200 Jahre Fahrrad – Vom Oberschichten-Gefährt zum demokratischen Massenfortbewegungsmittel

Nahezu jeder Mensch kennt eine Form der Fortbewegung, die bereits im Kindesalter erlernt und bis ins hohe Alter von nahezu jedermann genutzt werden kann: das Fahrradfahren. Ob man an den Rad-Rennfahrer denkt, der sich in aerodynamisch optimierter Haltung nahezu bäuchlings auf den Rahmen seines Gefährts legt, oder die ältere Dame, die gemütlich aufrecht auf dem Fahrradsessel  sitzt, in beiden Fällen entsteht der Eindruck einer gesamthaften eleganten und harmonischen Bewegung. Dahinter steckt eine beachtenswerte Gegebenheit: Der Wirkungsgrad der Umwandlung von körperlicher Stoffwechsel-Energie in mechanische Energie zum Zweck der Fortbewegung beträgt beim Fahrradfahren ca. 25%, ein Wert, der von keiner anderen Form der menschlichen Fortbewegung auch nur annähernd erreicht wird. Auch im  Tierreich sucht sie ihresgleichen (auf dem Boden). Das Fahrrad ist also in energetischer Hinsicht das effizienteste Fortbewegungsmittel auf unserem Planeten (nach dem Vogelflug, wo der Gleitflug des Albatros hinsichtlich Energieeffizienz besonders hervorsticht, wobei der Vogel allerdings Windenergie ausnutzt). Zum Vergleich: Der Wirkungsrad eines Ottomotors kann bis zu 40% erreichen, was aber erst durch die hohen Temperaturdifferenzen während des Kreislaufs möglich wird, zudem ist ein Auto natürlich viel schwerer: Einhundert Kalorien geben einem Radler die Energie, bis zu fast fünf Kilometer weit zu fahren; ein Auto kommt damit nur 85 Meter weit.

Ein derartiges Wunder-Fortbewegungsmittel sollte doch spätestens von den gewieften Griechen oder technik-begeisterten römischen Ingenieuren in der Antike erfunden worden sein, sollte man meinen. Schliesslich verwendeten schon vor über 4000 Jahren die Sumerer Räder (inkl. Speichen zur Verwendung für Fahrzeuge). Aber nein, das zweirädrige Vehikel ist eine verhältnismässig neue menschliche Erfindung. Vor genau 200 Jahren, am 12. Juni 1817, brach der badische Freiherr Karl von Drais mit der von ihm konstruierten hölzernen „Laufmaschine“ zu seiner ersten Ausfahrt vom Schloss Mannheim zur Pferdewechselstelle auf halbem Weg nach Schwetzingen (die beste Strasse der Gegend) auf. Diesem neuen so nützlichen wie effizienten Fortbewegungsmittels – man kann mit diesem Lauffahrrad mehr als doppelt so schnell fahren wie mit der Pferdekutsche – lag eine bedeutende Basisinnovation zugrunde, die den Menschen eine ganz neue Erfahrung vermittelte: sich in einem labilen Gleichgewicht auf zwei Rädern fortzubewegen und dabei ständig Balance halten zu müssen. Man würde vermuten, dass ein Objekt wie das Fahrrad mit nur zwei Auflagepunkten, welches schon im statischen Fall eine äusserst wackelige Angelegenheit ist, dies in Bewegung erst recht sein sollte. Doch jedes Kind weiss heute: Während es akrobatischer Fähigkeiten bedarf, ein Fahrrad im Stand im Gleichgewicht zu halten, gelingt dies nahezu jedem nach einiger Übung in der Bewegung sehr gut.

