Radnabenmotor

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Lohner-Porsche, Rennversion mit Nabenmotor-Allradantrieb
Megola-Motor
Radnabenelektromotoren für Fahrräder
EinOberleitungsbus mit Radnabenmotoren in Lyon
Radnabenmotor einesHonda FCX
Anwendung im VW-Transporterkonzept eT!

EinRadnabenmotor ist einMotor, derdirekt in einRad eines Fahrzeuges eingebaut ist und gleichzeitig dieRadnabe trägt. Ein Teil des Motors überträgt das erzeugteDrehmoment auf das Rad, mit dem er umläuft.

Die meisten Bauformen sind Elektro-Radnabenmotoren, es gab aber auch Verbrennungsmotoren.

Elektrische Radnabenmotoren sind typisch alsAußenläufer ausgeführt. Dem Radnabenmotor prinzipiell ähnlich ist derNabendynamo.

Radnabenmotoren bei Pedelecs und Lastenfahrrädern sind typischerweise permanent erregteSynchronmotoren (bürstenlose, elektronisch kommutierte Motoren, sieheBLDC-Motor).Für höhere Leistung und höhere Geschwindigkeiten werden umrichtergesteuerteAsynchronmotoren eingesetzt.

Inhaltsverzeichnis

Geschichte

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Radnabenmotoren kamen bereits im 19. Jahrhundert in Elektrofahrzeugen zum Einsatz. SchonFerdinand Porsche rüstete zurWeltausstellung 1900 seinLohner-Porsche genanntesElektroauto mit lenkbaren Radnabenmotoren aus. Im 20. Jahrhundert gab es zunächst Versuche mitHybridantrieben, wobei ein Verbrennungsmotor einenGenerator antrieb, der wiederum über Elektromotoren die einzelnen Räder antrieb. Dies funktioniert auch bei Anhängern.

In den 1920er-Jahren gab es mit derMegola auch ein Motorrad mit einem Fünfzylinder-Umlaufmotor als Radnabenantrieb sowie eine Weiterentwicklung, dasKillinger & Freund Motorrad.

Heute kommen elektrische Radnabenmotoren vor allem beiStraßenbahnen zum Einsatz, weil sie die Realisierung eines möglichst niedrigenFahrzeugfußbodens erleichtern. An erster Stelle ist in diesem Zusammenhang der FahrzeugtypVariobahn zu nennen. Radnabenmotoren mit geringen Leistungen werden oft beiElektrorollstühlen,Elektromotorrollern undPedelecs verwendet.[1] Es sind aber auch schon prototypischePKW vorgestellt worden, die mit Hilfe von Radnabenmotoren angetrieben werden. Ferner wird heute der Einsatz von elektrischen Radnabenmotoren in Bugrädern von Flugzeugen erforscht.[2]

Der MotorenherstellerZiehl-Abegg hat einen Radnabenmotor für Stadtbusse entwickelt, der von mehreren Busherstellern verbaut wird (etwa imUrsus City Smile, einem Stadtbus mitBrennstoffzelle).[3]

Eigenschaften

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Vorteile

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Hauptvorteil von Elektro-Radnabenmotoren in Fahrzeugen ist gegenüber Antriebskonzepten mit einem zentralen Motor der Wegfall des klassischen Antriebsstranges mit den je nach Ausprägung notwendigen Komponenten(Schalt-)Getriebe,Kardanwelle,Differentialgetriebe undAntriebswellen. Da auch deren Übertragungsverluste wegfallen, bieten sich Potenziale zur Wirkungsgradsteigerung des gesamten Antriebssystems. Auch lässt sich bei einem elektrischen Radnabenmotor besser eineRekuperation (Technik) (Bremsenergierückgewinnung bzw. Nutzbremsung) realisieren. Prinzipbedingt handelt es sich bei Antriebskonzepten mit Radnabenmotoren um Einzelradantriebe, bei denen das vom Elektromotor erzeugte Drehmoment eine Zugkraft am Radaufstandspunkt eines Rades bewirkt. Zwar ist bei einem konventionellen Fahrzeug mit üblicherweise vier Rädern auch ein Antrieb auf nur einem Rad möglich, sinnvoll ist es jedoch, mindestens eine Achse mit dann jeweils einem unabhängig regelbaren Radnabenmotor am linken bzw. rechten Rad zu versehen. Mit Radnabenmotoren sind so andere Fahrzeugkonzepte möglich, die mit einem konventionellenAntriebsstrang aus Platzgründen praktisch nicht realisierbar sind. Da sich der Antrieb direkt im Rad befindet, resultieren geringe Rotationsträgheitsmomente und eine schnellere Regelung des Antriebsmoments (verbesserte Dynamik), welche beispielsweise für Fahrsicherheitssysteme genutzt werden kann.

