CARBON-RAHMEN und BILAMINATE DAMPING™ 

Leichtere Fahrräder: Wie viel schneller sind sie tatsächlich?

Diese uralte Frage - und die daraus resultierende Debatte zwischen Ingenieuren und Enthusiasten - ist endlich geklärt. Ingenieure hatten behauptet, das Gewicht sei relativ unwichtig. Sie bestanden darauf, dass jedes Fahrrad, selbst eines mit einem Gewicht von 50 kg, auf völlig flachen 100 Kilometern gleich schnell sein würde. Bewaffnet mit kryptischen Formeln wollten die Ingenieure uns glauben machen, dass ein schwereres Fahrrad nur beim Beschleunigen oder Anstiegen ein Nachteil sei. Radsport-Experten (darunter Zeitschriftenredakteure, gelobte Konstrukteure und siegreiche Rennfahrer) wussten es besser. Ein leichteres Fahrrad, erklärten sie, sei der wahre Weg zu Geschwindigkeit und Leistung. Wollt ihr schneller fahren? Kauft einen leichteren Rahmen und rüstet ihn mit leichteren Komponenten aus! Sie sagten uns, dass die Einsparung von einem Kilogramm an rotierendem Gewicht (Räder und Pedale) genauso gut sei wie die Einsparung von zwei Kilogramm an Rahmengewicht. Besser noch, man versicherte uns, ein Kilogramm am Rahmen einzusparen, sei so gut wie zwei Kilogramm Körpergewicht einzusparen. Wessen Argumente gewannen? Die meisten von uns stellten sich auf die Seite unserer Helden und ignorierten die Ingenieure. Was macht schließlich mehr Spaß: Diät halten, trainieren oder leichtere Laufräder kaufen?

Nachdem wir in unsere Carbon-Rahmen, Titan-Hardware und federleichten Laufräder investiert hatten, fühlten wir uns um Stunden schneller. Zumindest, so redeten wir uns ein, verbesserten sich unsere Zielzeiten um Dutzende von Minuten. Jetzt, da Tausende von Enthusiasten Wattmessgeräte verwenden, welche die Leistung des Hinterrads genau aufzeichnen, beweisen wiederholte Praxistests, dass die verflixten Ingenieure recht hatten. Die Auswirkung des Fahrradgewichts auf die Geschwindigkeit ist leicht quantifizierbar und entspricht der Newtonschen Physik. Selbst bei einer außergewöhnlich langen Fahrt ist ein leichteres Fahrrad nur ein paar Sekunden schneller. Von Minuten konnte gar nicht erst die Rede sein.

Wattmeter-Ergebnisse

• Auf einer völlig flachen 160-Kilometer-Fahrt verlangsamt 0,5 kg Zusatzgewicht einen Radfahrer um etwa 8 Sekunden (aufgrund des erhöhten Rollwiderstands).
• Auf einer anspruchsvollen 160 Kilometer Strecke verlangsamt 0,5 kg zusätzliches Gewicht einen Radfahrer um etwa 30 Sekunden.
• Auf der Alpe d'Huez, wo die Steigung im Durchschnitt 7,9 % auf 13,8 Kilometer beträgt, haben Profifahrer mit Wattmessern bestätigt, was Isaac Newton Jahrhunderte zuvor herausfand. An diesem berühmten Anstieg führt die Energie, die benötigt wird, um ein halbes Kilogramm um 1.090 Höhenmeter zu heben, dazu, dass Solokämpfer den Gipfel etwa 30 Sekunden später erreichen.

Der Unterschied zwischen 0,5 kg Rahmengewicht und 0,5 kg Laufradgewicht? Weniger als eine Sekunde. Überschüssiges Körpergewicht, das sowohl gehoben als auch ernährt werden muss, hat etwas mehr Auswirkungen als überschüssiges Fahrradgewicht.

Entmutigt durch diese Nachricht? Für Tandem-Fahrer wird es nur noch schlimmer. Wenn Ingenieure die doppelte Leistung einsetzen, bestätigen ihre Formeln, dass das Rahmengewicht eines Tandems nur noch halb so wichtig ist. Wenn der Rahmen eures Tandems z. B. 0,5 kg zu viel wiegt, wirst du und dein Partner ein anspruchsvollen 160 Kilometer Trip (oder den Gipfel von Alpe d'Huez) etwa 15 Sekunden langsamer beenden. Wenn ihr die Gesetze der Newtonschen Physik nicht aushebeln könnt, wird der Geschwindigkeitsvorteil eines leichteren Rahmens bei den meisten Tandemfahrten nicht mehr als 10 Sekunden betragen.

