Wenn die Straße steil wird, verschwinden die aerodynamischen Effekte des Windschattens? Radfahrer ermittelt…
Es ist nicht schwer, sich das Szenario vorzustellen: Du bist auf halber Höhe von Alpe d’Huez und versuchst verzweifelt, mit dem Vorderrad in Kontakt zu bleiben. Lungen brennen, Herzfrequenz steigt, dein Körper schreit nach Ruhe.
Ist es also wirklich all diese Mühe wert, durchzuh alten, wenn das Windschattenfahren während eines Aufstiegs nur den kleinsten Nutzen bringt?
Die energiesparenden Auswirkungen des Windschattenfahrens in der Ebene sind bekannt, aber die quantitativen Vorteile, die es mit sich bringt, bei einem Anstieg hinter den Fahrern zu sein, werden relativ wenig berichtet.
„Dazu gibt es nicht viele objektive Daten, da die Auswirkungen des Windschattens schwer zu untersuchen sind“, erklärt Damon Rinard, leitender Fahrradtechnologe bei Cervélo.
„Wir haben Windkanäle, um den Luftwiderstand einzelner Fahrer zu untersuchen, und Velodrom-Studien, um das Windschattenfahren in einer Mannschaftsverfolgung zu messen – aber das auf die Berge anzuwenden, ist schwierig.“
Zurück zu den Grundlagen
Zeit, zu den Grundlagen zurückzukehren. Unterm Strich sind die aerodynamischen Vorteile abhängig von der Geschwindigkeit – die bergauf schnell abnimmt.
„Beim Radfahren sind die drei zu überwindenden Kräfte Luftwiderstand, Rollwiderstand und Schwerkraft“, erklärt Matt Williams, Aerodynamik-Spezialist bei McLaren Applied Technologies.
'Auf ebenem Untergrund geht die ganze Kraft in die Überwindung des Luftwiderstands und des Rollwiderstands - aber wenn man beginnt, bergauf zu fahren, nimmt die Gewichtskraft, die der Bewegung Widerstand entgegensetzt, ziemlich schnell zu', sagt er.
‘Für eine bestimmte Anstrengung wirst du langsamer, weil du mehr von dieser Anstrengung aufwendest, um die Schwerkraft zu überwinden, und weniger dafür, tatsächlich vorwärts zu gehen.’
Und wenn die Geschwindigkeit abnimmt, nimmt auch der Luftwiderstand ab. Dies kann ausgedrückt werden als: Fd=½ rv2CdA (wobei r=Luftdichte, v=Geschwindigkeit, Cd=Luftwiderstandsbeiwert und A=Stirnfläche), was bedeutet, dass die Beziehung zwischen Geschwindigkeit und Luftwiderstand exponentiell ist.
„Die Widerstandskraft ist proportional zur Geschwindigkeit im Quadrat, also ändert sich die Kraft stark mit jeder Geschwindigkeitsänderung“, erklärt Rinard.
'Bei typischen Steiggeschwindigkeiten von 15 bis 20 km/h hat der Luftwiderstand bereits deutlich abgenommen und bei etwa 12 km/h entspricht der Luftwiderstand in etwa dem Rollwiderstand der Reifen.'
All dies bedeutet, dass es viel weniger Möglichkeiten gibt, Energie zu sparen, indem man einen Hügel hinaufwindet, weil die Kraft auf den Fahrer so viel geringer ist.
‘Ihre Geschwindigkeit fällt ziemlich schnell, also sinken die aerodynamischen Vorteile’, sagt Williams.
Zusammenzählen
Also, welche Energieeinsparungen gibt es auf den Hügeln? „In der Ebene verbrauchen Sie zum Beispiel 300 Watt, um aerodynamische Kräfte zu überwinden – und wenn Sie ein Drittel davon durch Windschatten einsparen, sind das 100 Watt weniger“, sagt Williams.
Aber bei einem Gefälle von 6% könnten bis zu 80% der Energie aufgewendet werden, um der Schwerkraft zu widerstehen, und nur 10% gegen den Luftwiderstand.
‚Wenn Sie nur 30 Watt zur Überwindung des Luftwiderstands aufwenden, sparen Sie selbst dann, wenn Sie noch ein Drittel davon einsparen, nur 10 Watt.'
Tatsächlich könnten die tatsächlichen Einsparungen sogar noch kleiner sein. „Zahlen zu schreiben ist der schwierige Teil“, sagt Rinard.
‘Es wurde gemessen, dass Windschatten die benötigte Kraft um 30 % bis 50 % reduziert, aber das ist bei normaler Geschwindigkeit auf ebenem Boden.
Beim Bergauffahren ist die Leistung höher und die Geschwindigkeit geringer, die Einsparungen beim Luftwiderstand sind also auch geringer – aber nicht einfach zu quantifizieren.“
Nichtsdestotrotz sagt David Swain, Professor für Bewegungswissenschaft an der Old Dominion University in Virginia, dass es immer wahrscheinlich ist, dass das Zeichnen einen Effekt hat, egal wie klein.
