A kezdetek
A kerékpár fejlődése hosszú és érdekes utat járt be az elmúlt két évszázad során. A 19. században a fejlesztéseket inkább az útkeresés, mintsem az egyenes úton kijelölt fejlődés jellemezte, így bizonyos megoldások (pl. lökhajtás, Penny-farthing, stb.) később zsákutcának bizonyultak.
A korai kerékpárok, a 19. század elején, 1817-1818 környékén jelentek meg, de ezek még nem igazán hasonlítottak a mai, modern társaikhoz. Az egyik korai változat, amelyet a német báró Karl von Drais fejlesztett ki, a „Laufmaschine” vagy „draisienne ” volt.
Ez az eszköz fából készült, és két nagy méretű kereket tartalmazott, amelyek egy-egy tengelyen helyezkedtek el. Ezen korai kerékpárok még nem tartalmaztak sem pedálokat, sem pedig lánc hajtást, így a haladáshoz a kerékpárosnak folyamatosan lábbal kellett előre löknie magát. Ennek ellenére a „Laufmaschine” az akkori gyalogos vagy lovas közlekedéshez képest még mindig gyorsabb és hatékonyabb módját jelentette a közlekedésnek, ami segítette az embereket abban, hogy gyorsabban és könnyebben eljussanak egyik helyről a másikra. Ezek a korai kerékpárok azonban távolról sem voltak tökéletesek. A rezgéscsillapítást például kizárólag a párnázott ülés biztosította, és a nyeklő-nyakló vázszerkezetük miatt az egyensúly megtartása is problémát okozhatott a vezetőknek.
Ellentmondásos jelentések szólnak arról, hogy von Drais báró nyújtott-e be szabadalmat draisienne-ére, amely akkor vált népszerűvé, amikor 1818-ban Franciaországban is bemutatták, ahol velocipéd néven vált ismertté. Vannak anekdoták arról, hogy egy amerikai feltaláló, W. K. Clarkson Jr. szabadalmat nyújtott be egy hasonló találmányra. E feljegyzések nagy része azonban, ha léteztek is, megsemmisült az Egyesült Államok Szabadalmi Hivatalának 1836-os tűzvészében, amely az első nagyobb katasztrófa volt, amely a szabadalmi hivatalt története során érte.
Egy műszaki probléma megoldása: a pedál hajtás megjelenése
A kerékpáros technológiák következő jelentős fejlődése az 1860-as években következett be, amikor is először kezdtek kísérletezni a kerékpáros hajtásrendszerekkel. Ez volt a kezdete azoknak a pedálos kerékpároknak, amelyek mára világszerte elterjedtek. Ezek a korai modellek az első kerék tengelyéhez rögzített hajtókarokat tartalmaztak, melyek végeihez pedálokat erősítettek. A kerékpáros így közvetlenül az első kereket forgatta.
Az eltérő tanulmányok az első pedálokkal ellátott „velocipéd” (kerékpár elődje) megjelenését az 1860-es évek különböző pontjaira teszik. Talán az egyik legkorábbi amerikai szabadalom, amely ezen járművek védelmére szolgált, az US 59915 jelű szabadalom, amely egyszerűen „Velocipede” néven szerepel. A szabadalom egy olyan találmányt véd, amely két kereket, és az első kerék hajtására szolgáló mechanizmust tartalmaz. A szerkezet tartalmaz továbbá egy kormányművet a velocipéd irányítására és egy részt, amely lehetővé teszi a vezető számára az egyensúlyozást a jármű vezetése közben. Ahogy a jármű sebessége növekszik, a vezetőnek egyre könnyebbé válik az egyensúlyozás. Ez a szabadalom 1866 novemberében került megadásra, bejelentője és jogtulajdonosa pedig a francia Pierre Lallement volt.
Habár az 1860-as éveket tekintik a modern kerékpár kialakulása kezdeti évtizedének, vannak olyan vélemények, melyek szerint Skóciában már jóval korábban, az 1830-as évek végén feltalálták a pedállal hajtott velocipédet. Kirkpatrick Macmillan, egy kovács Dumfriesshire-ből, állítólag egy hátsókerék-hajtású velocipédet épített 1839 környékén. Az eszközt lábtaposóval hajtották. A találmányra nem nyújtottak be szabadalmat, és nem sok bizonyíték támasztja alá ezt az állítást, amely eredetileg Macmillan egyik unokaöccsétől származik.
