Die Entwicklung der Bremsen in der Frühzeit des Motorrads -
„Jamais contente“ – niemals zufrieden.
Dieses zutiefst menschliche Motto war bezeichnenderweise Namensgeber für das erste Automobil, das schon 1899 scheller als 100 km/h fuhr, nämlich ein Elektroauto: Hauptsache schnell und wie es dann weitergeht wird man schon sehen. Und nur bevor jetzt die „Ich hab’s schon immer gewusst“-Wogen zu hoch schlagen: Das erste Auto, das schneller als 200 km/h fuhr war 1906 ein mit einer Dampfmaschine angetriebener Stanley Rocket Steamer und der Rekord des „La Jamais Contente“ war der letzte Geschwindigkeitsweltrekord eines Eletroautos…
Die Geschichte der Mobilität ist nun tatsächlich voll von Geschichten um geniale Konstruktionen, bei denen aber immer wieder wichtige Details übersehen wurden. So gilt der Franzose Nicolas Cugnot mit seinem Fardier-Wagen als Erbauer des ersten Automobils — ein monströses dreirädriges Fahrzeug mit riesigen eisenbeschlagenen Holzrädern und einer Dampfmaschine mit Kupferkessel zum Anfeuern. Es ist überliefert, dass die erste Probefahrt 1771 mit diesem ca. 4 km/h „schnellen“ Kraftwagen an einer Mauer endete, da Monsieur Cugnot leider übersehen hatte, dass ein Automobil auch Bremsen braucht. Und so geht Monsieur Cugnot nicht nur als Erbauer des ersten Automobils in die Geschichte ein, sondern auch als Verursacher des ersten Unfalls mit einem Automobil.
Ebenso wenig wie 1771 am Automobil des Monsieur Cugnot Bremsen zu finden waren, finden sich am ersten Zweirad der Geschichte, dem Laufrad des Freiherrn Karl von Drais in Mannheim im Jahre 1817 irgendwelche Bremsen. Etwa viermal so schnell als eine Postkutsche — ca. 15 km/h Durchschnittsgeschwindigkeit — waren es insbesondere Studenten in Mannheim, die die plattenbelegten Fußwege Mannheims mit der Draisine unsicher machten - die „Straßen“ waren von den Fuhrwerken zerfurcht und bei Regen verschlammt und mit einem Zweirad so sicher zu befahren wie heute Straßen mit Trambahngleisen. Man kann sich durchaus vorstellen, wie Unfälle zwischen Fußgängern und einem ca. 22 kg schweren, ungebremsten Gefährt mit eisenbeschlagenen Holzrädern ausgegangen sein mögen.
Zur Erkenntnis, dass man mit Pedalen „sauberer“ fährt als mit den Füßen im Straßenstaub wie bei der Draisine, gelangte Anfang der 1860er Jahre der französischen Schmied Pierre Michaux. Er befestigte Tretkurbeln am Vorderrad was es überflüssig machte, sich im Watschelgang mit den Füßen am Boden abzustoßen. Michaux war aber so klug, sein Fahrrad mit einer Bremse auszustatten — einer Löffelbremse. Die wurde so genannt, weil sie im Prinzip wie ein Löffel aussieht, den man um einen Punkt in seiner Mitte seines Stiels drehbar gelagert hat. Zwischen dem „Löffelstiel“ und dem Lenker war ein Lederriemen befestigt, den man durch Drehen des Lenkers (wie bei einem heutigen Gasdrehgriff am Motorrad) spannen konnte. Der Lederriemen wickelte sich um den Lenker und wurde dadurch gestrafft. Dies zog den Löffel gegen das eisenbeschlagene Hinterrad. Eisen auf Eisen — so richtig gebremst hat das zwar nicht, aber zumindest war der Fußgänger durch ein lautes Schleifgeräusch gewarnt, dass gleich ein Velociped an ihm vorbeirauschen will (überflüssig zu sagen, dass man das Rumpeln und Scheppern dieses zweirädrigen Ungetüms aber ohnehin von weitem gehört hat).
