Motorrad


Motorrad

Das Motorrad (amtliche Bezeichnung in Deutschland: Kraftrad; Kurzform bei deutschen Behörden und als Selbstbezeichnung der „Kradler“: Krad; historische Bezeichnung: Motorzweirad; in der Schweizerdeutschen Umgangssprache: Töff) ist ein einspuriges Kraftfahrzeug oder Zweirad, üblicherweise mit einem bis zwei Sitzen. Am 1. Januar 2011 waren in Deutschland insgesamt 3,83 Millionen Krafträder zugelassen[1] (in der Schweiz per 30. September 2009: 642.777 Motorräder)[2].

Inhaltsverzeichnis

Geschichte

Reitwagen 1885 von Daimler
Erstes Serien-Motorrad 1894 von Hildebrand und Wolfmüller
Motorrad Cyklon um 1900

Die Erfindung des Zweirads wird Karl Drais zugeschrieben, der 1817 eine Laufmaschine zum Ersatz für Pferde erfand. 1820 schrieb er, dass er Pferde „durch die Dampfmaschine selbst noch mehr zu übertreffen getraue.

Beim nächsten Entwicklungsschub fuhren Dampfräder in Frankreich und den USA. Das Michaux-Perreaux Dampfrad von 1869 ist erhalten. In Roxbury, Massachusetts, baute um 1869 Sylvester Roper das Roper Dampfrad.

Gottlieb Daimler baute 1885 in den „Reitwagen“ als Versuchsträger einen Benzinmotor ein, dieser war aber wegen der seitlichen Stützräder kein Motorrad im engeren Sinn. Erstes Serien-Benzinmotorrad war die Hildebrand & Wolfmüller von 1894. Dieser Hersteller verwendete erstmals den Begriff „Motorrad“ und ließ ihn patentrechtlich schützen[3]

Indian in den USA war das erste Unternehmen, das Motorräder in industriellem Maßstab herstellte.

Mit den technischen Verbesserungen

wurde das Motorrad wesentlich einfacher benutzbar.

Wesentliche Entwicklungen gingen aus von

seit 1914

Bis zum Ersten Weltkrieg war Indian die weltweit größte Motorradfabrik. Danach wurde dieser Titel an Harley-Davidson weitergegeben, ab 1928 an DKW und nach dem Zweiten Weltkrieg an NSU. Seit dem Anfang der 1970er Jahre bis heute (Stand 2007) ist Honda, Japan, der weltgrößte Motorradproduzent. Honda konstruierte auch mit dem Kleinmotorrad Honda Super Cub das weltweit erfolgreichste Kraftfahrzeug, das seit den 1950er Jahren bis heute in vielen Fertigungsstätten und Lizenzbetrieben in weit mehr als 40 Millionen Exemplaren gebaut wurde.

Honda stellte 1969 mit der CB750 Four ein richtungsweisendes Motorrad mit einem quer eingebauten Vierzylinder-Viertaktmotor vor, nachdem Gilera in den 1930er Jahren dieses Konzept in einer Rennmaschine sehr erfolgreich eingeführt hatte. Auch MV Agusta stellte seit 1966 Motorräder dieser Bauweise her, blieb jedoch ein Kleinserienanbieter auf hohem Preisniveau.

Als mächtigste in Serie gefertigte Motorräder gelten die US-amerikanischen Boss-Hoss-Modelle mit V8-Automotoren, über 5 Litern Hubraum und mehr als 225 kW Leistung. Als längstes Motorrad gilt die dreisitzige Böhmerland.

Nach dem Sinken der Verkaufszahlen von Motorrädern als Folge der steigenden Popularität des Automobils Ende der 1950er Jahre wurde Motorradfahren erst in den 1970ern als Freizeittrend wiederentdeckt. Motorradmarken wie Triumph und MV Agusta erlebten ihre Wiederauferstehung.

Besondere Bauarten

Zweiradkonstruktionen mit Frontantrieb sind die Megola von Anfang der 1920er Jahre und das Killinger & Freund Motorrad, Baujahr 1938. Motorradgespanne bestehen aus Motorrädern und Beiwagen und haben drei Räder.

Trikes und Quads zählen nicht zu Motorrädern, in Deutschland können sie mit dem Autoführerschein gefahren werden.

Mofas (Motorfahrrad), Mopeds (Motorpedalfahrzeug), Mokicks und Leichtkrafträder sind motorisierte Zweiräder, die eine geringe Leistung (ab 1 kW) und geringere Führerscheinvoraussetzungen haben. Mofas sind darüber hinaus mit Pedalen ausgerüstet.

Technik

Motoren

BMW R 52, 1928
Indian Chief, Baujahr 1947

Der Antriebsmotor ist bei modernen Motorrädern in den meisten Fällen ein Viertakt-Ottomotor, seltener ein Zweitaktmotor. Zweitaktmotoren werden seltener, weil sie Geräusch- und Abgasregelungen nur unzureichend erfüllen. Motorradmotoren haben typischerweise bis zu vier Zylinder; Zweizylindermotoren sind überwiegend als Reihen- oder V-Motoren, seltener als Boxermotoren ausgeführt, Drei- und Vierzylindermotoren sind oft Reihenmotoren (japanische Hersteller), manchmal auch V-Motoren (zum Beispiel die Aprilia RSV4).

Weitere Maschinen mit untypischen Motoren sind die Honda-Modelle PanEuropean und VFR mit Vierzylinder-V-Motor und einzelne Modelle von Honda, Kawasaki und Benelli mit sechs Zylindern in Reihenanordnung, die BMW-K100/K1100-Reihe mit liegendem Vierzylinder, die Honda Goldwing mit Vier- oder Sechszylinder-Boxermotoren, die Boss-Hoss-Modelle mit acht Zylindern in V-Anordnung und verschiedene Wettbewerbsfahrzeuge mit drei Zylindern (zwei Zylinder stehend, ein Zylinder liegend, DKW-Rennmaschine, Spitzname „Singende Säge“). Außergewöhnlich sind die Megola mit einem Fünfzylinder-Umlaufmotor im Vorderrad sowie die Hercules W 2000, die Suzuki RE 5, die Norton TT und die Van Veen OCR mit Wankelmotoren.

In neuerer Zeit waren, ausgehend von Europa, auch Umbauten von Motorrädern mit Dieselmotoren zunächst im Kommen (meist Enfield India mit Einbaumotoren süddeutscher und italienischer Hersteller), bis ihnen die EU-Zulassungsvorschriften zum Geräuschverhalten Schwierigkeiten bereiteten.

