E-Scooter-Nabenmotor: Wie ein Radnabenmotor aufgebaut ist, Teil für Teil
Der Motor eines E-Scooters ist fast immer im Rad verborgen: Es handelt sich um einen Nabenmotor oder Radnabenmotor. Er hat weder Kette noch Riemen oder Getriebe. Seine Besonderheit ist, dass er „verkehrt herum“ gebaut ist: Der Teil, der die Wicklungen trägt, bleibt fest und ist auf der Achse fixiert, während sich die äußere Hülle, die mit Magneten bestückt ist, mit dem Reifen dreht. Das Verständnis dieser Konstruktion hilft dabei, einen Motor auszuwählen, ihn korrekt zu montieren und Geräusche oder Defekte zu diagnostizieren.
Das Wesentliche
- Der Stator, mit seinen Kupferwicklungen, ist auf der Achse befestigt und dreht sich nicht.
- Die äußere Glocke, die die Magnete trägt, dreht sich um den Stator und treibt direkt die Felge an.
- Alle Kabel (drei Phasen, Sensoren, Temperatursensor) kommen durch die Hohlachse heraus.
- Zwei Lager, eines in jedem Seitendeckel, führen die Glocke um die Achse.
- Die Felge kann in die Glocke integriert sein oder als zwei geteilte Felgenhälften ausgeführt sein, die den Reifenwechsel erleichtern.
Ein Außenläufermotor
Bei einem klassischen Elektromotor, wie dem einer Bohrmaschine, befindet sich der rotierende Teil in der Mitte und der feste Teil umschließt ihn. Der Nabenmotor kehrt die Rollen um: Man spricht von einem Außenläufermotor. Der Stator befindet sich in der Mitte, der Rotor bildet die Glocke, die ihn umschließt.
Diese Architektur bietet zwei Vorteile für einen E-Scooter. Erstens treibt der Motor das Rad direkt an: Es gibt keine Getriebeteile, die gewartet, eingestellt oder kaputtgehen könnten. Zweitens sind die Magnete auf einem großen Durchmesser platziert, was einen großen Hebelarm und viel Drehmoment aus dem Stand ohne Getriebe ermöglicht. Deshalb haben Nabenmotoren auch eine große Anzahl an Polen, wie in unserem Leitfaden zu Kv, Kt und Motorpolen erklärt.
Der Stator: Das feste Herzstück
Der Stator ist ein Stapel aus dünnen magnetischen Stahlblechen, die sternförmig zugeschnitten sind. Jeder Arm des Sterns wird als Zahn bezeichnet; um jeden Zahn ist lackierter Kupferdraht gewickelt. Die Zähne sind in drei Gruppen verbunden, den drei Phasen des Motors.
Der Stator wird auf die Achse aufgepresst und fixiert, welche selbst mit Muttern in den Gabelarmen des E-Scooters festgezogen wird. Er bewegt sich also nie: Es ist das Magnetfeld, das durch den Strom in seinen Wicklungen erzeugt wird, das „sich dreht“, gesteuert vom Controller, und das die Magnete mitnimmt.
Die Art und Weise, wie diese Wicklungen ausgeführt sind (Anzahl der Windungen, Drahtstärke), bestimmt den Charakter des Motors: eher auf Geschwindigkeit oder eher auf Drehmoment ausgelegt. Das ist der Unterschied zwischen unseren Versionen High Speed und High Torque.
Die Glocke und ihre Magnete
Die Glocke ist ein Stahl- oder Aluminiumrohr, das durch zwei Seitendeckel verschlossen ist. Auf ihrer Innenseite sind Permanentmagnete, in der Regel Neodym-Magnete, abwechselnd mit Nord- und Südpol aufgeklebt. Zwischen der Oberfläche der Magnete und den Zähnen des Stators bleibt nur ein sehr kleiner Luftspalt: der Luftspalt. Je dünner und gleichmäßiger er ist, desto effizienter ist der Motor, aber desto präziser muss auch die Fertigung sein.
Die Magnete arbeiten unter hoher Belastung: Sie werden vom Stator angezogen, durch Straßenunebenheiten erschüttert und vom Motor erhitzt. Ein Magnet, der sich löst, schleift im Luftspalt und erzeugt ein charakteristisches Schleifgeräusch; dann muss man sofort anhalten. Die Breite dieser Magnete dient übrigens oft zur Bezeichnung des Motors: Siehe unseren Leitfaden zu den Größen 60, 70, 75, 80.
Seitendeckel, Lager und Hohlachse
Jede Seite der Glocke ist durch einen Seitendeckel verschlossen, eine Art aufgeschraubter Deckel. In der Mitte jedes Seitendeckels befindet sich ein Kugellager, das sich um die Achse dreht. Diese beiden Lager tragen das gesamte Gewicht des Fahrers und fangen Stöße ab. Ein verschlissenes Lager erkennt man an einem Grollen, das mit der Geschwindigkeit zunimmt, oder an einem seitlichen Spiel des Rades.
Die Achse ist zumindest auf einer Seite hohl: Hier kommen alle Motorkabel heraus. Der Durchgang ist eng und ist eine empfindliche Stelle. Das Kabel kommt direkt neben dem Gabelarm aus der Achse, wo es Vibrationen und Bewegungen der Federung ausgesetzt ist. Ein eingeklemmtes Kabel, das von einer Unterlegscheibe gequetscht oder an einer scharfen Kante aufgerieben wird, wird schließlich beschädigt und verursacht Ruckeln oder Aussetzer.
