Die neue Lust aufs Rad

Der anhaltende E-Bike-Boom hat ein generelles Fahrradfieber ausgelöst. Immer mehr Menschen treten in Deutschland in die Pedale. Oder lassen den Motor "strampeln". Ins Rollen gebracht hat diese Entwicklung auch die chemische Industrie, deren Innovationskraft viele Meilensteine der Branche erst ermöglicht.

Lesezeit: 6 min

"Die Zukunft hat zwei Räder"

Thomas Janowski

ist absoluter Fahrrad-Aficionado. Fuhr er als Kind noch im Rennradverein "Die Schwalben", sattelte er in der Jugend aufs Mountainbike um und jobbte in diversen Fahrradläden. 2018 gründete er mit Kollegen das Start-up ridetronic, mit dem er seine Vision von leichten, eleganten E-Bikes umsetzen will. Privat besitzt er acht Fahrräder.

Alter: 38 Jahre

Wohnort: München

Familie: in Beziehung, Vater eines Sohnes

Beruf: Maschinenbau-Ingenieur, Gründer und CEO einer E-Bike-Manufaktur

Hobbys: Rennradfahren und Mountainbiking, bayerische Oldtimer

Aus dem Stillstand zur bewegenden Idee

Sein "Heureka!"-Erlebnis hatte Thomas, als mal wieder gar nichts vorwärts ging. Als Pendler. Im Auto. Im Stau. "Von diesem Moment an wollte ich ein stylishes E-Bike entwickeln, das mich am Stau vorbei zur Arbeit bringt, ohne dass ich ins Schwitzen komme." Gesagt, getan. Viele Nächte und Nerven investierte er fortan im heimischen Tüftlerkeller in das Projekt. Doch das "E" in "E-Bike" stellt den klassischen Maschinenbauer vor Herausforderungen. Mit Paul Klarhöfer zählt deshalb auch ein E-Techniker zu den Gründungsmitgliedern des Start-ups. Gemeinsam entwickeln sie am Firmensitz in München-Sendling die elektrisierenden Schlüsselbauteile ihrer Räder: die Akkus.

Kleine Kraftpakete

"E-Bikes konnten ab Mitte der 2000er-Jahre salonfähig werden, weil Lithium-Ionen-Akkus damals ihren endgültigen Durchbruch feierten", so Thomas. Sie lösten die leistungsschwächeren, dafür schweren und klobigen Nickel-Metallhydrid- oder Nickel-Cadmium-Akkus ab, die den ersten E-Fahrrädern noch eine geringe Reichweite und den Charme von Krankenfahrstühlen beschert hatten. Moderne Lithium-Ionen-Akkus stecken voller Chemie-Know-how, das ihnen zu einer hohen Leistungsdichte verhilft. Das heißt: Sie sind bei gleicher Leistung kleiner, oder bei gleicher Größe stärker als andere Batterietypen. Kein Wunder, dass man sie überall dort findet, wo kompakte Maße und Mobilität gefragt sind – vom Smartphone bis zum Elektroauto. Und eben auch im E-Bike.

"Lithium-Ionen-Akkus sind Chemie pur."

Fahrradkette 2.0

Trotz steigender E-Bike-Verkaufszahlen – 2018 machte ihr Marktanteil 23,5 Prozent aus – wird das Gros der geschätzten 76 Millionen Fahrräder in Deutschland mit Muskelkraft betrieben. Oft wollen auch E-Biker selbst strampeln, etwa um den Akku zu schonen oder um etwas für die Fitness zu tun. In diesen Fällen bleibt die Kette der massentaugliche Klassiker der Kraftübertragung. Ohne Konkurrenz ist sie aber nicht mehr. Zahnriemen aus Polyurethan sind leicht und äußerst wartungsarm. Weil sie mit Carbonfasern verstärkt sind, ermöglichen sie hohe Laufleistungen. Da die Riemen nicht geölt werden müssen, bergen sie auch kein Verschmutzungsrisiko. Nicht nur für Thomas sind sie deshalb eine "saubere Sache, die einem die Klammer am rechten Hosenbein erspart". Aber es geht auch weitaus exaltierter: Wohl dem Highend-Segment vorbehalten wird eine unlängst präsentierte, futuristisch anmutende Antriebsstudie bleiben, die die Pedalkraft mittels einer Carbon-Kardanwelle und hochfesten Kugellagern aus technischer Keramik ans Hinterrad weiterleitet.

Erwünschte Untergrund- Kontakte

"Für Mountainbikes gibt es Reifen mit unterschiedlichen Härtegraden. Wie in der Formel 1."