Mit Dieselmotoren entstanden die Modelle

  • Taurus 325/Centaurus 851 und
  • Sommer-Hatz-Diesel,
  • bis schließlich der indische Hersteller des Basismotorrads selbst eine Enfield Diesel anbot.
  • Hercules brachte in den späten 1970er Jahren erstmals ein Mofa mit Elektroantrieb heraus, das sich aber am damaligen Markt nicht etablieren konnte.
  • Track T-800CDI mit dem 45PS-Smart-CDI, vom Hersteller E.V.A. Products BV, Valkenburg (NL), eine kleine Reiseenduro, wird gebaut seit 2009.

Ein gänzlich anderes Antriebskonzept ist die Wellenturbine:

Seit wenigen Jahren nimmt die Zahl der Elektromotorräder (Motorräder mit Elektromotoren, die durch kompakte Akkumulatoren mit Energie versorgt werden) zu. Im Jahr 2009 fand das erste Straßenrennen auf der Isle of Man statt, und ab dem Jahr 2010 wird es nach Ankündigung des Motorradweltverbands FIM eine neue Klasse von Motorradrennen für diese Elektromotorräder geben.

Hybridelektroantriebe werden bisher (Juli 2009) nur für Motorroller angeboten.

Antrieb des Hinterrades

Die meisten Motorräder haben Ketten, während in der Anfangszeit Lederriemen benutzt wurden. Daneben werden Kardanwellen oder Zahnriemen benutzt, die mit weniger Wartung auskommen.

Antrieb mit Kardanwelle

Reaktionskräfte und -momente am Kardan

Wie bei LKWs und PKWs mit längs liegendem Motor ist auch bei Motorrädern mit längs liegender Kurbelwelle (z. B. bei Boxer- und V-Motoren) eine längs liegende Welle das „logische“ Mittel für die Weiterleitung des Drehmomentes nach hinten. Und erst am Hinterrad findet mit einem Kegelradgetriebe die Umlenkung der Drehachse von längs nach quer statt. Die entsprechende Welle am Motorrad wird wie beim Auto als Kardanwelle bezeichnet.

Das erste Motorrad mit Kardanantrieb wurde 1905 von der belgischen Firma FN gebaut. BMW stellte auf dem Pariser Autosalon 1923 mit der R 32 seine erste Maschine mit Kardanantrieb vor. [4]

Motorräder mit quer liegender Kurbelwelle benötigen für einen Kardanantrieb zwei Kegelradsätze: neben dem am Hinterrad noch einen weiteren vorn am Getriebeausgang. Beispiele dafür sind Modelle von Yamaha (XS750/XS850, XS1100, XJ650/ XJ750/ XJ900, V-Max) und Kawasaki (Z 1000 ST & Z1300). Der Kardanantrieb der Yamaha XS- und XJ- Modelle wurde in den späten 1970er Jahren in der Bundesrepublik entwickelt. Die Kegelräder sind gegenüber früheren Ausführungen geschwungen, um den Ruck für den Vortrieb zu unterbinden. Das gleiche Prinzip wird auch bei Fahrrädern eingesetzt, z. B. beim dänischen Hersteller Biomega. Auch die Allgäuer Firma Fendt baute von 1980 bis 1992 Fahrräder mit Kardanantrieb.

Bei einigen Motorrad-Herstellern gehört der Kardanantrieb in großen Teilen zur Modellpolitik; Beispiele dafür sind BMW und Moto Guzzi. Auch einige Tourenmodelle japanischer Hersteller verfügen über einen Kardanantrieb, z. B. die Honda Gold Wing, SABRE, MAGNA, SHADOW, NTV und die CX 500.

Immer wieder wird über den Punkt Wartungserleichterung versus Leistung gestritten: Klar ist, dass eine neue Antriebskette einen besseren Wirkungsgrad mit geringerer Reibung hat, als ein Kardan mit Kegelradsatz. Verschleißt jedoch die Kette, so steigt ihr Leistungsverlust über das Maß des Kardan-Verlustes hinaus an, insbesondere bei mangelnder Schmierung. Das technische Optimum ist eine Kette im Fett- oder Ölbadkasten, aber diese ist immer noch ein Verschleißteil und daher bei Tourenmotorrädern weniger beliebt als der Kardan.

Bei einem Motorrad mit Kardanantrieb können bei Kurvenfahrt zusätzliche Kräfte auftreten, die die Fahrphysik schwieriger beherrschbar machen. Insbesondere ist das Aufstellen manch älterer BMW (Gummikuh) unter Gas gewöhnungsbedürftig. Ein gängiger Fahrfehler von Ungeübten bei schneller Kurvenfahrt mit einer BMW ist es, in Panik das Gas plötzlich ganz wegzunehmen. Dabei federt das Hinterrad ein, weil das Aufstellen aussetzt. Der Boxermotor kann dann mit dem kurveninneren Zylinderkopf aufsetzen und die Fahrt mit einem Sturz enden. Statt dessen ist die Kunst, ein wenig am Gas zu bleiben wichtig, um das Absacken und Aufsetzen zu vermeiden. Zur Minimierung dieses Effektes setzen sowohl BMW als auch Moto Guzzi mittlerweile auf eine Momentabstützung der Schwinge. Kawasaki hat beim Modell 1400 GTR einen Tetralever bezeichneten Kardanantrieb mit beidseitiger Momentabstützung vorgestellt, der das Aufstellmoment ebenfalls weitgehend reduzieren soll.

Die Vorteile einer Kardanwelle gegenüber einer Antriebskette sind der geringe Wartungsaufwand und das geringe Spiel. Zudem können beide Wellenenden ihren Abstand voneinander ändern, wenn es die Kinematik der gefederten Hinterradführung verlangt. Der Längenausgleich wird mit einem Schubgelenk in der Mitte der Kardanwelle ermöglicht.

