Erklärung des Doppellager-Nabenmotor für elektrische Rollstühle

Wenn Menschen Elektromotoren für Elektrorollstühle vergleichen, konzentrieren sie sich häufig auf die offensichtlichen technischen Daten: Spannung, Nennleistung, Radgröße, Höchstgeschwindigkeit und Drehmoment. Diese Werte sind wichtig, erzählen aber nicht die ganze Geschichte.

Ein Motor kann auf dem Papier ausreichend Leistung bieten und trotzdem im Fahrbetrieb enttäuschen, wenn seine mechanische Konstruktion nicht optimal ausgelegt ist. Bei Elektrorollstühlen muss der Motor wiederholt Beschleunigung, Bremsvorgänge, unebene Fahrbahnen, Rampen, Bordsteinkanten sowie das Gewicht des Rollstuhls und seines Benutzers bewältigen. Deshalb kann die interne Lageranordnung einen überraschend großen Unterschied machen.

Hier kommt der Doppellager-Nabenmotor für Elektrorollstühle ins Spiel.

Ein Doppellager-Nabenmotor verfügt über zwei Lager innerhalb der Motor-Rad-Einheit. Sie stützen die rotierenden Bauteile und nehmen die auftretenden Radlasten auf. Im Vergleich zu einer Konstruktion mit nur einem Lager kann diese Bauweise bei fachgerechter Auslegung eine höhere mechanische Stabilität, eine bessere Aufnahme radialer und seitlicher Kräfte, einen ruhigeren Lauf und eine potenziell längere Lebensdauer bieten.

Doch was genau ist ein Doppellager-Nabenmotor? Warum sind zwei Lager sinnvoll? Bedeutet eine Doppellager-Konstruktion automatisch, dass der Elektromotor für einen Rollstuhl besser ist? Und worauf sollten Hersteller, Händler und Rollstuhlfahrer bei der Auswahl achten?

Schauen wir uns das genauer an.

Was ist ein Doppellager-Nabenmotor für Elektrorollstühle?

Ein Nabenmotor für Elektrorollstühle ist direkt in das Rad oder die Radnabe integriert. Im Gegensatz dazu wird bei einem herkömmlichen Motor das Drehmoment über eine Kette, einen Riemen, ein Getriebe oder ein externes Antriebssystem auf das Rad übertragen.

Zu den typischen Komponenten eines Nabenmotors für Elektrorollstühle gehören:

• Stator
• Permanentmagnete
• Rotor
• Motorwelle oder Achskonstruktion
• Lager
• Motorgehäuse mit Radaufnahme
• Verkabelung
• Hall-Sensoren oder andere Positionssensoren, abhängig von der Motorkonstruktion

Der Motor erzeugt die Drehbewegung direkt im Rad. Dadurch entfallen zahlreiche externe mechanische Übertragungskomponenten, und das Drehmoment kann unmittelbar auf das Rad übertragen werden.

Ein Doppellager-Nabenmotor verwendet zwei Lager zur Abstützung der rotierenden Baugruppe. Die genaue Anordnung hängt von der mechanischen Konstruktion des Motors ab. Das grundlegende Ziel ist jedoch immer dasselbe: Die mechanischen Lasten sollen besser verteilt und die rotierenden Bauteile präzise ausgerichtet gehalten werden.

Das ist bei einem Elektrorollstuhl besonders wichtig, denn der Motor dreht nicht einfach nur ein leichtes Rad.

Er trägt und bewegt ein komplettes Mobilitätssystem.

Stellen Sie sich vor, ein Elektrorollstuhl fährt über einen unebenen Gehweg. Das Rad kann innerhalb kürzester Zeit vertikale Stöße, seitliche Kräfte, Vibrationen und Veränderungen der Bodenhaftung erfahren. Beim Lenken, Beschleunigen oder Befahren einer Rampe wirken zusätzliche Kräfte auf den Motor und die Radbaugruppe.

Die Lager müssen deshalb mehr leisten, als lediglich eine reibungsarme Drehbewegung zu ermöglichen.

Sie tragen dazu bei, die mechanische Position und Ausrichtung der rotierenden und feststehenden Bauteile zueinander aufrechtzuerhalten.

Das ist einer der wichtigsten Gründe, warum eine Doppellager-Konstruktion für Elektrorollstühle attraktiv sein kann.

Warum sind Lager in einem Nabenmotor so wichtig?

Am einfachsten lässt sich die Bedeutung der Lager anhand des Rades verstehen.

Ein Rad muss sich gleichmäßig drehen können und gleichzeitig mechanisch stabil bleiben. Wird die rotierende Baugruppe nicht ausreichend abgestützt, können sich Welle oder Rotor unerwünscht bewegen. Mit der Zeit kann dies zu Vibrationen, Geräuschen, ungleichmäßigem Verschleiß und einer geringeren mechanischen Effizienz führen.

Ein Lager reduziert die Reibung zwischen beweglichen Bauteilen und hält gleichzeitig die rotierende Baugruppe in der vorgesehenen Position.

In einem Nabenmotor können die Lager verschiedenen mechanischen Kräften ausgesetzt sein. Dazu gehören radiale Kräfte sowie, abhängig von der Konstruktion, axiale Kräfte oder seitliche Belastungen.

Ein Rollstuhlmotor kann solchen Belastungen unter anderem in folgenden Situationen ausgesetzt sein:

• Beim Transport eines schweren Benutzers
• Beim Fahren auf unebenen Straßen
• Beim Überqueren kleiner Schwellen
• Bei engen Kurven
• Beim Befahren von Steigungen
• Bei abrupten Bremsvorgängen
• Beim Fahren auf unbefestigtem Gelände
• Bei häufigem Anfahren und Anhalten

Ein einzelnes Lager kann eine rotierende Baugruppe abstützen. Wie sich die mechanischen Kräfte verteilen, hängt jedoch stark von der Lagergröße, der Lagerposition, der Wellenauslegung, der Steifigkeit des Gehäuses und der gesamten Motorkonstruktion ab.