Kann ein leichterer Rahmen langsamer sein?

Ein leichterer Rahmen kann euch nicht mehr Zeit sparen wie die oben genannten Beispiele zeigen. Jedoch kann er euch sogar langsamer machen. Wenn euer Rahmen, der durch das Pedal verursachten Biegung nicht ausreichend widersteht, wird Energie, die euch vorwärtstreiben könnte, stattdessen in der seitlichen Rahmenverformung verschwendet (Wärme statt Vortrieb wird erzeugt).

Obwohl der Vorteil eines leichteren Rahmens geringer ist, als die meisten von uns früher glaubten, ist die Energie, die benötigt wird, um zu beschleunigen und/oder zusätzliches Gewicht zu heben, nicht zu leugnen. Während euer Körpergewicht schwer zu kontrollieren ist und die leichtesten Fahrradkomponenten versagen oder verschleißen können, sollte ein leichter und gut konstruierter Rahmen jahrzehntelang zuverlässige Leistung bieten. Weil ein leichterer und effizienterer Rahmen angenehmer zu fahren ist, werdet ihr ihn öfter benutzen. Die zusätzliche Nutzung ist der Faktor, der die Kosten für einen Rahmen leicht rechtfertigt. Wenn ihr die Kosten auf mehrere Jahre verteilt, werden die leichteren und effizienteren Rahmen von Santana zu einem gesunden Schnäppchen und zu einer hervorragenden Langzeitinvestition.

Da die Auswirkung des Gewichts relativ gering ist (und die leichtesten Rahmen der führenden Tandemhersteller alle innerhalb einer Spanne von einem Kilogramm liegen), ist es möglich zu glauben, dass ein neuer Rahmen es Ihnen ermöglicht, mit schnelleren Paaren mitzuhalten? Oder konkreter: Gibt es eine neue Technologie, die es Ihnen ermöglicht, vor den jüngeren, fitteren oder stärkeren Teams ins Ziel zu kommen? Die gibt es tatsächlich. Wir nennen es Bilaminate Damping™.

Wichtiger als Gewicht

Auch wenn die meisten Radfahrer bisher noch nichts von Bilaminate Damping™ gehört haben (Santanas spezifische Anwendung eines Phänomens, das Ingenieure als Constrained Layer Damping oder CLD bezeichnen), ist diese aufregende Technologie ein Game-Changer, der Ingenieuren bei Boeing und Ford hilft, die nächste Generation von Flugzeugen und Autos zu definieren. Santana wurde auf die Constrained Layer Damping-Technologie aufmerksam, nachdem sie versucht hatten, Dutzende von Berichten zu verstehen, die sie von Besitzern ihrer mit IsoGrid®*-Carbon Rohren gebauten Beyond-Rahmen erhalten hatten. Die meisten dieser Paare waren von einem früheren Santana umgestiegen, und fast alle berichteten von längeren Fahrten bei höheren Geschwindigkeiten. Besonders faszinierend waren die Berichte von sportlichen Senioren, die behaupteten, dass ihr Beyond "die Zeit zurückgedreht" hat und es ihnen ermöglicht, die Leistung, die sie im Alter verloren hatten, wiederzuerlangen. Da das Santana-Designteam wusste, dass diese fantastischen Berichte unmöglich durch das Gewicht unseres Beyond-Rahmens (der nur 700g leichter ist als ihre mit Titan oder Scandium gebauten Rahmen) erklärt werden konnten, beauftragte Santana eine Gruppe von Ingenieuren, eine Erklärung zu liefern. Ihre Antwort, die aus drei Wörtern bestand, "Constrained Layer Damping", führte zu einer überraschenden Entdeckungsreise.

Nach vier Jahren zusätzlicher Forschung und Fahrversuchen verstand Santana die Constrained-Layer-Dämpfung gut genug, um zu erklären, warum ihr euch jünger fühlen werdet. Darüber hinaus hat Santana erkannt, dass eine fortschrittliche Version dieser Technologie (d.h. Bilaminate Damping™) tatsächlich entscheidender ist als das Rahmengewicht und es euch ermöglichen kann, längere Fahrten zu genießen und das Ziel um Minuten schneller zu erreichen.

Interessiert? Dann lies weiter, um eine unerwartete Ursache für die Leistungssteigerung beim Radfahren zu entdecken.

Welche Rolle spielt die Vibration?

