Steifigkeit ist bei einem Rennrad unerlässlich, muss aber auch gegen Komfort, Gewicht und Kosten abgewogen werden. Wir untersuchen wie
Suchen Sie im Internet nach dem Begriff „Stiffness“und Sie werden nicht weit kommen, bevor Sie Anzeigen sehen, die pharmazeutische Lösungen für Herrenprobleme anbieten. Fahrräder und Schlafzimmer, so scheint es, teilen eine unerschütterliche Paranoia über schlaffe Leistung, was erklärt, warum der Marketing-Bums, der jedes neue Fahrrad begleitet, ausnahmslos mit Behauptungen gespickt ist, dass der Rahmen jetzt supersteif sowie leichter und bequemer sei. Aber zumindest theoretisch stehen die drei Qualitäten im Konflikt, und Fahrraddesigner versuchen ständig, den Sweetspot zwischen ihnen zu finden, indem sie an Rohrabmessungen und Materialwissenschaften herumbasteln.
Pedal to the carbon
Wenn Ingenieure über Rahmensteifigkeit sprechen, sprechen sie eigentlich zwei verschiedene Bereiche der Leistung eines Fahrrads an. Die erste bezieht sich auf eine ausreichende Seitensteifigkeit, damit die Treteingabe eines Fahrers so effizient wie möglich auf die Straße übertragen werden kann. Die zweite betrifft die Berechenbarkeit und Stabilität des Fahrverh altens eines Fahrrads.
In Bezug auf die Seitensteifigkeit erzeugen Sie jedes Mal, wenn Ihr Fuß auf das Pedal tritt, erhebliche seitliche (von Seite zu Seite) Belastungen zusammen mit Torsionskräften (Verdrehungen), die zusammen den unteren Teil des Rahmens nach außen hebeln der Ausrichtung. Jeder Millimeter der Rahmenbewegung absorbiert wertvolle Energie, die auf die Straße geleitet werden könnte, sodass die Minimierung dieses Flex die Treteffizienz effektiv maximiert, daher der unermüdliche Fokus auf die Steifigkeit von Rahmen.
"Wie Sie die Energie, die Sie durch die Kurbeln auf das Hinterrad stecken, bekommen, hängt wirklich vom Tretlager, den Kettenstreben, den Ausfallenden und der Radsteifigkeit ab", sagt Gerard Vroomen, Mitbegründer von Open Bicycles und zuvor Co- Besitzer von Cervélo. Diese Herausforderung wird durch den einseitigen Antriebsstrang eines Fahrrads erschwert, der eine ungleichmäßige Belastung des hinteren Endes des Fahrrads erzeugt. Die Notwendigkeit, den größeren Kräften auf der rechten Seite des Rahmens standzuh alten, ist der Grund, warum sich viele Fahrräder für ein asymmetrisches Design von Kettenstreben und Sitzrohren entscheiden.
Aber wie uns Ben Coates, Road Product Director von Trek, erinnert, wirkt sich das, was Sie an einem Bereich eines Fahrrads tun, direkt auf einen anderen aus: „Sie können die Steifigkeit am Tretlager erhöhen, indem Sie beispielsweise Laminat hinzufügen Unterseite des Steuerrohrs, aber jedes Stück Laminat wirkt sich auf das gesamte Fahrrad aus. Sie riskieren Nebenwirkungen, wenn Sie nicht verstehen, wie sich das Hinzufügen oder Honen von Materialien auf die anderen Teile des Fahrrads auswirkt.
„Wir können Fahrräder steifer machen, als es selbst die größten und anspruchsvollsten Fahrer der Welt wollen, aber es nur steifer oder leichter zu machen, ist nicht unbedingt ein Rezept für ein besseres Fahrrad. Das Gespräch muss damit beginnen, wie das Fahrrad fahren soll, nicht wo es steif sein soll.’
Technische Steifigkeit
Wie versteifen Designer einen Rahmen genau an den richtigen Stellen? Die Antwort liegt im Durchmesser des Querschnitts der Rohre sowie in ihrer Länge und bei Carbonrädern in den mehreren Schichten aus Kohlefaser
verwendet in ihrer Konstruktion.
