mini|Michauline entwickelt 1861 mini|Patentzeichnungen des „Lallement Velociped“ mini|Hochrad Ariel 1871 mini|Knicklenker: Airbike (2005) mini|Knicklenker: Flevobike (2009) mini|Liegerad mit Tretlager am Rahmen und Umlenkung der Kette mini|Liegerad mit Moving Bottom Bracket: Tretlager und Kette bewegen sich beim Lenken gemeinsam mit der Gabel
Ein Zweirad mit Frontantrieb ist ein einspuriges Fahrzeug, dessen Antrieb mit Muskel- oder Motorkraft über das Vorderrad erfolgt. Allgemein sind frontgetriebene Zweiräder seltener als solche mit Heckantrieb. Fahrräder hatten zuerst Pedalantrieb am Vorderrad (Michauline und Hochrad), bevor der Hinterradantrieb erfunden und mit dem Sicherheitsniederrad Standard wurde. Im 21. Jahrhundert gibt es den Vorderradantrieb fast nur noch am Liegerad und bei Elektrofahrrädern. Im Lauf der Entwicklung entstanden Fahrräder und Krafträder mit Frontantrieb, deren technische Lösungen von der einfachen Tretkurbel bis zu aufwendigen Allradanwendungen für Motorräder reichen.
Physik und konstruktive Merkmale Die Physik des Zweiradfahrens ist komplex.Hans Rudolf Zeller, „Physik des Fahrradfahrens“ (eingesehen am 30. Mai 2009) Besonders bedeutsam für Zweiräder mit Frontantrieb sind Wirkungen der dynamischen Radlastverteilung und der Gewichtsverlagerung an Steigungen. Durch diese Schwerpunktverlagerungen liegt der mögliche Vortrieb von Zweirädern mit Frontantrieb stets deutlich unter den Vortriebswerten, die von Zweirädern mit Heckantrieb erreicht werden können. Bei Tretkurbelrädern entstehen zusätzlich Seitenkräfte, die die Lenkung beeinflussen. Studien zu Auswirkungen der rotierenden Massen von Motoren an der Vorderachse sowie Untersuchungen zur Rollwinkelbeschleunigung für frontgetriebene Zweiräder sind nicht bekannt.
Muskelbetriebene Zweiräder verfügen in der Regel über Tretkurbeln. Für elektrisch angetriebene Fahrräder mit Frontantrieb (Pedelec bzw. Elektrorad) ist ein Radnabenmotor derzeitiger Stand der Technik. Relativ selten sind Zweiradfahrzeuge mit zwei angetriebenen Rädern (Allradantrieb / 2 WD).
Vorteile, Nachteile und Abgrenzung Vorteile des Frontantriebs ergeben sich je nach Konstruktion unterschiedlich. Nennenswert sind: einfache Konstruktion bei Tretkurbelrädern Kombinationsmöglichkeit von Hilfsmotoren mit konventionellen Fahrrädern geringer technischer Aufwand bei Antrieb mit Reibrollen (Vélosolex) zusätzliche Traktion bei Allradantrieb
Nachteile des Frontantriebs liegen in: der im Vergleich zum Hinterradantrieb geringeren maximalen Kraftübertragung der ungünstigen Gewichtsverteilung bezüglich der dynamischen Radlastverteilung aufwendigere Technik bei Direktantrieb mit Verbrennungsmotoren
Abgrenzung zu verwechselbaren Antriebstechniken: Frontantrieb hat ein Fahrzeug, dessen Vorderrad angetrieben wird. Zweiräder mit vorn angebrachten Luftschrauben zählen nicht zu den Fahrzeugen mit Frontantrieb. Ein Projekt wurde von Ernest Archdeacon im Jahre 1906 mit einem vorn angebrachten Propeller realisiert und verdeutlicht die Abgrenzung zum Frontantrieb. Einachsige Fahrzeuge können keinen Frontantrieb haben. Der Segway Personal Transporter hat zwar zwei Räder, er gilt jedoch nicht als Zweirad, sondern ist als „zweirädriges, mehrspuriges Motorfahrzeug“ definiert und zählt somit nicht zu den Zweirädern mit Frontantrieb. Mehrspurige Fahrzeuge zählen nicht zu den Zweirädern.
