Sensorik: Bewegungs- oder Kraft-/Drehmomentsensor… was ist besser?

Die Motorunterstützung eines E-Rads wird über Sensoren an das eigene Fahrverhalten angepasst. Es gibt im wesentlichen drei Sensorentypen: Drehmoment- oder Kraftsensoren, Bewegungssensoren (überprüfen Bewegung am Pedal) und Geschwindigkeitssensoren (zählen die Radumdrehungen).

Der Einsatz mehrerer Sensoren ist sinnvoll. Konzepte, die an der Sensorik sparen können zwar auch gut funktionieren, haben aber konstruktionsbedingte Einschränkungen. Dazu im Folgenden mehr.

Drehmomentsensoren (Kraftsensoren) messen die Kraft, mit der ins Pedal getreten wird, sie können auch die Trittfrequenz feststellen. Denn Immer dann, wenn die Pedale oben und unten stehen, ist der Druck auf dem Pedal sehr gering. Diese Tiefpunkte im Krafverlauf können erkannt und gezählt werden. Im Grunde beinhaltet ein Drehmomentsensor also einen Trittfrequenzsensor. Die Unterstützung des Motors kann sich an der Leistung des Fahrenden orientieren. Erhöht sich die Kraft wird mehr unterstützt. Die Motorunterstützung kann bspw. immer 50% oder 100% der Leistung sein. Die Kunst ist, die Motorsteuerung so zu programmieren, dass die Unterstützung einerseits ein direktes Fahrgefühl ergibt, also auf weniger oder mehr eigene Leistung direkt reagiert. Andererseits muss sie so verzögert sein, dass nicht bei jedem Tritt wenn das Pedalpaar oben und unten ist der Motor nachlässt.

Drehmomentsensoren werden entweder im Bereich des Tretlagers oder an den Ausfallenden des Rahmens (siehe Bild) angebracht. In der Regel bedienen sie sich der Hall-Sensor Technik, bei der die (vom Pedaldruck abhängige) Verschiebung einer Spule gegen einen Magneten eine messbare Spannung erzeugt.  Wird ein Drehmomentsensor ohne einen Geschwindigkeitssensor verwendet, regelt der Motor in den kleinen Gängen früher ab. Grund: Die maximale Trittfrequenz bei der noch unterstützt wird, ist die bei, der im schwersten Gang die maximale Geschwindigkeit mit Motorunterstützung erreicht wird (bspw. 25 oder 45km/h). Nur wenn dazu ein Geschwindigkeitssensor verwendet wird, ist es möglich, auch in leichteren Gängen die maximale Geschwindigkeit, bei der der Motor noch unterstützt zu erreichen. Genau das ist der Unterschied zwischen Panasonic 26 Volt und den neueren 36 Volt Systemen (hier genauer beschrieben).

Viele Drehmomentsensor gestützte Systeme reagieren trotz gezogener Bremse auf Druck am Pedal bspw. wenn man an der Ampel steht und einen Fuss aufs Pedal stellt. Man spürt ein ruckeln. Je nach Qualität der Sensoren erkennt man bei festem Treten ein merkliches Nachgeben der Kurbeln, dieses „weiche“ Tretgefühl empfinden manche als störend.

id Kraftsensor
Kraftsensor am Ausfallende des Rahmens, Foto: e-Rad Hafen

Bewegungssensoren messen „nur“, ob und ggf. wie schnell in die Pedale getreten wird, nicht wie fest. Ein E-Rad, das einen Trittfrequenzsensor nutzt, wird entweder immer gleich unterstützen oder mehr, wenn schnell getreten wird (unabhängig vom eingelegten Gang). Häufig laufen Systeme mit dieser Sensorik nach, wenn man bereits zu treten aufgehört hat und verzögern am Anfang. Ein Trittfrequenzsensor System hat zusätzlich einen Geschwindigkeitssensor, um bei der richtigen Geschwindigkeit abzuriegeln.
Dadurch, dass die Sensorik nicht misst, wie fest ins Pedal getreten wird, ist die Unterstützung weniger direkt an die Leistung des Fahrenden gekoppelt. Das kann einem gefallen, bspw. weil man nur gemächlich im leichten Gang treten muss und der Motor gibt alles. Andererseits finden viele es unharmonisch. Die fehlende Direktheit ist beispielsweise bei e-Mountainbikes ein Defizit, denn im sportlichen Einstz ist Nachlauf und Verzögertes Ansprechen besonders störend.

