Rad & Achse

Ein Rad, das sich auf einer Achse dreht, lässt eine Last rollen, statt sie über den Boden zu schleifen, und verlagert das Reiben in ein kleines, geschmiertes Lager. Wagen mit Rädern kamen um 3500 v. Chr. in Mesopotamien und Europa auf, und derselbe Gedanke trieb später Winden, Mühlen und Wasserräder an.

Was es ist

Rad und Achse bestehen aus einer Scheibe, die fest auf einer Welle sitzt oder sich um sie dreht. Unter einem Wagen trägt sie eine Last über den Boden. An einer Brunnenwinde oder einem Gangspill vervielfacht sie die Kraft.

Rollen unter einem Schlitten muss man immer wieder nach vorn tragen, ein Rad dagegen bleibt unter der Last. Lange war es schwierig, das Rad gleichmäßig um eine feste Achse laufen zu lassen.

Die Tafel zeigt die Rekonstruktion eines frühen Scheibenrads aus drei Brettern unter einem Ochsenkarren von etwa 3000 v. Chr. Räder dieser Art kamen in vielen Grabungen in Europa und im Nahen Osten zutage.

Wie es funktioniert

Auf Rollen gleitet die Last leicht, doch jede Rolle, die hinten frei wird, muss wieder nach vorn getragen werden.

Ein gezogener Schlitten drückt mit seinem ganzen Gewicht auf die Kufen und schleift über jede Unebenheit. Auf Rädern entsteht die Reibung nur noch an einer kleinen Stelle, zwischen der Achse und ihrem Loch, während der Radkranz über den Boden rollt.

Der Gewinn beruht auf der Hebelwirkung, denn die Oberfläche der Achse liegt viel näher an der Mitte als der Radkranz. Bei einem Rad von 70 Zentimetern Durchmesser auf einer 7 Zentimeter dicken Achse hat der Radkranz den zehnfachen Hebel. Um die Reibung an der Achse zu überwinden, genügt deshalb eine Zugkraft von etwa einem Zehntel dieser Reibung. Der Radkranz muss aber weiterhin über den Boden rollen, was auf weichen oder holprigen Wegen einen eigenen Widerstand erzeugt. Schmiere, meist Tierfett oder Teer, senkt die Reibung an der Achse weiter.

Eine zu dünne Achse bricht, eine zu dicke erhöht die Reibung. Das Loch muss rund und glatt sein, die Achse eng darin sitzen, ohne zu klemmen. Bei manchen frühen Wagen saßen die Räder fest auf den vierkantigen Enden der Achse und drehten sich mit ihr. Der runde Mittelteil der Achse lief dabei in Halterungen unter dem Wagenkasten. Die meisten späteren Wagen hatten eine feste Achse, auf deren Enden sich die Räder drehten, gesichert durch Achsnägel.

Wie man es baut

Ein Scheibenrad für einen leichten Handkarren lässt sich mit Handwerkzeug herstellen. Die Schritte unten sind ein Überblick ohne maßstäbliche Zeichnungen. Ein Wagen für schwere Lasten oder für Zugtiere erfordert die Erfahrung eines Stellmachers.

Holz auswählen. Nehmen Sie ein hartes, zähes, gut abgelagertes Holz wie Eiche, Esche oder Ulme. Sie brauchen drei etwa 5 Zentimeter dicke Bretter, das mittlere breiter als die beiden äußeren.

Scheibe zuschneiden. Legen Sie die Bretter Kante an Kante und reißen Sie mit Schnur und Pflock einen Kreis an. Schneiden Sie quer zur Faser Nuten ein und treiben Sie zwei Querleisten aus Hartholz hinein, die die Bretter zusammenhalten. Die Bretter werden zusätzlich verdübelt. Sägen Sie dann den Kreis aus.

Nabe anbringen. Damit das Rad nicht eiert, braucht die Mitte zusätzliche Stärke. Befestigen Sie auf jeder Seite einen gedrechselten Block, die Nabe, mit eingeleimten Hartholzdübeln, die ganz durch die Scheibe getrieben werden. Bohren Sie das Achsloch rechtwinklig zur Scheibe und glätten Sie es mit einer Raspel oder einem erhitzten Eisenstab.