Nachteile

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Nachteilig wirkt sich der Anstieg derungefederten Massen aus, woraus hohe dynamische Beanspruchung des Reifens resultiert und das Fahrwerk tendenziell weniger komfortabel wird. Die Radnabenmotoren sind im Vergleich zu Zentralmotoren wesentlich stärker den Umwelteinflüssen (z. B. Spritz- oder Strahlwasser, Staub, salzhaltige Medien) sowie im Rad wirkenden Kräften und Beschleunigungen ausgesetzt. Je nach konstruktiver Ausführung kann zudem Wärme von der mechanischen Bremse in den Antrieb eingetragen werden. Die prinzipbedingt unabhängige Möglichkeit zu Drehmomentstellung und -regelung der einzelnen Räder führt zu erhöhten Anforderungen an dieFunktionale Sicherheit der Antriebe bzw. der dazugehörigen Steuergeräte.

Weitere Nachteile:

  • keine aktive Kühlung möglich
  • für optimalen Betrieb viel zu geringe Drehzahl (Beispiel: Bei einem VW Passat beträgt die Drehzahl der Räder bei 153 km/h gerade mal 1000rpm, Elektromotoren mit hoher Leistungsdichte arbeiten mit Drehzahlen von 6000 bis 14000 rpm).
  • durch die zu geringe Drehzahl und den dadurch notwendigen höheren Strom (bei gleicher Energie) steigen dieohmschen Verluste in den Kabeln und Wicklungen an, was zu geringerer Effizienz führt.
  • neben mindestens zwei Elektromotoren ist auch zweifacheLeistungselektronik, Steuerung und Verkabelung vonnöten, was Platz und Geld kostet.

Pkw-Beispielfahrzeuge mit Radnabenmotoren

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  • 2010 Schaeffler-Ideenfahrzeug Schaeffler Hybrid auf Basis einesOpel Corsa
  • 2013 KonzeptfahrzeugFord Fiesta mit „E-Wheel Drives“[6], dies war die zweite Generation der Radnabenantriebe des Zulieferers Schaeffler[7]
  • 2016 Konzept des Riversimple Urban Car
  • Konzeptfahrzeuge mitHi-Pa Drive der FirmaPML Flightlink (bis 2008), dannProtean Electric (ab 2009)
    • 2006 „Mini QED“ mit 4 Radnabenmotoren, serieller Hybrid auf der British Motor Show in London
    • 2007 Volvo C30 ReCharge, Plug-In Hybrid mit 4 Radnabenmotoren
    • 2008 Ford F150 Pick-up Prototyp der auf der 2008 SEMA Show in Las Vegas gezeigt wurde, reines Batteriefahrzeug
    • 2010 Vauxhall Vivaro Plug-In Hybrid
    • 2011 BRABUS Hybrid basierend auf Mercedes-Benz E-Klasse
    • 2011 Brabus High Performance 4WD Full Electric basierend auf Mercedes-Benz E-Klasse, reines Batteriefahrzeug[8]
    • 2015 C-Segment VW Golf Plug-In Hybrid
    • 2020 Lordstown Motors „Endurance“ (Prototyp), E-Pickup mit Radnabenmotoren von Elaphe Propulsion Technologies[9]
    • 2023NEVS Emily GT[10]

Literatur

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Weblinks

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Commons: Radnabenmotoren – Sammlung von Bildern, Videos und Audiodateien
Wiktionary: Radnabenmotor – Bedeutungserklärungen, Wortherkunft, Synonyme, Übersetzungen

Einzelnachweise

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  1. Übersicht gängiger Elektroantriebe bei Pedelecs und Kleinkrafträdern, abgerufen am 1. Februar 2016.
  2. Bugrad soll Flugzeuge perfekt einparken – ohne Lärm, abgerufen am 24. Februar 2013
  3. Die 2. Generation. In: omnibus.news. Abgerufen am 28. August 2018. 
  4. Pressemitteilung der Fraunhofer-Gesellschaft vom 2. September 2011, abgerufen am 23. Januar 2012
  5. Alternativer Antrieb für das Auto der Zukunft. In: handelsblatt.com. 20. April 2010, archiviert vom Original am 20. Oktober 2016; abgerufen am 8. Februar 2025. 
  6. Pressemitteilung Ford, abgerufen am 11. April 2014
  7. Schaeffler zeigt zweite Generation seines Radnabenmotors „E-Wheel Drive“, abgerufen am 11. April 2014
  8. Kurzbericht bei Heise Auto, abgerufen am 2. Februar 2012
  9. Lordstown Motors stellt E-Pickup Endurance vor, abgerufen am 26. Juni 2020
  10. SPS: Zukunft ohne Zukunft: NEVS Emily GT. In: welt.de. 9. Mai 2023, abgerufen am 2. Juli 2023. 
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