Steilwand (Jahrmarkt)

Die Steilwand oder Trommel ist eine Jahrmarkts-Attraktion. Die Zylinder-Wandung einer großen Holztrommel von vier bis fünf Meter Höhe und ca. 7 bis 10 Meter Durchmesser wird innen von einem oder mehreren Kraftfahrzeugen befahren, meist Motorräder.

Vor der großen hölzernen Trommel wird als Werbemaßnahme auf einem Rollenstand immer mal in den Pausen ein Motorrad im Stand zum Fahren gebracht, meist ein uraltes amerikanisches Motorrad: Indian ist oft anzutreffen. Sein Gasgriff lässt sich in einer Position fixieren. Das angetriebene Hinterrad rotiert auf einem Rollenpaar und treibt über dieses und einen Kettentrieb auch die Rolle, die das Vorderrad trägt. Bei schnell kreisenden Rädern und stabilisierter Bewegung turnt der Artist nun auf dem Motorrad. Diese frei zu bestaunende einfacheren Kunststücke bewerben die Steilwand deren Zuschauer Eintritt zu zahlen haben.

Die Zuschauer steigen äußere Treppen am Kessel hinauf, stehen dann auf Bühnentreppen und schauen von oben in den Kessel um die lauten Vorführungen zu beobachten.

Das Fahren innen an der lotrechten Wand ist physikalisch möglich, weil die Fliehkraft beim Fahren in der Trommel vom Schwerpunkt (Fahrzeug samt Fahrer) radial nach außen weist und die Reifen an die Wand drückt und ab einer bestimmten Geschwindigkeit (je nach Durchmesser der Bahn und Reibungskoeffizient (Reifen zu Holzbahn) ca. 40 bis 60 km/h) so groß im Vergleich zur Schwerkraft wird, dass dank Haftreibungskraft (quer zur Fahrtrichtung) ein Befahren der Wandung in einer dem Kräfteparallelogramm entsprechender Schräglage erlaubt, ohne in Richtung der Erdschwere herunterzurutschen.

Der Steilwandfahrer startet auf der kreisförmigen Innenplattform. Eine Konus-Schrägung rundum von 45 Grad erlaubt den Übergang und nach Beschleunigen das Einfahren in die lotrechte Wand.

In dieser Wand wird nun weiter beschleunigt bis zu einer gleichmäßigen und relativ sicheren Geschwindigkeit, bei der dann verschiedene Kunststücke vorgeführt werden.

Mehrere Artistik-Nummern finden in der Abfolge einer Vorführung im Kessel statt. Gängige Nummern sind:

• Der Beifahrer eines Motorrads zeigt akrobatische Kunststücke.
• Mehrere Motorräder fahren umeinander herum, als gelte es einen Zopf zu flechten.
• Ein starkes Motorrad beschleunigt auf doppeltes Tempo, was die vierfache Fliehkraft erzeugt und den gesamten Kessel ins Schwingen bringt.
• Ein Gocart-Rennen wird veranstaltet.
• Die Artisten kurven in der Trommel „seitlich“, so dass sie sich einmal nahe dem Boden und dann wieder am oberen Kesselrand befinden.

Insgesamt läuft eine Steilwand-Vorführung 5 bis 10 Minuten.

Das Fahren in der Steilwand ist anstrengend und gefährlich. Es wirken hohe Kräfte auf den Fahrer ein, oftmals das Dreifache oder mehr seines Gewichtes. Der Kreislauf und die körperliche Verfassung müssen also topfit sein, ähnlich den Anforderungen an Kampfpiloten. Eine hohe Konzentration ist vonnöten, die geringste Unachtsamkeit kann zum Absturz in den Kessel oder zum Herausfliegen führen.

Insbesondere das Fahren nahe am oberen Kesselrand ist gefährlich. Wenn auch die Zuschauer mit Fangzäunen geschützt sind, so ist doch der Fahrer bzgl. des oberen Randes höchst gefährdet. In der Vergangenheit ist es beim Steilwandfahren gelegentlich zu schweren Unfällen gekommen.

