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Zweirad mit Frontantrieb

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Michauline entwickelt 1861
Hochrad Ariel 1871
Airbike 2005
Flevobike aus Holland 2009
Frontantrieb und -schaltung an einem Liegerad

Ein Zweirad mit Frontantrieb ist ein einspuriges Fahrzeug, dessen Vorderrad mit Muskelkraft oder von einem Motor angetrieben wird. Frontgetriebene Zweiräder sind seltener als solche mit Heckantrieb. Im Lauf der Entwicklung entstanden Fahrräder und Krafträder mit Frontantrieb, deren technische Lösungen von der einfachen Tretkurbel bis zu aufwändigen Allradanwendungen für Motorräder reichen.

Physik und konstruktive Merkmale

Die Physik des Zweiradfahrens ist komplex.[1] Besonders bedeutsam für Zweiräder mit Frontantrieb sind Wirkungen der dynamischen Radlastverteilung und der Gewichtsverlagerung an Steigungen.[2] Durch diese Schwerpunktverlagerungen liegt der mögliche Vortrieb von Zweirädern mit Frontantrieb stets deutlich unter den Vortriebswerten, die von Zweirädern mit Heckantrieb erreicht werden können. Bei Tretkurbelrädern entstehen zusätzlich Seitenkräfte, die die Lenkung beeinflussen. Studien zu Auswirkungen der rotierenden Massen von Motoren an der Vorderachse sowie Untersuchungen zur Rollwinkelbeschleunigung[3] für frontgetriebene Zweiräder sind nicht bekannt.

Muskelbetriebene Zweiräder verfügen in der Regel über Tretkurbeln. Für elektrisch angetriebene Fahrräder (Pedelec bzw. Elektrorad) ist das angetriebene Vorderrad mit Radnabenmotor derzeitiger Stand der Technik. Relativ selten sind Zweiradfahrzeuge mit zwei angetriebenen Rädern (Allradantrieb / 2 WD).

Vorteile, Nachteile und Abgrenzung

Vorteile des Frontantriebs ergeben sich je nach Konstruktion unterschiedlich. Nennenswert sind:

  • einfache Konstruktion bei Tretkurbelrädern
  • Kombinationsmöglichkeit von Hilfsmotoren mit konventionellen Fahrrädern
  • geringer technischer Aufwand bei Antrieb mit Reibrollen (Vélosolex)
  • zusätzliche Traktion bei Allradantrieb

Nachteile des Frontantriebs liegen in:

  • der im Vergleich zum Hinterradantrieb geringeren maximalen Kraftübertragung
  • der ungünstigen Gewichtsverteilung bezüglich der dynamischen Radlastverteilung
  • aufwendiger Technik bei Direktantrieb mit Verbrennungsmotoren

Abgrenzung zu verwechselbaren Antriebstechniken: Frontantrieb hat ein Fahrzeug, dessen Vorderrad angetrieben wird.

  • Zweiräder mit vorn angebrachten Luftschrauben zählen nicht zu den Fahrzeugen mit Frontantrieb. Ein Projekt wurde von Ernest Archdeacon im Jahre 1906 mit einem vorn angebrachten Propeller realisiert und verdeutlicht die Abgrenzung zum Frontantrieb.
  • Einachsige Fahrzeuge können keinen Frontantrieb haben. Der Segway Personal Transporter hat zwar zwei Räder, er gilt jedoch nicht als Zweirad, sondern ist als „zweirädriges, mehrspuriges Motorfahrzeug“ definiert und zählt somit nicht zu den Zweirädern mit Frontantrieb.
  • Mehrspurige Fahrzeuge zählen nicht zu den Zweirädern. Ein Beispiel aus dem Bereich der Fahrradtechnik ist der sogenannte „Moonbuggy“.[4]

