Radfelgen werden dicker, was nicht intuitiv zu sein scheint, sie schneller zu machen, also was ist los?
Logik schlägt vor, dass man, wenn man will, dass etwas schnell durch die Luft schneidet, es dünn und scharf macht – wie Concorde. Es war wie ein Pfeil geformt, während andere Passagierflugzeuge bauchig waren, und konnte daher den Atlantik in weniger als drei Stunden überqueren. Ähnlich dachten die frühen Generationen von Aero-Laufrädern mit tiefem Querschnitt: dünne, tiefe V-Profile, die sich zu einer scharfen Kante verjüngten, was den Eindruck erweckte, mit maximaler Effizienz durch die Luft zu schneiden. Es machte intuitiv Sinn, aber die Zeiten haben sich geändert.
Die Schneide des Raddesigns ist jetzt, nun ja, weniger schneidend und stumpfer. Die Kanten wurden weicher und die Felgen so weit verbreitert, dass uns jetzt gesagt wird, dass fette, abgerundete Felgenprofile die beste Windschutzform für eine Allround-Leistung sind. Was ist also passiert?
Hed Winde
Der ursprüngliche Befürworter der breiteren Felgenform war Hed Wheels, wobei sein Gründer, der verstorbene Steve Hed, in den 1980er Jahren einen Großteil des Denkens vorangetrieben hat. Als Hed Mitte der 2000er Jahre seinen molligen Ardennes-Laufradsatz aus Aluminiumlegierung mit breitem Profil auf den Markt brachte und empfahl, ihn mit 25-mm-Reifen anstelle der allgegenwärtigen 23-mm-Reifen zu kombinieren, äußerten viele ihren Unglauben, dass dies eine schnellere Einrichtung sein könnte. Damals waren technische Details lückenhaft. Es schien, als ob Hed nach einer besseren Reifenstabilität für mehr Kurvenkontrolle suchte, zusammen mit einer Verringerung der Wahrscheinlichkeit von Reifenpannen auf unebenem Gelände, aber die ersten Untersuchungen in den 80er Jahren hatten auch gezeigt, dass breitere Felgen aerodynamisch schneller sein könnten. Als dann 2009 das Hed-Patent angemeldet wurde, öffnete sich die Tür für eine Welle von Innovationen.
Michael Hall, Director of Advanced Development beim Laufradhersteller Zipp, sagt: „Jahrelang jagte die Branche der allgemeinen Luftwiderstandseffizienz nach [die schnellsten Ergebnisse bei Windkan altests], ohne Rücksicht darauf, wie gut diese Komponenten auf sub- optimale, reale Tage. In der realen Welt müssen sich Fahrer mit allem auseinandersetzen, was ihre Umgebung ihnen entgegenwirft. Für unsere 2010 eingeführten Firecrest-Räder haben wir unseren Fokus verlagert und die daraus resultierenden Produkte sollten bei jeder Windrichtung stabiler und berechenbarer sein als die unserer vorherigen Generationen.“
Kevin Quan, Director of Engineering bei Knight Composites, geht ins Detail: „Unsere Konstruktion geht von der Hinterkante aus, also von der hinteren Hälfte des Rads.“Das mag kontraintuitiv klingen, wenn man bedenkt, dass es um den Reifen und die Führung geht Rand der Felge, der zuerst auf den Wind trifft, aber Quan sagt: „Unsere Untersuchungen zeigen, dass, wenn der Wind in einem Gierwinkel [irgendeinem anderen Winkel als geradeaus] auf einen Reifen trifft, er sich lösen wird [seinen glatten Fluss über die Felge verlieren wird], also macht die aerodynamische Form an der Vorderseite der Felge nicht viel – sie blockiert fast immer.“Mit anderen Worten, es macht keinen Sinn, einer aerodynamischen Form an der Vorderseite den Vorrang zu geben.
Aero-Vorteile
Um zu verstehen, wie eine breitere Felge die Aerodynamik verbessern kann, anstatt den Luftwiderstand zu erhöhen, müssen wir die Tatsache berücksichtigen, dass sich die Luft, in der wir fahren, nicht einheitlich verhält. Selbst an einem ruhigen Tag ist die Luft ein wirbelndes, komplexes Durcheinander. Was die aerodynamische Wissenschaft erkannt hat, ist, dass eine optimale Fluiddynamik – die Art und Weise, wie Luft mit den Formen und Oberflächentexturen interagiert, mit denen sie in Kontakt kommt – auf die Verringerung der Reibung hinausläuft.
Wenn es um den Luftstrom geht, gibt es drei große Kategorien. Die erste Kategorie ist der „laminare“Luftstrom. Dies ist der wünschenswerteste Zustand für niedrige Reibungsverluste und bezieht sich auf die Luft, die sich in glatten, geraden oder gekrümmten Linien bewegt. Wenn er auf ein sich bewegendes Objekt trifft, trennt sich der laminare Luftstrom, gleitet um das Objekt herum und nimmt dann seinen Fluss auf der anderen Seite mit minimalem Aufwand wieder auf.
