Wie sieht das Fahrrad der Zukunft aus?
Ein Fahrrad ohne Kettenschaltung, ein Rahmen aus dem 3D-Drucker und Sensoren, die vor Verschleiß warnen. Was noch ungewöhnlich klingt, wird in Sachsen bereits erforscht. Nicht alles wird sich durchsetzen.
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Prof. Jörg Hübler (r.) und sein Kollege Dr. Hagen Bankwitz Hochschule Mittweida erproben Ideen, für das Fahrrad der Zukkunft. © Schwarmat/Schulze
Das erste Fahrrad hatte keine Pedale. 1817 musste Karl von Drais seine Laufmaschine noch mit den Füßen antreiben. Ganz aus Holz war sie. Mit hölzernen Rädern, einem Lenker und sogar einem Gepäckträger. Doch dabei blieb es nicht. 1867 präsentierte der Franzose Pierre Michaux auf der Weltausstellung in Paris ein Fahrrad mit Pedalen. Von da an wurde getreten.
Am Grundprinzip des Fahrrads änderte sich lange wenig. Menschen rollten mühelos dahin oder kämpften sich keuchend den nächsten Berg hinauf. Doch seit einigen Jahren revolutionieren Motoren für E-Bikes das Radfahren. Selbst im hohen Alter lässt sich damit entspannt radeln. Und die Entwicklung ist noch nicht am Ende. Forschende in Sachsen arbeiten bereits am Fahrrad von morgen.
Das Ende der Kettenschaltung
Das Fahrrad wird auch künftig zwei Räder, einen Lenker, einen Sattel und Pedale haben. "Aber technisch stehen uns noch einige Neuerungen bevor", sagt Jörg Hübler, Professor für Intelligente Maschinensysteme an der Hochschule Mittweida. Seit Jahren forscht er rund ums Fahrrad. Die Vielfalt bleibt, ist er überzeugt. Stadtfahrräder, Rennräder, Mountainbikes, Trekking- und Lastenräder wird es weiterhin geben. "Aber im Jahr 2040 werden die nur noch in den seltensten Fällen ohne Motor verkauft werden."
Besonders bei der Schaltung erwartet der Wissenschaftler große Veränderungen. Heute springt die Kette von einem Zahnrad zum nächsten. Sie muss seitlich beweglich sein, Schaltung und Kette erfordern Pflege und präzise Einstellung. "Kettenschaltungen werden verschwinden", sagt Hübler. Stattdessen könnte das Getriebe direkt im Motor sitzen und automatisch die passende Übersetzung wählen. An solchen integrierten Systemen arbeitet sein Team bereits mit Partnern.
Das würde das Schalten nicht nur vereinfachen, sondern auch den Antrieb wartungsärmer machen. Ein Zahnriemen könnte die Kraft übertragen oder eine robustere Kette, die nicht mehr zwischen Zahnrädern wechseln muss.
Ein Rahmen aus dem 3D-Drucker
Hüblers Team forscht nicht nur am Antrieb, sondern auch am Rahmen. Es hat einen Mountainbike-Rahmen neu gedacht – und gedruckt. Dabei kamen nicht der ganze Rahmen aus dem 3D-Drucker, sondern nur die Verbindungsknoten, an denen die Rohre zusammentreffen. Diese Stellen wurden gezielt verstärkt, um große Kräfte auszuhalten. Die Rohre selbst bestehen aus leichtem, faserverstärktem Kunststoff. Das fertige Mountainbike präsentierte die Hochschule auf der Radmesse Eurobike in Frankfurt.
Der 3D-Druck bietet noch mehr Möglichkeiten. Die Forschenden können Form und Aufbau der Knoten anpassen und den Rahmen so besser auf verschiedene Anforderungen zuschneiden. Fahrräder könnten dadurch leichter, ressourcenschonender und individueller werden. Doch Hübler dämpft die Erwartungen. "Aktuell ist der 3D-Druck kein Vorteil." Das Verfahren ist zu langsam und teuer für große Stückzahlen. Sein Potenzial sieht er vor allem bei Spezialteilen, kleinen Serien und individuellen Lösungen.
Mit dem Messrad über Kopfsteinpflaster
Ein Fahrrad muss nicht nur leicht, sondern auch robust sein. Schlaglöcher, Bordsteinkanten und Kopfsteinpflaster setzen ihm zu. Ebenso wie ein Fahrer, der es nicht immer sanft behandelt. Forschende der HTWK Leipzig untersuchen, welche Kräfte dabei wirken.
Im BikeLab hat Felix Kaule mit seinem Team ein Fahrrad mit Sensoren ausgestattet. Diese messen die Belastungen an Lenker, Sattelstütze und Pedalen. Dann geht es raus aus dem Labor – über Asphalt, Kopfsteinpflaster, durch den Wald und über Bordsteinkanten. So sammeln die Wissenschaftler Daten über die Beanspruchung im Alltag.