Diese Art der Bremse findet sich auch an den Hochrädern, nur bestand das Problem dort insbesondere darin, dass ein Abbremsen des Vorderrades auch regelmäßig zu einem sehr gefährlichen Kippen des Hochrads über seine Vorderachse geführt hat. Ein „Absteigen“ über den Lenker eines Hochrads allerdings endete meist irgendwo zwischen Krankenhaus und Bestattungsinstitut. Mark Twain beendete sein 1884 erschienenes Essay „Wie man ein Hochrad zähmt“ nicht umsonst mit den Worten: „Nimm ein Hochrad. Du wirst es nicht bereuen, falls du es überlebst.“
Ende der 1880er Jahre kamen dann die ersten „Sicherheitsniederräder“ (Safety Bicycles) auf den Markt. Diese zeichneten sich durch eine wesentlich einfachere Handhabung aus. Sie sahen damals bereits sehr ähnlich aus wie heute: Vorder- und Hinterrad gleich groß, Tretkurbeln zwischen den beiden Rädern mit einer Kette zum Hinterrad. Dass Mitte der 1890er Jahre dann auch statt Vollgummi- zunehmend Luftreifen verfügbar waren hat zu deutlich höheren Geschwindigkeiten der Zweiräder geführt. Noch hatten die Räder einen starren Durchtrieb — d.h. es gab keinen Freilauf. Das machte das Bremsen über die Pedale insofern möglich, als man „dagegentreten“ konnte beim Fahren.
Da bei den starren Hinterradnaben die Pedale beim Bergabfahren kontinuierlich mit dem Hinterrad mitliefen war das Fahrradfahren eher unbequem. 1898 baute Ernst Sachs aus Schweinfurt (ja, richtig, der Sachs von Fichtel & Sachs) eine Freilaufnabe, die sich anders als die Konstruktionen aus England und Frankreich am Markt sehr schnell durchsetzte: Jetzt konnte man beim Bergabfahren bequem „die Beine hängen lassen“, aber leider war damit auch das „Gegentreten“ nicht mehr möglich. Und damit war plötzlich die Frage nach einer adäquaten Verzögerung wichtiger denn je.
Schon bei den Fahrrädern mit starren Naben Wurde insbesondere bei sehr hochwertigen und teuren Fahrrädern die Verzögerung durch „Gegentreten“ durch eine Stempelbremse am Vorderrad unterstützt. Die Stempelbremse funktioniert so, wie es der Name andeutet, nämlich wie ein Stempel, der, über einen Bremshebel und ein Gestänge betätigt, auf das Vorderrad drückt. In der Frühzeit (um 1890) waren die Bremsstempel aus Metall, was insbesondere bei Nässe die Bremswirkung gegen Null reduzierte.
Bei den späteren Fahrrädern mit einer Freilaufnabe löste Ernst Sachs dies durch die „Torpedo Freilaufnabe“, die in der Nabe nicht nur einen Freilauf, sondern auch eine Art Trommelbremse beinhaltete. Die Bremsmantel in der Nabe wurde durch Rückwärtstreten mit den Pedalen aufgespreizt und drückte so von innen auf die Nabenhülse, an der die Speichen und damit das ganze Hinterrad befestigt war. Das Problem einer 1:1 Ubernahme dieser Bremse beim Motorrad war aber, dass das Starten des Motorrads in der Frühzeit über die Fahrradpedalen erfolgte. Eine Rücktrittbremse war da nicht möglich, da die Pedale beim Startvorgang durch Rückwärtstreten regelmäßig immer wieder in eine günstige Position zum Durchdrehen des Motors gebracht werden mussten. Insofern war die Optimierung der Stempelbremse Ende des 19. Jahrhunderts sehr wichtig geworden.
Gegen Ende der 1890er Jahre kam man auf die Idee, den Bremsstempel mit einem Gummi zu belegen. Dies optimierte die Bremswirkung gegenüber den Metallstempeln deutlich. Zum ersten Mal in der Geschichte des Zweirads war damit zumindest beim Fahrrad ein effektives Bremsen mit Hinter- und Vorderrad möglich. Als Vorteile der Stempelbremse kann man letztlich drei Punkte festhalten:
Diesen Vorteilen stehen allerdings drei wichtige Probleme entgegen:
Die Stempelbremse war in den frühen Tagen des Motorradbaus weit verbreitet. Dies hat den einfachen Grund darin, dass frühe Motorräder — Wir sprechen hier von der Zeit um 1900 — eigentlich nichts anderes waren als Fahrräder, an denen man einen Motor befestigte. Heutzutage wird die Stempelbremse bei modernen Motorrädern nicht mehr verwendet, hat aber ihren Platz in der Geschichte der Fahrzeugbremsentechnik.