Dabei ist auch heute noch nur den wenigsten Menschen die Physik des Fahrradfahrens im Detail vertraut. Doch zu Beginn des 19. Jahrhundert war sie dagegen  vollständig unbekannt, was wohl auch der Grund für die eher späte Erfindung des Fahrrades war (mehr als 50 Jahre nach der Dampfmaschine). Es sind u.a. die Drehmomente der rotierenden Räder und die damit entstehenden dynamischen Kräfte, die stabile Gleichgewichtslagen des Fahrrades während des Fahrens ermöglichen, die im Ruhezustand keine Entsprechung haben. Befindet man sich als Radfahrer in solch einer dynamischen Gleichgewichtslage, so genügen bereits geringfügige Änderungen des Lenkeinschlags oder sehr kleine Gewichtsverlagerungen, um ein leicht gestörtes Gleichgewicht wieder herzustellen. Daher erreichen wir das für das Radfahren notwendige Balanciergleichgewicht nach einiger Übung nahezu beiläufig, wozu u.a. das intuitive Verständnis gehört, dass man einem drohenden Umkippen während der Fahrt in eine Richtung dadurch entgegengewirkt, dass man den Lenker in die gleiche Richtung ausschlägt, womit ein kurze Kurve eingeleitet wird und das Fahrrad durch die Zentrifugalkraft wieder zur anderen Seite hin aufgerichtet wird. Und mit besonderer Geschicklichkeit kann man sogar ausschliesslich durch Gewichtsverlagerungen Stabilität erreichen (d.h. freihändig fahren). Welche genauen Gleichgewichtslagen möglich sind, ergibt sich aus einer genauen Bilanz verschiedener wirkender Kräfte und Drehmomente, deren mathematische Behandlung teils komplizierte Berechnungen notwendig macht und vereinzelt bis heute noch nicht in den letzten Details verstanden ist. Warum beispielsweise ein Fahrrad auch ohne Fahrer stabil rollen kann, blieb bis vor wenigen Jahren ein offenes Rätsel (siehe den Fachartikel: J.P Meijaard et al., Linearized dynamics equations for the balance and steer of a bicycle: a benchmark and review, Proceedings of the Royal Society (8. August 2007)). “Jeder weiss, wie man Rad fährt, aber niemand weiss, wie Radfahren funktioniert”, schreibt daher Mont Hubbard, Ingenieur für Sportmechanik an der University of California in Davis.

So entwickelten sich die Fahrräder ausgehend von der Drais’schen Laufmaschine bis zu ihrer heutigen Form eher durch Versuch und Irrtum als durch ein genaues theoretisches und mathematisches Verständnis der zugrundeliegenden physikalischen Zusammenhänge. Die historische Entwicklung des Radfahrens lässt sich damit vergleichen, wie Kinder heute das Fahrradfahren erlernen. Zu Beginn des 19. Jahrhunderts war es den Menschen noch vollständig unheimlich, beim Radfahren die Füsse vom Boden zu nehmen, genau wie Dreijährige dies auf ihrem ersten Laufrad auch noch nicht tun. Doch schon Drais merkte, dass man für das Fahren einer Kurve die Lenkstange unwillkürlich kurz in die Gegenrichtung drehen muss. Es sollte jedoch Jahrzehnte dauern, bis seine Erfindung aufgegriffen und weiterentwickelt wurde. Erst in den 1860er Jahren wurde das Fahrrad mit einer Tretkurbel am Vorderrad versehen, was die Notwendigkeit nach sich zog, beim Fahren die Füsse vom Boden zu nehmen. Die Menschen hatten ein wenig gebraucht um herauszufinden, dass dies tatsächlich funktioniert. Das Balancieren beim Fahren auf dem so genannten „Velocipeds“ („Schnellfuss“) war jedoch eine Kunst für sich, die durch Training erlernt werden musste. Dabei erlaubte eine starr am Vorderrad befestigte Kurbel zunächst keine allzu grossen Geschwindigkeiten, da die Übersetzung fehlte (in heutiger Sprache: höhere Gänge). Daher wurden die Vorderräder immer grösser, was zum bekannten „Hochrad“ führte. Dessen Ära hielt jedoch nicht sehr lange an, wohl wegen der Gefahr, von hoch oben zu stürzen, was immer wieder zu schweren Unfällen führte. Ein sichere Variante des Radfahrens wurde in den 1880er Jahren in England entwickelt, mit zwei gleich grossen Rädern, einem rautenförmigen Rahmen und einer Pedale zwischen den Rädern am Fuss des Fahrers, die über eine Kette das Hinterrad antrieb (und schliesslich auch geeignete Übersetzungen zuliess). Eine weitere Innovation machte das Fahren schliesslich noch komfortabler und schneller: der luftgefüllte Reifen. Das Fahrrad in seiner heutigen Form war gefunden.