„Je größer der Durchmesser eines Rohrs, desto steifer wird es“, sagt Adam Wais, CEO und Gründer des handgefertigten Carbon-Fahrradherstellers Rolo. „Und das, bevor du überhaupt anfängst, dir Materialien anzusehen.“
Dies erklärt die Tendenz im Fahrraddesign zu überdimensionierten Unterrohren, Tretlagerverbindungen und Kettenstreben. Fortschritte bei Kohlefasern haben es den Herstellern ermöglicht, die Dicke der Rohrwände zu reduzieren, was ihnen die Freiheit gibt, gigantisch aussehende Rohre ohne zusätzliches Gewicht herzustellen.
Wenn also riesige Unterrohre und Tretlager verwendet werden, um jedes Watt der Fahrerkraft auf die Straße zu leiten, warum nicht der gleichen Philosophie am Oberrohr und am Steuerrohr folgen, um Kurvenkräften zu widerstehen und eine präzise Lenkung zu gewährleisten?
Wenn Sie ein Fahrrad in eine Kurve lehnen, treffen drei große Kräfte aufeinander: die Schwerkraft, die vertikal nach unten zieht; kinetische Energie, die Sie in Bewegung hält, und Zentripetalkraft, die Sie nach außen drückt – nach links, wenn Sie nach rechts abbiegen, und umgekehrt. Wenn der Rahmen zu flexibel ist, können diese Kräfte die Räder und das Steuerrohr aus der Ausrichtung drücken, was zu einem unpräzisen Lenken führt.
„Laufräder müssen spurtreu sein, und je besser sie von vorne nach hinten spuren, desto berechenbarer sind sie in Kurven“, sagt Thomas McDaniel, Produktmanager bei BMC. „Nehmen wir an, du fährst durch eine Kurve, die du schon tausend Mal gefahren bist, damit du selbstsicher bist und viel Geschwindigkeit hast, aber eines Tages findest du einen massiven Stein genau in der Mitte der Linie, die du immer nimmst. Wie gut verträgt das Bike deinen Wechselwunsch mitten in einer Kurve? Hier kommt die Front-End-Steifigkeit ins Spiel.’
Es stellt sich heraus, dass es schwierig wird, sich zu lehnen, wenn ein Fahrrad am vorderen Ende zu steif ist, was zu einer anderen Art von Handhabungsproblemen führt. Chris D’Aluisio, Creative Director bei Specialized, greift die Geschichte auf, indem er sich an den Moment erinnert, als der Tarmac SL4 des Unternehmens den SL3 ersetzte. Wenn Specialized früher ein neues Fahrrad entwickelte, verwendete es die Rahmengröße von 56 cm als Maßstab für eine neue Reihe von Zielen, einschließlich der Steifigkeit. Sobald die Ziele getroffen wurden, wurde der Rahmen skaliert, mit etwas kleineren Röhren für die kleineren Rahmen und größeren Röhren für die größeren Rahmen.
‘Mit dem SL4 haben wir die 56er steifer und leichter gemacht, und größere Fahrer – ab Größe 56 – sagten: „Wow! Es ist so viel besser.“Aber bei meiner Größe, 52, fuhr es schlechter“, sagt D’Aluisio mit erfrischender Offenheit. „Es war zu hart, nicht nur vertikal, sondern auch, wenn man sich in eine Ecke lehnte. Es hatte zu viel Front-End-Steifigkeit, und es erlaubte dem Fahrrad bei kleineren Größen nicht, über die Straßenmitte der Kurve nachgiebig zu sein, so dass es dazu führen würde, dass die Front ratterte, insbesondere auf einer holprigen Straßenoberfläche, was nervenaufreibend sein konnte.’
Es stellte sich heraus, dass die Anpassungen bei der Skalierung des Fahrrads nicht annähernd weit genug gegangen waren und dass kleinere Rahmen mit Rohren mit ähnlichem Querschnitt und Carbon-Layup wie 56 cm unglaublich steif waren, weil diese Schläuche waren kürzer.