Insbesondere in Frankreich entwickelte sich eine weitere Art der Fahrradbremse, die auch bei Motorrädern übernommen wurde: Die Felgenbremse. Dies Felgenbremse ist ein Bremssystem, das Reibung auf die Flanke oder die Innenseite der Felge ausübt, um das Motorrad zu verlangsamen oder zu stoppen. Hierzu werden zwei Reibbeläge (meist aus Gummi) seitlich oder innen auf die Felge gedrückt. Betätigt werden diese über zwei Scheren, an denen die Reibbeläge befestigt sind und die durch ein Drahtseil bewegt werden, das den Bremshebel am Lenker mit den Scheren verbindet. Eine Rückholfeder löst die Reibbeläge wieder von der Felge, wenn der Bremsvorgang beendet ist und der Bremshebel losgelassen wird. In der Ruhestellung befinden sich die Reibbeläge in einem Abstand zur Felge und berühren diese nicht. Das Rad kann sich frei drehen.
Vorteile der Felgenbremse sind insbesondere:
Allerdings bringt die Felgenbremse auch Nachteile mit sich:
Fahrräder konnten mit diesen Bremsen mehr oder weniger wirksam verzögert werden. Bei den Ende der 1890er Jahre aufkommenden Motorrädern bzw. motorisierten Fahrrädern wurden diese Bremsen zwar anfangs auch verbaut, erwiesen sich aber als viel zu schwach und teilweise sogar als ungeeignet (Rücktrittbremse a la Torpedo-Nabe).
Um zu verstehen, was ab etwa 1905 mit den Bremsen an den immer stärkeren und schwereren Motorrädern passiert ist, darf an dieser Stelle ein wichtiger Hinweis nicht fehlen: Wer glaubt, dass die leistungsstärkste Komponente an einem Kraftfahrzeug der Motor sein muss, der irrt gewaltig. Geht man nämlich davon aus, dass ein heutiges Fahrzeug aus dem Stand auf 100 km/h innerhalb von 6 Sekunden beschleunigt werden kann, benötigt man — je nach Gewicht werden kann, benötigt man — je nach Gewicht des Fahrzeugs — Motorleistungen von ca. 250 PS. Nun ist Beschleunigen und Bremsen physikalisch gesehen dasselbe: von 0 auf 100 km/ ist es eine positive Beschleunigung, von 100 auf 0 km/h ist es eine negative Beschleunigung. In beiden Fällen ist eine physikalische Leistung zu erbringen — einmal eine Beschleunigungsleistung, einmal eine Bremsleistung. Wenn nun bei einer Vollbremsung aus 100 km/h das Fahrzeug — ebenfalls abhängig vom Gewicht — nach ca. 2 Sekunden zum Stillstand kommt, liegt die erforderliche Leistung der Bremse bei ca. 750 PS!!
Dieser kurze Ausflug in die Physik gibt ein Hinweis darauf, was auf dem Feld der Bremsanlagen bei Motorädern passierten musste, wollte man nicht permanent sein Leben riskieren: Die Motorleistung ist von 1900 bis 1924 dramatisch gestiegen, die Bremsen mussten da mithalten können. Leisteten die Motoren um 1900 ca. 0,75 bis vielleicht 2 PS in mehr oder weniger fahrradähnlichen Rahmen, waren es um den 1. Weltkrieg herum durchaus schon einmal 16 bis 18 PS und um 1924 überstiegen die Motorleistungen 20 Pferdestärken schon teilweise deutlich. Diese immer leistungsstärkeren Motoren erforderten selbstverständlich auch immer belastbarere und damit deutlich schwerere Rahmen, ganz abgesehen von Komfortausstattungen wie Vorder- und Hinterradfederungen, die ebenfalls zu einem Mehrgewicht der Fahrzeuge führten. So brachte ein Motorrad aus der Pionierzeit (1900 bis 1903) vielleicht 30 bis 35 Kilogramm auf die Waage, um 1910 wogen die großen Maschinen (bspw. Harley Davidson, Griffon, Indian, Royal Enfield) dagegen bereits deutlich über 100 Kilogramm, Anfang der 1920er Jahre war die Gewichtsklasse über 150 Kilogramm mehr als gut besetzt. Diesen Motorleistungen und Fahrzeuggewichten waren Stempel- oder Felgenbremsen nicht einmal annähernd gewachsen. Steigende Motorleistungen und höheres Fahrzeuggewicht machten neue, effektivere Bremssysteme nötig.
