ForschungsDienst Fahrrad

Stefan Gloger: Entwicklung muskelkraftgetriebener Leichtfahrzeuge

Problemloses Durchfahren von Engstellen von hoher Wichtigkeit auch für vollverkleidete HPVs

Das Design muskelkraftgetriebener Leichtfahrzeuge mit Wetterschutz steckt in einer Zwickmühle: Einerseits wird problemloses Durchfahren von Engstellen durch über 80% der Befragten als wichtig angesehen, andererseits sind einspurige Fahrzeuge mit Vollverkleidung seitenwindempfindlich. Als Lösung wird ein besonders gut steuerbares Einspurfahrzeug vorgeschlagen, das durch seitliche Führung im Becken- und Lendenbereich ein Ausbalancieren bei Windböen erleichtert.

Der Autor baute mit Unterstützung des Instituts für Arbeitswissenschaft der TH Darmstadt und der Akademischen Fliegergruppe Darmstadt zwei vollverkleidete Leichtfahrzeuge, "DESIRA 1" und "DESIRA 2" (Darmstädter Ergonomie- und Sicherheitsrad). Die Studie zeichnet den wissenschaftlichen, nicht den handwerklichen Teil des Projektes nach, wertet Erfahrungen mit "DESIRA 1" aus und begründet die Veränderungen bei "DESIRA 2".

Bei einer Weltbevölkerung von 10 Milliarden Menschen eine Fahrzeugdichte von 0,5 Fahrzeugen pro Bewohner herbeizuführen, wie sie langfristig erwartet werden muß, ist nur mit Fahrrädern und Leichtfahrzeugen sowohl technisch realisierbar als auch ökonomisch vertretbar.

Mittelfristig sollen Leichtfahrzeuge dazu dienen, Alternativen zum PKW auf längeren Nahverkehrs-Strecken zu bieten. Für die Erzielung eines nennenswerten ökologischen Effektes muß nicht nur das Aufkommen, sondern auch die Verkehrsleistung des MIV gedrosselt werden. Neben Geschwindigkeitssteigerungen, die mit Sicherheitsproblemen behaftet sein können, kommt insbesondere eine gute Nutzbarkeit für Wegeketten in Betracht. Ein ungenutztes Potential zeigt die Verringerung des Radverkehrs im Winter auf die Hälfte der Sommerwerte.

Passantenbefragungen ergaben, daß eine leichte Umgewöhnung auf das Leichtfahrzeug nur 20% der Befragten wichtig ist, während mehr als 80% auf die Durchfahrbarkeit von Engstellen Wert legen. Mehrspurige muskelkraftgetriebene Leichtfahrzeuge erschweren dies (zum Beispiel Spurweite "Leitra": 980 mm). Die Fahrzeuge DESIRA 1 und DESIRA 2 wurden deshalb als gefederte und verkleidete einspurige Sesselräder ausgeführt.

Die Gestaltungsfreiheit beim Bau solcher Fahrzeuge würde bei einer geraden statt kreisenden Tretbewegung deutlich zunehmen. Deshalb wurde die Effizienz eines Linearantriebes im Vergleich zum Tretkurbelantrieb im Labor gemessen. Ergebnis: Der physiologische Wirkungsgrad des Antriebs durch den Menschen von knapp 30% wird durch einen Linearantrieb ungefähr halbiert. Diese Bauweise wurde nicht weiterverfolgt.

Bei weiteren Versuchen stellte sich heraus, daß die Arbeit des Lenkens dann vereinfacht wird, wenn Steuerimpulse und Trittfrequenz sich als ganzzahlige Vielfache zueinander verhalten. Dieser Zustand wird unbewußt angestrebt und ergibt ein subjektiv höheres Wohlbefinden.

Das "DESIRA 1" besaß als "Lenker" einen Seitenstock, der einer Querrudersteuerung im Flugzeug nachempfunden ist. Diese Anordnung sollte intuitiv richtige Lenkreaktionen bei Seitenwind ermöglichen. Es stellte sich jedoch heraus, daß die Umgewöhnungszeit durch diese Anordnung unakzeptabel groß ausfiel. Beim "DESIRA 2" wurde die Lenkung deutlich konventioneller ausgeführt, allerdings mit einer spiegelsymmetrischen Vorderradgeometrie (also einer nach hinten weisenden Gabel) kombiniert. Diese Anordnung verstetigt die Lenkmomente bei langsamer Fahrt, also bei den sicherheitskritischen Situationen Anfahren, Bremsen und Kreuzungsverkehr.

Ein besonders gutmütiges Verhalten von Einspurfahrzeugen mit Verkleidung ergibt sich, wenn der Flächenschwerpunkt vorn und unten liegt. Experimente mit unterschiedlichen Flächenvergrößerungen am "DESIRA 2" und einer Motorsegler-Luftschraube konnten diese Überlegung nicht bestätigen, weil die vordere Flächenvergrößerung zu weit oben angebracht war.

Der physiologische Wirkungsgrad von knapp 30% besagt, daß die restliche Leistung des Menschen in Form von Abwärme anfällt. Beim "DESIRA 1" konnte ein Wohlbefinden bei großer Hitze trotz großer Schiebetüren nicht erreicht werden. Beim "DESIRA 2" wurden deshalb die Fensterflächen deutlich verkleinert. Neben einer Zwangsbelüftung verfügt es über ein vorn öffnendes Klappvisier, das stufenlos arretiert werden kann. Die Möglichkeit, einen Luftspalt unter der Frontscheibe schaffen zu können, hat sich auch als notwendig erwiesen, um ein Beschlagen der Frontscheibe bei kühler Witterung zu verhindern.

Insgesamt beschreibt die Studie in sehr detaillierter Form die Gründe, die von einem Prototyp zu einem deutlich verbesserten Prototyp führten.

Dipl.-Ing Stefan Gloger, Darmstadt: Entwicklung muskelkraftgetriebener Leichtfahrzeuge, Fortschritt-Berichte VDI-Reihe 12 Nr. 263, Düsseldorf: VDI Verlag 1996