Achse formen. Behauen Sie ein gerades, astfreies Stück Hartholz. Verjüngen Sie die Enden so, dass sie mit etwas Spiel in die Löcher passen, und bohren Sie durch jede Spitze, knapp außerhalb der Stelle, an der Nabe und Unterlegscheibe sitzen werden, ein Loch für den Achsnagel. Verschrauben Sie die Achse mit Holzklötzen oder Eisenbändern unter der Ladefläche.

Montieren und prüfen. Fetten Sie die Achsenden ein, schieben Sie die Räder auf, legen Sie Scheiben unter und schlagen Sie die Achsnägel ein. Jedes Rad sollte sich frei drehen und rund laufen, ohne zu kippeln. Beladen Sie den Wagen nach und nach und prüfen Sie die Verbindungen nach jeder Probefahrt.

Sicherheit. Dechsel, Äxte und Löffelbohrer verursachen tiefe Schnittwunden, halten Sie deshalb beide Hände hinter der Schneide. Ein beladener Wagen kann am Hang davonrollen und jeden überrollen, der vor ihm steht. Prüfen Sie ihn daher auf ebenem Boden und legen Sie beim Anhalten Keile unter die Räder. Wer das Achsloch mit glühendem Eisen ausbrennt, sollte Wasser bereithalten.

Geschichte und Entwicklung

Zwischen etwa 3600 und 3300 v. Chr. tauchen Hinweise auf das Rad in einem weiten Gebiet auf. Tontafeln aus Uruk in Mesopotamien verwenden ein Schriftzeichen für einen Wagen. Ein Gefäß aus Bronocice in Südpolen trägt eine eingeritzte Darstellung, die wie ein vierrädriger Wagen aussieht. Weitere Funde stammen aus dem Nordkaukasus und den Steppen nördlich des Schwarzen Meeres. Wo die Idee entstand, ist unter Archäologen bis heute umstritten.

Ein bronzezeitliches Streitwagenrad: sechs Speichen und ein Kranz aus gebogenen Felgen, weit leichter als eine volle Scheibe.

Das älteste erhaltene Rad wurde 2002 im Laibacher Moor in Slowenien gefunden. Es hat etwa 70 Zentimeter Durchmesser und besteht aus Eschenbrettern, die Eichenleisten zusammenhalten. Radiokarbondaten setzen es zwischen etwa 3350 und 3100 v. Chr. an. Die etwa 1,2 Meter lange Eichenachse hat vierkantige Enden, die fest im Rad saßen.

Der Anthropologe David Anthony führt das späte Aufkommen des Rades auf die Werkzeuge zurück. Für runde Löcher und gerade Achsen brauchte man gegossene Meißel und Hohleisen aus Kupfer, die im Nahen Osten erst nach etwa 4000 v. Chr. verbreitet waren.

Aufziehen des Reifens: Der Eisenring wird heiß aufgelegt und schrumpft beim Abkühlen fest auf das Rad.

Scheibenräder waren robust, aber schwer, und passten zu langsamen Ochsenkarren. Um 2000 v. Chr. bauten Menschen der Sintaschta-Kultur östlich des Urals leichte Speichenräder für zweirädrige, von Pferden gezogene Streitwagen. Speichenrad und Streitwagen verbreiteten sich in den folgenden Jahrhunderten bis nach Ägypten, Griechenland und China.

Im 1. Jahrtausend v. Chr. begannen keltische Stellmacher, den Radkranz mit einem einzigen Eisenreifen zu beschlagen, der heiß aufgezogen wurde und beim Abkühlen die Fugen fest zusammenzog. Das Verfahren blieb bis ins 20. Jahrhundert üblich.

Das 19. Jahrhundert brachte gespannte Drahtspeichenräder, leicht genug für das Fahrrad, und danach luftgefüllte Gummireifen. Eine Eisenbahnachse funktioniert bis heute ebenso: Die Last ruht auf einem kleinen, geschmierten Lager, während das Rad auf der Schiene rollt.