„Läufer profitieren eindeutig bei 24 km/h, da die Vier-Minuten-Meile zuerst mit Hilfe des Windschattens gebrochen wurde, und sie scheinen sogar bei Marathontempo zu profitieren“, sagt er.
„Es wird weniger Energie kosten, wenn man mit dem Fahrrad ansteigt, solange der Hügel nicht so steil ist, dass man Schrittgeschwindigkeit erzwingt.“
Strom abstellen
Und je mehr Gesamtleistung Sie in das System stecken können oder je leichter Sie sind, desto größer sind die Vorteile – was erklärt, warum Profis in den Bergen so nah beieinander liegen.
'Für die meisten von uns, die eine Steigung von 8 % hinauffahren, fahren wir nur mit 8 oder 9 km/h – und bei dieser Geschwindigkeit ist der Vorteil vernachlässigbar', sagt Tony Purnell, Ingenieurprofessor an der University of Cambridge und Leiter der technischen Entwicklung bei British Cycling.
„Aber wenn du wie Vicenzo Nibali aufsteigst, ist das ein anderer Umstand. Bei 20 km/h ist das ein handfester technischer Vorteil.“
'Wenn die Steigung über 5 % oder 6 % steigt, sparen sie nur wenig, aber es ist die Art von Betrag, die Fahrradhersteller beim Ausrüstungsdesign sparen möchten - also ist es keineswegs unbedeutend, ' fügt Williams hinzu.
„Im Rahmen eines dreiwöchigen Etappenrennens suchen Profifahrer jede Möglichkeit, Energie zu sparen.“
Gewinne machen
Profi-Teams versuchen jetzt, die Vorteile des Windschattenfahrens besser zu quantifizieren, indem sie die effektive Windgeschwindigkeit über dem Körper in Echtzeit messen, was in den Bergen schwer vorherzusagen sein kann.
„Was benötigt wird und gerade erst verfügbar geworden ist, sind digitale Luftgeschwindigkeits- und Windrichtungssensoren am Fahrrad“, sagt Rinard.
'Mavic hat einen Windsensor, den sie verwenden, und wir haben ein Instrument namens Aerostick, das die scheinbare Luftgeschwindigkeit, Windrichtung und Flugbahn des Fahrers, Leistung und Geschwindigkeit misst und diese Sekunde für Sekunde aufzeichnet.
„Aber diese Technologie ist in den letzten drei Jahren oder so relativ neu geworden, und die meisten Daten davon befinden sich immer noch in privater Hand.“
Es scheint ganz sicher, dass Drafting der richtige Weg ist – und das ohne die zusätzlichen taktischen und psychologischen Vorteile zu berücksichtigen, die es mit sich bringt, einen Angriff von hinten starten zu können oder die Geschwindigkeit von deinen Teamkollegen bestimmen zu lassen.
„Ein freundliches Rad zu haben, kann psychologisch einen entscheidenden Unterschied machen“, sagt Purnell. „Und Steigungen sind selten eine stetige Steigung – also solltest du für die flacheren Abschnitte, wo es wirklich einen signifikanten Vorteil gibt, auf dem Rad von jemandem sitzen.“
Für uns Normalsterbliche gibt es vielleicht eine Überlegung. „Du musst wissen, wozu du fähig bist, denn Windschattenfahren bedeutet, mit der gleichen Geschwindigkeit wie der Fahrer vor dir zu bleiben“, sagt Purnell.
H alte dein eigenes Tempo
‘Die Leute sagen oft: „Klettere in deinem eigenen Tempo“, und das macht Sinn. Du bekommst vielleicht einen Energievorteil durch Draften, aber wenn es zu schnell ist, gehst du in die roten Zahlen und verlierst.’
Um es in Zahlen auszudrücken, bei 20% Steigung wird ein durchschnittlicher 70kg schwerer Fahrer mit 300 Watt etwas mehr als 6kmh fahren, an diesem Punkt ist der Luftwiderstand vernachlässigbar und Windschatten ist im Vergleich zur Aufrechterh altung der Vorwärtsbewegung von geringer Bedeutung.
Aber Rinard vertritt die Ansicht des Rennfahrers: „Es lohnt sich immer zu zeichnen“, schließt er. „Und wenn Sie nicht zeichnen, gibt es besser einen Grund, warum nicht. Wenn es eine Ziellinie zum Sprinten oder einen Angriff gibt, dann sind das alles triftige Gründe.
‘Aber Draften hilft, es sei denn, Sie haben einen Grund, es nicht zu tun. Selbst wenn es sich um einen kleinen Betrag handelt, ist er kostenlos, also warum nicht nehmen?’