Muskel oder Motor? Egal wer die Energie aufbringt, sie muss zuverlässig auf den Boden übertragen werden. Viel Platz gibt's für diese Aufgabe nicht. Die Auflagefläche des Reifens beträgt nur wenige Quadratzentimeter. "Bei der Reifenentwicklung kämpfen die Hersteller, wie übrigens auch in der Autoreifenbranche, um den besten Kompromiss aus den widerstrebenden Werten Grip, Laufleistung und Rollwiderstand", erläutert Thomas und weist auf folgendes Dilemma hin: Verbessert man einen Wert in diesem Zieldreieck, verschlechtert sich mindestens einer der beiden anderen. Erhöht man zum Beispiel den Grip durch "weiche" Mischungen, steigen der Verschleiß und der Widerstand. Will man Letzteres durch härtere Mischungen verhindern, büßt man Haftung, also Kraftschluss und Sicherheit, ein. Für die diversen Reifenrezepturen steuert die Chemie synthetische Kautschuke sowie Spezialruße (Carbon Blacks) und Füllstoffe als Basismaterialien bei. Bekanntschaft mit dem ärgsten Feind des Radlers, dem Plattfuß, hat Thomas natürlich auch schon gemacht. "Bei -5°C war ich mit dem Rennrad unterwegs. 100 km in den Beinen, noch 25 km vor mir. Ich habe geflucht wie ein Rohrspatz, konnte das Rad aber wieder flottmachen. Zuhause musste ich klingeln, weil ich mit meinen eingefrorenen Fingern den Schlüssel nicht halten konnte." Damit es gar nicht so weit kommt, erhöht die Chemie mit extradicken Einlagen aus Kautschuk und hochfesten Geweben aus Polyester oder flüssigkristallinen Polymeren die Pannensicherheit der Pneus.

Halt, Stopp!

Auszeiten vom hektischen Start-up-Alltag gibt es für Thomas selten. Am liebsten verbringt er sie auf dem Rennrad im Berchtesgadener Land oder mit dem Mountainbike auf den Hügelketten rund um den Gardasee. Doch nicht nur bei steiler Abfahrt sind gute Bremsen absolut sicherheitsrelevant. Weil sie stärker verzögern, besser dosierbar sind und weniger schnell verschleißen, haben sich in den letzten Jahren Scheibenbremsen gegenüber den Felgenbremsen durchgesetzt. Beim Bremsen gibt sich die Chemie regelrecht zupackend – in Gestalt der Bremsbeläge. Den organischen Belägen gibt sie sogar ihren Namen. Diese bestehen aus mehreren, mit Kunstharzen verpressten Materialien, die auf Kohlenstoff, dem Grundelement der organischen Chemie, basieren (z. B. Gummi, Glas, aber auch Carbon- und Aramidfasern). Da sie relativ weich sind, verzögern sie sehr gut, verschleißen aber schneller als gesinterte Beläge. Für diese Variante werden Metall- und Keramikpulver unter Druck und Hitze verbacken ("gesintert"). Sie sind härter, hitzebeständiger und langlebiger, können aber zum Quietschen neigen. Was das für den Alltag bedeutet, umreißt der zweifache Transalp-Fahrer wie folgt: Beim Mountainbike greife ich zu gesinterten Belägen. Die halten auch eine gesamte Alpenüberquerung inklusive langen Bergabfahrten. Im Normalmodus in der Stadt nehme ich die organischen. Die sind zwar nicht so haltbar, greifen aber gerade bei kalter Bremse besser. Manchmal braucht man eben jeden Zentimeter Bremsweg." Das Wichtigste ist aber: Sicher zum Stehen kommt man mit beiden Ausführungen.

Der Drahtesel wird digital

Radfahren? Klingt für viele immer noch nach einer gemütlichen Fortbewegungsart. Dagegen spricht auch nichts. Doch die Digitalisierung macht auch vor dem guten alten Drahtesel nicht Halt. Streng genommen ist sie schon seit den 1980er-Jahren im Gange. Thomas erinnert sich gut an seinen ersten Digitaltacho, den er mit 15 bekam – und gleich zum Führen eines Trainingstagebuchs nutzte. Heute bieten die Maschinchen am Lenker die unterschiedlichsten Komfort- und Sicherheitsfeatures, auch weil sie mit anderen Geräten interagieren. "Besonders spannend", findet der Velo-Fan es, "wenn sich E-Bike und Tacho vernetzen und den Fahrer über Geschwindigkeit, Akku-Ladezustand und verbleibende Reichweite informieren." Längst helfen Apps beim Planen von Routen oder beim Navigieren ans Ziel. Fahrtenbücher, Analysen oder persönliche Fitness-Protokolle lassen sich so leicht erstellen. Auch Fahrradhelme sind mittlerweile über ihre ursprünglichen Aufgaben hinausgewachsen. Hightech-Modelle verfügen über Brems- und Blinkleuchten sowie über integrierte Freisprecheinrichtungen. Einige senden sogar automatisch einen Notruf nach einem Sturz ab. Die Chemie radelt bei dieser Digitalisierung auf jedem Meter mit – wenn auch eher im Verborgenen. Etwa als Halbleiter in den Mikrochips oder in der Funk- und Displaytechnologie der vernetzten Geräte.