Als im späten 19. Jahrhundert das Fahrrad durch Massenproduktion immer billiger geworden war, so dass sich auch Arbeiter und Handwerker ein solches Gefährt leisten konnte, begann es auch eine wichtige gesellschaftspolitische Rolle zu spielen. Es gab seinen Besitzern einen weit grösseren Bewegungsradius, und damit die Möglichkeit die beengten Wohnstätten in Fabriknähe zu verlassen. In verschiedenen „Arbeiter-Radfahrerbunden“ verbanden sich Arbeiter in ganz Deutschland u.a. zur Artikulation sozialistischer bzw. sozialdemokratischer Ziele. Zum Massenverkehrsmittel wurde das Fahrrad schliesslich in den 1920er Jahren. Als sich ab den 1950er Jahren mit dem Wirtschaftsaufschwung und steigenden Einkommen viele Menschen einen PKW leisten konnten, fand der Fahrrad-Boom ein Ende. Dem Fahrrad hing das Stigma eines „Verlierergefährts“ an. In den 1970er und 1980er Jahren wurde das Fahrrad im Rahmen der Fitnesswelle dann zu einem beliebten Sport- und Freizeitgerät. Erst in den letzten Jahren gewann es wieder an breiterer Bedeutung. In den Grossstädten setzen Städteplaner beispielsweise auf das Fahrrad, um dem zunehmenden PKW-Verkehr und der Luftverschmutzung abzuhelfen.

Unterdessen treten die Vorzüge des Fahrrads immer stärker in den Vordergrund: seine unübertroffene Energiebilanz, seine Umweltfreundlichkeit und seine Gesundheitszuträglichkeit. Diese werden ihm auch in der Zukunft, mehr als 200 Jahre nach seiner Erfindung, eine massgebliche Rolle in der Welt geben. Und wer weiss: Vielleicht wartet ja die ein oder andere ingenieurstechnische Überraschung auf uns. Denn die Physik des Fahrrads könnte noch das ein oder andere Geheimnis vor uns verborgen halten.

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Jahrgang 1969 habe ich in den 1990er Jahren Physik und Philosophie an der Universität Bonn und der École Polytechnique in Paris studiert, bevor ich am Max-Planck-Institut für Physik komplexer Systeme in Dresden im Bereich theoretischer Physik promoviert und dort auch im Rahmen von Post-Doc-Studien weiter auf dem Gebiet der nichtlinearen Dynamik geforscht habe. Vorher hatte ich auch auf dem Gebiet der Quantenfeldtheorien und Teilchenphysik gearbeitet. Unterdessen lebe ich seit nahezu 20 Jahren in der Schweiz. Seit zahlreichen Jahren beschäftigte ich mich mit Grenzfragen der modernen (sowie historischen) Wissenschaften. In meinen Büchern, Blogs und Artikeln konzentriere ich mich auf die Themen Naturwissenschaft, Philosophie und Spiritualität, insbesondere auf die Geschichte der Naturwissenschaft, ihrem Verhältnis zu spirituellen Traditionen und ihrem Einfluss auf die moderne Gesellschaft. In der Vergangenheit habe ich zudem zu Investment-Themen (Alternative Investments) geschrieben. Meine beiden Bücher „Naturwissenschaft: Eine Biographie“ und „Wissenschaft und Spiritualität“ erschienen im Springer Spektrum Verlag 2015 und 2016. Meinen Blog führe ich seit 2014 auch unter www.larsjaeger.ch.

16 Kommentare Schreibe einen Kommentar

  1. Die Tretlagerschaltung (Pinion-Getriebe) und der Zahnriemen machen neue Fahrräder unterhaltlos (kein Rosten, kein Verschleiss). Es ist erstaunlich, dass sich diese Fahrradbauweise erst seit 2010 zunehmend verbreitet obwohl sie den Bedürfnissen von Vielfahrern besser entspricht als alles was es vorher gab.
    Fahrradfreundliche Städte wie Kopenhagen mit ihren eigens für den Fahrradverkehr gebauten Trassen machen das Fahrrad in solchen Städten zum schnellsten Verkehrsmittel, auch gerade für den “unsportlichen” Alltagsverkehr in denen der Fahrer zunehmend anstatt auf Muskelkraft auf einen Elektroantrieb setzt.

  2. Solange “Gewinn um jeden Preis” (OT Bibel) der Maßstab ist werden sich diese “Geheimnisse”.. nicht öffnen.

    Von nur! mal handgelenkschonenden Lenkern (also keine Besenstiellenker)über alltags!asphalttaugliche! Gangabstufungen (üblich sind die “der Kaiser hat tolle Kleider an =% Schaltungen”, sind eigentlich nur im Gelände sinnvoll, auch die Rohloffschaltung ist eine MTB-Schaltung in einer Dose) über Sperrholzrahmen und cw-reduzierende Maßnahmen (da geht was “vorne” wie auch “hinten”, siehe zB das Buch “Aerodynamik der stumpfen Körper”) bis zum Wirbelstromgenerator (voll elektronisch).

    Das aktuell normale “nach uns die Sintflut” ist nur voll entropiegesetzfolgend (Folge Leiden bis Tod).