Selten aber möglich: Manche Räder (ohne Rücktritt), die nur einen Bewegungssensor haben, können beim Schieben losfahren, weil die Pedale sich von alleine drehen. Das kann sehr gefährlich sein.

Geschwindigkeitssensoren messen die Geschwindigkeit und sind vor allem dafür gut, die Abriegelung des Motors bei 25km/h (normales E-Rad/Pedelec) oder max. 45km/h (schnelles E-Rad/S-Pedelec) zu veranlassen. Sie können aber auch komplexer in die Motorsteuerung eingebunden werden, viele Motoren regeln bspw. stufenweise ab, bevor die maximale Geschwindigkeit erreicht wird.

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8 comments

  1. hallo wasilis, ohne mich m.d.speziellen i.d.e-bikes verbauten pedal-kraftmesstechnik zu beschaeftigen schliesse ich aus d.funktionsbeschreibung`mal, dass es sich bei d.sensoren um drehmoment-sensoren (d. fa. NCTE !?) d.nach d.prinzip d. „Magnetoelestizitaet“ (nicht nach dem hall-prinzip) funktionieren(siehe i.artikel wikipedia: Magnetostriktion).
    aber warum ich mich an sie wenden: wie sind ihre bisherigen (langzeit-)erfahrungen m.d.v.ihnen getesteten Fischer Proline EM1614 -mtb?! ueber ein info wuerde ich mich freuen!
    danke & gruss edu

    1. Hallo Edu,
      Danke für den Hinweis! Kann sein, dass ich mich da geirrt habe, ich recherchier das noch mal.
      Erfahrungen mit dem EM1614 sind bisher gut. Mit den im Artikel benannten Einschränkungen bei der Sensorik, ein echt dynamisches MTB ist es nicht, aber solide und gut für den Preis!
      Beste Grüße
      Wasilis

  2. Hallo!
    Habe ein Motorkraft- Problem bei einem eBike mit MPF Mittelmotor .
    Ich kann mit einer Knieendoprothese wegen verringerter 90 Grad Kniebeugung nur mit einer sog.Pendel- bzw. Versehrtenkurbel fahren. Diese Kurbel u.auch mein versehrtes Bein gestatten in die Pedale fast keinen Krafteintrag auf dieser Seite. Der Tretvorgang ist durch diese Kurbel eher unrund .
    Die Tretkraft wird bei diesem Motortyp beidseitig gemessen. Das ist aber das Manko ,denn wo einseitig nix ankommt kann der Motor auch nix zusteuern. Zu messender Krafteintrag erfolgt tatsaechlich nur einseitig links (nach Uhr Zifferblatt ) zwischen 23 und 19 Uhr.
    Ich (74, m.)wohne im Gebirge, brauche also bei Anstiegen u.auch in der Ebene wegen des def. Knies immer E- Unterstuetzung .
    Vorderantriebe werden bei Nutzung im Bergland in Portalen eher kritisch bewertet u. Mittelmotoren wegen der besseren Lastverteilung empfohlen.
    Hinterradmotoren werden unterschiedl. hinsichtl. Sonsoren zugeordnet.
    Leider werden einem solch wichtige Details bei einer diebezgl. schon speziellen Kaufentscheidung nicht zugaenglich gemacht.
    Ich stelle fest, dass für diese Faelle keinerlei Beratung erfolgt. Auch fertige technische Varianten liegen nicht vor.
    Meine Fragen:
    – Wer kennt sich mit derartigen techn. Sachverhalten aus?
    – Gibt es Mittelmotorvarianten mit möglichst viel Nm Leistung ohne Tretkraftsensoren?
    – Gibt es Heckmotor mit gleichen Anforderungen?
    – Welche Frontmotore entsprechen diesbezüglichen Anforderungen?

