Hochschule Niederrhein • Studentisches Projekt mit Augenzwinkern 😉

Warum an die Steckdose? BoostBike.

Während die Welt das etablierte E-Bike jede Nacht an das Ladekabel hängt, experimentieren unsere studentischen Teams an der Hochschule Niederrhein mit mechanischen Rollfedern, 150 bar Hydraulikspeichern und smarter SuperCap-Autarkie. Das Ziel? Anfahrhilfen, die nicht geladen werden müssen – mit maximalem Coolness-Faktor und echter Ingenieurskunst!

Die 3 Prototypen Interaktiver Rechner
0% Steckdosen-Pflicht
100% Coolness & Physik
§ 63a StVZO konform
BoostBike Prototyp mit leuchtenden Rekuperations-Energieflüssen
🔌
Kabel ade! Bremsen lädt den Speicher
😎
Pure Ingenieurskunst Rollfeder & 150 bar Hydraulik
Studentischer Erfindergeist

E-Bike kann jeder. Wir bauen Alternativen.

Das Forschungsprojekt wird am Fachbereich Wirtschaftsingenieurwesen der Hochschule Niederrhein von zwei Professoren geleitet – als kreative Spielwiese für angehende Ingenieure.

Die Ampel-Trägheit im Stadtverkehr

E-Bikes sind praktisch, aber langweilig: Man muss sie ständig aufladen, sie sind schwer und kosten ein Vermögen. Im Stadtverkehr stehen wir trotzdem alle an derselben roten Ampel. Beim Anfahren aus dem Stillstand droht ohne Unterstützung das klassische, wackelige Schlangenlinienfahren.

BoostBike geht das Problem mit einem Augenzwinkern an: Was wäre, wenn wir Bremsenergie vor der Ampel nicht verpuffen lassen, sondern in mechanischen Rollfedern, SuperCaps oder hydraulischen Druckspeichern fangen? Kein Kabel, kein nächtliches Laden – dafür purer Fahrspass und ein gewaltiger technischer Coolness-Faktor beim Start!

Wissenschaftliche Leitung

S

Prof. Dr.-Ing. Schettel

Energietechnik

Fachbereich Wirtschaftsingenieurwesen • Schwerpunkt Energieumwandlung, Hydraulik, Thermodynamik und Systemeffizienz.
D

Prof. Dr.-Ing. Deutges

Fertigungstechnik

Fachbereich Wirtschaftsingenieurwesen • Schwerpunkt Fertigungsverfahren, Maschinenelemente und konstruktive Umsetzung.
Grundlagen & Sicherheit

Physik, Sicherheit & Steampunk-Charme.

Bevor studentische Prototypen auf die Straße rollen, werden die mechanischen Grundgleichungen des Fahrrads und die verkehrsrechtlichen Rahmenbedingungen exakt analysiert.

⚙️

Hebelarme & Tretmoment

Die Tretkurbel wirkt als mechanischer Hebelarm. Die Pedalkraft FP = m · g erzeugt an der Kurbelwelle ein Drehmoment MK. Bei einer Kurbellänge von s ≈ 0,17 m und 150 N Kraft entstehen ca. 25,5 Nm Antriebsmoment – der Ausgangspunkt für unsere Rekuperationsberechnungen!

MK = FP · s  |  FK = MB / sK
🛡️

Schlangenlinien verhindern

Ein Fahrrad wird erst ab einer gewissen Mindestgeschwindigkeit kreiselstabil. Beim langsamen Anfahren droht seitliches Umkippen, was zu wackeligem Schlangenlinienfahren führt. Der BoostBike-Schub schiebt das Rad sofort auf Tempo – sicher, stabil und mit einem breiten Grinsen an den Autos vorbei.

Ziel: 0 → 12 km/h in < 3 Sek.
⚖️

Recht & Straßenzulassung

Wir versuchen in Abstimmung mit TÜV, Dekra und dem Kraftfahrt-Bundesamt (KBA) die Zulassungsfragen zu klären: Unsere BoostBikes sind rein rekuperierend nur mit einem mechanischen/hydraulischen/elektrischen Speicher ohne Lademöglichkeit ausgestattet. Da sie ohne eigene Kraftquelle konzipiert sind, ist das System quasi eine Anfahrhilfe. Vorteilhaft wäre, es fiele unter § 63a StVZO (Schiebe-/Anfahrhilfe) und bleibt damit komplett TÜV-frei!