Nachteile der Kardanwelle sind z. B. das höhere Gewicht, und durch Lastwechsel bedingte Aufstellmomente. Die als Gegenmaßnahme eingebaute Drehmomentabstützung erhöht das ohnehin hohe Gewicht des Kardanantriebs, weswegen bei sportlichen Motorrädern trotz der beschriebenen Nachteile fast immer Kettenantrieb verwendet wird. Seit den 1960er Jahren ist bekannt, dass ein Kettenantrieb, der vollständig gekapselt im Ölbad läuft, die Bauart mit den geringsten Verlusten ist. Dieser wurde und wird jedoch selten gebaut und gilt wegen der Optik als „unsportlich“. Verwendet wurden solche gekapselten Ketten unter anderem von MZ und bei der Yamaha TR 1.

Bedienelemente

Bedient wird ein Motorrad mit Händen und Füßen, jedoch ist die Anordnung der Bedienelemente anders als beispielsweise beim Pkw. Am weitesten verbreitet ist folgende Kombination: Die Gangschaltung wird mit dem linken Fuß bedient, die Kupplung mit der linken Hand, das Gas mit der rechten Hand (Gasdrehgriff), ebenso wie die Vorderradbremse (Bremshebel), während die Hinterradbremse mit dem rechten Fuß bedient wird. Der Blinkerschalter ist meist links zu finden, während die Schalter für die Beleuchtung oft auch rechts sind.

Harley-Davidson mit Handschaltung links am Tank und Fußkupplung; links am Lenker der Handbremshebel

Unterschiedliche Bedienungsvarianten finden sich insbesondere in der Getriebebetätigung. Normalerweise wird der erste Gang durch Druck von oben auf den linken Fußschalthebel eingelegt; die anderen Gänge werden mit stufenweisem Hochziehen des Schalthebels erreicht. Der Schalthebel federt nach einem Schaltvorgang jeweils in Mittellage zurück. Der Leerlauf befindet sich in der Mitte zwischen erstem und zweitem Gang. Abwandlungen davon baut Kawasaki, bei der der Leerlauf, eigentlich folgerichtig, „unter“ dem ersten Gang liegt. Viele italienische Motorräder hatten ein umgekehrtes Schaltschema; der erste Gang wird nach oben eingelegt, die höheren Gänge nach unten. Bis in die 1970er-Jahre war auch bei italienischen und englischen Motorrädern die Schaltung rechts (mit „umgekehrtem“ Schema) und die Fußbremse links anzutreffen. In noch früheren Jahren waren Handschalthebel am Tank verbreitet, bei manchen Modellen mit Fußkupplungen kombiniert.

Bis in die 1950er-Jahre gab es an Motorrädern noch die manuelle Verstellung des Zündzeitpunktes, mit einem Drehgriff am linken Lenkerende.

Die Daumenbremse wurde erstmals in den 1980er-Jahren von dem US-amerikanischen Motorradrennfahrer Freddie Spencer verwendet. Sie hat den Vorteil, dass man in Rechts- sowie auch Linkskurven stets konstante Bedingungen hat. Bei der konventionell betätigten Hinterradbremse hat man in Rechtskurven und speziell in Schräglage des Motorrades wenig Platz, um seinen Fuß zum Bremsen einzusetzen.

Technische Eigenschaften, Daten und Zubehörteile

Ein Motorrad zeichnet sich durch ein im Verhältnis zum Pkw niedrigeres Leistungsgewicht aus. Die Motorleistung muss so weniger Masse beschleunigen. Relativ hohe Beschleunigungswerte sind die Folge (z. B.: 0−100 km/h in knapp über 3 s).

Die leistungsstärksten modernen Serienmotorräder können Höchstgeschwindigkeiten über 300 km/h erreichen. Wegen des gegenüber Pkw geringeren Luftwiderstandes können diese Geschwindigkeiten mit deutlich geringeren Motorleistungen erreicht werden. In Europa haben sich die Importeure und Hersteller 2002 eine freiwillige Geschwindigkeitsobergrenze von 299 km/h auferlegt, um einer gesetzlichen Regulierung entgegenzuwirken.

Inzwischen werden für zahlreiche Motorräder Fahrassistenzsysteme wie an Autos angeboten, so das ABS und Verbundbremsen, ab 1992 auch die Antriebsschlupfregelung (erstmals in der Honda Pan European[5]).

Motorräder entwickeln je nach Fahrweise mehr Verkehrslärm als Pkws, bei denen vorwiegend die Abrollgeräusche als störend wahrgenommen werden, während beim Motorrad die Motor- und Ansauggeräusche des freiliegenden Antriebsaggregats eher wahrgenommen werden. Auch sind die Frequenzbereiche infolge der Drehzahlen teils höher und dem menschlichen Ohr unangenehmer.

Typen

Verschiedene moderne Motorräder
Puch 150 TL, 1953
Das meist kopierte Motorrad: eine DKW RT 125, 1939–1965

Nach Einsatz und Charakteristik werden Motorräder in Typen unterteilt:


Motorradfahren

BMW R 1150 GS mit Sozius

Zum Motorradfahren auf öffentlichen Straßen, Plätzen und Wegen ist eine ausreichende Fahrerlaubnis (je nach Motorleistung) erforderlich. In Deutschland sind es die Klassen A (unbeschränkt, ab dem 25. Lebensjahr oder nach zwei Jahren, wenn dieser als A (beschränkt) erworben wird), A (beschränkt, ab dem 18. Lebensjahr; max. 25 kW und nicht mehr als 0,16 kW/kg Leergewicht) oder A1 (ab dem 16. Lebensjahr; max. 11 kW und 80 km/h, ab dem 18. Lebensjahr fällt die Geschwindigkeitsbeschränkung weg), oder die (weiterhin gültigen) Klassen 1 oder 1a bzw. 3 (vor dem 1. April 1980, Bestandsschutz für 125 cm³).

Ein mitfahrender Sozius muss sich während der Fahrt am vor ihm sitzenden Fahrer durch einen Klammergriff um den Bauch festhalten und dessen Kurvenneigungen mitvollziehen. Unerfahrene Soziusse reagieren mitunter erschrocken auf das starke Beschleunigungsvermögen von Motorrädern und richten sich in Kurven entgegen der Neigung auf, was die Fahrphysik für den Fahrer beeinflusst.

Namensgebung

Krad-Schützen auf dem Balkan
Kradfahrer auf Briefmarke 1943

In der deutschen Amtssprache (Zulassungsstelle usw.) gilt die Bezeichnung Kraftrad, in der Zeitungslandschaft und im militärischen und journalistischen Sprachgebrauch hat sich bis heute die Kurzform Krad gehalten. In der Schweiz lautet die offizielle Bezeichnung Motorrad.