Dabei spielt der Fahrstil eine große Rolle. Wer mit steifen Armen über eine Kante rollt, überträgt den Stoß stärker aufs Rad. Wer abfedert, schont es. Auch Sitzposition und Reifendruck beeinflussen die Belastung. "Das macht es schwer, die Lebensdauer eines Bauteils vorherzusagen", erklärt Kaule.
Die Messwerte fließen in ein digitales Modell des Fahrrads. Am Computer testet das Leipziger Team, welche Stellen besonders beansprucht werden, wo der Rahmen versagen könnte und wo sich Material einsparen ließe. Fahrradhersteller nutzen solche Modelle, um neue Rahmen zu prüfen, bevor sie Prototypen bauen. Das BikeLab hat bereits Aufträge von Unternehmen übernommen.
Künftig könnten Teile der Auswertung direkt aufs Fahrrad kommen. Ein kleiner Rechner könnte während der Fahrt erkennen, wenn ein Bauteil ungewöhnlich stark belastet wird, und eine Wartung empfehlen. "Das ist aber noch Zukunftsmusik", sagt Kaule.
Lastenräder stellen neue Anforderungen
Fahrräder übernehmen heute Aufgaben, für die sie ursprünglich nicht gedacht waren. Lastenräder transportieren Kinder, Einkäufe oder Waren. Anhänger bringen zusätzliche Kräfte ins Spiel. Jörg Hüblers Team in Mittweida entwickelt deshalb neue Laufräder für Cargo-Bikes und Anhänger. Klassische Speichenräder sind vor allem für Belastungen von oben ausgelegt. Lastenräder und schwere Anhänger erfordern jedoch Lösungen für stärkere seitliche Kräfte.
Wie sich die neue Technik im Alltag bewährt, will die Hochschule selbst testen. In Mittweida sollen 20 E-Cargo-Bikes auf den Campus kommen. Studierende und Mitarbeitende können sie nutzen, auch die Stadt ist beteiligt. Die Räder wurden von Studierenden entwickelt. Zuerst das Fahrrad, dann ein Gepäckträgersystem, jetzt ein Wetterschutz.
"Die Hälfte des Jahres ist es nass und kalt", sagt Hübler. "Da ist das Fahrrad nicht die erste Wahl." Die Studierenden wollen das ändern. Die Stadt wird zum Testort. Die Hochschule will nicht nur Lastenräder entwickeln, sondern auch herausfinden, ob sie in einer Kleinstadt angenommen werden. Hübler sieht hier großen Nachholbedarf.
Was will das Auto von mir?
Doch selbst das beste Fahrrad teilt sich die Straße auch in Zukunft mit Autos. Und die fahren zunehmend automatisiert. An der TU Chemnitz erforschen Konstantin Felbel und André Dettmann deshalb, wie Radfahrende die Absichten anderer Verkehrsteilnehmer erkennen.
Im Alltag geschieht das ständig. Ein Auto wird langsamer, will abbiegen. Der Mensch am Lenkrad sucht Blickkontakt zum Radfahrenden, der die Straße überqueren will. Solche Signale helfen Radfahrenden, Entscheidungen zu treffen. Doch bei automatisierten Fahrzeugen könnte diese Kommunikation fehlen. Vielleicht sitzt bald niemand mehr am Steuer, dessen Blick man deuten kann. Die Chemnitzer wollen herausfinden, worauf Radfahrende heute achten.
Teilnehmende ihrer Studie fahren eine Woche lang ihre üblichen Wege. Mit Smartphone und Mikrofon kommentieren sie während der Fahrt: Was sehe ich? Was glaube ich, wird das Auto tun? Woran erkenne ich das? Die Forschenden wollen die Gedanken in der Situation erfassen, nicht erst später rekonstruieren. "In den Kopf schauen können wir nicht", sagt Felbel. "Also lassen wir die Radfahrenden aussprechen, was dort passiert."
Die Aussagen werden ausgewertet und nach Mustern geordnet. Bremst das Auto? Beschleunigt es? Bewegt es sich in der Spur? Sucht der Radfahrer Blickkontakt? Ziel ist es, die wichtigsten Signale zu identifizieren. Diese Erkenntnisse könnten helfen, automatisierte Fahrzeuge so zu programmieren, dass ihr Verhalten für Menschen verständlich bleibt.
Ein altes Prinzip mit neuer Technik
Nicht jede Idee aus der Forschung wird sich durchsetzen. Das zeigt ein Projekt aus Mittweida: ein Wasserstoff-Lastenrad. Die Wissenschaftler prüften, ob sich ein Wasserstoff-Druckspeicher in die tragende Struktur des Rads integrieren lässt. Technisch funktionierte es, doch Hübler hält den Ansatz für Lastenräder derzeit nicht für sinnvoll. Forschung bedeutet auch, herauszufinden, was keine Zukunft hat.
Das Grundprinzip des Fahrrads hat sich seit über 200 Jahren bewährt. Neue Technik muss es nicht komplizierter machen. "Wir müssen herausfinden, was das Rad wirklich besser macht", sagt Hübler. "Leichter, haltbarer, sicherer."