A vasból készült váz súlya könnyen elérhette a 40 kg-ot is. Bár ezek a mai kerékpárokhoz hasonlóan néztek ki, ezeknek a modelleknek sokkal kisebb áttételük volt, ami azt eredményezte, hogy a kerékpár sokkal lassabban haladt, mint a mai változatok.
Ezeket a velocipédeket merev fémvázuk és kerekeik miatt gyakran „csonttörő” néven ismerték, ami mutatja, hogy különösen nagy igény mutatkozott a kerékpárok utazási komfortjának növelésére. A következő nagyobb fejlesztés az 1870-es évek végén történt, amikor a kerékpárokon végre megjelentek az első gumikerekek. Magára a gumikerékre egyébként Charles Goodyear nyújtott be és végül kapott szabadalmi oltalmat 1844 június 15-én. A szabadalom, mely az US3633 számot kapta, a mai napig lekérhető az Amerikai Szabadalmi Hivatal, az USPTO adatbázisából. Charles Goodyear szabadalma megváltoztatta a gumiipart és lehetővé tette a gumik ellenállóbbá és rugalmasabbá tételét, ami jelentősen hozzájárult a kerékpárok és más járművek fejlesztéséhez és komfortjához. A kerékpárfejlesztés „hőskorában” számos más előrelépés is történt. Ebben az időszakban kezdték bevezetni például a fent említett gumiabroncsokat, bár ezek még nem pneumatikus abroncsok voltak. A legkorábbi változatoknál a tömör gumiabroncsokat a fémből készült kerekre szegecselték. A kezdeti időkben főként Franciaországban terjedtek el a velocipédek, a 19. század későbbi szakaszában már az amerikai kerékpárosok is megkedvelték ezt a közlekedési formát. Az US89341 számú amerikai szabadalmat, amelynek címe Improved Velocipede, 1869 áprilisában adták meg a detroiti James Rankinnek. E találmány előnye, hogy a velocipéd mozgó alkatrészeibe golyóscsapágyakat építettek be, hogy ezzel segítsék a hajtómű, vagyis a lábpedálok mozgását. Ez a kialakítás egy tengelykapcsoló szerkezetet és egy csigakialakítást használt, amely segített a tengelyek folyamatos forgó mozgásának létrehozásában, és simább mozgást biztosított. A szabadalomhoz csatolt ábrák szerint ez a konstrukció három kereket használt. Furcsának tűnhet, de a három- és négykerekű velocipédek egy ideig igen népszerűek voltak.
Nagykerekűek
Az 1860-as években jelent meg az ikonikus „Penny-farthing” kerékpár, amely jelentős hatást gyakorolt a biciklizés korai történetére. Ez a kerékpár típus jellegzetes megjelenése miatt maradt emlékezetes és ikonikus a kerékpárok fejlődésének kezdeti időszakában. A Penny-farthing kerekeinek mérete jelentős eltérő volt: az első kerék sokkal nagyobb a hátsó keréknél. Az elnevezése a brit pénzérmék méretbeli különbségére utal, ahol a nagyobb érme a farthing, míg a kisebb az angol penny volt. Az arány a kerékpáron is ugyanez volt: a „penny” a kisebb hátsó kereket, míg a „farthing” az első, nagyobb kereket jelképezte.
Ez az elrendezés lehetővé tette a gyorsabb haladást, de instabil és veszélyes volt, mivel a bicikli ülése magasan helyezkedett el a hátsó kerekhez képest, és nem tartalmazott féket vagy sebességváltót. A magas első kerek és az alacsonyabb hátsó kerék miatt az egyensúly megőrzése is problémát okozott.
A korai Penny-farthingok készítésekor acél vagy vasvázat, fafelnit, küllőket és gumiabroncsokat használtak. A kohászat fejlődése azonban lehetővé tette a kerékpárgyártók számára, hogy olyan termékeket állítsanak elő, amelyek teljes egészében könnyűfémekből készültek, ami drasztikusan javította e járművek hordozhatóságát.
Bár a Penny-farthing egy ikonikus kerékpármodell volt az 1860-as években, nem volt egyetlen egyedi szabadalom, amely kifejezetten a Penny-farthingre vonatkozott.
Az 1880-as évek végén és az 1890-es évek elején a biztonságosabb és könnyebben kezelhető „Safety Bicycle” előretörése miatt a Penny-farthing lassan kiszorult a piacról.