Die Abflachungen der Achse, diese beiden an den Enden gefrästen flachen Seiten, verhindern, dass sie sich in den Gabelarmen dreht. Wenn die Muttern nicht richtig festgezogen sind, kann das Motordrehmoment die Achse drehen, was die Kabel verdreht und abreißt: Das ist ein Defekt, den wir regelmäßig in der Werkstatt sehen.
Die Kabel, die aus dem Motor kommen
Die drei Phasen
Das sind die dicken Kabel, eines pro Wicklungsgruppe. Sie transportieren den gesamten Strom des Motors, oft viel mehr als der, der aus der Batterie kommt. Ihr Querschnitt hängt vom Motor ab: Unsere Motoren der Serien MHS, MHT, XHS und XHT haben Phasen mit 10 mm², unsere SHS60 und SHT60 Phasen mit 4 mm². Am Ende befinden sich Stecker, die den Anforderungen gewachsen sein müssen: Bei diesen Serien sind es AMASS 8 mm Bullet-Stecker. Ein unterdimensionierter Stecker erhitzt sich, verfärbt sich schwarz und führt schließlich zu Aussetzern.
Die Hall-Sensoren
Ein dünneres Kabel, oft mit fünf Adern, verbindet drei kleine Sensoren, die zwischen den Statorzähnen platziert sind. Sie erkennen den Durchgang der Magnete und zeigen dem Controller die Position der Glocke an, was ein direktes und ruckfreies Anfahren ermöglicht. Zwei Adern versorgen die Sensoren, drei übertragen ihre Signale.
Der Temperatursensor
Viele Hochleistungsmotoren verfügen über einen in die Wicklung eingebetteten Sensor. Verbunden mit dem Controller ermöglicht er es diesem, die Leistung zu reduzieren, bevor der Motor Schaden nimmt. Die Gründe für diese Erwärmung sind in unserem Leitfaden Warum ein Elektromotor heiß wird detailliert beschrieben.
Integrierte Felge oder geteilte Felgen
Die Felge ist das Teil, das den Reifen trägt. Es gibt zwei Bauweisen:
- Die integrierte Felge ist Teil der Glocke. Das ist bei unseren Motoren SHS60, SHT60, W50 und W60 der Fall, die über eine integrierte 6,5-Zoll-Tubeless-Felge verfügen. Vorteil: ein einfaches System ohne Schlauch. Nachteil: Die Felge kann nicht gewechselt werden, ohne die Glocke zu tauschen.
- Die geteilten Felgen bestehen aus zwei Hälften, die auf beiden Seiten der Glocke verschraubt sind. Man trennt sie, um den Reifen zu montieren, was das Hantieren mit einem Reifenmontierhebel erspart. Das ist bei unseren MHS und MHT der Fall, die mit 6,5-Zoll-geteilten Felgen geliefert werden, sowie bei unseren XHS und XHT mit der optionalen CNC-Aluminiumfelge.
Unsere gesamte Motorenpalette finden Sie in der Kategorie E-Scooter-Motoren.
Der Tipp aus der Werkstatt
Überprüfen Sie bei jedem Radausbau den Kabelausgang an der Achse: aufgescheuerte Ummantelung, eingeklemmtes Kabel, falsch ausgerichtete Unterlegscheibe. Und ziehen Sie die Achsmuttern mit dem richtigen Drehmoment an. Die Mehrheit der „Motor“-Defekte, die wir sehen, kommt von dort, nicht aus dem Inneren des Motors.
Häufig gestellte Fragen
Kann man einen Nabenmotor selbst öffnen?
Das ist möglich, aber heikel: Die Magnete ziehen den Stator stark an, und die Glocke schnappt zu, wenn man sie loslässt, was die Gefahr birgt, sich die Finger einzuklemmen oder die Magnete und Kabel zu beschädigen. Man benötigt geeignetes Werkzeug und einen sauberen Arbeitsplatz, da sich kleinste Metallspäne sofort an den Magneten festsetzen.
Warum klappert oder schleift mein Motor während der Fahrt?
Häufige Ursachen sind ein verschlissenes Lager, ein gelöster Magnet, der schleift, eine Achse, die sich in den Gabelarmen dreht, oder ein Fremdkörper im Motor. Hören Sie auf zu fahren und lassen Sie es überprüfen: Ein gelöster Magnet kann den Stator innerhalb weniger Kilometer beschädigen.
Ist ein Nabenmotor wasserdicht?
Er ist geschlossen, aber selten perfekt wasserdicht: Wasser kann durch den Kabelausgang oder die Dichtungen der Seitendeckel eindringen. Ein Motor, der zur Belüftung angebohrt wurde, ist überhaupt nicht mehr wasserdicht und sollte nur bei trockenem Wetter verwendet werden.
Benötigt ein Nabenmotor Wartung?
Wenig: Überprüfung der Lager, des Achssitzes, des Zustands des Kabels und der Phasenstecker. Das ist einer der großen Vorteile dieser Architektur gegenüber einem Kettenantrieb.
Kann man einen größeren Motor in seinen E-Scooter einbauen?
Oft ja, mit Achsen und Distanzstücken, die an die Gabelöffnung angepasst sind. Man muss auch sicherstellen, dass Controller und Batterie mithalten können, sonst bleibt der Gewinn theoretisch.