  3. PS da auch die Autos immer monströser werden (entgegen dem Klimaschutzziel, und auch dem Fahrspaß!) brauchen wir inzwischen auch breitere Straßen (damit die auch mal einen nicht breiter gewordenen Radfahrer überholen können).
    Statt Radwegen (die sind nur überland sinnvoll).

    Wachstums- und Globalisierungswahn und Lebensschutz sind völlig konträr.

    Ok, im postrationalen Zeitalter macht das ja leider nix mehr (neue Kaisers Kleider reloaded).

    PS2 auch die Typen die da im Hintergrund die zB Finanzstrippen ziehen haben, zumindest objektiv/faktisch gesehen, keinen Plan(eten) B auf den sie fliehen können wenn die Erde für Menschen unbewohnbar wird.
    Auch sie müssen zB noch essen (der Klimawandel ist zB… nicht gut für Ernten).

  4. PS3 sorry (das zB aktuelle Deutschland läßt sich nur noch mit einer gewissen Menge Alkohol ertragen).

    Es muß natürlich heißen: auch die von Satan (der Feind jeglichen Lebens, und der ist ein Mörder von Anfang an und der Vater jeder LÜGE) verführten zB… (erstmal vorsichtig) Minderwertigkeitskomplexler haben für ihr Überleben, zumindest real/objektiv/faktisch gesehen, keinen Plan(eten) B.

  5. Tip zum mathematischen Modell des Radfahrens:
    es gibt am Rad 2! Kreisel…

    Und das Fahrrad ist speziell im Stadtverkehr optimal.

    Und für den sind die typischen Geschwindigkeitswechsel!! typisch (Stehen vor der Ampel, beschleunigen auf Normaltempo, vor der nächsten Ampel Bremsen auf 0, neben den G-Wechseln im laufenden Verkehr etc etc).

    Geschwindigkeitswechsel werden technisch gefördert durch möglichst geringe “rotierende Massen” (zB Felgen, Reifen, Schläuche etc.., rotierende Massen zählen beim Beschleunigen und Bremsen!, kann das eigene Leben retten, exakt doppelt) und ein schnelles Schaltsystem (Drehgriff fürs speziell Schaltwerk gibt’s leider nur noch von Sram).

  6. Falls es jemanden interessieren sollte: schon mit einem ersten aus Pappe gebauten Modell eines “Aerorucksacks” (“natürlicher Standard” ist ja eine sehr ungünstigerweise “quergestellte Ellipse genannt Oberkörper”) konnte ich mit meiner zumindest primären MTB-Kassette hinten fast einen Gang höher fahren.

    Erster “Prototyp Aerorucksack”: rechteckige auf dem Rücken aufsitzende fache Platte mit nach hinten folgendem “boattailing” und hinterer Wirbelfalle.

    Schon eine voller Rucksack fördert die Aerodynamik und damit die Fahrgeschwindigkeit (Kurzform: “Länge läuft”).

    Noch.. interessanter sind bestimmte.. “Tandemanordnungen von Körpern”…

    Alles Kurzform.

  7. Ok, zumindest für heute final…

    Ein interessantes diesbezügliches Stichwort ist zB “Velomobil”.

    Und mit dem Ergebnis zB eines Projektes namens “cw/2 für Aufrechtradler mit einfachen Mitteln” könnte man entweder zB 31kmh statt 25 fahren oder mit 25kmh mit halber Kraft (und zB geringerer Schweißproduktion).

  8. Zumindest die “Laufmaschine” hätte früher entwickelt werden können, da ihr Antriebssystem schlicht ist. Warum ist sie nicht entwickelt worden? Vermutung : Die Straßenqualität war unzureichend.
    Die Idee müsste auf der Hand gelegen haben, wenn Rad und Karre bereit standen.
    Vielleicht war aber auch das gute Tier als Antriebsgerät hinreichend vorhanden oder es gab gesellschaftliche Einwände auf zwei Rädern durch die Gegend zu rollen, idR : verschwitzt?

    Korrekt bliebe die Antwort mit der Straßenqualität.


    Mini-Anekdote :
    Vor vielleicht drei Tagen kam dem Schreiber dieser Zeilen ein wie MC Fitti aussehender Einradfahrer mit (kleinem) Stützrad entgegen, der sportlich und eben fit eine beträchtliche Geschwindigkeit (geschätzt : > 20 km / h) erreichte, auf guter Straße.
    Die Einrad-Fahrt oder die “Laufmaschine” können keine wirklich neuen Ideen sein.