Fahrräder

Patentzeichnungen des „Lallement Velociped“

Überblick

Die ersten Zweiräder waren die sogenannten Draisinen, im Jahr 1817 von Karl Drais erfunden. Der Franzose Pierre Michaux entwickelte und baute ab 1861 die ersten Tretkurbelräder – auch Michauline genannt. Unter dem Namen „Lallement Velociped“ ließ Pierre Lallement 1866 Verbesserungen dieses Typs patentieren.[5] Die Bezeichnung Velociped ist dem Lateinischen entlehnt; sie weist auf den „Schnellen Fuß“ hin. James Starley entwarf 1870 das Hochrad „Ariel“ mit der bis heute bekannten Form. Um 1890 beendete das Sicherheitsniederrad die Ära der Hochräder. Gründe waren geringere Sturzgefahr und technischer Fortschritt der Niederräder, insbesondere der Antrieb über eine Rollenkette und der Luftreifen, der 1888 von Dunlop und 1889 von Michelin erfunden wurde. Sicherheitsräder dieser Bauart wurden weiter perfektioniert und sind bis heute bewährt. Die Entwicklung des Sicherheitsrades bedeutete für fast 100 Jahre das Aus für den Frontantrieb beim Fahrrad. Erst Ende des zwanzigsten Jahrhunderts wurde der Frontantrieb wieder für neue Fahrradkonstruktionen genutzt.

Technik

Die ersten Zweiräder mit Frontantrieb waren Tretkurbelräder (Velocipede) und Hochräder, die mithilfe direkt an den Achsen angebrachter Tretkurbeln durch Muskelkraft angetrieben wurden. Die jüngsten Entwicklungen der frontgetriebenen Fahrräder haben Liegeräder und Modelle wie das Knicklenkerfahrrad sowie Mountainbikes mit Allradantrieb[6] hervorgebracht. Die meisten Fahrräder werden mit Tretkurbeln angetrieben, weil der Mensch mehr Kraft in den Beinen entwickeln kann als in den Armen. Fahrräder zum Antrieb durch die Armmuskulatur werden Handbikes genannt.

Krafträder

Zur ersten Entwicklung von Motorrädern um 1900 zählen Systeme mit Frontantrieb. Dabei wurden zunächst recht einfache Lösungen wie Riemenantrieb oder Reibrolle eingesetzt. Spätere Modelle mit Radnabenmotoren waren technisch erheblich anspruchsvoller. Der Australier Ian Drysdale [7] verwirklichte mit dem Versuchsmotorrad Drysdale 2x2x2 ein Zweirad, in dem neben Front- und Heckantrieb zusätzlich Front- und Hecklenkung mit Hydraulik realisiert wurden.[8]

Riemen, Ketten, Zahnräder als Antriebselemente

NSU Motosulm

Die Gebrüder Werner stellten 1897 ihr Modell „Motocyclette“ vor. Das Fahrzeug, das einem Fahrrad ähnelte, hatte Riemenantrieb.[9] Von diesem Modell wurden zahlreiche Lizenzen vergeben. Die Cyklon Maschinenfabrik GmbH produzierte ab 1900 Serienmotorräder mit Frontantrieb. Ein Riemen übertrug die Kraft vom Motor zum Vorderrad. Das Modell Zyklon wurde 1905 eingestellt. Ab 1919 produzierte Krupp in Essen den Krupp-Roller, einen Kleinstroller (Motorläufer genannt) mit einem seitlich am Vorderrad angebrachten Motor.[10] Das Allradgeländemotorrad Rokon Trail-Breaker wird seit 1958[11][12] gebaut. Besonderheit der Rokon ist die Kraftverteilung vom Mittelmotor, dessen Drehmoment über Ketten und Wellen auf die Räder übertragen wird.[13] Weitere bekannte Modelle dieser Antriebsarten sind:

  • NSU Motosulm, Einzylinder-Zweitaktmotor, 63 cm³, 1,25 PS, Höchstgeschwindigkeit 35 km/h, Antrieb (ohne Schaltgetriebe) mit Kette; als Damen- und Herrenrad gebaut (1931–1935)
  • Flottweg, 98 cm³ (1918)[10]
  • Rex mit Riementrieb, Possenhofen: FM31, FM32, FM50 49 cm³ (1947)[14]
  • Autoped Roller, New York (USA), 155 cm³ (1915)[10]
  • Husqvarna Novolette, Schweden, Riemenantrieb[15]

