Liebst du die Geschwindigkeit?

1 August 2018

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Veröffentlicht von Orbea

38,390km/h waren notwendig, um nach 3351 Kilometern und 44.465 Höhenmetern der Tour de France 2018 siegreich zu sein. Dieser Geschwindigkeitswert definiert die Leistung des Radfahrers während des Rennens und stellt somit das Ziel dar, das alle anderen Konkurrenten erreichen möchten.

 

 

Aber wovon hängt die Geschwindigkeit auf dem Rad ab? Abgesehen von einer intelligenten Strategie und Taktik während der Fahrt hat sich gezeigt, dass die Größe, die die Leistung des Radfahrers bestimmt, die spezifische bzw. relative Leistung ist, die in Watt pro Kilogramm gemessen wird. Sie bezieht sich auf die Leistung, die der Fahrer mit möglichst wenig Körpergewicht erbringen kann: je mehr Watt er mit weniger Gewicht während einer längeren Zeit erzeugt, desto höher ist seine Leistung.

 

Das beste Wettkampfrad

Hinsichtlich der Merkmale eines Fahrrads geht es hierbei normalerweise um drei relevante Faktoren: Aerodynamik, Gewicht und Steifigkeit. Aber wie sieht es um die Bedeutung dieser Faktoren aus? Sind sie alle gleich wichtig? Oder ist einer von ihnen vielleicht wichtiger als die anderen? In der Wirklichkeit sieht es so aus, dass es hinsichtlich des Designs eines Rennrads unmöglich ist, diese drei Variablen gemeinsam zu maximieren. Wenn beispielsweise die Aerodynamik maximiert wird, indem schmale, längliche Formen verwendet werden, müsste die Steifigkeit darunter leiden. Wenn jedoch die Steifigkeit maximiert würde, bräuchten wir mehr Carbonschichten, worunter das Gewicht leiden würde.

 



 

Angesichts dieser Tatsache gibt es bei der World Tour drei Fahrradtypen, die unterschiedliche Kombinationen dieser drei Faktoren aufweisen:

 

1- Racing

Dieses Modell wird von etwa 75 % der Teilnehmer unter jeder Art von Bedingungen verwendet. Bei diesen Rädern liegt der Schwerpunkt auf der Steifigkeit und dem Gewicht zulasten der Laufruhe und Aerodynamik.

 

 

2- Endurance

Dieses Modell wird von den Fahrern unter ganz bestimmten Umständen verwendet, wenn es um Traktion und Ausgleich von Unebenheiten vor allem auf langen Etappen mit komplizierter Streckenführung wie beispielsweise dem Rennen Paris–Roubaix geht. Sein Ziel ist in erster Linie die Laufruhe.

 

 

3- Aero

Dieses Modell wird von etwa 20 bis 25 % der Fahrer verwendet und bietet bestimmte Vorteile in ganz konkreten Situationen wie beispielsweise in ebenem Gelände an der Spitze des Fahrerfelds. Hierbei ist die Aerodynamik die deutliche Priorität im Gegensatz zum Gewicht und vor allem der Steifigkeit.

 

 

Um unter diesen gegebenen Alternativen zu wählen, können wir uns nach persönlichen und ästhetischen Vorlieben richten oder objektiven Kriterien zur Verbesserung der Leistung folgen. Letzteres hätte zur Folge, dass das Fahrrad die Philosophie der Watt pro Kilo berücksichtigen würde, wozu es zwei Voraussetzungen erfüllen müsste:

1. Nicht ein Watt der vom Fahrer erzeugten Leistung vergeuden, sondern die vollständige Leistung auf das Hinterrad übertragen. Dies wird durch eine angemessene Steifigkeit erreicht.

2. Kein einziges zusätzliches Gramm Gewicht zu den von der UCI festgelegten 6,8 kg hinzufügen.

In diesem Sinne erscheint es am vernünftigsten, für Straßenrennen ein Rad zu wählen, dessen Schwerpunkt auf der Steifigkeit und dem Gewicht liegt, was der angemessensten Anwendung der Philosophie der relativen Leistung entspricht.
Unter konkreten Umständen, wie beispielsweise beim Anführen des Fahrerfeldes auf vollständig flachem Gelände, das starkem Wind ausgesetzt ist, könnte dies bedeuten, dass die Aerodynamik vernachlässigt wird. Aus eben diesem Grund hat die Aerodynamik bei Zeitfahrrädern eine höhere Bedeutung als das Gewicht oder die Steifigkeit. Beim Straßenfahren jedoch, wo Windschattenfahren erlaubt ist und das Gelände Steigungen und Gefälle aufweist, sind die Prioritäten andere. Außerdem besteht zusätzlich die Möglichkeit, andere Räder zu verwenden, um das Fahrrad an die Umstände der jeweiligen Etappe anzupassen.

