Faszination Rennrad

I. Inhaltsverzeichnis

Vorwort

II. Abkürzungs- und Formelzeichenverzeichnis

1. Einleitung
1.1 Geschichte des Fahrrades/Rennrades
1.2 Fahrradtypen
1.3 Die Typologie des Rennrades
1.4 Bauteile und Baugruppen

2. Physikalische Grundlagen
2.1 Warum kann man überhaupt Fahrrad fahren?
2.2 Widerstände
2.2.1 Fahrwiderstände FF
2.2.2 Fahrradwiderstände
2.3 Arbeit, Energie, Drehmoment und Leistung
2.4 Bremsen/Bremsverhalten
2.4.1 Allgemeines
2.4.2 Bremsvorgang
2.4.3 Weitere Bremsphysik
2.4.4 Bremsflattern
2.5 Getriebeübersetzung

3. Aerodynamik
3.1 Der Luftwiderstand
3.1.1 Stirnfläche A
3.1.2 cw- Wert
3.2 Sitzposition
3.3 Aerodynamische Optimierungen
3.4 Windschattenfahren

4. Technik
4.1 Der Rahmen
4.1.1 Geometrie
4.1.2 Fertigungsverfahren
4.1.3 Werkstoffe
4.1.4 Rahmenbelastungen und Auslegung
4.2 Laufräder
4.2.1 Nabe
4.2.2 Speichen
4.2.3 Felge
4.2.4 Reifen
4.2.5 Sonderbauformen
4.3 Sattel/Sattelstütze
4.3.1 Sattel
4.3.2 Sattelstütze
4.4 Steuereinheit
4.4.1 Gabel
4.4.2 Steuersatz
4.4.3 Vorbau
4.4.4 Lenker
4.5 Komponenten
4.5.1 Bremsen
4.5.2 Schaltung
4.5.3 Brems-/Schalthebel
4.5.4 Antriebsstrang
4.6 Übersetzung
4.7 Pedale

5. Biomechanik
5.1 Beteiligte Muskeln
5.2 Trittfrequenz
5.3 Der „RUNDE TRITT“
5.4 Energiebilanz

6. Schlussbemerkung

7. Quellenverzeichnis

Vorwort

Faszination Rennrad: Kaum ein anderes Sportgerät löst so viele Emotionen aus und verbindet den Maschinenbau so ästhetisch mit dem Menschen. Dabei ist das Rennrad die effektivste Methode sich mit eigener Muskelkraft fortzubewegen.

Seine Attribute: Geschwindigkeit und Leichtigkeit - durch die immer weiter verbesserte Technik nähert sich das Rennrad von Jahr zu Jahr (und das schon seit mehr als 100 Jahren) immer mehr dem Zustand der Perfektion. Was auch den Alltagsradler heute freut, sind vielfach Entwicklungen, die es ohne das Rennrad nie gegeben hätte. Der Schnellspanner, die Aluminiumkurbeln oder die Gangschaltung sind hierfür typische Beispiele. Sie wurden für den Profiradsport entwickelt.

Grund genug, die Faszination mit dieser Studienarbeit zu honorieren und einen Blick hinter die Kulissen zu werfen. Was steckt maschinenbaulich hinter dem Rennrad? Welche Werkstoffe werden heutzutage verwendet? Welche Rolle spielt die Aerodynamik während des Fahrens? Wie wird ein Rahmen hergestellt? Verbunden mit ganz elementaren Fragen wie: Warum fährt ein Rennrad überhaupt?

Diese Studienarbeit soll ein umfassendes Werk werden, das den Anspruch hat, die maschinenbaulichen und physikalischen Aspekte eines Rennrades zu erläutern. Es soll gleichermaßen als Nachschlagewerk und kleines Lehrbuch über die Technik eines Rennrades zu gebrauchen sein.

Die Passion „Rennradfahren“ soll hier auf verständliche Weise mit der Passion des Maschinenbaus verknüpft werden. Da die Popularität des Rennradsports ständig zunimmt, nimmt auch die Popularität des Rennrades und damit des Rennradfahrens weiter zu. Zumal auch durch die Sportarten Duathlon und Triathlon das Rennrad technisch immer weiter verbessert wird und die großen Athleten dieser Welt Rennmaschinen im Wert von mehr als 10.000 Euro bewegen. Das Rennrad bleibt jedoch trotz aller technischen Vorstöße immer eine Technik zum Anfassen und Selbstbasteln.
Herrn Prof. K. Hoseus danke ich für die freundliche Betreuung und die wertvollen Hinweise.