Friktionsantrieb mit Reibrollen

Diamantfahrrad mit Reibrollenantrieb (1950) im Verkehrsmuseum Chemnitz

Die Kraftübertragung mit Reibrollen ist technisch nur bei leistungsschwachen Fahrzeugen sinnvoll. Daher finden sich Lösungen für die Kraftübertragung auf das Vorderrad vornehmlich bei fahrradähnlichen Fahrzeugen. Die Firma Ixion produzierte einen der ersten Motoren mit Reibrollenantrieb. 1903 wurden die Fahrradmodelle Komet und Sigurd mit diesem Motor vorgestellt. Das Mofa der Marke Vélosolex (1946 bis 1988, in Lizenz bis heute) ist mit etwa 6 Mio. gebauten Exemplaren das bisher erfolgreichste frontgetriebene Zweirad. Eine Reibrolle überträgt die Kraft des direkt über dem Vorderrad angebrachten Motors auf den Reifen. Weitere bekannte Modelle dieser Bauart sind:

  • Berini (Bernhard Neumann, Rinus Bruynzeel, Nico Groenendijk) M13 Rotterdam (1949 bis 1961)[16]
  • Cymota, Motor Components Ltd., Birmingham[17]
  • Eilenriede, Firma Paffrath, Linz am Rhein (Viertaktmotor mit hängendem Zylinder[18])
  • Flink, Motorenwerk Varel GmbH[19]
  • Ixion, Hilfsmotor mit Reibrollenantrieb[10]
  • Le Poulain, Frankreich[20]
  • Panther Baby, Pantherwerke Braunschweig, Lizenzfertigung des Berinimotors[21]
  • Topres, Landman & Co, Amsterdam, Niederlande[22]
  • WSK (ähnelt dem Velosolex), Polen[23]

Radnabenantriebe

Radnabenzweitaktmotor von RevoPower Inc. (USA, 2007)

Radnabenantriebe sind mit Radnabenmotoren ausgestattet. Der Radnabenmotor ist eine Kraftmaschine, die direkt in ein Rad eines Fahrzeuges eingebaut ist und gleichzeitig die Radnabe trägt, sodass ein Teil des Motors mit dem Rad umläuft. Im Bereich der Zweiräder mit Frontantrieb wurden dazu verschiedene technische Lösungen mit und ohne Getriebe realisiert.

Mit Elektromotoren

Erste Entwicklungen von Radnabenmotoren meldete bereits 1896 Ferdinand Porsche zum Patent an. Die jüngsten Entwicklungen liegen im Bereich der Radnabenmotoren für Elektroräder. Je nach Antriebsleistung erfolgt die Zuordnung zu Fahrrädern oder zu Krafträdern. Panasonic hat 2008 einen Radnabenantrieb für Fahrräder vorgestellt, der Bremsenergie zur Wiederaufladung der Batterien nutzt. Diese Lösung steigert die Reichweite von Elektrofahrrädern. Ein System für elektrischen Frontantrieb von Motorrädern wurde 2008 für KTM patentiert.[24] Das System hat wenig Mechanik und ist durch elektronische Regelmöglichkeiten an den Fahrbetrieb abstimmbar.[25] Dem Konzept eines Motorrollers mit Frontantrieb und Knicklenkung wurde 1999 für Friedrich Grimm das Patent erteilt.[26] Neue Erkenntnisse der Elektrotechnik ermöglichen die Erzeugung hoher Drehmomente durch Elektromotoren und neue Batterien mit hohen Kapazitäten. Die Fortschritte dieser Technologien sind erheblich und werden durch neue Weltrekorde für „Electrocross“[27] und für Höchstgeschwindigkeiten dokumentiert.[28]