Andere Bezeichnungen für „Motorrad“, teils Insiderjargon, sind unter anderem: Bock, Hobel, Ofen, Bike, Karre, Mopped (als Verniedlichung auch bei großem Gewicht – im Gegensatz zum Moped aber mit zwei p), Möp, Töff; Letzteres überwiegend in der Schweiz, wo Töff die allgemein übliche umgangssprachliche Bezeichnung für ein Motorrad ist.

Offene dreirädrige Fahrzeuge (mit symmetrischer Radanordnung, d. h. kein Gespann) werden allgemein als Trike bezeichnet, dafür wird ein Führerschein der Klasse B benötigt, sofern das Fahrzeug nicht in die Klasse S (45 km/h aus 50 cm³) fällt.

Physikalische Grundlagen des Motorradfahrens

Allgemeines

Kurventechnik mit Beiwagen
Schräglage beim Motorradrennen, Ralf Waldmann

Die häufig benutzte Erklärung, das Motorrad werde durch die Kreiselkräfte der rotierenden Räder stabilisiert, ist zwar richtig, jedoch nicht vollständig. Im Geschwindigkeitsbereich unter etwa 30 km/h sind die Kreiselmomente, je nach Bauart, sehr klein und reichen für eine vollständige Stabilisierung gar nicht aus. Damit stellt das Motorrad als Einspurfahrzeug mit dem Fahrer ein immanent labiles System um die Längsachse dar.

Im unteren Geschwindigkeitsbereich wird ein Umfallen des Fahrzeuges durch verstärkte Lenkbewegung verhindert. Zum einen wird durch den Nachlauf der Reifenaufstandspunkt des Vorderrades aus der Symmetrieebene des Fahrzeuges (X-Z Ebene) herausbewegt, was zur Folge hat, dass der Systemschwerpunkt über der Reifenaufstandslinie gehalten werden kann, um Rollbewegungen zu vermeiden. Zusätzlich wirken durch die eingeleitete Kurvenfahrt Fliehkräfte am Motorrad, die ebenfalls der Rollbewegung des Motorrades ins Kurveninnere entgegenwirken. Für ideal schmale Reifen spürt der Fahrer in der Motorradebene keine Querkraft. Als Rollen wird dabei eine Drehung um die X-Achse um den Winkel λ bezeichnet.

Steigert man die Geschwindigkeit in den selbst stabilisierenden Bereich hinein, werden die gyroskopischen Effekte stärker und bewirken eine metastabile aufrechte Lage des Motorrades. Einspurige Fahrzeuge fahren eigentlich nie aufrecht und geradeaus, da es zur Selbststabilisierung einer ständigen Störung der Gleichgewichtslage bedarf.

Aus den Gleichungen für die Kreiselmomente lässt sich ableiten, dass eine Rollbewegung in Fahrtrichtung nach links einen Lenkeinschlag in dieselbe Richtung verursacht. Das aus dieser Lenkbewegung entstehende Kreiselmoment wirkt seiner Ursache, der Rollbewegung, entgegen und richtet das Motorrad wieder auf.

Gleichungen der Kreiselmomente:

  • M_z=\Theta_{rot} \cdot \omega_x \cdot \omega_y
  • M_x=\Theta_{rot} \cdot \omega_y \cdot \omega_z

mit

  • Θrot : Massenträgheitsmoment des Laufrades um die Radachse;
  • ωx : Rollwinkelgeschwindigkeit;
  • ωy : Raddrehgeschwindigkeit;
  • ωz : Lenkgeschwindigkeit senkrecht zur Fahrebene

Daraus wird ersichtlich, dass ein bei Geradeausfahrt am Lenker aufgebrachtes Lenkmoment nach links ein Rollmoment nach rechts bewirkt, welches das Motorrad in Schräglage bringt. Beim Motorradfahren kann somit ein Lenkimpuls in die entgegengesetzte Richtung der gewünschten Kursänderung gegeben werden, um die Kurvenfahrt einzuleiten, was der gängigen Praxis entspricht.

Kurvenfahrt

Die Kurvenfahrt unterscheidet sich beim einspurigen Fahrzeug stark von derjenigen zweispuriger Fahrzeuge. Während ein Auto stets bestrebt ist, eine Wankbewegung zum Kurvenäußeren auszuführen, ist beim Motorrad eine gegenteilige Bewegung im stabilen Fahrzustand der Fall. Motorräder neigen sich beim Kurvenfahren also ins Kurveninnere, wobei Winkel zwischen Fahrbahnsenkrechter und Motorradsymmetrieebene (λ) von bis zu 60° erreicht werden können. Diese Spitzenwerte sind allerdings nur unter sehr guten Umständen und unter kontrollierten Bedingungen möglich, wie sie z. B. im Rennsport herrschen. Im Straßenverkehr werden solch hohe Schräglagen üblicherweise nicht erreicht. Typischerweise bewegt sich die Abweichung von der Fahrbahnnormalen im Bereich λ < 30°, bei sportlichen Fahrern können aber auch durchaus 50° erreicht werden (siehe auch: Scheinlot).

Wichtig dabei ist, dass die Grenze des kammschen Kreises nicht erreicht wird. Eigentlich müsste man korrekterweise von einem kammschen Oval sprechen, da die Reifen in Querrichtung und Längsrichtung unterschiedlich starke Kräfte übertragen können.

Stationär

In der unbeschleunigten Kurvenfahrt bei konstantem Kurvenradius muss der Fahrer, nachdem er den Einlenkvorgang bereits abgeschlossen hat, ein Lenkmoment aufbringen, um das Motorrad in Schräglage und auf Kurs zu halten. Dieses ist unter anderem abhängig von folgenden Faktoren:

  • Gewichtsmoment des Lenksystems um die Lenkachse (wirkt kurveneindrehend)
  • dem Moment, welches der Rollwiderstand um die Lenkachse erzeugt (ebenfalls eindrehend)
  • dem Moment, welches durch den Nachlauf und die Reifenlängskräfte entsteht (ausdrehend)
  • dem Moment, welches durch den Nachlauf und die Reifenseitenkräfte entsteht (eindrehend)
  • Fliehkraftmomente am Lenksystem und am Restmotorrad (ausdrehend, eindrehend)

Die dabei aufzubringenden Lenkmomente sind relativ klein und liegen typischerweise in der Größenordnung von max. 25 Nm, sind aber abhängig von nach Geschwindigkeit und Bauart des Motorrades. Für ideal schmale Reifen ist die Lenkachse des Motorrades in Kurvenfahrt momentenfrei.

