Einfluss der Radnabenmaße auf das Drehmoment und die Leistungsoptimierung von Elektromotoren in Radnabenantrieben

Einfluss der Radnaben-Größe auf das Drehmoment und die Leistungsoptimierung von Elektromotoren

Die Dimensionierung von Radnaben spielt eine entscheidende Rolle bei der Leistungsentfaltung von Elektromotoren – insbesondere bei E-Antrieben für leichte, urbane Mobilitätsgeräte und Freizeitfahrzeuge. Das physikalische Zusammenspiel zwischen Nabendurchmesser, Reifenbreite und den elektromechanischen Eigenschaften des Motors beeinflusst maßgeblich das Drehmoment, die Wärmeableitung und die mechanische Stabilität.

Physikalische Parameter: Nabendurchmesser und Reifenbreite

Der Nabendurchmesser bestimmt den Hebelarm des Motors und wirkt sich direkt auf die Kraftübertragung aus. Ein größerer Nabendurchmesser reduziert das abgegebene Drehmoment am Rad – was sich durch erhöhte Motordrehzahlen kompensieren lässt – verbessert allerdings die Stabilität bei höheren Geschwindigkeiten. Im Gegensatz dazu ermöglicht ein kleinerer Nabendurchmesser ein höheres Drehmoment bei niedriger Drehzahl, kann aber die mechanische Belastung und den Verschleiß steigern.

Die Reifenbreite beeinflusst die Bodenhaftung und trägt zur Wärmeabfuhr bei. Breitere Reifen erhöhen die Reibung und damit den Anfahrzug, was einen höheren Drehmomentbedarf erzeugt. Gleichzeitig verbessert sich durch die größere Oberfläche die Wärmeabstrahlung des Systems, was insbesondere bei dauerhafter Belastung für eine optimale Motorkühlung sorgt.

Multidimensionale Auswirkungen auf das Drehmoment

Die Kombination von Nabendurchmesser und Reifenbreite definiert das so genannte „übersetzungsähnliche“ Verhältnis, das bestimmt, wie effektiv das Motorendrehmoment am Rad anliegt. Folgende Betrachtungen gelten als Richtwerte:

• Ein 8-Zoll-Rad mit 3,0 Zoll Reifenbreite kann bis zu 15 % mehr Drehmoment bei gleichen Motorparametern liefern als ein 10-Zoll-Rad mit schmalerem Reifen.
• Größere Räder bedingen eine leicht reduzierte Beschleunigung, eignen sich aber besser für stabile, konstante Fahrten mit höherer Endgeschwindigkeit.
• Die Reibungs- und Trägheitskräfte steigen mit breiteren Reifen, was bei der Motorauslegung berücksichtigt werden muss.

Graphische Darstellung Drehmomentverlust vs. Nabendurchmesser (im Beispiel 6-12 Zoll):

Optimierung der Wärmeableitung durch Radnaben-Design

Elektromotoren in Radnaben erzeugen während des Betriebs beträchtliche Wärme, die sich negativ auf die Leistung und Lebensdauer auswirken kann. Die Radgröße beeinflusst maßgeblich die Effizienz der Wärmeableitung:

Größere Radnaben bieten eine größere Oberfläche, was zu einer besseren Kühlung durch Konvektion führt. Daraus resultiert geringerer thermischer Stress und konstant hohe Leistung selbst bei längeren Fahrten.

Kleinere Radnaben benötigen oft zusätzliche Kühlkonzepte, wie z.B. integrierte Kühlrippen oder aktive Lüfter, um Überhitzung zu vermeiden. Hier zeigt sich in der Praxis, dass das richtige Zusammenspiel von Material, Größe und Kühltechnik ausschlaggebend für Performance und Lebensdauer ist.

Praxisbeispiel: „Rotationswirbel“-8-Zoll Langschaftmotor für Elektromobilität

In urbanen Elektrofahrzeugen und Freizeitgeräten hat sich der 8-Zoll-Radnabendurchmesser mit breiten Reifen als optimaler Kompromiss zwischen Drehmomentstärke und Fahrkomfort etabliert. Ein innovativer „Rotationswirbel“-Langschaftmotor, speziell für diese Radgröße, bietet folgende Vorteile:

• Bis zu 12 % gesteigerte Anfahrkraft durch optimiertes Übersetzungsverhältnis
• Verbesserte Wärmeableitung dank spezieller Legierungen und Oberflächenstruktur
• Hohe Kompatibilität mit gängigen Fahrrad- und Scooter-Typen ohne Montageprobleme
• Erhöhte mechanische Stabilität durch robusten Langschaft-Aufbau

Empfehlungen für die Auswahl von Radnaben in Elektromobilitätsprojekten

Bei der Auswahl von Radnaben sollten technische Entscheider und Einkaufsteams folgende Leitlinien beachten:

1. Leistung vs. Kompaktheit: Größere Radnaben unterstützen stabilere Fahrten, kleinere bieten schnelles Drehmoment und kompakten Einbau.
2. Wärmemanagement: Sicherstellen, dass Kühloptionen entsprechend der Radgröße implementiert werden, um Überhitzung zu vermeiden.
3. Mechanische Integration: Überprüfen, dass der Radnaben-Durchmesser und die Schaftlänge kompatibel mit dem Fahrzeugrahmen sind und Montageprobleme ausgeschlossen sind.
4. Benutzerspezifische Anforderungen: Abhängig von Einsatzprofil und Nutzerverhalten unterschiedliche Radgrößen und Bereifungsoptionen testen.