Mit Hydraulikmotoren

Durch Fortschritte in der Hydrauliktechnik sind im Bereich der Motorräder hydraulische Antriebe entwickelt worden.[29] Für den Motocross-Sport wurden Systeme entwickelt, die das Vorderrad zusätzlich zum konventionell betriebenen Hinterrad antreiben. Die schwedische Firma Öhlins entwickelte Anfang der 1990er Jahre ein System dieser Art.[30] Diese Lösungen werden zum Teil als „2 WD“ oder „2 Trac“-Systeme bezeichnet. Yamaha stellte entsprechende Modelle unter den Bezeichnungen YZM 426 WR,[31] WR450F[32] und TT 600 R vor. Mit einer so ausgestatteten Yamaha TT 600 R 2WD gewann der Italiener Antonio Colombo die Sardinien Rallye 99.[33] Bei diesen Antriebssystemen drückt eine Hydraulikpumpe, die im Getriebe des Motors untergebracht ist, Öl durch flexible Druckleitungen zum Vorderrad. Das Öl treibt dort einen kleinen Hydraulikmotor an, der den Frontantrieb übernimmt.

Mit Verbrennungsmotoren

Fahrrad mit Frontmotor von Nordap

Der Radnabenmotor der Megola (von 1920) war ein Umlaufmotor, der Bestandteil des Vorderrades war. Es wurden etwa 2000 Stück gebaut. Das Killinger & Freund Motorrad von 1938 war eine Weiterentwicklung der Megola mit drei über das Getriebe verbundenen Zweitaktmotoren im Vorderrad. Die vorstehenden Modelle waren die einzigen Motorräder dieser Bauart. In der Nachfolgezeit wurde der Direktantrieb mit Verbrennungsmotoren nur für Fahrräder mit Hilfsmotor eingesetzt. Bekannte Namen dieser Modelle sind „Velmo/Nordap“ (Radnabenmotor, Velmo Motoren GmbH, Hamburg 1951 bis 1957[34]) sowie „Wing Wheel“ (Radnabenmotor, Kromhout, Niederlande[35]). Die US-amerikanische Firma „RevoPower Inc.“ entwickelte etwa 2005 einen neuen Radnabenzweitaktmotor zur Verwendung als Hilfsmotor in Fahrrädern. Es sind nur Modelle und keine Produktionszahlen dieses Motors bekannt.[36]

Historische Krafträder mit Frontantrieb

Siehe auch

Literatur

  • Michael Gressmann: Fahrradphysik und Biomechanik. Delius Klasing, Bielefeld 2005 (9. erg. Aufl.), ISBN 3-7688-5222-9.
  • Matthias Kielwein, Hans-Erhard Lessing: Kaleidoskop früher Fahrrad- und Motorradtechnik 1. Kutschera, Leipzig 2005, ISBN 3-931965-13-9.
  • Matthias Murko: Motorrad-Legenden. Tümmels, Nürnberg 1994, ISBN 3-921590-27-2.
  • Manfred Nabinger: Fahrradmotoren, Sesselräder und Roller-Raritäten. Podzun, Brilon 2006, ISBN 3-86133-392-9.
  • Erwin Tragatsch: Alle Motorräder – 1894 bis 1981. Motorbuch, Stuttgart 1976, ISBN 978-3-87943-410-7.