Für die gefahrene Schräglage gegenüber dem Erdschwerefeld, also ohne Einbeziehung der Fahrbahnneigung, ergibt sich unter Vernachlässigung der Kreiseleffekte und der Reifenbreite:

\lambda = \arctan \left( \frac{v^2}{g \cdot R} \right) = \arctan \left( \frac{\ddot y}{g} \right)

wobei

  • v: Gefahrene Geschwindigkeit
  • g: Erdbeschleunigung
  • R: Radius zum Momentanpol der Kurvenbewegung
  • \ddot y: Querbeschleunigung im erdfesten Koordinatensystem.

Durch den Rollwinkel führt die Resultierende aus sämtlichen am Schwerpunkt angreifenden Kräfte durch den Reifenaufstandspunkt. Besonderen Einfluss haben hier die Gewichtskraft und die Fliehkraft.

Durch den Umstand, dass die Reifen nicht ideal schmal sind, wandert der Reifenaufstandspunkt durch die Schräglage aus der Fahrzeugsymmetrieebene heraus, was den reellen Rollwinkel vermindert. Die Symmetrieebene des Motorrades hat also stets einen größeren Rollwinkel, als der Winkel zwischen den resultierenden Kräften und dem Erdschwerefeld ist. Somit existiert ein physikalisch wirksamer Rollwinkel, der geringer ist als der geometrische Rollwinkel. Bei breiteren Reifen wandert der Reifenaufstandspunkt stärker aus als bei schmalen, was zur Folge hat, dass man für den gleichen Kurvenradius bei gleicher Geschwindigkeit mit breiten Reifen mehr Schräglage benötigt als mit schmalen. Allerdings beträgt der Anteil dieses Zusatzrollwinkels nur etwa 10 % des Gesamtrollwinkels.

Der maximalen Schräglage sind näherungsweise durch die Coulombsche Reibung Grenzen gesetzt. Wenn der Haftbeiwert μ beispielsweise 1 beträgt, ist es nicht möglich, einen physikalisch größeren Rollwinkel als 45° zu fahren.

Das Reibgesetz von Coulomb lautet hier im Grenzfall:

 F_{Q,\mathrm{max}} = \mu \cdot F_Z

mit

  • FZ: Normalkraft (Gewichtskraft)
  • FQ,max: maximal übertragbare Querkraft (Zentripetalkraft)
  • μ: Haftbeiwert

Das Verhältnis der Kräfte gibt also Aufschluss über den Haftbeiwert, der auch in Prozent ausgedrückt werden kann. Wenn der Haftbeiwert kleiner eins ist, ist die maximal übertragbare Querkraft und somit auch der maximale Rollwinkel geringer. Bei sehr guten Straßenbelägen kann der Haftbeiwert bei 1,2 liegen, bei Schnee ist er unter 0,1.

Instationär

Bei der instationären Kurvenfahrt (bei Beschleunigung in der Kurve beziehungsweise Einleiten einer Kurvenfahrt) treten weitere Effekte auf, die zum Teil starke Einflüsse auf den Fahrzustand haben können.

Bewegt sich ein Motorrad in einer Kurve, fährt es auf einem Reifenlatsch, der außerhalb der Symmetrieebene liegt. Sowohl der Reifenaufstandspunkt des Vorderrades als auch der des Hinterrades sind also nicht mittig. Wirken nun Kräfte an den Reifenaufstandspunkten in Fahrtrichtung, entstehen Momente um die Symmetrieebene. Ein Bremsen am Vorderrad bewirkt dadurch ein einlenkendes Moment um die Lenkachse. Gelingt es dem Fahrer nicht, dieses Moment zu kompensieren, dreht der Lenker nach Kurveninnen, das Motorrad richtet sich auf, es fährt einen größeren Kurvenradius. Das kann dazu führen, dass Fahrzeug und Fahrer aus der Kurve herausgetragen werden und verunglücken. Da man mit dem Handbremshebel im Grunde beliebig schnell Bremsdruck aufbauen kann, ist die Zeit, in der ein sehr großes Bremslenkmoment aufgebaut werden kann, recht gering, was zu einer schnellen Änderung des Kurvenradius führt und beim ungeübten Fahrer Stress auslöst.

Aus der Verhaltensforschung ist bekannt [6], dass Fahrer in Paniksituationen wie einer Notbremsung in der Kurve dazu neigen, das Fahrzeug aufzurichten, um vermeintlich besser bremsen zu können. Das findet sich in der Unfallstatistik wieder.[7]

Am Hinterrad kommt dieser Effekt weniger zum Tragen, da die Hinterradführung nur elastisch verformbar ist und keinen Freiheitsgrad abgesehen von Einfederung und Reifenrotation bietet. Aus der größeren Reifenbreite folgt jedoch die Tatsache, dass der Reifenaufstandspunkt weiter auswandert und immer noch merkliche Momente um die Hochachse des Fahrzeuges in dieses eingeleitet werden. Ein Beschleunigen des Fahrzeugs in Kurvenfahrt erzeugt somit ein kurvenausdrehendes Giermoment, ein Bremsen des Hinterrades ein kurveneindrehendes Giermoment. Das ist häufig der Grund, weshalb man beim Anbremsen einer Kurve verstärkt die Hinterradbremse betätigt, um das Motorrad „in die Kurve hineinzuziehen“. Des Weiteren ist eine Überbremsung des Hinterrades leichter zu kontrollieren als eine Überbremsung des Vorderrades, insbesondere in Schräglage.

Das Überbremsen des Vorderrades über einen Zeitraum von wenigen Zehntelsekunden in Schräglage ist vom Menschen nicht mehr auszuregeln.

Siehe auch: Stützgas

Stabilitätsprobleme

Wie bereits weiter oben erwähnt, ist ein Motorrad systembedingt instabil. Die Hauptstabilitätsstörung folgt aus dem Kippen des Fahrzeuges, was aber einfach zu beherrschen ist. Das Kippen des Einspurfahrzeuges an sich ist nicht schwingend und somit als unkritisch zu bezeichnen, wenn man die oben genannten Stabilisierungsmöglichkeiten in Betracht zieht. Jedoch existieren Stabilitätsstörungen, die periodisch auftreten können oder andere Störungen hervorrufen und somit besonderer Betrachtung bedürfen.