A „biztonsági” kerékpár, avagy a modern kerékpárok előfutára
A mai modern kerékpárok közvetlen elődjének tekinthető ún.”Safety Bicycle” kialakulása az 1860-as évek közepéig nyúlik vissza. A „Safety Bicycle” koncepciója a korábban bemutatott Penny-farthing problémáira válaszként alakult ki, és egy olyan kerékpár típust hozott létre, amelyet könnyebb volt kezelni és amely biztonságosabb volt a felhasználók számára.
Az 1860-as évek közepén kezdtek megjelenni az első „Safety Bicycle” prototípusok, amelyek alapvetően más koncepciót követtek, mint a Penny-farthing. Érdekes módon, a két típus fejlesztése sokáig párhuzamosan folyt. A legfontosabb változtatások közé tartozott azonos méretű kerekek használata, ami nagyban javította az egyensúlyt és a kezelhetőséget.
Egy másik jelentős változtatás a pedálok bevezetése volt. A „Safety Bicycle”-nál a pedálokat a központi tengelyhez csatlakoztatták, ami lehetővé tette, hogy a lábakkal egyenletesen hajtsák a kerékpárt előre, így könnyebbé és kényelmesebbé tették a vezetést. Ezen kívül a „Safety Bicycle” volt az első olyan kerékpármodell, amelyhez egy kézi működtetésű dörzsfék is volt csatlakoztatva, mellyel az első kereket lehetett fékezni. Ez segített az egyszerű és hatékony fékezésben, ami szintén növelte a kerékpár biztonságát.
A „Safety Bicycle” fejlődése egy folyamat eredményeként történt, amelyben több különböző személynek volt szerepe. Az egyik korai és fontos tervező, aki hozzájárult a „Safety Bicycle” kialakulásához, John Kemp Starley, az angol Rover Bicycle Company mérnöke és társalapítója volt. Starley 1885-ben fejlesztette ki a „Rover Safety Bicycle”-t, amely jelentősen hasonlított a modern kerékpárokhoz. A „Rover Safety Bicycle” gyémánt-alakú vázzal, azonos méretű kerekekkel, a hátsó kereket hajtó lánchajtással és kézzel működtetett fékkel rendelkezett. Érdekesség, hogy Starley végül nem adott be szabadalmat találmányára.
A korszak másik jelentős kerékpárfejlesztése a felfújható és rugalmas pneumatikus gumiabroncs volt, amely sokkal kényelmesebb gurulást biztosított a kerékpáros számára, mint a fém- vagy fakerekek. A 453550. számú amerikai szabadalmat, amelynek címe Tire for Vehicle-Wheels, 1891 júniusában adták ki az írországi Belfastban élő John Boyd Dunlop számára. Ez a szabadalom az első felfújható gumiabroncsok gyártási és alkalmazási eljárását védte. A gumiabroncs légmentes csövet és egy nem táguló csőszerű borítást tartalmazott. A borítás vulkanizált gumiból, valamint vászon, szövet vagy más anyagrétegekből állt.
A fejlesztések természetesen nem álltak meg a 19. század utolsó éveiben sem, az 1800-as évek végén még mindig rengeteg újítás történt a kerékpárok terén. 1895-ben például Jean Loubeyre feltalálta és szabadalmaztatta a váltót, melynek segítségével először lehetett sebességet váltani mozgó kerékpáron. Igaz, ez a váltó csupán két-sebességes volt.
Az első, ma is ismert hátsó váltókhoz hasonló kinézetű szerkezetet egy évvel később, 1896-ban Edmund Hodgkinson, angol feltaláló szabadalmaztatta, mely szabadalom az UK 1570 számon ma is megtalálható. A modern váltókkal ellentétben azonban itt nem a láncot, hanem a hátsó fogaskerék-sort mozgatták oldal irányba.
Az első tandem kerékpárra vonatkozó szabadalmat 1889 novemberében adták meg az angliai William Starley, és az amerikai Herbert S. Owen feltalálók számára, Tandemkerékpár címmel. A szabadalom száma US415072. Az alábbi szabadalmi ábra a ma is létező tandemkerékpárokhoz nagyon hasonló tandemkerékpár-összeállítást mutat.
Mint látható, hosszú és rögös út vezetett a mai modern kerékpárokig. Bár az alap konstrukció lényegében száz éve változatlan, a fejlesztések napjainkban is gőzerővel zajlanak. Új, modern anyagok, innovatív hajtásrendszerek (pl. string drive) teszik egyre jobbá és hatékonyabbá a jövő kerékpárjait.