Der zweite Zustand ist „turbulent“. Wie der Name schon sagt, bezieht es sich auf verworrene Luft, die weit davon entfernt ist, glatt zu fließen, obwohl sie Elemente sowohl von „laminarer“als auch von „stillstehender“Luft enth alten kann. Die Gründe für die Turbulenzen können vielfältig sein: Vielleicht ist es ein windiger Tag, oder Sie folgen einem anderen Fahrer dicht, oder es fahren Autos und Lastwagen vorbei. Diese suboptimalen Bedingungen werden manchmal als "schmutzige" Luft bezeichnet und sind der häufigste Zustand, in dem wir fahren.
Die dritte Bedingung ist „angeh alten“. Dann fließt die Luft nicht mehr, sondern wirbelt gleichzeitig in verschiedene Richtungen. Dieser Zustand verursacht die größte Reibung und hat daher die größte Wirkung auf die Verlangsamung eines Fahrers.
All dies bedeutet, dass es zwar großartig ist, eine Rad-Reifen-Kombination zu haben, die bei laminarer Strömung gut funktioniert, aber in realen Szenarien von größerem Nutzen ist, wenn Sie frontal in einen Windkanal fahren sind Räder und Reifen, die in turbulenter Luft gut funktionieren. Die erfolgreichsten modernen Konstruktionen zielen tatsächlich darauf ab, turbulente Luft aufzunehmen und ihren Luftwiderstand zu verringern – um die schmutzige Luft zu reinigen. Dies ist einer der Gründe, warum dünne, scharfe Radfelgen durch breitere, rundere Felgen ersetzt werden – die neuen Designs schneiden einfach schneller durch die schmutzige Luft, auf die Fahrer bei den meisten Fahrten in der realen Welt stoßen. Aber es gibt noch einen weiteren wichtigen Grund, warum Felgen breiter werden, nämlich den Rollwiderstand.
Kontaktsport
Die Umstellung auf breitere Felgen ist zum Teil das Ergebnis einer gleichzeitigen Umstellung auf breitere Reifen. Wo früher 23-mm-Reifen die Norm waren, entscheiden sich immer mehr Fahrer und Hersteller für 25-mm-Reifen und gelegentlich sogar für breitere Reifen.
„Untersuchungen von Continental zeigen, dass ein 25c-Reifen 10–15 % weniger Rollwiderstand hat als ein 23c-Reifen“, sagt Quan. „Continental hat gezeigt, dass bei einem größeren Reifen die Aufstandsfläche kürzer, aber breiter wird, anstatt länger zu werden, sodass die tatsächliche Oberfläche auf der Straße bei gleichem Druck gleich bleibt.“
Dies wird durch die Erkenntnisse des Reifenherstellers Schwalbe gestützt. Produktmanager Marcus Hachmeyer sagt: „Wenn man Reifen mit unterschiedlichen Breiten, aber identischen Spezifikationen – gleiche Mischung, Profil und Luftdruck – in Bezug auf den Rollwiderstand vergleicht, ist breiter schneller. Wenn Sie sich vorstellen, dass Ihr Fahrrad und Ihr Fahrer auf einer Glasscheibe geparkt sind und Sie von unten nach oben schauen, wo der Reifen auf das Glas trifft, sehen Sie zwei deutlich unterschiedliche Formen. Auf einem schmalen Reifen wäre die Form lang und dünn, ein Oval. Bei einem breiteren Reifen wäre diese Aufstandsfläche kürzer und dicker, eher ein Kreis, und auf diese Weise werden zu jedem Zeitpunkt weniger der Fäden verwendet, die die Seitenwand bilden und zur Erzeugung des Rollwiderstands beitragen, und die Reibung ist geringer.“
Schön, aber warum nicht einfach breitere Reifen auf schmale Felgen montieren? Wenn die Felge schmal ist, bildet der Reifen im Profil betrachtet eine „Glühbirnenform“– eingeklemmt dort, wo er sich in die Felge einhakt, und von der Felge weg bauchig. Mit einer breiteren Innenfelge bildet der Reifen eher eine umgekehrte U-Form, was dazu beiträgt, eine rundere Kontaktfläche mit der Straße und folglich einen geringeren Rollwiderstand zu schaffen.
