Warum sind Aero Laufräder in der Gruppe sinnvoll?
Als erstes ein bischen Physik
Wir fahren mit 40 km/h, das bedeutet für die Nabe ebenfalls dieses Tempo.
Mit anderen Worten wir bewegen die Nabe in einer Stunde 40 Kilometer.
Nun einen Blick auf das rotierenden Laufrad. Am obersten Punkt hat es ein Tempo von 80 km/h.
Warum ?
Die Flege rotiert mit 40 km/h um die Nabe und die Nabe bewegt sich mit 40 km/h nach vorne (40 Km in einer Stunde). Das bedeutet wir müssen die Rotationsgeschwindigkeit des Vorderrades zur Geschwindigkeit der Nabe addieren.
Formel:
Rotationsgeschwindigkeit + Nabengeschwindigkeit = Geschwindigkeit des Punktes40 km/h + 40 km/h = 80 km/h
Nun zum untersten Punkt des Laufrades.
Wie am obersten Punkt müssen wir hier die Geschwindigkeit der Nabe und die Rotationsgeschwindigkeit des Laufrades addieren.
Formel:
Rotationsgeschwindigkeit + Nabengeschwindigkeit = Geschwindigkeit des Punktes– 40 km/h + 40 km/h = 0 km/h
Warum denn – 40 km/h ?
Am Kontaktpunkt des Reifens mit dem Boden hat dieser die Geschwindigkeit minus 40 km/h. Das Ergebnis ist immer Null.
Fazit:
Bei rotierenden Laufrad hat die Oberseite des Laufrades immer die doppelte Fahrergeschwindigkeit. Die Unterseite des Laufrades am Kontaktpunkt zum Boden ist die Geschwindigkeit immer Null.
OK – soweit ist noch alles klar – das war das Basiswissen der Aerodynamik eines Laufrades.
Nun bringen wir eine physikalische Größe noch hinzu – den Luftwiderstand.
Background Wissen Luftwiderstand: Der Luftwiderstand eines Laufrades erhöht sich bei bei steigender Geschwindigkeit ungefähr im Quadrat der Geschwindigkeit ( Verdopplung der Geschwindigkeit = Vervierfachung des Luftwiderstandes).
Fazit:
Fast der gesamte Luftwiderstand eines Laufrades wird in seinem obersten Drittel erzeugt. (Die höchste Geschwindigkeit entsteht dort !)
Nun zum eigentlichen Thema: Einer Gruppe mit 50 Km/h.
Wir fahren inmitten einer Gruppe im Windschatten. Die Gruppe fährt mit 50 km/h, die Vorderleute nehmen viel vom Fahrtwind weg (die Luft in der Gruppe bewegt sich deshalb mit 20 km/h). Die relativ zur Gruppe mitgeführten Luft hat dadurch eine Geschwindigkeit von nur 30 km/h. (50 km/h – 20 km/h). Die Laufräder haben jedoch an ihrer Oberseite eine Rotationsgeschwindigkeit von 100 km/h (doppelten Fahrergeschwindigkeit).
Wir ziehen 20 km/h ab (Geschwindigkeit der von der Gruppe mitgeführten Luft). Es bleiben also 80 km/h Windgeschwindigkeit an der Oberseite der Laufräder. Das ist genau der Widerstand, den die Laufräder bei 40 km/h ohne Windschatten hätten!
Fazit:
Wir sehen das durch den quadratisch ansteigenden Luftwiderstand die Laufräder ein Schlüssel zur Watt Ersparnis sind – denn Sie erzeugen einen beträchtlichen Widerstand.
Der Luftwiderstand des Fahrers selbst ist gering denn er ist nur ca. 30 km/h Windgeschwindigkeit ausgesetzt (sitzt im Windschatten).
Erkenntnis Gruppenfahrt:
Das Fahren im der Gruppe erzeugt nachfolgenden Zustand
- niederer Luftwiderstand (Gegenwind) für den Fahrer
- sehr hohe Rotationsgeschwindigkeit der Laufräder
Zusammenfassung:
In einer Windschattensituation geht der Luftwiderstand der Laufräder besonders hoch in die Betrachtung mit ein.
(Annahme: Windschattenfahrt mit höheren Geschwindigkeiten)
Widerstände (Luftwiderstände) von Fahrer und Rahmen verringern sich durch den Windschatten – spielen aber nicht die große Rolle.
Die Bedeutung des Luftwiderstands der Laufräder in der Gruppe nimmt jedoch darmatisch zu (hohe Rotationsgeschwindigkeit).
Aerodynamische Laufräder sind also überall dort von Vorteil – wo die Rotationsgeschwindigkeiten hoch sind – wie z.B.:
- beim Zeitfahren
- beim Rollen in der Gruppe (speziell auf flacher Strecke mit höheren Geschwindigkeiten)
Zusammenfassung Laufraddesign:
- hohen Geschwindigkeiten (oberes Drittel des Laufrades besonders an der Schnittstelle zur Felge) der Speichen = Luftverwirbelungen
Dies erfordert besonders aerodynamische Kunstgriffe am Laufrad:
- optimierte Speichenprofile (hohen Rotationsgeschwindigkeiten in mitgeführter Luft)
- Verkürzung des kritischen Bereiches durch eine hohe Felge (= verkürzt die Speichenlänge = reduziert die Geschwindigkeit der Speichen und somit die Rotationsgeschwindigkeit der mitgeführten Luft = verbessert die Aerodynamik des Laufrades stark)
- Optimierung der Schnittstelle Flege / Speiche (keine Nippel = Reduzierung der Luftverwirbelung)
- Reduzierung der Speichenzahl
- Gleichmäßige Anordung der Speichen auf der Felge (gleichmäßige Luftverwirbelung = Optimierung)
Darum sind hohe Felgen sehr vorteilhaft für die Aerodynamik und deshalb werden Felgen / Speichenübergänge optimiert.
Zum Schluß ein Wort zu Sicherheit:
12 Speichen ist das Minimum für reinen Zeitfahrbetrieb (Ebene)
16 Speichen ist das Minimum für den Allround Betrieb.
Hohe Felgen mit ca. 50 mm Felgenhöhe sind aerodynamisch toll – jedoch auch sehr empfindlich für Wind. Ein guter Kompromiß ist hier ca. 30 mm.