Sonniges Wetter, epische Trails, doch plötzlich klappert und knackt es. Undefinierbare Geräusche am oder im Fahrrad sind der Stimmungskiller auf jeder noch so schönen Ausfahrt. Gerade bei E-Bikes, die mittels Elektro-Motor angetrieben werden, treten Schwingungen oder Vibrationen auf, die oft als störende Geräusche wahrgenommen werden. Um solchen Lärm von Vornherein möglichst zu vermeiden, bietet das Fraunhofer Institut für Werkzeugmaschinen und Umformtechnik (IWU) in Dresden nun einen eigenen Akustikprüfstand für E-Bikes an. Dort können Hersteller ihre Prototypen auf störende Geräusche hin testen und so schneller, aber vor allem leiser zur Serienreife bringen.

Was verursacht den Lärm und wie gelangt er zum Ohr?

Dieser ungewollte Lärm am E-Bike entsteht nicht zufällig. Auslöser sind in der Regel dynamische Kräfte aus dem Elektromotor oder dem Getriebe, die über Schnittstellen in Rahmen sowie Komponenten eingeleitet und als Luftschall abgeleitet werden. Mittels so genannter Sound Source Characterization setzt man beim Fraunhofer Institut dort an, wo die Ursachen für die Geräusche zu finden sind. Die Experten untersuchen dann in ihrem Akustikprüfstand, wie der Lärm oder die Vibration von ihrer Quelle zum Ohr des Empfängers gelangen. Dazu werden verschiedene Übertragungswege identifiziert und qualifiziert. Je nach Wunsch des Herstellers, können die Akustiker am Fraunhofer Institut zusätzliche Verfahren einsetzen, um etwa den Luftschall an der Fahrerposition mit Kunstkopftechnik zu messen. Dadurch werden Geräusche wie mit zwei Ohren beim Menschen räumlich wahrgenommen. Auch Schwingungsmessungen an Komponenten und Rahmen können auf Wunsch durchgeführt werden.

Anders als klassische Prüfstände, die meist auf Haltbarkeit, Lastwechsel oder strukturelle Festigkeit des Prüfmaterials ausgelegt sind, stehen beim von EMEC Prototyping und dem Fraunhofer Akustik-Team entwickelten Prüfstand für E-Bikes die Geräuschentstehung sowie -übertragung im Mittelpunkt. Um möglichst nah an der Realität zu testen, kann sogar ein realer Fahrer am E-Bike im Testlabor Platz nehmen. Auch der Untergrund kann in die Messungen mit einbezogen werden und nicht nur ganze Fahrräder, sondern auch einzelne Teile, wie etwa nur der Antriebsstrang, können auf ihre Geräuschentwicklung hin getestet werden.

Musik statt Lärm

Derzeit konzentriert sich die Arbeit der Akustiker aber noch auf die Lästigkeit von Geräuschen und wie diese vermieden oder zumindest abgemildert werden können. Denn gerade am Velo wollen die meisten so wenig wie möglich vom Motor hören, um das echte Fahrrad-Gefühl auch am E-Bike zu geniessen. Für diese Klientel versuchen die Fraunhofer-Akustiker E-Bikes so leise wie nur möglich zu machen. Doch Fahrräder sind nicht immer nur leise. Bei manchen Komponenten, wie zum Beispiel dem Freilauf an der Hinterradnabe, darf es für viele Benutzer auch lauter sein. Und bei E-Bikes könnte man mittels Sounddesign ebenfalls bewusst auf hörbare Geräusche setzen. 

Marco Gnauck vom Akustik-Team des Fraunhofer Instituts zieht den Vergleich zum Auto und kann sich vorstellen, dass in Zukunft auch E-Bike-Motoren ihren typischen, unverkennbaren Markensound aufweisen. So wie ein Porsche einzigartig klingt, könnten etwa auch ein Bosch oder Brose ihren unverwechselbaren Motorensound bekommen. Blickt man zu den Zügen wäre sogar denkbar, E-Bike-Motoren musizieren zu lassen. So wie die Loks der österreichischen Railjet-Garnituren beim Losfahren die Tonleiter spielen. Grund dafür sind Frequenzen, die bei der Umwandlung von Gleichstrom in dreiphasigen Wechselstrom für den Fahrmotor entstehen. Damit die Räder in Schwung geraten, wird langsam die Frequenz erhöht. Dabei entstehen relativ leise Töne und der gesamte Motorraum wirkt als Resonanzkörper. Theoretisch könnte man auch E-Bikes derart singen lassen, erklärt Gnauck.

Drehmoment und Rahmen-Material als Faktoren

Doch bevor solche Spielereien umgesetzt werden, gilt es E-Bikes akustisch zu optimieren. Denn hier wäre noch viel möglich sind sich die Experten einig. Einerseits stellen die steigenden Drehmoment-Werte die Entwickler vor Herausforderungen. Je größer nämlich die Kraftübertragung, desto eher entstehen dabei Geräusche - sehr vereinfacht gesagt. Und auch das Rahmen-Material trägt wesentlich zur Geräuschentwicklung bei. So begünstigt steifes Material wie Karbon die Lärmentwicklung eher, während andere Materialien mit anderer Schwingfähigkeit auch Schall unterschiedlich gut leiten.

Mehr zum Thema:

Website des Fraunhofer IWU Dresden mit den Infos zum Akustikprüfstand