Konform gemäß § 63a StVZO
Studentische Prototypen

Drei coole Wege zum Ampel-Boost.

In mehrjährigen Forschungsphasen haben unsere Studentengruppen drei völlig unterschiedliche Speichertechnologien konstruiert. Entdecken Sie die exakte Kette der Übertragungs- und Antriebs-Wirkungsgrade – und schalten Sie zwischen Prinzipschaubild und echtem Foto um!

✨ Prinzipschaubild: Rollfeder auf Gepäckträger
Prinzipschaubild: Rollfeder auf Gepäckträger
📸 Echter Aufbau: Prototyp BoostBike 1
Foto des echten mechanischen Aufbaus von BoostBike 1
BoostBike 1 • Steampunk-Charme

Rollfeder-Speichertrommel

Warum Chemie oder Strom, wenn es auch mit purem Federstahl geht? In einer massiven Gehäusetrommel auf dem Gepäckträger über dem Hinterrad spannen sich beim Rückwärtstreten zwei parallel geschaltete Rollfedern (von Scherdel Innotec). Ein mechanisches Kunstwerk mit unschlagbarem Coolness-Faktor – ganz ohne Batterie!

Feder-Windungen
24 nutzbar
Max. Drehmoment
8,5 Nm
Energiekapazität
640,9 Joule
Steckdosen-Bedarf
0,0 % (Autark)
Mehrgewicht (Akt. Stand)
+21,0 kg
Gesamtgewicht (Akt. Stand)
ca. 36,0 kg

⚙️ Antriebs-, Ketten- & Kupplungstechnik

  • Formschlüssige Kraftübertragung: Zwischen Tretlager, Speicherwelle und Hinterradnabe sorgen Rollenkettentriebe (ηKette ≈ 97 %) und Zahnriemen (ηRiemen ≈ 93 %) für eine schlupffreie Übertragung von Leistungsspitzen. Die Spannung wird über höhenverstellbare Gewindestangen-Trommeln reguliert.
  • Schalt- & Sperrelemente: Zur Trennung des normalen Fahrbetriebs vom Rekuperationssystem dient ein automatisches Freilaufritzel (HERO / B.S.C-Gewinde) als Richtungskupplung.
  • Gesperre & Arretierung: Ein formgehemmtes Arretierungsrad mit Sperrklinke und Bowdenzug hält die gewaltige Federspannung bis zur Grünphase und verhindert unerwünschtes Federmitdrehen beim Bremsen.
  • Gewichtsbilanz & Leichtbau-Perspektive: Im aktuellen Prototypenstand bringt das mechanische Feder-Rekuperationssystem (Gehäusetrommel, Wellen, Halterungen und 2 Scherdel-Triebfedern mit allein 8 kg) ein System-Mehrgewicht von +21 kg auf die Waage (Gesamtgewicht ca. 36 kg bei 15 kg Basis-Fahrrad). In der Weiterentwicklung hat der konsequente Leichtbau natürlich seinen festen Platz, um z. B. durch rahmenintegrierte Gehäuse aus Aluminium oder Carbon und optimierte Federelemente das Gewicht drastisch zu senken!
⚡ Live Wirkungsgrad-Rechner Schieberegler bewegen & Verluste erforschen:
System-Gesamtwirkungsgrad: 22,6 %
1. Kettentrieb 1 (Hinterrad ↔ Welle) 97,0 %
⬇ ×
2. Kettentrieb 2 (Welle ↔ Speicher) 97,0 %
⬇ ×
3. Rollfeder-Speicher & Lagerung 52,3 %
⬇ ×
4. Rückübertragung (Freilauf & Boost) 46,1 %
Formel: ηGesamt = η1 · η2 · η3 · η4
💡 Tipp: Der Rechner unten übernimmt Ihre geänderten Werte live!