Einzelnachweise

  1. Hans Rudolf Zeller, „Physik des Fahrradfahrens“ (eingesehen am 30. Mai 2009)
  2. Kolling, „Formeln zur Steigleistung von Zweirädern“ (eingesehen am 30. Mai 2009) (Memento vom 2. November 2007 im Internet Archive)
  3. Thomas Ihle „Formeln zur Rollwinkelbeschleunigung bei Zweirädern“, Biker Journal, 7. September 2007 (eingesehen am 30. Mai 2009)
  4. Ralf Roletschek, Abbildung Moonbuggy, zweispurige Fahrradtechnik mit Frontantrieb (eingesehen am 30. Mai 2009)
  5. Velociped Patentschrift für Pierre Lallement, (eingesehen am 30. Mai 2009)
  6. Mountain Bike mit Allradantrieb, Jeep® Rubicon™ AWD, offizielle Produktbeschreibung (eingesehen am 30. Mai 2009)
  7. Persönliche Entwicklungen von Ian Drysdale (Memento vom 2. Februar 2006 im Internet Archive)
  8. „Drysdale's unique 2-wheel drive, 2-wheel steering motorcycle up for grabs“ in: Gizmag, australisches Technikmagazin (eingesehen am 3. Juni 2016)
  9. Originaldarstellung einer Motocylette (Werner) (eingesehen am 30. Mai 2009)@1@2Vorlage:Toter Link/homepage2.nifty.com (Seite nicht mehr abrufbar, Suche in Webarchiveni Info: Der Link wurde automatisch als defekt markiert. Bitte prüfe den Link gemäß Anleitung und entferne dann diesen Hinweis.
  10. a b c d Ixion und andere Fronttriebe für Zweiräder (eingesehen am 30. Mai 2009) (Memento des Originals vom 4. Januar 2013 im Webarchiv archive.is) i Info: Der Archivlink wurde automatisch eingesetzt und noch nicht geprüft. Bitte prüfe den Link gemäß Anleitung und entferne dann diesen Hinweis.@1@2Vorlage:Webachiv/IABot/homepage2.nifty.com
  11. Rokon offizielle Firmenseite. Abgerufen am 30. August 2013.
  12. Rokon Geländemotorrad, Historie, technische Zeichnungen, Daten. Abgerufen am 30. August 2013.
  13. Allradmotorrad Rokon, schematische Zeichnung (eingesehen am 30. Mai 2009)
  14. REX Fahrradmotor FM 40, 1954, Beschreibung (deutsch) (eingesehen am 30. Mai 2009)
  15. Novolette von Husqvarna (eingesehen am 30. Mai 2009)
  16. Berini M13 Info (eingesehen am 30. Mai 2009)
  17. Cymota, schwedische Website (eingesehen am 30. Mai 2009)
  18. Eilenriede Hilfsmotor Beschreibung und Bild (eingesehen am 30. Mai 2009)
  19. Flink Motoren Bilder (eingesehen am 30. Mai 2009)
  20. Le Poulain, Bilder (eingesehen am 30. Mai 2009)
  21. Panther Baby Bilder (eingesehen am 30. Mai 2009)
  22. Topres Landman & Co, Amsterdam, Niederlande (Bilder Infos) (eingesehen am 30. Mai 2009)
  23. WSK Bilder Info (eingesehen am 30. Mai 2009)
  24. Patent für AWD mit elektrischem Antrieb für Motorräder, KTM (eingesehen am 30. Mai 2009)
  25. Entwicklungsgeschichte AWD für Motorräder KTM (eingesehen am 30. Mai 2009)
  26. Patentschrift „Einspuriges Zweirad“ erteilt 1999 für Friedrich Grimm (eingesehen am 30. Mai 2009)
  27. 24 Stunden Electriccross, The Auto Channel, (engl.) (eingesehen am 31. Mai 2009)
  28. Ulrich Hilgefort, „Neuer elektrischer Geschwindigkeitsrekord“, c't, (eingesehen am 31. Mai 2009)
  29. Beschreibung der Allradtechnik für Motorräder (eingesehen am 30. Mai 2009)
  30. „Secrets of Ohlins' 2-wheel drive R1 revealed“ (eingesehen am 3. Juni 2016)
  31. Allradmotorrad YZM 426 WR „2 Trac“-System von Yamaha (eingesehen am 3. Juni 2016)
  32. WR450F „2 Trac“-System von Yamaha (eingesehen am 30. August 2013)
  33. Allradmotorrad gewinnt Sardinien Rallye (eingesehen am 30. Mai 2009)@1@2Vorlage:Toter Link/www.motorradonline.de (Seite nicht mehr abrufbar, Suche in Webarchiveni Info: Der Link wurde automatisch als defekt markiert. Bitte prüfe den Link gemäß Anleitung und entferne dann diesen Hinweis.
  34. Velmo Bilder (eingesehen am 30. Mai 2009)
  35. Wing Wheel Bilder (eingesehen am 30. Mai 2009)
  36. Paul Crowe, RevoPower Wheel, in The Kneeslider. (engl., eingesehen am 3. Juni 2016)

Weblinks

Dieser Artikel wurde am 2. Juni 2009 in dieser Version in die Liste der lesenswerten Artikel aufgenommen.