Schon relativ früh — um 1905 — entstand die Idee der sog. Bandbremse. Der Grundgedanke war, dass die kleinen Flächen der Bremsstempel oder Bremsklötze nur wenig Energie aufnehmen konnten und sehr schnell so heiß wurden, dass der Gummi weich wurde und anfing zu schmieren — mit ziemlich unguten Auswirkungen auf die Bremsleistung. Eine Vergrößerung der Reibfläche lässt eine Absorption einer größeren Menge an Energie zu. Die Vergrößerung der Reibfläche wurde durch die Entwicklung eines Bremsbands realisiert, das um eine Trommel gelegt wurde. Das Bremsband besteht aus einem flexiblen Metallband auf dem ein Material mit möglichst hohem Reibwert befestigt wird (damals meist vernietet). Das —— Bremsband ist auf einer Seite fest montiert und wird um eine rotierende Trommel gelegt. Auf der anderen Seite ist das Bremsband mit einem Zugmechanismus versehen, mit dem man es stramm um die Trommel ziehen kann. Der Zug wird durch ein Bremspedal oder einen Handbremshebel ausgeübt.
In der Ruhestellung liegt das Bremsband locker um die Bremstrommel, es gibt keine Reibung zwischen Band und Trommel. Das Rad kann sich frei drehen. Wenn der Fahrer nun den Bremshebel zieht oder das Bremspedal betätigt, wird das Bremsband durch den Betätigungsmechanismus angezogen. Das Bremsband zieht sich um die Bremstrommel zusammen und erzeugt Reibung zwischen dem Band und der Trommel. Diese Reibung verlangsamt die Drehung der Trommel und damit das Rad, wodurch das Motorrad verlangsamt oder gestoppt wird.
Die Vorteile der Bandbremse gegenüber den „klassischen“ Bremsen waren damals, dass diese Bremsen eine eher einfache Konstruktion darstellten, die jedoch deutlich wirkungsvoller waren als Stempel- oder Felgenbremsen. Bandbremsen waren aufgrund ihrer einfachen Konstruktion relativ kostengünstig herstellbar und einfach zu warten: einen Reibbelag auf das Metallband nieten konnte jeder Dorfschmied (tja, um 1905 gab es halt noch keine Vertragswerkstätten, in die man das Motorrad zu Wartung und Reparatur geben konnte). Bei aller Einfachheit zeigen Bandbremsen trotzdem eine deutlich bessere Bremswirkung als Stempel- oder Felgenbremsen und garantierten eine zufriedenstellende Verzögerung, zumindest bei den damals eher geringeren Geschwindigkeiten, die man mit den Motorrädern erreichen konnte: Für 40 bis 60 km/h reichte diese Form der Bremse ganz gut. Und selbst wenn das Motorrad eigentlich hätte schneller fahren können: Man darf nicht vergessen, dass man das, was wir heute Feldweg nennen, damals eine Straße war, höhere Geschwindigkeiten waren eine Tortur für Mensch und Maschine. genutzt wurde.
Der wesentliche Nachteil der Bandbremse war das Überhitzen des Bremsbands, was zu einer verminderten Bremsleistung durch das sog. „Verglasen“ des Reibbelags führen kann. Daneben lagen die Reibflächen (Bremsband und Trommel) frei. Wenn es regnete, litt die Bremsleistung dieses Bremssystem durch eindringendes Wasser teilweise erheblich. Weit verbreitet war in der Pionierzeit der motorisierten Zweiräder auch die Klotzbremse. Das Funktionsprinzip ist einfach: Ein Klotz aus Reibmaterial wird durch einen Bremshebel am Lenker oder ein Bremspedal in die Keilriemenscheibe des Antriebs gepresst und bremst das Rad durch die Reibung. Nur sehr leistungsstarke Motorräder hatten damals eine eigene „Bremsfelge“ — eine zweite Riemen- Scheibe, die ausschließlich zum Bremsen genutzt wurde.