Vorteile

  • Kein Ladekabel, keine Elektronik, purer Federstahl
  • Echtes Steampunk-Feeling auf dem Gepäckträger
  • Gleichmäßige Kraftabgabe beim Anfahren

Herausforderungen

  • Mit 21 kg Gesamtgewicht ein echtes Fitness-Gerät
  • Teure Sonderanfertigung der Hohlwellen
  • Kettenabspringen bei >9 Radumdrehungen im Prototyp
✨ Prinzipschaubild: Hydraulischer Speicher
Prinzipschaubild: Hydraulischer Speicher
📸 Echter Aufbau: Prototyp BoostBike 2 & 3
Foto des echten hydraulischen Aufbaus von BoostBike 3
BoostBike 2 & 3 • 150 bar Fluid-Power

Stickstoff-Membranspeicher

Die Königsklasse der studentischen Fluidtechnik: Beim Rückwärtstreten fördert eine kleine Zahnradpumpe Öl in einen Stickstoff-Membranspeicher (Hydac SBO300) und spannt ein Gaspolster auf bis zu 150 bar. Bei Grün an der Ampel öffnen Sie den Magura-Bremshebel – die Pumpe wird zum Motor und zischt mit Druckluft-Feeling los!

Speichervolumen
500 ml (0,5 l)
Max. Betriebsdruck
150 bar
Energiekapazität
442,5 Joule
Speicherbehälter
nur 1,1 kg
Mehrgewicht (Akt. Stand)
+16,66 kg
Gesamtgewicht (Akt. Stand)
exakt 31,66 kg

💧 Fluidtechnik & hydraulische Steuerung

  • Hydraulikmotor & Pumpe: Nutzung inkompressibler Öle über kompakte Außenzahnradmaschinen (z. B. Hydac MGE101 / Vivoil mit 2,60 – 6,67 cm3 Schluckvolumen). Beim Bremsen arbeiten sie als Verdrängungspumpe, beim Anfahren als kraftvoller Hydromotor bei nur ca. 1,3 kg Bauteilgewicht.
  • Drehmomentberechnung: Das erzeugte Antriebsmoment errechnet sich mechanisch zu M = (VS · Δp) / (20 · π) · ηhm.
  • Ventilsteuerung & Arretierung: Die Arretierung des 150-bar-Druckpolsters und die Steuerung der Ölströme erfolgen über entsperrbare Rückschlagventile per Magura-Bremshebel – das verhindert Vakuumbildung im System und sorgt für zischenden Druckluft-Charme beim Start.
  • Gewichtsbilanz & Leichtbau-Perspektive: Während der reine Membranspeicher nur 1,1 kg wiegt, liegt unser aktueller Prototypenstand beim System-Mehrgewicht bei ca. +16,66 kg (Pumpe/Motor, Ventilblock, Verrohrung, Hydrauliköl, Reibrad & Träger) und bei exakt 31,66 kg Gesamtgewicht (bzw. 111,665 kg inkl. Fahrer). Bereits in Generation BB5 konnte das Gewicht durch Aluminium-Komponenten um 3,35 kg gesenkt werden. In der laufenden Weiterentwicklung hat der konsequente Leichtbau oberste Priorität (z. B. durch dünnwandige Kunststoffliner oder Carbon-Druckbehälter), um das Systemgewicht weiter massiv zu reduzieren!
⚡ Live Wirkungsgrad-Rechner Schieberegler bewegen & Verluste erforschen:
System-Gesamtwirkungsgrad: 48,5 %
1. Ketten- & Riementrieb 95,0 %
⬇ ×
2. Hydraulik-Pumpe (Zahnrad) 72,2 %
⬇ ×
3. Stickstoff-Membranspeicher 95,0 %
⬇ ×
4. Hydromotor-Boost (Rückexpansion) 74,4 %
Formel: ηGesamt = η1 · η2 · η3 · η4
💡 Tipp: Der Rechner unten übernimmt Ihre geänderten Werte live!

Vorteile

  • Extrem leicht & kompakte Baumaße (Speicher 1,1 kg)
  • Hoher Systemwirkungsgrad (~70–80%)
  • Gigantischer Coolness-Faktor beim Druck-Entladen

Herausforderungen

  • Hohe Anforderungen an Dichtigkeit & Entlüftung
  • Thermische Verluste bei Gas-Kompression
  • Erfordert studentisches Fingerspitzengefühl
✨ Prinzipschaubild: SuperCap Speichermodul
Prinzipschaubild: SuperCap Speichermodul
📸 Echter Aufbau: Prototyp BoostBike 6
Foto des echten elektrischen Aufbaus von BoostBike 6
BoostBike 6 • SuperCap-Power

SuperCap-Kondensatorspeicher

Für alle, die elektrisch beschleunigen wollen, aber das ständige Laden an der Steckdose und verschleißende Akkus satt haben! Unsere Studenten setzen auf ultra-leichte, hochleistungsfähige SuperCaps (Doppelschichtkondensatoren). Sie absorbieren Bremsenergie in Sekundenbruchteilen und geben sie an der Ampel als kraftvollen Power-Boost wieder ab – verschleißfrei und mit maximaler Autarkie!