„Die kleinen Bikes waren proportional viel steifer als die größeren Bikes, was dem, was der Fahrer braucht, völlig widerspricht“, sagt D’Aluisio. „Der größere Fahrer mit einer längeren Sattelstütze und einem höheren Schwerpunkt verlangt dem Fahrrad viel mehr Arbeit ab. Wenn Sie das Fahrrad bitten, sich in einem Manöver von rechts nach links zu bewegen, erledigt dieses Fahrrad die ganze Arbeit, um das Gewicht dieses Fahrers von einer Seite auf die andere zu verlagern und diesen Fahrer vor einem Sturz zu bewahren. Wir müssen die Traktion wiedererlangen, wenn der Fahrer dreht.’
Infolgedessen entschied Specialized, dass jede unterschiedliche Rahmengröße effektiv so behandelt werden muss, als wäre es ein eigenes, kundenspezifisches Projekt, ein Prozess, den es Rider First Engineering nennt.
Das hilft zu erklären, warum Ingenieure nicht einfach das ganze Fahrrad so steif wie möglich machen, sondern es gibt noch einen weiteren Grund: Komfort, auch bekannt als Nachgiebigkeit, also die Fähigkeit des Rahmens, Unebenheiten auf der Straße auszugleichen Oberfläche und absorbieren Vibrationen vom Asph alt.
Vroomen hat das Cervélo R3 entwickelt, ein Fahrrad, das sieben Jahre in Folge auf dem brutalen Kopfsteinpflaster von Paris-Roubaix Podiumsplätze einnahm, und weiß, was es für ein Fahrrad braucht, das Kraft auf das Hinterrad überträgt und gleichzeitig den Fahrer schützt von den allerschlimmsten Oberflächen.
„Idealerweise möchten Sie so wenig vertikale Steifheit wie möglich, damit Sie etwas Komfort und Nachgiebigkeit erh alten“, sagt er. „Aber das Rohr, das Sie vergrößern, um Torsionssteifigkeit zu erreichen, wird auch vertikal größer und vertikal steifer, und es ist nicht einfach, diese beiden Faktoren zu entkoppeln. In diesem Sinne wird es immer ein Kompromiss sein – das bequemste Fahrrad wird unfahrbar sein, weil es in alle Richtungen so flexibel ist, und das steifste Fahrrad wird auch unfahrbar sein, weil es knochenhart ist, was nicht nur unbequem, sondern auch langsamer ist. Sie brauchen eine Art Nachgiebigkeit, um die Unebenheiten der Straße auszugleichen.’
Reifen leisten einen Großteil dieser Arbeit, aber die Designer bringen auch ein gewisses Maß an Flexibilität in den Rahmen ein, insbesondere im Sitzrohr und über sehr dünne oder abgeflachte Sitzstreben, um die Straßenstöße zu zerstreuen, die durch das Heck nach oben wandern vom Rad zum Fahrer.
Das wohl beste Beispiel dafür, wie vertikale Nachgiebigkeit von Tretlager- und Steuerrohrsteifigkeit getrennt werden kann, ist das Trek Domane, das Rennrad, das Fabian Cancellara bei der Flandern-Rundfahrt auf die oberste Stufe des Podiums brachte Paris-Roubaix. Das Sitzrohr des Domane ist vom Oberrohr „entkoppelt“, sodass sich das Sitzrohr fast unabhängig vom Rahmen biegen kann, ohne die Steifigkeit zu beeinträchtigen. Der neue IsoSpeed-Entkoppler im neuesten Domane SLR hat sogar eine „abstimmbare Nachgiebigkeit“, sodass der Fahrer die Steifigkeit individuell anpassen kann.
„Das Tuning-Sortiment von Domane beginnt bei ungefähr dem gleichen Grad an vertikaler Nachgiebigkeit wie das Madone [Treks Aero-Race-Rig] und geht bis zu 35 % nachgiebiger, ohne die Steifheit der Pedale zu beeinträchtigen“, sagt Coates.