Pendeln (Weave)

Als Pendeln wird eine komplizierte Schwingung des gesamten Motorradsystems im Frequenzbereich zwischen 3 und 4 Hertz bezeichnet. Dabei vollführt das Motorrad eine gekoppelte Schwingung um Gier-, Roll- und Nickachse. Die Rollachse liegt am Anfang des Pendelns in der Verbindungslinie der Reifenaufstandspunkte, also in der Reifenaufstandslinie. Im weiteren Verlauf wandert diese Linie immer weiter in Richtung Systemschwerpunkt. Ausgelöst wird das Pendeln unter anderem von plötzlichen Lenkbewegungen, Fahrbahnunebenheiten, und anderen vorangegangenen instabilen Fahrzuständen. Es kann begünstigt werden durch unpassende Reifenwahl, Unwuchten an den Rädern, Lenkkopfspiel, ein zu stramm eingestelltes Lenkkopflager und vieles mehr. Die Dämpfung der Pendelschwingung ist stark von konstruktiven Merkmalen des Fahrzeuges sowie dessen Beladungszustand und vor allem von der Geschwindigkeit abhängig. Unter Umständen kann es vorkommen, dass das Pendeln nicht mehr gedämpft, sondern verstärkt wird, was in der Regel zum Sturz führt. Mit steigender Geschwindigkeit steigt die Schwingneigung an, sodass das einzig sinnvolle Mittel, um ein pendelndes Motorrad zu stabilisieren, eine Herabsetzung der Geschwindigkeit ist.

Lenkerflattern (Wobble, Shimmy)

Das Lenkerflattern bezeichnet eine Eigenschwingung des Lenksystems um die Lenkachse und liegt typischerweise im Bereich um 10 Hz. Es wird z. B. durch Reifenunwuchten ausgelöst, welche bei passender Geschwindigkeit, normalerweise im Bereich zwischen 55 km/h und 65 km/h, eine harmonische Anregung des Lenksystems bewirken. Die Eigenfrequenzen des Lenksystems lassen sich bei der Konstruktion sehr gut abschätzen und können durch Gewichte an den Lenkerenden beeinflusst werden.

Beginnt ein Motorrad zu flattern, kann man durch festeres oder weniger festes Greifen des Lenkers das Trägheitsmoment des Lenksystems beeinflussen und so die Eigenfrequenz verstimmen. Ebenso verringert ein Verändern der Fahrgeschwindigkeit aus dem kritischen Bereich heraus die Flatterschwingung. Im Allgemeinen ist das Flattern nicht besonders kritisch, es kann jedoch zum Pendeln oder Kickback führen und ist somit als ebenso gefährlich einzustufen.

Lenkerschlagen (Kickback)

Lenkerschlagen wird eine Schwingung des Lenksystems um die Lenkachse genannt, welche wenige, sehr große Amplituden mit sehr großen Lenkgeschwindigkeiten ausführt. Diese Lenkbewegungen können so stark sein, dass der Fahrer den Lenker nicht mehr halten kann. Es tritt verstärkt an modernen leistungsfähigen Sportmotorrädern auf. Grundsätzlich kann Lenkerschlagen sowohl bei Geradeaus- als auch bei Kurvenfahrt auftreten, und zwar in jedem Geschwindigkeitsbereich. Durch heftiges Lenkerschlagen kann es vorkommen, dass die Lenkwinkelfreiheit erschöpft ist und der Lenker an seine Anschläge gerät, die dadurch beschädigt werden können, was weitere Schäden zur Folge haben kann.

Lenkerschlagen wird durch starke Radlastschwankungen am Vorderrad hervorgerufen, wie z. B. beim Abheben des Vorderrades durch einen Wheelie oder eine unebene Fahrbahn. Zusätzlich muss eine Seitenkraft am Vorderrad angreifen, wie z. B. die Haltekraft in Kurvenfahrt, durch eine geneigte Fahrbahn oder Seitenwind. Ebenso kann eine Seitenkraft beim nicht mittigen Überfahren einer Unebenheit durch die Unebenheit selbst in das Motorrad gebracht werden, oder der Lenkwinkel wird während der Flugphase des Vorderrades verstellt. Eine solche Seitenkraft erzeugt durch den konstruktiven Nachlauf des Vorderrades und weitere Faktoren einen Lenkimpuls, der einen Schräglauf des Rades verursacht. Setzt dann das Rad wieder auf, entstehen kurzzeitig durch die Massenträgheiten große Radaufstandskräfte und mit ihnen große Querkräfte, die ein sehr großes Lenkmoment erzeugen.

Lenkerschlagen lässt sich wirksam nur durch einen Lenkungsdämpfer unterbinden.

Lenkergewichte

Lenkergewichte sind kleine Gewichte, die an den beiden Enden eines Motorradlenkers angebracht werden. Sie wirken vibrations- und schwingungsdämpfend.

Chattering

Hauptartikel: Chattering

Chattering (engl. für stottern, zittern) ist ein Begriff aus dem Motorradsport und bezeichnet eine Instabilität des Motorrades in der Kurve.

Fahrfehler

Dynamische Vorderradüberbremsung

Bei Bremsungen verlagert sich die Radlast des Fahrzeugs zum Vorderrad hin. Im Extremfall kann das Hinterrad bei starken Bremsverzögerungen von etwa 10 m/s² abheben. Die Radlastverlagerung benötigt durch das sogenannte Aufbaunicken (umgangssprachlich: Einfederung des Vorderrades) einige Zehntelsekunden. Erst bei stationärem Nickzustand kann das Vorderrad die volle (und vom Fahrer erwartete) Bremskraft übertragen. Ein häufiger Fahrfehler, der oft zu schweren Unfällen führt, ist das deutlich zu schnelle Steigern der Bremskraft am Vorderrad. Ist die gewünschte Bremskraft höher als die maximal übertragbare Bremskraft, läuft das Rad "in die Blockade", es hört auf zu drehen. Die Seitenführungskraft verschwindet, die Bremskraft "knickt" das Fahrzeug gegen das Hinterrad ein. Ein Sturz innerhalb von etwa 0,1–0,3 Sekunden ist nicht mehr vermeidbar.[8]

Lowsider

Ein Lowsider bezeichnet den Sturz eines Motorradfahrers nach Wegrutschen der Reifen durch mangelnden Kraftschluss zum Untergrund (vgl. Haftgrenze). Ein Lowsider ist daher ein typischer Sturz auf regennasser (oder im Rennen ölverschmierter) Fahrbahn.