Technologie
SuperCap (EDLC)
Ladezyklen
1.000.000+ Zyklen
Speicher-Gewicht
nur 0,95 kg
Leistungsdichte
Extrem hoch
Mehrgewicht (Akt. Stand)
+6,5 kg
Gesamtgewicht (Akt. Stand)
ca. 21,5 kg

⚡ Elektromechanik & Nabenmotor-Integration

  • SuperCap-Kondensatorbank: Statt schwerer, langsam ladender Bleigel- oder Li-Ionen-Akkus absorbieren ultra-leichte SuperCaps (Doppelschichtkondensatoren) die kinetische Bremsenergie in Sekundenbruchteilen – mit gewaltiger Leistungsdichte beim Ampelstart.
  • Rekuperierender Nabenmotor: Nahtlose Integration direkt in der Radnabe ohne Veränderung der Rahmengeometrie. Die Eigenerzeugung der Energie beim Bremsen macht nächtliches Laden an der Steckdose komplett überflüssig.
  • Zyklenfestigkeit & BMS: Über 1.000.000 Ladezyklen völlig ohne chemischen Verschleiß. Ein intelligentes elektronisches Batteriemanagementsystem (BMS) regelt die Spannungsströme und schützt vor Überladung.
  • Gewichtsbilanz & Leichtbau-Perspektive: Durch den Einsatz des nur 0,95 kg leichten SuperCap-Kondensatorpakets und des kompakten Nabenmotors liegt unser aktueller Prototypenstand beim System-Mehrgewicht bei nur ca. +6,5 kg (Gesamtgewicht ca. 21,5 kg bei 15 kg Basisrad). Auch in dieser Generation ist der konsequente Leichtbau ein zentraler Baustein der Weiterentwicklung, um durch optimierte Halterungen und Verbundwerkstoffe ein extrem leichtfüßiges, kaum spürbares Rekuperationssystem zu erreichen!
⚡ Live Wirkungsgrad-Rechner Schieberegler bewegen & Verluste erforschen:
System-Gesamtwirkungsgrad: 63,8 %
1. Rekuperierender Naben-Generator 86,5 %
⬇ ×
2. Leistungselektronik & Inverter 95,0 %
⬇ ×
3. SuperCap Kondensatorbank 98,0 %
⬇ ×
4. Naben-Motor (Antriebs-Boost) 79,1 %
Formel: ηGesamt = η1 · η2 · η3 · η4
💡 Tipp: Der Rechner unten übernimmt Ihre geänderten Werte live!

Vorteile

  • Blitzschnelle Energieaufnahme beim Bremsen
  • Kein chemischer Verschleiß – hält ein Fahrradleben lang
  • Kein abendliches Ladekabel-Suchen im Flur

Herausforderungen

  • Doppelte Energiewandlung (Mech->Elek->Mech)
  • Elektronisches BMS und Spannungswandler nötig
  • Geringere Dauer-Reichweite als klassische Akkus
Interaktive Simulation

Der Ampel-Boost Rechner.

Simulieren Sie live, wie viel Bremsenergie Sie vor der roten Ampel mit unseren ermittelten Systemwirkungsgraden fangen und als coolen Anfahr-Boost wieder freisetzen!

⚡ 1. Wahl des Boostprinzips (Speicherbauweise)
⚙️ Mechanik Rollfeder
💧 Hydraulik Druckspeicher
⚡ Elektrik SuperCAP
Systemwirkungsgrad (ηRoundtrip) Live verknüpft mit Ihren Reglern von oben
48,5 %
2. Geschwindigkeit vor Bremsung (v0) 25 km/h
3. Gesamtgewicht (Fahrrad + Fahrer) 90 kg

🚀 Live-Telemetry: Energiebilanz

Kinetische Ausgangsenergie (Ekin) 2.170 J
Im Speicher aufgenommene Energie 1.488 J
Effektiver Ampel-Boost an den Rädern 1.052 J
System-Gesamtwirkungsgrad (ηRoundtrip) 48,5 %
Analyse & Bewertung

E-Bike vs. Studentischer Erfindergeist.