Mannheim, Juni 2004

II. Abkürzungs- und Formelzeichenverzeichnis

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1. Einleitung

In der Einleitung sollen kurz allgemeine Erklärungen zum Fahrrad erörtert werden. Eine Abgrenzung des Rennrades zu anderen Fahrradtypen wird ebenso gegeben wie auch eine Skizze mit Erklärungen zum Rennrad um in die Fachterminologie einzusteigen

1.1 Geschichte des Fahrrades/Rennrades

Im Folgenden soll kurz die Geschichte des Fahrrades und später des Rennrades geschildert werden:

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1817 erfand der badische Forstbeamte Freiherr Karl von Drais eine Laufmaschine, um längere Strecken schneller zurückzulegen. Nach dem Erfinder hießen die Laufmaschinen Draisinen. Hierbei waren die Beine vom Körpergewicht entlastet und der Schwerpunkt blieb bei ebener Strecke stets auf gleicher Höhe (ZDF, 2004).

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Die Zeitungen meldeten (Draisine, 2001): "Freiherr von Drais lief von Mannheim nach Schwetzingen in einer kleinen Stunde, die Postkutsche braucht dafür vier Stunden." (Bild 1-2) Die Draisine war, wie in Bild 1-1 ersichtlich, fast ausschließlich aus Holz gefertigt. Der Geschwindigkeitsrekord lag bei ca. 15 km/h (Veith, 2001).

Pedalveloziped und Hochrad (1861-1880)

Ab 1861 tauchten in Frankreich Räder mit einem Pedalantrieb beim Vorderrad auf. Zum Betrieb dieses Fahrrads brauchte man schon eine gewisse Geschicklichkeit, da die Beine während der Fahrt keinen Bodenkontakt hatten. Bei einer vollen Pedalumdrehung dreht sich das Vorderrad genau einmal.

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Diese Räder nannte man auch "Knochenschüttler": Die Felgen der Räder waren noch nicht "luftbereift", so dass der Fahrer, der sich jetzt völlig auf dem Fahrrad befand, jede Erschütterung zu spüren bekam. Erst mit der Einführung der pneumatischen Reifen (1888 durch Dunlop) konnte der Fahrkomfort erhöht werden.

Ende des 19. Jahrhunderts wurde das Hochrad (Bild 1-3a) dann nach England „exportiert“. Dort fanden auch die ersten Hochradrennen statt. Die Entwicklung ging sehr schnell voran, da die Engländer immer das Bestreben hatten noch schnellere Fahrräder zu bauen. Vom englischen Konstrukteur Humber wurde 1890 der Fünfeck- oder Trapezrahmen erfunden. Diese Rahmen haben sich im Grundsatz bis zum heutigen Tag als Fahrradrahmen bewährt. Ein Rahmen aus zwei Dreiecken, mit sehr viel Stabilität und Stoßfestigkeit. 1898 führt Moreau den Freilauf im Hinterrad ein – ab jetzt muss bei Bergabfahrten nicht mehr mitgekurbelt zu werden.

Das erste größere Radrennen fand 1880 im Nüncher- Velociped- Club statt, es war vier Kilometer lang und brauchte eine Zeit von 11:21 Minuten. 1881 konnte man beim gleichen Veranstalter schon ausländische Konkurrenz unter 24 Teilnehmern begrüßen.

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Da sich in den letzen 100 Jahren keine grundlegenden Dinge in der Konstruktion des Fahrrades geändert haben, folgt nun eine Dokumentation, welche Änderungen sich im Rennradbereich ergeben haben (Veith, 2001).

Die „Panther Werke“ sind die älteste deutsche Fahrradfabrik (gegründet 1893). Das Rennrad Panther Modell 60 (Bild 1-3b) zeigt ein typisches Rennrad, kurz nach der Jahrhundertwende. Der Diamantrahmen ist für heutige Verhältnisse sehr groß, das riesige Kettenrad springt ins Auge.

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