Es gibt auf der ganzen Welt nur noch wenige Trupps, die diese Jahrmarktskünste aufführen. Das Steilwandfahren muss daher heutzutage wohl als eine aussterbende Kunst betrachtet werden.

Todeskugel

Eine Variante und Weiterentwicklung, am Jahrmarktgelände um 1964–1969 in Wels, ist die Kugel - „Todeskugel“ - aus Stahl, zerlegbar in Segmente, die aus einem Netz aus gebogenen Stahlblechstreifen in Segmentrahmen aus L-Profil gebildet werden. Die Zuschauer im Zelt rundum sehen durch etwa 4x4 cm große Lücken, die das Geflecht aus ebenfalls etwa 4 cm breiten Blechstreifen aussparen. Von verflechtendem Fahren etwas abweichend vom Äquatorialkreis können 2 Fahrer dazu übergehen, auf rechtwinkelig zueinander stehenden Kreisen zu fahren.

Als Höhepunkt können sogar drei Fahrer orthogonal zueinander kreisen, zwei davon meridional, einer äquatorial. Oder aber alle drei in gleicher Bahnschräge von etwas mehr als 45° gegenüber waagrecht, entsprechend den Abrollrichtungen eines auf einem Eck stehenden Würfels.

Im Februar 2014 erfuhr ein von Freddy Nock zusammengestelltes 7er-Team in einer Kugel von 4,9 Metern Durchmesser einen neuen Weltrekord. Im April 2010 verunglückten durch einen Hinterreifenplatzer mehrere Fahrer des "Russischen Staatscircus" in einer Kugel mit 32 Meridiansegmenten. Am 19. März 2013 wurden während eines Trainings in Köln sechs Fahrer des Zirkus Flic Flac verletzt, einer davon lebensgefährlich.<ref>http://www.neuepresse.de/Nachrichten/Panorama/Uebersicht/Drama-in-der-Todeskugel-der-FlicFlac-Artisten</ref>

In Graz zeigte Circus Safari einen Motorradfahrer in einer Todeskugel.<ref>http://www.meinbezirk.at/graz/leute/circus-safari-graz-m5667978,808597.html Graz Circus Safari, (Bild 19+20: Todeskugel) Bildbericht Marie Ott, Woche, abgerufen 13. Jänner 2014</ref>

Physikalische Abschätzungen

Ein hoher Reibungskoeffizient erlaubt Fliehkrafthaften schon bei niedriger Geschwindigkeit. Allerbestenfalls kann Reibungskoeffizient von 1,0 angenommen werden.

Zum Haften reicht dann Fliehkraft (nach außen) im Zylinder in der Höhe der Schwerkraft (nach unten) gerade aus. Die resultierende Gesamtkraft auf das Fahrzeug erzeichnet sich als Diagonale des Kräftequadrats 1,41 mal so groß wie die Schwerkraft und bei 45° Schräglage des Motorrades. Zusätzliche Kräfte in oder gegen die Fahrtrichtung kann die Haftkraft am Reifenaufstandspunkt nicht aufnehmen, Beschleunigen oder Bremsen würde zum Abschmieren der damit belasteten Reifen nach unten zum Konus hin führen.

Wenn nun Fahrzeug samt Fahrer insgesamt der Gesamtbeschleunigung von 1,41 g ausgesetzt sind, so wirkt die Fliehkraft in größerer Entfernung von der Bahn-Rotationsachse stärker, näher in Zylindermitte jedoch geringer. Das führt einerseits dazu, dass das Fahrzeug alleine eine höhere Fliehkraftbeschleunigung erlebt als der Fahrer, dessen Schwerpunkt ja näher zur Zylinderachse liegt. Das entlastet den Fahrer ein wenig von der Höhe der G-Kraft, insbesondere bei kleinen Zylinderdurchmessern oder wenn er gar am Motorradsattel hockt oder steht. Am Sattel stehendes Fahren reduziert bei fester Geschwindigkeit des Motorrads die Fliehkraftbelastung auf den Fahrer, erfordert jedoch zum Erhalt der Mindestfliehkraft zum Haftungserhalt eine gewisse Erhöhung der Fahrgeschwindigkeit.