Wo punktet das etablierte E-Bike aus dem Laden – und wo glänzen unsere studentischen Prototypen mit Charme, Autarkie, Coolness und Systemwirkungsgrad?

Kriterium / System Standard Fahrrad Klassisches E-Bike BoostBike Mech. ⚙️ BoostBike Hydr. 💧 ⭐ BoostBike Elektr. ⚡
Speichermedium Keines (Muskelkraft) Lithium-Ionen Akku Rollfeder (Stahl) Stickstoff-Gaspolster SuperCap Kondensator
Systemwirkungsgrad (ηRoundtrip) 0 % (keine Rekup.) ca. 60 – 75 % (elektrisch) 22,6 % (Rollfeder) 48,5 % (150 bar Fluid) 63,8 % (SuperCap)
Steckdosen-Pflicht Nie Täglich / Wöchentlich Nie (0%) Nie (0%) Autark (Rekuperation)
System-Zusatzgewicht 0 kg ca. 4,0 – 7,0 kg 21,0 kg (Steampunk) ca. 3,5 kg (sehr leicht) ca. 2,5 kg (ultra-leicht)
Coolness-Faktor Standard Alltäglich 10/10 (Rollfeder) 11/10 (150 bar Zischen!) 10/10 (SuperCap Boost)
StVZO / TÜV Status Zugelassen Pedelec DIN EN 15194 § 63a Anfahrhilfe § 63a Anfahrhilfe (TÜV-frei) § 63a / Pedelec konform
Charakter des Projekts Basis Kommerziell Mechanisches Wunder Fluid-Hightech Smarte Evolution
Danksagung & Projektbeteiligte

Die Köpfe hinter dem BoostBike.

Ein interdisziplinäres Forschungs- und Lehrprojekt lebt von der Leidenschaft, Kreativität und dem Erfindergeist seiner Studierenden sowie der wissenschaftlichen Begleitung am Fachbereich Wirtschaftsingenieurwesen der Hochschule Niederrhein.

Wissenschaftliche Leitung

Fachbereich Wirtschaftsingenieurwesen

Initiatoren, wissenschaftliche Betreuung und Prüfer der interdisziplinären Entwicklungsprojekte an der Hochschule Niederrhein.

S
Prof. Dr.-Ing. Joachim Schettel Energietechnik, Hydraulik & Thermodynamik
D
Prof. Dipl.-Ing. Dominic Deutges Fertigungstechnik, Konstruktion & Maschinenelemente
Prinzip I • Rollfeder

Mechanisches Boostbike mit Rollfeder

Erforschung und Prototypenaufbau eines rein mechanischen Systems mit Feder-Energiespeicher auf dem Gepäckträger.

⚙️ Projektteam BB1

  • Jannik Bals
  • Vivien Czayka
  • Vincent Güttler
  • Dennis Lemmen
  • Justin Nelleßen
  • Maik Scheef
  • Tobias Weisbender
  • Christopher Willberg
Prinzip II • 150 bar

Hydraulisches Boostbike mit Druckspeicher

Entwicklung des hydromechanischen Antriebs mit Stickstoff-Membranspeicher, Ventilschaltung und energietechnischer Überprüfung.

💧 Projektteam BB2

  • Adrian Kauertz
  • Hendrik Kannchen
  • Jaro Hillmann
  • Thore Messerschmidt
  • Till Porting

💧 Projektteam BB3

  • Erik Buschmann
  • Lisa Wagner
  • Andreas Mayenschein
  • Vincent Vervoorst

💧 Projektteam BB4

  • Damir Adrovic

💧 Projektteam BB5

  • Philip Kniaz
  • Tim Pottbeckers
  • Lucas Pust
  • Emre Ülker
Prinzip III • SuperCap

Elektrisches Boostbike mit SuperCAP

Elektrische SuperCap-Autarkie, Nabenmotor-Integration, elektronisches BMS und energetische Effizienzsteigerung.

⚡ Projektteam BB6

  • Dogukan Gelir
  • Paul Spirres
  • Yassin Mekri
  • Emre Malik Yesilbas