Rätsel gelöst: Warum das Fahrrad so stabil ist

Rollt das Fahrrad erst einmal, so kippt es selten. Doch warum ein Fahrrad in Bewegung so stabil ist, war für die Hersteller rund 150 Jahre lang ein Erfahrungswert und für die Wissenschaft ein Rätsel. Jetzt präsentiert ein internationales Forscherteam ein physikalisches Fahrradmodell, das das Fahrverhalten und die Stabilität eines Rades vorausberechnen kann.

Delft (Niederlande) - Damit lassen sich neue Designs schnell testen, aber auch individuelle Fahrräder wesentlich einfacher erstellen als bisher -- auch für behinderte Radler. Verschiedene Firmen haben bereits Interesse angemeldet, berichten die Forscher.

"Fahrradhersteller konnten nie präzise sagen, wie ein Fahrrad funktioniert -- sie mussten ihr Design immer durch Ausprobieren verfeinern", erklärt Arend L. Schwab, Professor für Mechanik, Maritimes und Materialforschung an der Technische Universiteit Delft. "Mit unserem Modell aber können sie all die verschiedenen Faktoren in den Computer eingeben, die die Stabilität und die Führung ihres Rades beeinflussen. Das Modell berechnet dann, wie das Fahrrad bei bestimmten Geschwindigkeiten reagieren wird." In Zusammenarbeit mit Kollegen der University of Nottingham und der Cornell University erstellte das Delfter Team ein mathematisches Modell für Fahrräder: Vier steife Einzelteile, seitensymmetrisch an idealen Scharnieren verbunden -- zwei achsensymmetrische Reifen, ein Rahmen und eine bewegliche Vorderachse. Masseverteilung und Rahmengeometrie waren ansonsten variabel. Die Forscher veröffentlichten ihr Modell vor kurzem im Fachblatt "Proceedings of the Royal Society, Series A".

Im Vergleich mit den theoretischen Fahrradmodellen zahlreicher früherer Untersuchungen fanden sie Übereinstimmungen und Abweichungen ihres Formelwerks. Praxistests im Delfter Fahrradlabor halfen, die Varianten zu überprüfen und das dynamische Verhalten verschiedener Modelle in der Realität auszutesten. Für die Physiker bestätigt sich die Vermutung, dass das Fahrrad ein konservatives System mit asymptotischer Stabilität sein kann. Für die Hersteller wie die holländische Traditionsfirma Batavus eröffnen sich ganz neue Möglichkeiten: "Bislang haben wir beim Fahrraddesign immer mit drei Parametern gearbeitet: der Gesamtgeometrie, dem Abstand zwischen Achsen und dem Winkel, mit dem die Vordergabel abwärts zeigt", erklärt Rob van Regenmortel, Batavus-Chefentwickler mit großem Interesse am neuen Modell. Weil solche Fahrräder zu funktionieren schienen, sei man davon selten abgewichen; "Doch mit dem neuen Modell hoffen wir, bald Räder entwerfen zu können, die sich viel besser an den spezifischen Zielgruppen orientieren." Auch Menschen mit Balanceproblemen seien dann nicht länger auf Dreiräder angewiesen. In einem kommenden Projekt will van Regenmantel sich beteiligen, wenn es darum geht, die menschliche Kontrolle und den Einfluss der Führung auf das Fahrverhalten zu untersuchen.