    MFG + schönes Wochenende,
    Dr. Webbaer

    • Wegen schlechter Umweltbedingungen und Tierkrankheiten gab es damals zu wenig Pferde als Reittiere. Die Entwicklung des Laufrades war der Versuch, eine Alternative zu schnellerer Fortbewegung anzubieten

      • Kann sein.

        Die Notwendigkeit sich (möglichst effizient) von A zu B zu bewegen bestand für den seinerzeitigen Bürger wohl lange Zeit nicht, war womöglich auch politisch ungewollt.
        Es könnte so gewesen sein, dass hier ein Herrschaftsmittel vorlag, das den Bürgern nicht zugestanden werden sollte.
        Insofern kein (herrschaftlicher) Bedarf bestand besondere gesellschaftliche Mobilität anzuleiern.

        Als dann doch die Notwendigkeit entstand bspw. Handwerker (der “Arbeiter”) ohne Pferdekraft von A nach B zu bewegen, kam dann (letztlich : doch) das Rad-Fahrzeug.

        Hmm, könnte so gewesen sein.

        MFG + schönes Wochenende noch,
        Dr. Webbaer

        • Herr Dr. Jaeger war so freundlich diesen Aspekt in seinem Text zu erwähnen :

          (…) „Arbeiter-Radfahrerbunden“ verbanden sich Arbeiter in ganz Deutschland u.a. zur Artikulation sozialistischer bzw. sozialdemokratischer Ziele.

  9. PS:
    Das Fahrrad ist auch ein hervorragendes Transportmittel (von Sachgut), womöglich fehlte dieser Aspekt im dankenswerterweise zur Verfügung gestellten WebLog-Eintrag noch.

  10. @Webbaer
    Um 1800 starben in vielen Ländern Europas wegen der Rinderpest die meisten Rinder – so dass Kühe/Ochsen nicht mehr für Antriebs-/Transportzwecke zur Verfügung standen.
    Darum musste man Alternativen verwenden – und ein Pferd als Reittier zu nutzen war Luxus.
    ( Übrigens stammen aus dieser Zeit auch Berichte über Hundegöpel (Laufrad für Hunde) als Antrieb zum Buttern – und Hunde wurden auch als Zugtiere für Lasten verwendet.
    Wegen der Misshandlung von Zugtieren und grausamer Tierkämpfe gab es bald erste Bestrebungen, Gesetze zum Schutz von Tieren einzuführen. der ´Martin´s Act´vom 22. Juli 1822 in England war das erste parlamentarisch beschlossene Tierschutzgesetz. Und der erste Tierschutzverein wurde am 16. Juni 1824 in London gegründet: SPCA – Society for the Prevention of Gruelty to Animals)

    • Nachtrag: 1740 und 1771 gab es Hungersnöte in Deutschland.
      Nach dem Vulkanausbruch des Laki/Island (1783) verschlechterten sich Wetter und die Nahrungsversorgung in Europa dramatisch, was z.B. ein Auslöser für die französische Revolution wurde (1789).
      Der Ausbruch des Tambora/Indonesien 1815 war die Ursache für ´Das Jahr ohne Sommer´(1816) – wo ein kalter, regenreicher Sommer zu Mißernten und schweren Hungersnöten führte. (Justus von Liebig erlebte diese Hungersnot als Jugendlicher mit, er war darum besonders motiviert, an der Verbesserung der Nahrungsmittelversorgung zu forschen: Backpulver, Fleischextrakt, Mineraldünger)
      Auch diese Ereignisse dürften die Motivation gefördert haben, ein Fortbewegungsmittel zu erfinden, bei dem man nicht auf Tiere angewiesen war.

    • @ Herr Kinseher :

      Die “Laufmaschine” hätte auch anderswo als in Europa und auch vor dem 18. Jahrhundert christlicher Zeitrechnung entwickelt worden können.

      Die Idee der “Laufmaschine” liegt derart auf der Hand…

      Anwendungen hätten sich nicht nur im Bürgerwesen, sondern gerade auch militärisch (!, die potentielle Urquell jeder Erfindung sozusagen) ergeben, wir stellen uns schnelle “Laufmaschinen”-Einsatztruppen vor, die dem Feind entgegen rollen.
      Andererseits war das Pferd so klug auch auf unwegsamem Gelände zu agieren, d.h. die Straßenlage muss hier entscheidend gewesen sein, der Straßenbelag.

      MFG
      Dr. Webbaer

  11. Bei Wikipedia ´Jahr ohne Sommer´ wird die Erfindung des Laufrads als eine Folge von Futtermittelknappheit 1816 beschrieben

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