Quo vehis, velo?

Thomas Janowski hat in seiner Karriere viele Bike-Trends miterlebt, technologisch wie stilistisch: Stahl-, Alu- und Carbonrahmen, Seilzug- und Öldruckbremsen, surrende Dynamos und grelle LED-Strahler. Dazu Moden wie Bonanza- oder Hollandräder, martialisch anmutende Downhill-Bikes oder schicke Fixies für den urbanen Lifestyle. Das Aufkommen der E-Bikes hält er für den vorerst letzten epochemachenden Schritt.

"Vor allem leichter wird das Fahrrad in Zukunft werden."

Nun gelte es, diese aktuellen Technologien zu verfeinern und möglichst geschickt zu "verheiraten". "Vor allem leichter wird das Fahrrad in Zukunft werden", prophezeit der Gründer. "Entscheidend dafür sind Werkstoffe wie Carbon und weitere Fortschritte in der Akkutechnologie." Fest steht aber schon jetzt: Nicht nur auf diesen beiden Gebieten werden Material-Innovationen von der Chemie eine treibende Rolle spielen, wenn es darum geht, das Fahrrad fit für die Zukunft zu machen.

Chemie-Innovationen fürs Fahrrad

1888

Luft lässt Reifen besser rollen

Innovation: Vulkanisation von Kautschuk Vorteil: mehr Komfort und Schnelligkeit. Luftgefüllte Reifen federn mit. Dadurch wirkt nicht jeder Untergrund wie eine Rüttelstrecke.

1982

Der Tacho wird digital

Innovation: Flüssigkristallanzeige Vorteil: klare Sicht. Dank besserer Lesbarkeit ist das Ablesen der Geschwindigkeit kein Ratespiel mehr.

1992

Das Pedelec als neuer Fahrradtypus

Innovation: Lithium-Ionen-Akku Vorteil: schweißfreies Fahren. Erstmals treten Radler nicht mehr allein an. Ihr Tritt in die Pedale wird von einem Elektromotor unterstützt.

2015

Fahrradhelme können funken

Innovation: hochreines Silizium für Mikrochips Vorteil: mehr Sicherheit im Straßenverkehr. Eine integrierte Freisprecheinrichtung ermöglicht gleichzeitiges Quasseln und Radeln.

2018

Kardanwelle und Keramik-Kugellager statt Kette

Innovation: technische Keramik Vorteil: elegant-effizienter Vortrieb. Die Hightech-Konstruktion überträgt die Pedalbewegung mit einem Wirkungsgrad von 99 Prozent.

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Reif für den Reifen wird Kautschuk erst durch die Vulkanisation. Dabei handelt es sich um ein von Charles Nelson Goodyear 1844 entwickeltes chemisch-technisches Verfahren. Es macht Kautschuk – unter Einfluss von Hitze, Druck und der Zugabe von Schwefel – dauerelastisch, mechanisch belastbar und widerstandsfähig gegen Alterung und Witterungseinflüsse. 1888 erhielt der Veterinär John. B. Dunlop das Patent auf luftgefüllte Fahrradreifen.
Flüssigkristallanzeigen sind heute als LCDs (Liquid Crystal Displays) bekannt. Die chemisch hergestellten Flüssigkristalle verändern ihre optischen Eigenschaften unter elektrischer Spannung. In jedem Pixel, in Sekundenbruchteilen. So entsteht ein stets scharfes, kontrastreiches und farbstarkes Bild.
Die Chemie liefert fast alle Bauteile für Lithium-Ionen-Akkus: Der Minuspol besteht aus Graphit, der Pluspol aus Lithium-Metalloxid. Eine für geladene Teilchen durchlässige Spezialfolie trennt beide Pole. Beim Stromfluss wandern die geladenen Teilchen durch den Elektrolyt, eine Flüssigkeit aus gelösten Salzen.
Silizium ist das zweithäufigste Element der Erdkruste. Die für die Mikrochip-Produktion nötigen Reinheitsgrade von 99,999999999 Prozent erreicht man aber nur mit aufwendigen Destillations- und Spaltverfahren von der Chemie. Dann finden sich in einer Milliarde Siliziumatome nur noch eine Handvoll Fremdatome.
Technische Keramik erfüllt extrem hohe Ansprüche. Die gewünschten Materialeigenschaften, z. B. große Härte und niedrige Gleitreibung, lassen sich durch die Wahl des jeweiligen Keramikpulvers und des Herstellungsverfahrens im Detail aussteuern. Von Gebrauchskeramik (Fliesen, Geschirr, etc.) unterscheidet sie sich durch die hohe Reinheit und die besonders feine Körnung (< 1 µm) des Pulvers.
Chemie-Innovation