Grundsätzlich besteht beim Lowsider die zusätzliche Gefahr, dass die Reifen des bereits auf der Seite rutschenden Motorrads plötzlich wieder Haftreibung aufbauen, das ganze Fahrzeug sich schlagartig aufstellt (vgl. Highsider) und den Fahrer „im hohen Bogen“ nach kurvenaußen abwirft.

Highsider

Ein Highsider ist ein Sturz beim Motorradfahren, bei dem sich das Motorrad zur kurvenäußeren Seite überschlägt. Er entsteht, wenn ein Motorrad in Schräglage nach einer Rutschphase wieder Grip bekommt und sich dadurch ruckartig aufrichtet. In einigen Fällen wirkt das Motorrad dabei, ähnlich dem Stab im Stabhochsprung, als Hebel auf den Fahrer und katapultiert diesen aus dem Sitz. Der Name Highsider leitet sich von der Tatsache ab, dass das Motorrad auf seine "high side", also der in der Kurve nach oben gerichteten Seite fällt.

Der Begriff Highsider wird gelegentlich auch verwendet, um einen gerade noch vermiedenen Sturz nach diesem Muster zu bezeichnen.

Das Gegenstück zum Highsider ist der sogenannte Lowsider, wobei ein Rad einfach wegrutscht und das Motorrad zur kurveninneren Seite, zur "low side" fällt. Der Highsider ist jedoch wesentlich gefährlicher: Beim Lowsider rutschen Motorrad und Fahrer tangential weg, der Fahrer bleibt wegen seiner höheren Bodenhaftung hinter dem Motorrad zurück und hat durch den Bodenkontakt noch eine gewisse Kontrolle über die Bewegung. Beim Highsider hingegen wird der Fahrer unkontrolliert abgeworfen, das Motorrad folgt dabei dem Fahrer in dieselbe Richtung und kann somit auf ihn fallen. Das kann schwere bis tödliche Verletzungen zur Folge haben.

Der Highsider beginnt, wenn das Hinterrad z. B. beim Herausbeschleunigen aus einer Kurve die maximale Haftgrenze überschreitet. Das hat zur Folge, dass die Seitenführungskraft des Rades geringer und der Schräglaufwinkel größer wird. Ebenso beginnt das Motorrad zu kippen, weil ein Teil der Seitenführung, die zum Kräftegleichgewicht mit dem Fahrzeuggewicht nötig ist, wegfällt. Falls das Rad nun plötzlich wieder mehr Haftung bekommt, was durch Unterschiede im Fahrbahnbelag, Ziehen der Kupplung oder Ähnliches geschehen kann, verringert sich der Schräglauf wieder mit hohem Gradienten und das Motorrad wird durch seine Trägheit beim Aufrichten in die Federn gedrückt. Hat es seine aufrechte Lage wieder erreicht, entspannen sich die Federn im Fahrwerk. Zusammen mit der Geschwindigkeit, die der Fahrer durch die Rollbewegung beim Aufrichten des Motorrades bekommt, können diese Kräfte ausreichen, um ihn aus dem Sitz zu schleudern. Ein Highsider kann zur Folge haben, dass der Fahrer mehrere Meter durch die Luft fliegt. Der Highsider tritt im Motorrad-Rennsport vor allem gegen Rennende auf, wenn der Reifen-Grip stark abbaut.

Risiken

Motorradfahrer haben ein massiv erhöhtes statistisches Unfallrisiko und ein 20-faches Todesrisiko im Vergleich zu Pkw-Nutzern. So stehen im Jahr 2006 793 getöteten Motorradfahrern den ca. 2800 getötete Pkw-Insassen gegenüber, obwohl in Deutschland etwa zwölfmal so viele Pkw wie Krafträder zugelassen sind.[9] Berücksichtigt man weiter die durchschnittliche Jahresfahrleistung von 13.000 km für PKW und 2.300 km für Motorräder[10], ergibt sich bezogen auf den Fahrzeugkilometer ein über 20-fach höheres Todesrisiko.

Kritik

Motorrad-Panne mit Öl-Verlust

In Deutschland sind mehrere Straßen und Gebiete aus unterschiedlichen Gründen (zeitweise) für den Motorradverkehr gesperrt[11][12][13].

Motorräder tragen theoretisch aufgrund ihrer geringen Zahl nur wenig zur gesamten Lärmemission des Straßenverkehrs bei, jedoch werden einzelne Motorräder oft als besonders laut empfunden. Verstärkt wird das teilweise durch Modifikationen der Auspuffanlage und noch mehr durch den Fahrstil. Dementsprechend liegt die durchschnittliche Geräuschemission eines solchen Motorrads vor allem im Geschwindigkeitsbereich bis 60 km/h deutlich über der eines Pkw[14]. Zudem sind Gebirgsstrecken aufgrund ihrer Kurven bei Motorradfahrern besonders beliebt, doch werden gerade in den Bergen aufgrund der Gesetze der Schallausbreitung besonders große Gebiete durch den Lärm gestört.

Der Schadstoffgehalt der Abgase von Motorrädern liegt im Mittel über dem von Pkws: Im Pkw-Sektor sind Maßnahmen zur Abgasreinigung (etwa geregelter Katalysator) seit geraumer Zeit Standard, im Zweiradbereich gilt das erst seit wenigen Jahren für Neumaschinen . Das drückt sich auch in den geltenden Abgasnormen aus, deren Grenzwerte für Motorräder grob doppelt so hoch liegen wie die für Pkws: So sind aktuell (Euro 3 für Motorräder resp. Euro 4 für PKW) bei CO 2000 gegenüber 1000, bei NOx 150 gegenüber 80 und bei HC 300 gegenüber 100 mg/km zulässig.