    Bei Kauf einer Behinderten- oder Pendelkurbel (wenn man erstmal weiss , dass es sowas ueberhaupt gibt) erfolgt primär leider auch keinerlei Hinweis auf die damit entstehenden Antriebsprobleme.
    Ich schleppe meine für eine noetige Radbenutzung nicht ausreichende Kniebeugung bereit Jahrzehnte mit mir herum , habe etliche Kliniken u. Rehaeinrichtungen kennen gelernt. Es gab aber bisher keinerlei Hinweise zu solchen Hilfen u.was damit alles zu beachten waere. Keine der KH oder Rehaeinrichtung, welche ich kennenlernte, verfügte über nur eine solche Kurbel.
    Man durfte immer nur zusehen, wie andere Pat. in den sog.“ Muckibuden“ lustig radeln konnten. Fuer mich blieben nur lahme, langsame Motorschienen .
    Wegen fehlender Knie- Beugung unter 90 Grad nach 4 Wochen REHA bei Einbau einer ausgeführten Wechselendoproth. ,bekam ich eine Motorschiene für 6 Wochen sogar nach Hause. Nach 4 Wochen wurde sie angeblich aus Kostengruenden wieder abgezogen! Danach ist man mit seinen eingeschränkten Bewegungsmoeglichkeiten wieder sich selbst überlassen.
    Die Probleme gehen aber noch viel weiter, weil bei solchen Endoproth. oft erhebliche Schmerzen u. Geheinschraenkungen bestehen, im Alter zunehmen u. dadurch weitere Folgeerkrankungen hinzu kommen.
    Schulter-OPn , Bandscheibenvorfälle , LWS-Beschwerden – dass alles kann einen innerhalb kurzer Zeit ereilen.
    Fehlende Ausarbeitung führt unweigerlich zu Gewichtszunahme, die Gelenke werden zu stark belastet.
    E-Bike oder Fahrrad fahren (je nach Gelaende wo man lebt) ist das Mittel der ersten Wahl (s.Prof. Schmidt,SporthochschuleKoeln)!
    Sich nicht in die Sofaecke zurueck ziehen oder verbannen lassen, am alltäglichen Leben teilnehmen, noetige Besorgungen und Einkaeufe auch im ländlichen Raum aktiv selbst ohne Auto erledigen, rundum was fuer die eigene Gesundheit tun, sowie über die Verlaengerung der Endoprothesenstandzeit eine belastende u. teure Wechsel- OP vermeiden, dass sollte von den Kassen u. BG durch Kostenuebernahmen oder -beteiligungen unterstützt werden.
    Genau das kurzsichtige Gegenteil passiert wegen fehlenden gesetzlichen Regelungen , aber vielen offenen Hintertüren in Deutschland permanent.
    Elektromobilitaet beim Auto, welche sich der Normalbuerger nicht leisten kann, soll mit satten Praemien gepuscht werden. Die Elektromobilitaet bei E-Raedern dagegen ist ein Stiefkind!
    Also Leute, wer kann mir u.auch anderen zumindest in technischer Hinsicht helfen ?
    Mit besten Gruessen

    hope 42

    1. Hallo Hope42!
      Ich bin nicht ganz sicher, aber vielleicht gibt es Mittelmotoren, die nur auf einer Seite die Kraft messen. Das müsste bei ihnen dann ja links sein.
      Eine ganz andere Option wäre ein E-Rad, dass per Knopfdruck unterstützt, Sie müssten dann nur minimal die Pedale bewegen und dann funktioniert der Knopf (Pedale bewegen ist notwendig, damit es rechtlich ein „Fahrrad“ bleibt).
      Wäre das eine Alternative, oder hatten Sie das schon mal?
      Beste Grüße
      e-Rad Hafen

  3. Hi Frank,
    ein 36Volt Panasonic System hat eigentlich immer einen Geschwindigkeitssensor. Bist du sicher, da ist kein kleiner Magnet an den Speichen befestigt? und wenn der in die falsche Richtung gedreht ist, bekommst du eine Fehlermeldung?
    VG
    e-Rad Hafen

  4. Ergänzend zu dem Panasonic 36 Volt:

    Habe mir ein Victoria mit dem 36 Volt Mittelmotor zugelegt, das hat KEINEN Geschwindigkeitssensor !!!!

    mit freundlichen Grüßen
    Frank

  5. Leider habe ich den Hersteller vergessen, das ist „der“ Standard Kraftsensor für hinten. Das Rad ist jedenfalls ein BH e-Mountain Bike gewesen. Vll. hilft das?

  6. Auch wenn der Artikel schon etwas älter ist, können Sie mit zufällig noch den Hersteller bzw. das Modell des abgebildeten Kraftasensors nennen?

    Vielen Dank und mit freundlichen Grüßen
    C. Jenne

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