Die Innenbreite von Rennradfelgen – der Abstand zwischen den beiden Hakenflanschen, die den Reifenwulst aufnehmen – lag bis vor kurzem bei etwa 14 mm. Bei der ersten Ernte breiterer Felgen wuchs dieser Abstand auf etwa 16 mm, und jetzt nehmen die Hersteller sie wieder breiter. Die neueste Aeolus TLR D3-Reihe von Bontrager, die Anfang dieses Jahres auf den Markt kam, erweiterte diese Breite gegenüber der vorherigen D3 um 17.5 mm auf massive 19,5 mm, eine erhebliche prozentuale Steigerung. Eine Warnung kommt jedoch von Michel Lethenet vom Laufradhersteller Mavic. „Beide Elemente [Reifen und Felge] müssen idealerweise perfekt aufeinander abgestimmt sein, um das System zu verbessern. Wenn nicht, macht es bei steigender Massenträgheit, rotierendem Gewicht und Luftwiderstand keinen Sinn, einfach einen breiteren Reifen zu verwenden. Hinzu kommt der Sicherheitsaspekt, den man bedenken sollte, wenn man das Gegenteil betrachtet – einen schmalen Reifen auf einer zu breiten Felge. Dadurch besteht ein hohes Risiko, dass der Reifen nicht richtig sitzt und möglicherweise abplatzt.’
Sicherheit bei etwas so Wichtigem wie Reifen ist von größter Bedeutung, und Quan fügt hinzu: „Derzeit scheinen 17-18 mm [interne Felgenbettbreite] in Ordnung zu sein, aber breiter, sagen wir bis zu 20 mm, und wir steigen ein Neuland. Im Moment haben wir keine negativen Auswirkungen gesehen, aber es ist noch nicht wirklich im Mainstream zu sehen.’
Handles Messias
Nur um zu beweisen, dass Räder vielleicht die komplexesten Probleme sind, die Ingenieure angehen müssen, gibt es eine weitere wichtige Überlegung in der Designvorgabe: Handhabung.
„Es ist ein enorm wichtiger Faktor“, sagt Simon Smart, technischer Direktor von Smart Aero Technology und Designer des Aero-Radsystems (Enve SES) von Enve Composites. „Wenn wir sieben Jahre zurückgehen, würden Athleten in den Windkanal kommen und wir würden den schnellsten Laufradsatz für sie identifizieren. Aber wir haben festgestellt, dass die Räder in der realen Welt oft langsamer waren. Das lag nicht daran, dass der Windkanal falsch war, sondern einfach daran, dass die Fahrer beim Rennen keine gerade Linie h alten konnten, weil den Rädern die Stabilität fehlte.’
Ein Teil des schnellen Fahrens besteht darin, die Kontrolle zu beh alten. Wenn also ein Rad bei Seitenwind oder turbulenter Luft nicht stabil genug ist, verliert man das Vertrauen, schnell zu fahren, und die Leistung leidet unweigerlich. „Für mich war die Fahrstabilität das Wichtigste, was der Laufradleistung fehlte, und ich wusste, dass ich, wenn wir ein stabileres Vorderrad entwickeln könnten, selbst wenn es sich im Windkanal als etwas langsamer herausstellen würde, ich wusste, dass es in der realen Welt schneller sein würde “, sagt Smart.„Deshalb habe ich das Entwicklungsprogramm mit Enve begonnen, wobei die Handhabung an erster Stelle stand.“
All dies deutet darauf hin, dass Rad und Reifen als Gesamtpaket für eine optimale Lösung zusammenarbeiten müssen, nicht nur in Bezug auf die Aerodynamik, sondern auch in Bezug auf Stabilität bei Geschwindigkeit, berechenbares Handling und geringeren Rollwiderstand. Werden Radhersteller vor diesem Hintergrund in Zukunft enger mit Reifenherstellern zusammenarbeiten?
Bei Bontrager sind sie bereits ein und dasselbe. Ray Hanstein, Produktmanager für Laufräder bei Bontrager, sagt: „Unsere Laufrad- und Reifeningenieure gelten als gleich. Räder und Reifen sind so miteinander verwoben, dass man das eine nicht zu seinem vollen Potenzial entwickeln kann, ohne das andere genau zu verstehen. Diese Jungs arbeiten im selben Raum, fahren zusammen, essen zusammen zu Mittag.“Ähnlich verhält es sich bei Mavic und Zipp, die ihre eigenen Reifen und Laufräder herstellen und so genau aufeinander abgestimmte Produkte herstellen können. Die große Frage, die es noch zu beantworten gilt, ist: Haben wir den Höhepunkt erreicht? Smart sagt: „Das Design von Felgen ist eine ziemliche Herausforderung, aber aufregend. In den letzten fünf Jahren hat sich das Rahmendesign ziemlich verändert, und es sind Dinge wie die Zulassung breiterer Reifen, die uns die Freiheit gegeben haben, noch breitere Felgen zu erkunden. Wie bei den meisten Dingen gibt es einen Punkt, an dem die Rendite abnimmt, aber ich glaube nicht, dass wir den Höhepunkt noch erreicht haben.’
Letztendlich sind breitere Reifen und entsprechend breite Laufradprofile die Richtung, in die sich die Branche bewegt, und die richtige Wahl für Fahrer, wenn Sie unter den Bedingungen, denen wir alle tagtäglich ausgesetzt sind, maximale Gewinne erzielen möchten, mit vorhersagbarem Handling obendrein. Die Wissenschaft unterstützt es, also könnte es an der Zeit sein, die enge Sichtweise abzulehnen und weit zu gehen.