Vor kurzer Zeit veröffentlichte Bradley Wiggins auf den sozialen Netzwerken ein Foto anlässlich der Zunahme seines Körpergewichts um mehr als 11 kg von 71,75 kg auf 83,2 kg in der Zeit von Verschiedene Studien haben gezeigt, dass die Energieersparnis beim Fahren im Feld Rad an Rad bei 30 km/h 60 W, bei 40 km/h 120 W und bei 50 km/h sogar 200 W beträgt. Dazu kommt, das für eine Leistungsersparnis von 5 %, die auf einer flachen Strecke in 60 Min. erreicht werden kann, bei der Fahrt über einen Bergpass nur 30 Min. benötigt werden. Denn letztendlich werden auch die Rennen, die mit einem Sprint enden, eigentlich an den Steigungen entschieden, wie dem Poggio und der Cipressa beim Mailand–Sanremo. Beim Sprint selbst wiederum ist die Steifigkeit des Rahmens wichtiger als die Aerodynamik, denn es handelt sich um einen Moment der maximalen Leistung, in dem das Rad nicht ruhig läuft, sondern starken Kräften sowohl durch die Pedale als auch durch die Arme ausgesetzt ist. Hierbei ist es besonders wichtig, dass kein einziges Watt der erzeugten Leistung verloren geht.

 

 

DIE ROLLE DER STEIFIGKEIT

Die Steifigkeit des Rades ist dafür verantwortlich, dass die volle vom Fahrer erzeugte Leistung in Bewegung umgesetzt wird. Dafür sind zwei Bedingungen erforderlich: Der Rahmen darf die erzeugte Energie nicht verlieren, sondern muss sie vollständig auf das Hinterrad übertragen, und dieses darf nie den Kontakt mit dem Asphalt verlieren.

Um die Erfüllung der ersten Bedingung kümmert sich die globale bzw. Torsionssteifigkeit, und um die der zweiten die vertikale Steifigkeit. Während es hinsichtlich der Torsionssteifigkeit ideal wäre, wenn diese so hoch wie möglich ist, muss bei der vertikalen Steifigkeit darauf geachtet werden, dass sie auf jeder Art von Untergrund ermöglichen muss, dass der Reifen optimal am Boden haftet.

So ist zum Beispiel ein Hebel aus Aluminium wirksamer als einer aus Holz, da er sich weniger verbiegt, aber wenn beide auf den Boden fallen, prallt das Aluminium stärker zurück und das Holz hat mehr Kontakt zum Boden.

Daher ist die Kenntnis, wie die Form der Rahmenrohre die Steifigkeit beeinflusst, äußerst wichtig, um die passende Form zu erstellen, aber sie hat keinen Nutzen, wenn sie nicht angemessen auf die verschiedenen Bereiche des Rahmens angewendet wird. Zu diesem Zweck muss untersucht werden, welche Bereiche des Rahmens sich mehr auf die Leistungsübertragung auswirken und welche weniger, um in ersteren die Steifigkeit zu maximieren, währen in letzteren mehr auf Laufruhe und Zugkraft zu achten ist.

Zwei Punkte sind für die Kraftausübung des Radfahrers besonders wichtig: die Tretlager, denn über die Pedale und Pedalarme wird die Leistung des Fahrers übertragen, und der Lenker, denn hier stützt er sich auf bzw. zieht an ihm, wenn er angreift oder sprintet. Daher versuchen wir, in diesen Bereichen, also Tretlager, Unterbau, Unterrohr, Steuerrohr und Gabel, die Steifigkeit zu maximieren, indem wir runde, breitere Rohre verwenden.

 



 

Andererseits besteht das Ziel bei Sitzrohr, Sitzstreben und Oberrohr, die für die Zugkraft verantwortlich sind, die Steifigkeit nicht zu erhöhen, sondern so einzustellen, dass das Fahrrad mehr Zugkraft bei komplizierten Bodenverhältnissen erhält.

 

 

Darüber hinaus ist wichtig, zu untersuchen, welche Rohrform die Steifigkeit beeinflusst und wie, und diese Kenntnis dann angemessen anzuwenden. Im Labor wurde herausgefunden, dass runde, kantenlose Formen die besten Steifigkeitsergebnisse erzielen. Aus diesem Grund bieten die aerodynamischen Formen, flacher und spitzer, weniger Steifigkeit, was dazu führt, dass wir uns bei der Gestaltung eines Rennrades für einen dieser zwei Faktoren entscheiden müssen. In der Vergangenheit wurde zudem davon ausgegangen, dass Gewicht und Steifigkeit zueinander in Beziehung stehen, weil in der Regel die Steifigkeit eines Rohres desto höher ist, je dicker seine Wände sind, wodurch sich auch das Gewicht erhöht.

