor mit 5o Nm? Oder bleibt auf dem Antriebsweg ein guter Teil der Kraft liegen? Und wenn ja wie viel?

Zu diesen Fragen gibt es bislang wenige Antworten, außer persönlicher Fahreindrücke. Ich nehme einmal verschiedene Veröffentlichungen zusammen, ich glaube so lässt sich ein Bild dazu gewinnen.

Ein Experiment: Mittelmotoren Kopf an Kopf

Der englische Youtube-Kanal EMBN – Electric Mountain Bike Network – dreht immer wieder spannende praktische Tests und Fahrberichte. Im Juni gab es ein Video, das sieben verschieden starke Mittelmotoren von 75 Nm bis 120 Nm gegeneinander antreten ließ, und zwar E-Bikes mit Motoren von Bosch, Brose, Shimano, Yamaha, Specialized und TQ. Der Titel des Videos: „What’s The Fastest E Bike Motor? | 7 Motors Head To Head„.

Die E-Bikes unterschieden sich natürlich auch in den Übersetzungen, in den Längen der Kettenstreben und im Lenkwinkel.

Zwei verschiedene Strecken waren von allen E-Bikes bzw. Motoren zu absolvieren: Eine „Fire Road“ (Schotter, Forstweg) und eine technischer Anstieg:

In dieses „Rennen“ gingen:

• Haibike AllMtn 3.5 mit Bosch Performance CX Gen. 4 (75 Nm + mit Softwarew-Update 85 Nm) – Gewicht 25.2 kg, Kettenstrebe 455 mm
• Specialized Turbo Levo mit Brose Drive S Mag (90 Nm) – Kettenstrebe 455 mm – Gewicht ca 20 kg
• Specialized Levo SL mit Specialized Motor (35 Nm) – leichtestes E-Bike mit 17-18 Kilogramm. Kettenstrebe 438 mm
• Canyon Spectral:On mit Shimano E8000 (70 Nm)
• Haibike Sduro HardTail mit Yamaha PW-X (80 Nm)
• Haibike AllMtn 8.0 Flyon mit TQ HRS 120S (120 Nm) – schwerstes E-Bike mit 28 Kilogramm. Kettenstrebe 470mm

Alle Pedelecs wurden im Turbo oder E-MTB (Automatik) Modus vom gleichen Fahrer gefahren. Das Ganze war natürlich mehr Spaß als Wissenschaft, aber EMBN nimmt solche Themen ernst. Steve von EMBN, das ist die Grundannahme, sollte sich jedesmal bei den Rides gleichviel ausgepowern. Deshalb hat das Ergebnis meines Erachtens schon eine gewisse Aussagekraft.

Und das ist das Ergebnis (das Video dazu ist weiter unten eingebettet):

Ergebnisse: Mittelmotoren Kopf an Kopf

Die Tabelle kann mit Klick auf die Spaltenköpfe sortiert werden, z.B. nach Drehmoment.

EMBN: Ergebnisse Forstweg

Schnellster: TQ HRS 120S im Haibike AllMtn 8.0 Flyon mit 37,1 Sekunden, langsamster: Levo SL Motor mit 57 Sekunden.

Nicht überraschend, der Levo SL hat nur 35 Nm, das ist weniger als ein Drittel des TQ-Motors. Die Zeit für den Levo SL Ride ist aber nicht dreimal so lang, nicht einmal doppelt, nur gut 1,5 mal.  Das etwa 10 kg leichtere Levo SL ließ sich mit einem Drittel der Motorunterstützung vom Flyon abhängen, aber nicht so stark wie vermutet.

Es ist interessant, dass das Flyon/TQ nicht mehr als knappe 2 Sekunden vorn liegt vor den beiden zweitschnellsten Brose S Mag im Spezialized Levo und dem Bosch CX Gen.4 (Updated) im Haibike AllMtn. Und dass der mit 35 Nm nicht mal halb so starke Spezialized-Motor im leichten Levo SL nur ~11 Sekunden länger braucht  als das Haibike Hardtail mit dem Yamaha PW-X mit 80Nm.

Leider stand dem EMBN-Team nicht der aktuelle Yamaha PW-X2 zur Verfügung, der ebenfalls einen Automatik Modus bietet und der die maximale Kraft (80 Nm) auch bei höheren Trittfrequenzen ( um die 100 U/Min) bereitstellt. Auch nicht die nochmal getunte SyncDrive Version dieses Motors im Giant.

Interessant, dass die 10 Nm Unterschied zwischen dem Bosch Performance CX mit und ohne Update sich in etwa 3 Sekunden niederschlagen. Und der nominell schwächste Motor (außer dem SL-Leichtgewicht), der Shimano E8000 mit 70 Nm im Canyon Spectral:On, schlägt den Yamaha PW-X mit 80 Nm im Haibike knapp um etwas mehr als eine Sekunde. Das lag vielleicht an der Drehmomentkurve des PW-X in Abhängigkeit von der Trittfrequenz – dazu siehe weiter unten.