Bei zwei korrekt positionierten Lagern können sich die Kräfte auf eine breitere Abstützungsstruktur verteilen.

Dadurch lässt sich die Stabilität des Rotors und der Radbaugruppe verbessern.

Ein wichtiger Punkt muss jedoch klar sein:

Zwei Lager machen einen Motor nicht automatisch besser.

Die Lagerqualität, der Lagerabstand, der Wellendurchmesser, die Gehäusekonstruktion, die Abdichtung, die Fertigungstoleranzen, die Schmierung und die vorgesehenen Belastungen spielen ebenfalls eine wichtige Rolle.

Ein schlecht ausgelegtes Doppellagersystem kann schlechter funktionieren als ein sorgfältig konstruiertes System mit nur einem Lager.

Der entscheidende Vorteil ergibt sich aus der gesamten mechanischen Konstruktion und nicht allein aus der Anzahl der Lager.

Doppellager-Nabenmotor vs. Nabenmotor mit Einzellager

Der Unterschied zwischen Nabenmotoren mit einem oder zwei Lagern wird besonders bei der mechanischen Stabilität deutlich.

Eine Konstruktion mit nur einem Lager benötigt im Allgemeinen weniger Komponenten und lässt sich einfacher herstellen. Je nach Anwendungsbereich kann sie außerdem kompakter, leichter und kostengünstiger sein.

Für Anwendungen mit vergleichsweise geringen Belastungen kann das vollkommen ausreichend sein.

Elektrorollstühle benötigen jedoch häufig eine besonders zuverlässige mechanische Abstützung, da der Motor direkt mit dem angetriebenen Rad verbunden ist.

Eine Doppellager-Konstruktion kann mehrere potenzielle Vorteile bieten.

Bessere Lastverteilung

Zwei Lager können dazu beitragen, die Belastung gleichmäßiger über die Motorkonstruktion zu verteilen, anstatt die mechanischen Kräfte auf einen einzelnen Abstützungspunkt zu konzentrieren.

Das ist besonders hilfreich, wenn das Rad einen erheblichen Anteil des Gesamtgewichts des Fahrzeugs tragen muss.

Höhere Wellenstabilität

Ein geeigneter Lagerabstand kann unerwünschte Bewegungen der rotierenden Baugruppe reduzieren.

Eine stabilere Wellen- oder Rotorkonstruktion kann Vibrationen verringern und dazu beitragen, gleichmäßige mechanische Abstände zwischen den internen Bauteilen aufrechtzuerhalten.

Bessere Aufnahme von Radbelastungen

Radnabenmotoren sind Kräften ausgesetzt, die bei einem herkömmlichen, zentral montierten Motor möglicherweise nicht in gleicher Weise auftreten.

Der Motor befindet sich in unmittelbarer Nähe zur Fahrbahn, und das Rad kann Stößen sowie seitlichen Kräften ausgesetzt sein.

Eine geeignete Doppellager-Konstruktion lässt sich so auslegen, dass sie diese Belastungen effektiver aufnimmt.

Potenziell längere Lebensdauer

Werden die mechanischen Kräfte richtig verteilt, können einzelne Komponenten weniger stark konzentrierten Belastungen ausgesetzt sein.

Das kann zu einer längeren Lebensdauer der Lager und des Motors beitragen. Die tatsächliche Haltbarkeit hängt jedoch von der gesamten technischen Auslegung und den Betriebsbedingungen ab.

Ruhigerer Lauf

Eine steife und korrekt abgestützte rotierende Baugruppe kann unerwünschte Bewegungen und Vibrationen reduzieren.

Bei einem Elektrorollstuhl ist ein ruhiger Lauf nicht nur eine Frage des Komforts. Er kann auch das Fahrgefühl verbessern und zu einem besser vorhersehbaren Fahrverhalten beitragen.

So funktioniert ein Nabenmotor für Elektrorollstühle

Um den Nutzen einer Doppellager-Konstruktion zu verstehen, lohnt es sich, zunächst die Funktionsweise eines typischen bürstenlosen Nabenmotors zu betrachten.

Die meisten modernen Nabenmotoren für Elektrorollstühle verwenden einen bürstenlosen Gleichstrommotor, der allgemein als BLDC-Motor bezeichnet wird.

Anstelle mechanischer Bürsten und eines Kommutators schaltet eine elektronische Steuereinheit den Strom durch die Motorwicklungen.

Der Stator enthält Kupferwicklungen, während die Permanentmagnete in der rotierenden Baugruppe angeordnet sind. Fließt elektrischer Strom durch die Wicklungen, entsteht ein Magnetfeld.

Die Steuerung verändert die Stromverteilung in einer bestimmten Reihenfolge, sodass sich das Magnetfeld dreht.

Die Permanentmagnete folgen diesem rotierenden Magnetfeld und erzeugen dadurch eine mechanische Drehbewegung.

Bei einem Nabenmotor wird diese Drehbewegung direkt auf das Rad übertragen.

Durch dieses Direktantriebskonzept können mehrere mechanische Übertragungskomponenten entfallen.

Es gibt keine herkömmliche Antriebskette, die gewartet werden muss.

Es gibt keinen externen Antriebsriemen, dessen Spannung eingestellt werden muss.

Je nach Motorkonstruktion ist möglicherweise auch kein separates Getrie