Rahmen der Zukunft
Das unermüdliche Streben nach steiferen, leichteren und bequemeren Rahmen zeigt keine Anzeichen des Nachlassens, wobei die Hersteller ständig auf der Suche nach neuen Materialien und Technologien sind. Die britische Fahrradmarke Dassi untersucht beispielsweise die Möglichkeiten von Graphen, der Wundersubstanz, die ein außergewöhnliches Potenzial birgt, wenn Hersteller Wege finden, ihre Fähigkeiten zu nutzen.
„Graphen weist Eigenschaften auf, die weit über die herkömmlicher Kohlenstoffe hinausgehen, die in einem Fahrradrahmen angeordnet sind“, sagt Stuart Abbott, ein ehemaliger Luft- und Raumfahrtingenieur, der Dassi vor sechs Jahren gegründet hat. „Es gibt eine mystische Gelegenheit, einen Rahmen zu schaffen, der nur 300 g wiegen könnte, weil Graphen so viel leichter und so viel stärker ist, dass Sie die Möglichkeit haben, an bestimmten Stellen 2 mm oder 3 mm dicke Kohlenstoffbereiche zu ersetzen Rahmen – insbesondere um das Tretlager – mit etwas, das 100-mal leichter und ein Tausendstel der Dicke ist.'
Im Moment ist jedoch ein kurzer Realitätscheck für alle angebracht, die kurz vor dem Kauf eines neuen Fahrrads stehen. Radsport ist nicht wie die Formel 1, wo immer das beste Auto gewinnt, aber unabhängig vom Fahrer. Viele der diesjährigen großen Rennen – darunter Paris-Roubaix, die Flandern-Rundfahrt, Mailand-Sanremo, Paris-Nizza und die Romandie-Rundfahrt – wurden von Fahrern auf unterschiedlichen Motorrädern gewonnen. Mit anderen Worten, bei der ultimativen Leistung geht es um den Fahrer, nicht um das Fahrrad, und es gibt kein objektiv „richtiges“Maß an Steifigkeit in einem Rahmen, sondern nur das Maß, das für Sie richtig ist.
Top 10 der steifsten Fahrräder
Wie misst man die Steifigkeit eines Fahrrads? Leider haben wir kein Labor, um die Flex-Tests durchzuführen, aber wir kennen einen Ort, der dies tut. Unsere Freunde vom deutschen Radsportmagazin Tour sind bekannt für ihre wissenschaftliche Herangehensweise an Fahrradtests, zu denen auch gehört, dass jeder nackte Rahmen einer strengen Reihe von Prüfstandstests unterzogen wird, um die Steifigkeitswerte zu ermitteln.
Eine Gleichung, die auf dem Steifigkeitswert basiert, den der Rahmen am Steuerrohr erreicht (gemessen in Nm/°), dividiert durch die Gesamtmasse des Rahmens (in kg), ergibt einen Steifigkeits-Gewichts-Index, der Tour seinen gibt Rangliste für die steifsten Rahmen…
| Fahrrad | Datum | Steifigkeit-zu-Gewicht |
| 1. Cervelo Rca | Januar 2015 | 142Nm/°/kg |
| 2. Specialized Tarmac SL4 | Dezember 2011 | 141.2Nm/°/kg |
| 3. Cannondale SuperSix Evo Ultimate | Sep 2011 | 139.2Nm/°/kg |
| 4. Canyon Ultimate CF SLX | Januar 2016 | 131.5Nm/°/kg |
| 5. Trek Emonda | Dezember 2014 | 131.3Nm/°/kg |
| 6. Fokus Izalco Max | Juli 2013 | 127.1Nm/°/kg |
| 7. Filz F1 | Dezember 2011 | 125.3Nm/°/kg |
| 8. AXE Lightness Vial Evo | Januar 2015 | 125.1Nm/°/kg |
| 9. Storck Aernario | Okt 2015 | 123.9Nm/°/kg |
| 10. Rose X-Lite Team 8000 | Dezember 2014 | 123.7Nm/°/kg |
Carbon-Jargon: Was bedeutet das alles?