Ein gebremstes Vorderrad fand sich damals regelmäßig nur bei Gespannen (Motorrad mit Beiwagen), da ein Bremsen mit dem Vorderrad bei Solomaschinen auf den damaligen Schotter- und Sandstraßen unweigerlich zum Sturz geführt hat. Hier wurde dann eine eigene Bremsfelge in das Vorderrad eingespeicht.
Als Reibmaterial wurden früher eine Vielzahl von Materialien verwendet, angefangen mit Holzbremsklötzen, teilweise mit Leder belegt, über Hartgummi (zum Teil mit Textileinlagen) bis hin zu speziellen Materialien wie Fibrax. Heute ist die Frage, wie man einen abgenutzten Bremsklotz ersetzt, immer wieder Ausgangspunkt von angeregten bis hitzigen Diskussionen: Aluträger, beklebt mit modernem Bremsbelag? Hartgummi? Aus einem Scheibenbremsbelag eines LKW fräsen? Oder doch nur Holz — Eiche, Buche oder gar Kirschholz? Wenn Sie genauer hinsehen, werden sie fast alle diese Alternativen an den Motorrädern bei der Kaiserzeitausfahrt® sehen. Als größten Vorteil der Klotzbremse gegenüber anderen Bremssystemen kann man sehen, dass die Bremsen schmäler gebaut werden konnten als Bandbremsen: Bei der Bandbremse ist die Reibfläche flach, bei einer Keilriemenscheibe erreicht man die gleiche Bremsfläche ein einer wesentlich geringeren Breite, da die Reibflächen quasi „links und rechts“ in der Riemenscheibe stehen. Wenngleich Klotzbremsen einfach zu konstruieren waren und ebenso einfach zu warten und zu reparieren, hatten sie den gleichen entscheidenden Nachteil wie alle anderen bis dato existenten Bremssysteme: Ein teilweise dramatischer Leistungsabfall bei Nässe, da die Reibung zwischen nassen Bremsklötzen und der Riemen- bzw. Bremsfelge reduziert ist. Klotz- und Bandbremsen waren trotz ihrer Schwächen und Nachteile in den frühen Tagen des Motorradbaus weit verbreitet, als die Motorräder noch relativ leicht, eher leistungsschwach und langsam und die Anforderungen an die Bremsleistung daher geringer waren. Mit der Entwicklung von schnelleren und schwereren Motorrädern wurde eine Weiterentwicklung der Bremse dringend erforderlich.
Ein bedeutender Fortschritt in der Motorradbremsentechnologie war die Einführung der Trommelbremse. Die Trommelbremse war damals ein ebenfalls rein mechanisches Bremssystem, das gerade in den Motorrädern mit gestiegener Motorleistung Verwendung fand. Sie funktioniert durch Reibung, die erzeugt wird, wenn Bremsbacken von innen gegen eine Bremstrommel gedrückt werden. Die Bremstrommel war fest mit der Nabe verschweißt, die beweglichen Bremsbacken sind auf der Bremsankerplatte am Rahmen oder an der Gabel befestigt. Bei Betätigung der Bremse werden die Bremsbacken gegen die Innenseite der rotierenden Trommel gedrückt, die hierdurch erzeugte Reibung verlangsamt das Motorrad. Diese Art von Bremsen bot seinerzeit eine erheblich verbesserte Bremsleistung und Zuverlässigkeit im Vergleich allen anderen Bremssystemen. Diese Art der Bremsen war So effektiv, dass Weiterentwicklungen von Trommelbremsen sich heute noch nicht nur an Motorrädern, sondern an mehr oder weniger allen Arten motorisierter Fahrzeuge finden. Die Hauptkomponenten einer Trommelbremse sind:
Bei der Bremsbetätigung wird über einen Bowdenzug oder ein Bremsgestänge der Bremsnocken verdreht. Dies übt einen Druck auf die Bremsbacken aus. Hierdurch fahren die Bremsbacken aus und drücken nach außen gegen die Innenseite der sich mit dem Rad drehenden Bremstrommel. Wird die Bremse wieder gelöst, ziehen die Rückholfedern die Bremsbacken wieder in ihre ursprüngliche Position und das Rad kann sich frei drehen. Der wichtigste Vorteil der Trommelbremse ist, dass Reibflächen und Bremsbeläge innenliegend sind — sie sind innerhalb der Bremstrommel geschützt vor Schmutz, Staub und Regen. Die Bremswirkung ist damit weitgehend unabhängig von äußeren Bedingungen (bspw. Regen oder schlammige Straßen). Dies hat einen weit geringeren Verschleiß an den Bremsteilen (insb. Bremsbeläge und Reibflächen) zur Folge. Darüber hinaus kann durch die Hebelwirkung bei der Betätigung ein sehr hoher Druck auf die Bremsbeläge und die Reibfläche ausgeubt werden, was die Bremsleistung massiv steigert. Da die Bremsbeläge rund um die Bremstrommel zum Anliegen gebracht werden können, ist die Reibfläche zur Aufnahme der Bewegungsenergie des Motorrads wesentlich größer als bei allen damals verfügbaren anderen Bremssystemen. Auch dies trägt zur Überlegenheit dieses Bremssystems bei. Ein Problem dieser Bremse ist allerdings, dass die Wärmeableitung durch die Bremstrommel gerade bei hoher Belastung (schnelles Fahren und starkes Bremsen mit schweren Maschinen, lange Bergabfahrten) sehr heiß wird und sich ausdehnt. Der damit steigende Durchmesser der Bremstrommel lässt die Bremsbeläge nicht mehr so stark aufliegen — die Bremsleistung sinkt rapide ab. Dieses Phänomen ist heute als das sog. „Fading“ bekannt, das bis zum Versagen der Trommelbremsen führen kann. So, mit diesem Ausflug in die Bremstechnik der frühen Jahre ist die eingangs gestellte Frage „So, und wie halten wir jetzt wieder an?“ zumindest auf dem Stand von vor 100 Jahren beantwortet. Dass man 1924 — anders als heute — mit deutlich geringeren Bremsleistungen (im wahrsten Sinne des Wortes) /eben konnte, war dem schlechten Ausbaustand der Straßen, den geringeren Geschwindigkeiten und natürlich auch der deutlich geringeren Verkehrsdichte zu verdanken. Heute sind die Bremsen an den Motorrädern der Kaiserzeitausfahrt® regelmäßig das größte Problem für die Fahrer: Ein ganz typisches Thema ist, dass wenn man eine Steigung von der Motorleistung her durchaus meistern kann, die Rückfahrt bergab das größere Problem wegen der antiken Bremsleistungen darstellt. Der Verfasser dieser Zeilen hat sein Motorrad aus dem Jahre 1920 schon mit zwei Helfern einen Abschnitt einer Passstraße hinab geschoben — die Maschine mit dem Fahrer wäre bei 14 % Gefälle rechtzeitig zur nächsten Kehre nicht zu bändigen gewesen. Hier bei uns können Sie diese antike Bremsentechnik Jive und in 3D bewundern. Achten Sie einmal beim Besichtigen der alten Maschinen darauf, wie diese Fahrzeuge gebremst werden. Sie werden u.a. auch regelmäßig feststellen, dass die Vorderräder nicht gebremst sind, die Handbremse wirkt wie die. Fußbremse auf das Hinterrad. Fragen Sie die Piloten dieser Maschinen, wie Anhaltevorgänge geplant und vollzogen werden. Sie werden staunen! In sofern, erlauben Sie mir eine große Bitte: Bitte fahren Sie äußerst rücksichtsvoll und halten sie größtmöglichen Abstand, wenn Sie einem ' dieser Uralt-Motorräder in freier Wildbahn begegnen: Anhaltevorgänge müssen mit diesen Maschinen als eher längerfristige Vorhaben gesehen werden und erzwungene Notbremsungen enden nicht selten mit einer Kaltverformung antiken Stahls. Wenn’s gut geht. Wenn nicht gut geht, dann muss der Krankenwagen kommen ...
Verfasser: Prof. Dr. Thomas Stauffert