Inzwischen hat sich jedoch gezeigt, dass mehr als die Dicke der Rohrwand vor allem Umfang und Durchmesser eine grundlegende Rolle spielen. Das bedeutet, dass wir mit einem schmalen Rohr und dicken Wänden eine ebenso hohe Festigkeit erzielen können wie mit einem breiteren Rohr mit dünneren Wänden. Der Unterschied besteht hierbei darin, dass das breitere Rohr nicht nur Steifigkeit bietet, sondern darüber hinaus leichter und somit hinsichtlich der Philosophie der relativen Leistung effizienter ist.




DAS GEWICHT. WO LIEGT DIE GRENZE?

Die Daten weisen darauf hin, dass das Gewicht ein überaus wichtiger Faktor ist, insbesondere an Steigungen. Wenn wir an einem Hang mit 5 % Steigung das Gewicht über 20 Minuten hinweg um 10 Gramm verringern, sparen wir 0,16 Watt ein. Wenn wir jedoch unter gleichen Bedingungen 100 Gramm weniger hätten, würden wir schon 1,6 Watt einsparen, und bei 200 Gramm sogar 3,2 Watt. Im Vorhinein mögen diese Differenzen unerheblich erscheinen, aber wenn wir sie auf einen Zeitraum von 20 Minuten umrechnen, macht der Unterschied ganze 15 Sekunden aus, Sekunden, die darüber entscheiden können, ob die Etappe gewonnen wird oder nicht.

Andererseits scheint es manchmal, als ob hinsichtlich des Gewichts maßlos übertrieben wird. Viele professionelle Radfahrer belasten ihr Räder mit zusätzlichen Bleigewichten, um auf das Mindestgewicht von 6,8 kg zu kommen. Das bedeutet, dass es bei der Rahmenentwicklung logisch und vernünftig ist, das Gewicht so zu bemessen, dass Spielraum bleibt, um einen Leistungsmesser und anderes sinnvolles Zubehör einzubauen, und die 6,8 kg Gesamtgewicht nutzen, um zum Beispiel ein breiteres Tretlager zu entwerfen.

Hinsichtlich der Werbung mag es attraktiver sein, zu sagen, dass unser Fahrrad weniger als 5 kg wiegt, aber auf der funktionellen Ebene kann es durchaus sinnvoller sein, einen 200 Gramm schwereren Rahmen anzubieten, wenn dieser Unterschied zu einer höheren Steifigkeit führt.

Ein geringeres Gewicht erhalten wir vor allem durch die Optimierung der Rohrform, indem wir mit möglichst wenig Carbonschichten eine höhere Steifigkeit erreichen. Und das funktioniert natürlich nur, wenn uns die beste Faser-Harz-Kombination zur Verfügung steht und wir den besten Prozess zur Rahmenherstellung anwenden können.

 

 

ZUSÄTZLICHE AERODYNAMIK

Es trifft durchaus zu, dass im Lastenheft der Racing-Modelle der Faktor Aerodynamik eher eine geringe Rolle spielt. Die Schwerpunkte Steifigkeit und Gewichtsverringerung vermeiden praktisch alle Möglichkeiten der Verstärkung der Aerodynamik, obgleich nicht vergessen werden sollte, zu überlegen, ob es nicht vielleicht doch einen Spielraum gibt, um die Aerodynamik zu verbessern und dadurch eine insgesamt höhere Effizienz zu erzielen.

Die Aufgabe besteht grundsätzlich darin, die Aerodynamik zu verbessern, ohne die Form der Rohre zu verändern. Mit anderen Worte: Wie erreichen wir Aerodynamik ohne einen aerodynamischen Rahmen?

Die Faustregel besagt: Je geringer die Oberfläche des Rades ist, desto besser sind die aerodynamischen Ergebnisse. Aber für alle Regeln gibt es auch eine Ausnahme, und diese liegt hier im Bereich der Gabel. Stellen wir ein stehendes Fahrrad in den Windkanal, führt eine schmale Gabel zu einer besseren Aerodynamik. Bei einem rollenden Rad jedoch bewirkt die Drehung des Vorderrades eine Luftmasse, die der Fahrtrichtung entgegen gerichtet ist, weshalb eine breitere Gabel, die den Luftstrom zwischen Rad und Gabel ermöglicht, die aerodynamischen Ergebnisse verbessert. Und diese Verbesserung ist umso höher, je höher das Profil des Vorderrades ist.

Das bedeutet, wir können die Aerodynamik des gesamten Rades verbessern, ohne auf das Verhältnis Steifigkeit/Gewicht zu verzichten, und machen es obendrein auch noch stabiler.



 

NEU ORCA 2019

 

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