EMBN: Ergebnisse Technischer Uphill

Beim technischen Klettern lagen Brose S Mag mit 90 Nm und Bosch CX Gen 4 (mit Update 85 Nm) knapp vor dem Flyon mit dem 120 Nm starken TQ-HRS 120S Motor.

Verliert das Flyon wegen 3 kg Mehrgewicht des Bikes und 2 cm längerer Kettenstrebe trotz des starken Motors eine Sekunde auf Brose Drive S und Bosch Perf. CX? Es scheint so, dass die Agilität eine starke Rolle beim technischen Uphill spielte. Interessant wäre ein „Rennen“ gegen das ebenfalls mit dem TQ-Motor gepowerte M1 Spitzing (unser Fahrtest M1 Spitzing Evolution), das in der Geometrie etwas kompakter baut, etwas mehr Bodenfreiheit bietet und 2kg leichter ist als das Flyon.

Da der TQ-Motor bis zu 120 U/min Kurbeldrehzahl eine hohe Leistung abgibt, liegt es jedenfalls nicht an der Trittfrequenz. Auch ein anderer Faktor fällt hier nicht ins Gewicht, das Derating: Der TQ Motor regelt (nach einem Test in EMTB 03|20) zwar nach ca 15 Minuten starker Beanspruchung die Leistung recht stark herunter. Da das EMBN-„Rennen“ nur um die 2 Minuten dauerte, dürfte das also auch keine Rolle gespielt haben. Auch an den Reifen sollte es nicht gelegen haben, auf beiden AllMtn Modellen waren wohl die gleichen Maxxis Reifen montiert.

In dem Video heißt es, dass es beim technischen Anstieg natürlich völlig unabhängig vom Motor darauf ankommt, wie gut das technische Fahrkönnen ist. Und das dürfte gerade beim Speed-Test das Entscheidende sein. Jedenfalls ist der starke TQ nicht Garant für den schnellsten technischen Anstieg. Die größte Differenz ergab sich wie zu erwarten zwischen den Standard-Mittelmotoren und dem Leichtgewicht im Levo SL: Hier brauchst Du selbst mehr Kraft, und die Gesamtpower inklusive der Motorunterstützung bleibt trotzdem unterhalb dessen, was die anderen insgesamt liefern.

Es ist halt wie bei vielen Kameravergleichen: Am meisten kommt es darauf an, wer hinter der Kamera steht. Trotzdem danke für die spannende Idee und Ausführung an Steve und EMBN. Hier nun das Original-Video von EMBN:

Wenn wir schon bei Vergleichen sind: Wie viel Drehmoment kommt eigentlich am Hinterrad-Bodenkontakt an? Als zweite Veröffentlichung sehe ich in das EMTB-Printmagazin, genauer in die EMTB April/Mai Ausgabe.

Drehmoment: Herstellerangaben und Prüfstandmessung

Vergrößern

Wie viel Drehmoment kommt eigentlich auf die Straße?

Hier geht es um die Drehmomente verschiedener Mittelmotoren – aber mit Drehmomentmessung am entscheidenden Punkt:

Während nämlich die Hersteller die Drehmomente auf dem Prüfstand direkt an der Tretlagerwelle messen und diesen isolierten Wert angeben (in der Tabelle unten Spalte 4), bauten die Tester des EMTB Magazins einen Rollenprüfstand mit und haben das Drehmoment auf der Trommel unter dem Hinterrad gemessen, dort wo es auf der Straße ankommt (Spalte 3).

Die Messwerte inkl. EMTB-Prüfstand-Werte einiger Motoren, gemessen am Hinterrad:

Die Tabelle kann mit Klick auf die Spaltenköpfe sortiert werden, z.B. nach Watt.

Leistung, Drehmoment, Trittfrequenz

Wenn wir es physikalisch genauer nehmen, müssen wir von der Leistung sprechen, nicht nur vom Drehmoment. Im Vergleich zum Auto also von den Kilowatt oder PS. Die Leistung hängt neben dem Drehmoment nämlich auch von der Winkelgeschwindigkeit ab, oder besser bekannt von den Umdrehungen/Minute.

Leistung  = Drehmoment x Winkelgeschwindigkeit

Die Winkelgeschwindigkeit ist beim Auto in Form der Umdrehungen pro Minute am Drehzahlmesser ablesbar, beim Fahrrad ergibt sich die Winkelgeschwindigkeit der Drehkurbel aus der Trittfrequenz oder Kadenz – d.h. daraus wie schnell Du in die Pedale trittst. Automotoren bringen ihre maximale Leistung (kw / PS) bei einer bestimmten Drehzahl zur Geltung, z.B. 12o kw bei 5000 U/min. Jeder Motor hat seine charakteristische Leistungskurve in Abhängigkeit von der Drehzahl. Ähnlich ist es beim Elektromotor im Pedelec.