Anhang

Siehe auch

  • Portal:Auto und Motorrad

Quellen

  1. Statistische Bundesamt Deutschland
  2. [1]
  3. Website über Hildebrand & Wolfmüller, aufgerufen am 28. September 2010.
  4. BMW-Archiv zur R 32
  5. bikers journal: Honda ST 1100 Pan European, Artikel vom 16. September 2005, Zitat: „Das optionale ABS war mit Traktionskontrolle ab 1992 im Programm.“
  6. Bernt Spiegel:Die obere Hälfte des Motorrades,Motorbuch, Stuttgart 2009 ISBN 3613030640
  7. Beispielsweise findet Sporner in Unfalldatenbanken oft die Kombination der Unfallmerkmale "Verlassen der Fahrbahn nach rechts", "Alleinunfall" und "Fahrunfall".
  8. Weitere Informationen finden sich in "J. Funke: Belastung und Beanspruchung von Motorradfahrern bei der Bremsung mit verschiedenen Bremssystemen, Fortschr.-Ber. VDI Reihe 12 Band 633, Diss. TU Darmstadt, 2006", S. 20ff. - online
  9. Statistisches Bundesamt Deutschland
  10. Bundesministerium für Verkehr, Bau und Stadtentwicklung: Verkehr in Zahlen 2008/2009. DVV Media Group, 37. Auflage 2008
  11. MOTORRAD online
  12. ZEIT Online
  13. hier Strassensperrungen für Motorräder
  14. TÜV Nord Mobilität: Ermittlung der Geräuschemission von Kfz im Straßenverkehr. Abgerufen am 9. Juli 2009
  • Für die Fahrdynamik wurde herangezogen: Alois Weidele: Skriptum zur Vorlesung: Motorräder.. TU-Darmstadt, Fachgebiet Fahrzeugtechnik, 2005

Literatur

  • Bernt Spiegel: Die obere Hälfte des Motorrads. Motorbuch Verlag, München 2002, ISBN 3-613-02268-0. (Wichtig für den mentalen Hintergrund - hier erklärt ein Verhaltensforscher, Motorradfahrer und Instruktor die Grundlagen, Hilfen und Techniken des Fahrens)
  • Harry Niemann: Der Kniff mit dem Knie. Motorbuch Verlag, ISBN 3-613-01737-7.
  • Keith Code: Der richtige Dreh II. 1. Aufl. California Superbike Verlag, Schuld 1995 (Band 2), ISBN 3-924662-01-0. (Standardwerk zu den Grundlagen des Motorradfahrens); Amerikanische Originalausgabe: A Twist of the Wrist II. Acrobat Books, Venice 1993, ISBN 0-918226-31-7.
  • Jürgen Stoffregen: Motorradtechnik. Vieweg Verlag, Braunschweig 2004, ISBN 3-528-44940-3. (Technisches Fachbuch auf dem neuesten Stand)
  • Nepomuck/Janneck: Das Schrauberhandbuch. Moby Dick Verlag, ISBN 3-89595-101-3. (laienverständliche Darstellung von Technik, Wartung und Instandsetzung)
  • Hugo Wilson: Das Lexikon vom Motorrad. Motorbuch Verlag, Stuttgart 2001, ISBN 3-613-01719-9. (Gute Übersicht)
  • Thomas Krens and Matthew Drutt (Hrsg.): The Art of the Motorcycle. 2003, ISBN 0-8109-9106-3 (Kompendium der Motorradgeschichte, -kultur, -technik und des Designs)
  • Erwin Tragatsch: Motorräder - Deutschland, Österreich, Tschechoslowakei 1894 - 1976. Motorbuch Verlag, Stuttgart 1985, ISBN 3-87943-213-9 (Das Buch stellt nahezu 500 Firmen vor, die in den genannten Ländern Motorräder gebaut haben.)
  • Alan Dowds: Motorräder. Verlag EDITION XXL, 2005. (100 der weltbesten Superbikes), ISBN 3-89736-329-1
  • Bernt Spiegel: Motorradtraining alle Tage. Motorbuch Verlag, München 2006, ISBN 3-613-02501-9. (Praxisband zu Die obere Hälfte des Motorrads. Weniger Theorie, trotzdem gut verständlich auch ohne das Hauptwerk.)
  • Alexander Spoerl: Mit Motorrad und Roller auf du, Piper Verlag München, 1955, reprint Schrader Verlag 1995, ISBN 3-613-87139-4. Der berühmte Autor erklärt die Feinheiten und Eigenschaften des Motorradlebens im typischen Stil der 50er Jahre
  • Motorräder, Motorroller, Mopeds und ihre Instandhaltung: Ein Lehr- und Nachschlagebuch für Motorradmechaniker und Kraftfahrzeughandwerker, für Techniker und Fachschulen, für Kraftradfahrer, Motorsportler und Fahrschulen. Unter Mitarbeit hervorragender Fachkenner herausgegeben von Hans Trzebiatowsky. Fachbuchverlag Pfanneberg, Gießen 1955. - XVI, 978 S. Mit 1618 Abbildungen. - Reprint: Bulldog Press, Limburg/Lahn 1994.
  • Willi Thoelz: Das Kraftrad: Konstruktion, Bau und Betrieb, Pflege und Instandsetzung, Fahrtechnik und Wettbewerbe. Berlin: R. C. Schmidt & Co., 2 Auflagen von 1939 und 1943. 3. Auflage unter dem Titel Das Motorrad ...
  • Willi Thoelz: Motorrad und Motorroller: Konstruktion, Bau und Betrieb, Pflege und Reparatur, Fahrtechnik und Wettbewerbe Vollständig neu bearbeitet von Joachim Fischer und Helmut Hütten. Braunschweig; Berlin: R. C. Schmidt, 4. Auflage 1957.
  • Helmut Werner Bönsch: Einführung in die Motorradtechnik. Stuttgart: Motorbuch-Verlag, [1978?], ISBN 3-87943-571-5
  • Helmut Werner Bönsch: Fortschrittliche Motorrad-Technik: eine Analyse der Motorrad-Entwicklung. Stuttgart: Motorbuch-Verlag, 1985, ISBN 3-613-01054-2

Weblinks

 Commons: Motorrad – Sammlung von Bildern, Videos und Audiodateien
Wiktionary Wiktionary: Motorrad – Bedeutungserklärungen, Wortherkunft, Synonyme, Übersetzungen
  • Motorrad-Wiki bei Wikia
  • www.ifz.de — Institut für Zweiradsicherheit e.V., u.a. mit einer Datenbank aller deutschlandweit angebotenen Motorrad Sicherheitstrainings.
  • www.mehrsi.org — Organisation für mehr Sicherheit im Straßenverkehr und zur Einführung von Unterfahrschutz
  • Technikartikel „Fahrwerksphänomene unter der Lupe - Das große Flattern“ auf der Website der Zeitschrift MOTORRAD

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