Kompressions-Kleidung, besonders im Bereich der unteren Körperhälfte kann dem Fahrer helfen, seinen Blutkreislauf bei höherer Belastung aufrechtzuerhalten.

Wenn ein Fahrer, der am Motorrad entspannt steht, seine „weiche Wirbelsäule“ muskelkraftfrei entspannt, wird diese von hinten besehen einen leichten Bogen zeichnen; so wie eine Gliederkette, die der Fahrer aus seiner Sicht hochhält: nahe der Zylindermitte eher senkrecht näher zur Richtung der Schwerkraft verlaufend, irgendwo in der Kettenmitte 45° schräg und weiter außen, also nahe an der innenzylindrischen Fahrbahn waagrechter als 45°, weil dort die Fliehkraft größer als die Schwerkraft sein muss.

Wer eine Kugel innen meridional befährt, muss am oberen Bahnscheitel eine Fliehkraft mindestens der Schwerkraft erzielen, um nicht - aus seiner Sicht - von der Fahrbahn abzuheben oder aus Sicht von außen am oberen Kugelpol nicht den Kontakt zu verlieren. Er benötigt oben also die Geschwindigkeit eines auf Äquatorialspur fahrers bei Reibbeiwert = 1. Durch die Schwerkraft beschleunigt der Fahrer auf seiner Meridianbahn' nach unten und hat am unteren Scheitel angekommen seine höchste Geschwindigkeit, an der die resultierende Kraft aus Schwer- und Fliehkraft mehr als das Doppelte der Erdbeschleunigung erreicht. Indem der Fahrer den gegen Roll- und Luftwiderstand nötigen Motorantrieb stärker am Aufwärtsast der Meridianbahn einsetzt, kann er diese Belastungsspitze am unteren Scheitel etwas reduzieren.

Auf Meridianfahrt unterstützt die Schwerkraft unterhalb des Äquators das Anpressen des Motorrads per Fliehkraft an die Bahn, am Äquator wirkt sie neutral weil parallel zur Bahn, oberhalb reduziert sie die Anpressung, wie die vektorielle Addition der Komponenten zeigt. Gleichmässige Motorantriebskraft und Luftwiderstand angenommen gibt es ein Ab und Auf des Tempos, weil ein Teil der Bewegungsenergie in Lageenergie (Höhe im Erdschwerefeld) umgewandelt oder wieder zurückgewonnen wird. Diese Temposchwankung wirkt sich in Rückgang der Fliehkraft während der Aufwärtsfahrt aus, sodass gute Bodenhaftung für kräftigen Motorschub auch von daher eher noch unter dem Äquator vorhanden ist, als danach. Der Fahrer wird also versuchen seine kurze Motorantriebsphase per Gasgriff-Dreh noch rechtzeitig unterhalb vor dem Äquator zu beginnen.

Merkt der Fahrer, zu langsam zu sein, um am „Nord“pol sitzend fahrend am Boden zu bleiben, kann er durch Aufstehen die Schwerpunkthöhe vergrössern und damit - Sicht von außen - das Motorrad ein paar Zentimeter nach oben stemmen. Alternativ kann er vom Pol weglenken und erreicht das Durchfahren eines tieferliegenden Bahnscheitels.

Genauere Betrachtungen sehen das Fahrzeug mit seiner Länge und dass sich die Räder selbständig verhalten, dass etwa bei zu langsamer Aufwärtsfahrt das Vorderrad als erstes von der Bahn abhebt. Auch dass sich das Motorrad in der Kugel an zwei Punkten abstützt, die länger als der Achsstand auseinanderliegen, was das Lenkverhalten beeinflusst.

Motorradtypen

Indian 750 Scout aus den 1920er und 1930er Jahren sind bis heute bei Steilwandfahrern dank stabilem Rahmen und guter Kraftentfaltung beliebt. In Zukunft haben leichtere Elektromotorräder - es kann ja mit kleinem Akku gefahren werden - Anwendungspotential.

Referenzen

<references />

Weblinks

• Physikaufgabe mit einem Steilwandfahrer (LEIFI-Physik)