Fahrräder Überblick Die ersten Zweiräder waren die sogenannten Draisinen, im Jahr 1817 von Karl Drais erfunden. Der Franzose Pierre Michaux entwickelte und baute ab 1861 die ersten Tretkurbelräder – auch Michauline genannt. Unter dem Namen „Lallement Velociped“ ließ Pierre Lallement 1866 Verbesserungen dieses Typs patentieren. Die Bezeichnung Velociped ist dem Lateinischen entlehnt; sie weist auf den „Schnellen Fuß“ hin. James Starley entwarf 1870 das Hochrad „Ariel“ mit der bis heute bekannten Form. Um 1890 beendete das Sicherheitsniederrad die Ära der Hochräder. Gründe waren geringere Sturzgefahr und technischer Fortschritt der Niederräder, insbesondere der Antrieb über eine Rollenkette und der Luftreifen, der 1888 von Dunlop und 1889 von Michelin erfunden wurde. Sicherheitsräder dieser Bauart wurden weiter perfektioniert und sind bis heute bewährt. Die Entwicklung des Sicherheitsrades bedeutete für fast 100 Jahre das Aus für den Frontantrieb beim Fahrrad. Erst Ende des zwanzigsten Jahrhunderts wurde der Frontantrieb wieder für neue Fahrradkonstruktionen genutzt.
Technik Die ersten Zweiräder mit Frontantrieb waren Tretkurbelräder (Velocipede) und Hochräder, die mithilfe direkt an den Achsen angebrachter Tretkurbeln durch Muskelkraft angetrieben wurden. In neuerer Zeit wurden frontgetriebene Fahrräder als Liegeräder konstruiert, entweder als Knicklenker oder mit am Rahmen befestigtem Tretlager und umgelenkter Kette oder mit gegenüber dem Hauptrahmen beweglich angeordnetem Tretlager (Moving Bottom Bracket, MBB), sowie als Mountainbikes mit AllradantriebMountain Bike mit Allradantrieb, Jeep® Rubicon™ AWD, offizielle Produktbeschreibung (eingesehen am 30. Mai 2009). Die meisten Fahrräder werden mit Tretkurbeln angetrieben, weil der Mensch mehr Kraft in den Beinen entwickeln kann als in den Armen. Fahrräder zum Antrieb durch die Armmuskulatur werden Handbikes genannt.
Krafträder Zu den ersten Entwicklungen von Motorrädern im späten 19. Jahrhundert zählen Systeme mit Frontantrieb. Die Klasseneinteilungen zwischen Motorrädern, Mopeds oder Fahrrädern mit Hilfsmotor waren noch unbekannt. Daher wurden frühe motorisierte Zweiräder meist den Motorrädern ( Motorcycle) zugerechnet. Ein Patent zu motorisiertem Frontantrieb mit Kurbelwellen ist aus 1895 bekannt, das Modell Werner 1897 wurde kurz danach zuerst mit Reibrollenantrieb, später mit Riemenantrieb vorgestellt. Eine amerikanische Patentanmeldung aus 1897 nennt einen Radnabenantrieb mit Umlaufmotor als Antriebsvariante. In der Folge wurden zunächst recht einfache Lösungen wie Riemenantrieb oder Reibrollenantrieb eingesetzt. Spätere Modelle mit Radnabenmotoren waren technisch erheblich anspruchsvoller. Der Australier Ian Drysdale verwirklichte mit dem Versuchsmotorrad Drysdale 2x2x2 ein Zweirad, das außer Front- und Heckantrieb zusätzlich Front- und Hecklenkung mit Hydraulik hatte.„Drysdale's unique 2-wheel drive, 2-wheel steering motorcycle up for grabs“ in: Gizmag, australisches Technikmagazin (eingesehen am 3. Juni 2016)
Riemen, Ketten, Zahnräder als Antriebselemente mini|NSU Motosulm Die Gebrüder Werner stellten 1897 ihr Modell „Motocyclette“ vor. Das Fahrzeug, das einem Fahrrad ähnelte, hatte Riemenantrieb. Von diesem Modell wurden zahlreiche Lizenzen vergeben. Die Cyklon Maschinenfabrik GmbH produzierte ab 1900 Serienmotorräder mit Frontantrieb. Ein Riemen übertrug die Kraft vom Motor zum Vorderrad. Das Modell Zyklon wurde 1905 eingestellt. Ab 1919 produzierte Krupp in Essen den Krupp-Roller, einen Kleinstroller (Motorläufer genannt) mit einem seitlich am Vorderrad angebrachten Motor. Das Allradgeländemotorrad Rokon Trail-Breaker wird seit 1960 gebaut. Besonderheit der Rokon ist die Kraftverteilung des Mittelmotors, dessen Drehmoment über Ketten und Wellen auf die Räder übertragen wird.Allradmotorrad Rokon, schematische Zeichnung (eingesehen am 30. Mai 2009) Weitere bekannte Modelle dieser Antriebsarten sind:
Colibri, Fahrradhilfsmotor mit Kettenantrieb, späte 1910er Jahre NSU Motosulm, Einzylinder-Zweitaktmotor, 63 cm³, 1,25 PS, Höchstgeschwindigkeit 35 km/h, Antrieb (ohne Schaltgetriebe) mit Kette; als Damen- und Herrenrad gebaut (1931–1935) Flottweg, 98 cm³ (1918) Rex mit Riementrieb, Possenhofen: FM31, FM32, FM50 49 cm³ (1947)REX Fahrradmotor FM 40, 1954, Beschreibung (deutsch) (eingesehen am 30. Mai 2009) Autoped Roller, New York (USA), 155 cm³ (1915) Husqvarna Novolette, Schweden, RiemenantriebNovolette von Husqvarna (eingesehen am 30. Mai 2009)
Friktionsantrieb mit Reibrollen mini|hochkant|Diamantfahrrad mit Reibrollenantrieb (1950) im Verkehrsmuseum Chemnitz
Die Kraftübertragung mit Reibrollen ist technisch nur bei leistungsschwachen Fahrzeugen sinnvoll. Daher finden sich Lösungen für die Kraftübertragung auf das Vorderrad vornehmlich bei fahrradähnlichen Fahrzeugen. Die Firma Ixion produzierte einen der ersten Motoren mit Reibrollenantrieb. 1903 wurden die Fahrradmodelle Komet und Sigurd mit diesem Motor vorgestellt. Das Mofa der Marke Vélosolex (1946 bis 1988, in Lizenz bis heute) ist mit etwa 6 Mio. gebauten Exemplaren das bisher erfolgreichste frontgetriebene Zweirad. Eine Reibrolle überträgt die Kraft des direkt über dem Vorderrad angebrachten Motors auf den Reifen. Weitere bekannte Modelle dieser Bauart sind:
Berini (Bernhard Neumann, Rinus Bruynzeel, Nico Groenendijk) M13 Rotterdam (1949 bis 1961)Berini M13 Info (eingesehen am 30. Mai 2009) Cymota, Motor Components Ltd., BirminghamCymota, schwedische Website (eingesehen am 30. Mai 2009) Eilenriede, Firma Paffrath, Linz am Rhein (Viertaktmotor mit hängendem ZylinderEilenriede Hilfsmotor Beschreibung und Bild (eingesehen am 30. Mai 2009)) Flink, Motorenwerk Varel GmbHFlink Motoren Bilder (eingesehen am 30. Mai 2009) Ixion, Hilfsmotor mit Reibrollenantrieb Le Poulain, FrankreichLe Poulain, Bilder (eingesehen am 30. Mai 2009) Panther Baby, Pantherwerke Braunschweig, Lizenzfertigung des BerinimotorsPanther Baby Bilder (eingesehen am 30. Mai 2009) Topres, Landman & Co, Amsterdam, NiederlandeTopres Landman & Co, Amsterdam, Niederlande (Bilder Infos) (eingesehen am 30. Mai 2009) WSK (ähnelt dem Velosolex), PolenWSK Bilder Info (eingesehen am 30. Mai 2009)
Radnabenantriebe mini|Radnabenzweitaktmotor von RevoPower Inc. (USA, 2007) Radnabenantriebe sind mit Radnabenmotoren ausgestattet. Der Radnabenmotor ist eine Kraftmaschine, die direkt in ein Rad eines Fahrzeuges eingebaut ist und gleichzeitig die Radnabe trägt, sodass ein Teil des Motors mit dem Rad umläuft. Im Bereich der Zweiräder mit Frontantrieb gibt es dazu verschiedene technische Lösungen mit und ohne Getriebe, was zu mehr oder weniger Masse der umlaufenden Teile führt.
Mit Elektromotoren Erste Entwicklungen von Radnabenmotoren meldete bereits 1896 Ferdinand Porsche zum Patent an. Die jüngsten Entwicklungen liegen im Bereich der Radnabenmotoren für Elektroräder. Je nach Antriebsleistung sind sie Fahrrädern oder Krafträdern zuzuordnen. Panasonic hat 2008 einen Radnabenantrieb für Fahrräder vorgestellt, der Bremsenergie zur Wiederaufladung der Batterien nutzt. Diese Lösung steigert die Reichweite von Elektrofahrrädern. Ein System für elektrischen Frontantrieb von Motorrädern wurde 2008 für KTM patentiert. Das System hat wenig Mechanik und lässt sich durch elektronische Regelmöglichkeiten auf den Fahrbetrieb abstimmen. Dem Konzept eines Motorrollers mit Frontantrieb und Knicklenkung wurde 1999 für Friedrich Grimm das Patent erteilt. Neue Erkenntnisse der Elektrotechnik ermöglichen die Erzeugung hoher Drehmomente durch Elektromotoren und neue Batterien mit hohen Kapazitäten. Die Fortschritte dieser Technologien sind erheblich und werden durch neue Weltrekorde für „Electrocross“24 Stunden Electriccross, The Auto Channel, (englisch) (eingesehen am 31. Mai 2009) und für Höchstgeschwindigkeiten dokumentiert.Ulrich Hilgefort, „Neuer elektrischer Geschwindigkeitsrekord“, c’t, (eingesehen am 31. Mai 2009)
Mit Hydraulikmotoren