Die Trittfrequenzabhängigkeit der E-Bike-Motorleistung

Die Drehzahl- also Trittfrequenzabhängigkeit ist nicht ganz so ausgeprägt wie beim Verbrenner im Auto, aber doch resultieren unterschiedliche Charakteristika der verschiedenen Motoren aus den Leistungskurven, ermittelt vom EMTB Test-Team:

Der Brose S Mag unterstützt bei niedrigen Trittfrequenzen (50-60 U/min) stärker als der Bosch CX, und der Yamaha PW-X verliert über 80 U/min an Drehmoment, während Bosch, TQ noch bei hohen Trittfreqienzen bis über 100 U/min stark unterstützen. Der Shimano E8000 unterstützt exakt gleichmäßig zwischen 70 und 110 U/min, allerdings nicht ganz auf dem Leistungsniveau von Bosch CX oder Brose Drive S. Ein Bosch Cruise Line Motor steigt in der Unterstützung proportional zur Kurbeldrehzahl von 50 bis 100 U/min, während der Brose Drive T bei 50 U/min etwas stärker einsteigt, aber dann nur schwächer zulegt. (Alle Werte stammen aus den Messungen des EMTB-Magatin 2|20).

Geübte und kräftige Radler, wie Steve von EMBN, fahren oft mit höherer Trittfrequenz. Das ist vielleicht eine Erklärung dafür, warum der Yamaha PW-X im Rennexperiment des Videos relativ schlecht abschnitt.

Mittelmotor vs. Hinterradnabenmotor: Eine Annäherung

Wenn beim Mittelmotor wie bei EMTB gemessen (siehe obige Tabelle) effektiv etwa 70% bis 85% des nominellen Drehmoments auf dem Boden ankommen, wie ist es dann bei den Motoren in der Hinterrad-Nabe? Kann ich generell davon ausgehen, dass die von den Herstellern angegeben Drehmomentwerte der Nabenmotoren auch auf der Strecke ankommen, da ja kein Verlust über den Antrieb stattfindet? Leider habe ich dazu keine Test oder unabhängige Messungen gefunden.

Anhand der Zahlen in der obigen Tabelle liegt es nahe zu sagen, dass die auf Komfort und Ausdauer angelegten, nominell schwächeren Mittelmotor-Baureihen wie der Bosch Active Line (40/50 Nm) und Performance Cruise (65 Nm) , der Shimano E7000 und E6100 (je 60 Nm) und andere Mittelmotoren bis etwa 65 Nm durch den Verlust über Kette und Ritzel in der effektiven Kraft den 50 Nm-Hinterradnabenmotoren gleichgestellt sind.

Was dabei noch nicht berücksichtigt wurde, ist die Sensorik. Mittlerweile sind bei Mittelmotoren drei Sensoren Standard: Trittfrequenz, Geschwindigkeit, Pedalkraft. Dazu kommt, z.B. beim Yamaha PW-X2, ein Neigungssensor, der erkennt, ob es gerade auf- oder abwärts geht. Eine weitere Feinheit: Wie häufig wird die Messung wiederholt? Alle Umdrehungen einmal, oder mehrmals? Je häufiger gemessen wird, desto sensibler und schneller kann die Elektropower unterstützen.

Bei den Hinterrad-Nabenmotoren haben wir es in der Regel mit weniger Sensoren zu tun, meist Trittkraft und Geschwindigkeit.

Alle Komponenten wie Drehmoment, Antrieb und Sensorik entscheiden über die Charakteristik des E-Bike Motors. Fühlt sich die Unterstützung organisch an? Setzt sie träge oder schnell ein? Gibt es einen Nachlauf beim Bremsen? Und wie entkoppelt der Motor? Kann ich locker schneller fahren als 25 km/h?

Wer am schnellsten unterwegs ist, darüber entscheidet im größten Umfang sicherlich der Fahrer als Teil des Gesamtsystems E-Bike, inklusive seiner Trittfrequenz.  Aber wie gesehen gibt es eine Reihe von zusätzlichen Faktoren von Agilität und Gewicht bis Geometrie und Sensorik, die ihn in verschiedenen Maßen unterstützen oder behindern können.

Drehmoment alleine dürfte jedenfalls die wenigsten glücklich machen. Oder was meint ihr dazu?

Ergänzung: Motorvergleich mit Shimano EP8 Mittelmotor

Der englischsprachige YouTube Kanal Rob Rides EMTB hat einen ähnlichen Motortest (steiler Trail, 200 Meter Länge) veröffentlicht: „2021 Mega Motor Test“. Verglichen werden die benötigte Zeit („Drag Race“), die Geräuschentwicklung beim Anstieg wie auch beim Abfahren, und die Integration mit Display und Rahmenintegration.

Rob bezieht auch den neue Shimano EP8, der Nachfolger vom E8000, ein, er fährt ihn in einem 2021er Merida eONE-Sixty. Die weiteren verglichenen Motoren sind der Brose Mag 2.1 im Specialized Turbo Levo, der Bosch CX Gen. 4 und der Yamaha PW-X 2 in einem Haibike. Kleiner Spoiler: Am leisesten war der Brose, am schnellsten der Bosch.

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Großes Bild: Bosch Ebike Systems