Wenn du während der Fahrt deine Fingerspitzen auf euren Rahmen legst, spürst du die Vibrationen, die durch das Abrollen der Räder auf der Fahrbahn entstehen. Experten bestätigen, dass alle Materialien in Resonanz gehen, und dass dünnere Abschnitte von hochfesten Materialien auf unbestimmte Zeit nachhallen. Ihr Fahrradrahmen schwingt nicht nur wie eine Stimmgabel, sondern je leichter und steifer der Rahmen ist, desto stärker ist die Vibration.

Das erklärt, warum ein klingendes Windspiel aus den gleichen Materialien hergestellt werden kann, aus denen auch leichte Fahrradrahmen bestehen (d.h. Aluminium, Stahl, Titan, Carbon und sogar Bambus). Der Unterschied ist natürlich, dass die anhaltenden Töne eines Windspiels angenehm sind. Anhaltende Straßenvibrationen sind es nicht. Während die Vibration, die wir über unsere Fingerspitzen wahrnehmen, harmlos erscheint, hat eine kilometerlange Belastung durch Straßenvibrationen eine schwächende Wirkung auf die menschlichen Gelenke und Muskeln. Je höher die Geschwindigkeit, desto stärker ist der Einfluss der Straße. Je leichter das Fahrrad, desto länger der Nachhall an Vibrationen. Selbst auf den ebensten Untergründen fordern Wettkampfgeschwindigkeiten und -räder einen Tribut an die Leistung, schränken die Ausdauer ein und lassen euch alt wirken.

Dämpft ein Carbon Rahmen nicht die Vibrationen? Obwohl bestimmte Materialien weniger schwingen als andere (was genau der Grund ist, warum anspruchsvolle Radfahrer den Komfort von Titan gegenüber Carbon und Carbon gegenüber Aluminium oder Stahl bevorzugen), ist der Grad der Schwingungsdämpfung zwischen verschiedenen hochfesten Materialien vergleichsweise gering. Ein leichter und steifer Rennrahmen aus Titan oder Carbon kann weniger komfortabel sein als ein Freizeitrahmen aus Aluminium oder Stahl.

Wie Bilaminate Damping™ funktioniert

Wenn zwei Materialien, mit unterschiedlichen Frequenzen ihrer Eigenresonanz, miteinander verbunden werden, hemmen diese sich gegenseitig vor Vibrationen. Ingenieure nennen das "Constrained Layer Damping". Wenn zudem die Gewichte der Materialien ungefähr gleich sind, heben sich die beiden Frequenzen gegenseitig auf. Die Wirkung von Bilaminate Damping™ ist unmittelbar und tiefgreifend, da Schwingungen beseitigt werden.

Der ursprüngliche Plan von Boeing für ihren 787 Dreamliner war eine Voll-Carbon Struktur. Auf halbem Weg durch die Entwicklung änderten sie das Design zu einem ungefähr gleichen Gewicht von Carbon und Aluminium. Durch sorgfältige Ingenieurleistung und dem Einsatz von Constrained Layer Damping (CLD) verschwanden die Vibrationen ohne das Gewicht zu erhöhen. Ein Flug in einer 787 wird eure Wahrnehmung von Flugreisen verändern. Weil das leisere Flugzeug komfortabler ist, sind Flüge weniger ermüdend. Wenn ihr den Unterschied einmal erlebt habt, werden andere Flugzeuge zweitrangig.

Die ultimative CLD

Santana schuf den Begriff Bilaminate Damping™ für eine fortschrittliche Adaption des Constrained Layer Damping. Typische CLD wird erreicht, indem tragende und nicht-tragende Materialien (in der Regel Gummimaterialien) in unausgewogenen Verhältnissen miteinander verbunden werden. Mit diesem einfachen Ansatz werden lediglich Schwingungen reduziert. Durch den Einsatz der patentierten ExoGrid®- und IsoGrid®*-Technologien von VyaTek eliminiert Santana die Verbindungsschicht, indem es extreme Hitze und Druck einsetzt, um ein proportioniertes und komplementäres Paar von sehr starken Materialien miteinander zu verschmelzen. Kurz gesagt: Andere CLDs fügen Gewicht hinzu, um Vibrationen zu reduzieren. Santana's Bilaminate Damping™ eliminiert Vibrationen, ohne ein einziges Gramm an nicht-tragenden Gewicht hinzuzufügen.

*IsoGrid® und ExoGrid® sind Markenzeichen für Vyatek‘s patentierte, hochmoderne Methode zur Herstellung der weltweit besten Hybrid-Verbundrohre aus Carbon und Metall.

Abbildungen:
Alpe d'Huez: File:Serpentinen AdHn.jpg - Wikimedia Commons