aero+

Die Symbiose aus Luftwiderstand, Handling und Effizienz.

die parameter von aero+

Bei der Weiterentwicklung eines Laufrades nach AERO+ hat die Optimierung der verschiedenen Parameter ein einziges Ziel: höhere Geschwindigkeiten!

TRANSLATIONSLUFTWIDERSTAND

Der Luftwiderstand ist die aerodynamische Kraft, die in Fahrtrichtung auf den Rennradfahrer trifft und ihn abbremst. Sie hängt von Geschwindigkeit sowie von der Angriffsfläche des Rennradfahrers (75 %) und des Rennrads mit den darin verbauten Komponenten (25 %) ab. Um diesen Translationsluftwiderstand zu minimieren, muss die Angriffsfläche des Gesamtsystems minimiert werden. 

Um eine höhere Geschwindigkeit zu erreichen, muss der Luftwiderstand vom ganzen System aus Fahrer und Rennrad minimiert werden. Denn der Luftwiderstand nimmt in Abhängigkeit zur Geschwindigkeit exponentiell zu. Ab 15 km/h ist der Luftwiderstand die grösste Kraft, die es zu überwinden gibt. Da das Vorderrad 8 % zum gesamten Luftwiderstand beiträgt, spielt das Verhalten des Laufrades eine bedeutende Rolle.

SEGELEFFEKT

Bei Seitenwind sind Rennradfahrer und ihre Rennräder seitlichen Kräften ausgesetzt, die das Fahrverhalten beeinflussen. Bei der Entwicklung von Laufrädern für Rennräder ist es das Ziel, diese Seitenkräfte zu minimieren und einen Segeleffekt zu provozieren – dies kombiniert mit der besten Fahrbarkeit. Man kann sich diesen Segeleffekt wie ein Segelboot vorstellen, dessen Segel den Wind einfängt und das Boot antreibt.

Beim Radfahren hat die Felge den gleichen Effekt und kann das gesamte System nach vorne schieben. Der grosse Vorteil bei moderatem Seitenwind mit Anströmwinkeln zwischen 0° und 20° besteht darin, dass der Rennradfahrer nicht mehr durch den Translationsluftwiderstand gebremst wird, sondern vom reduzierten Luftwiderstand profitiert. Abhängig von der Felgenhöhe und deren -form kann so der Luftwiderstand negative Wattwerte erreichen, was sogar einen Vorwärtsvortrieb bewirkt.

Hervorragende Segeleffekte bei Seitenwind treten mit zunehmenden Anströmwinkeln von bis zu 18° auf. Darüber hinaus kommt es zum Strömungsabriss, der den Luftwiderstand in der Folge wieder ansteigen lässt. 

QUINTESSENZ DES LUFTWIDERSTANDS -
DEIN FREUND & FEIND

Betrachtet man das windempfindlichere Vorderrad, so sind bei unterschiedlichen Windverhältnissen verschiedene Auswirkungen zu beobachten. Die Abbildung zeigt eine Modellkurve, die das Verhalten des Vorderrades im Wind darstellt.

Während die X-Achse den Winkel angibt, aus dem die Luft auf das sich bewegende Vorderrad strömt (Yaw), stellt die Y-Achse die Luftwiderstandswerte (Watt) dar. Bei Gegen- und leichtem Seitenwind wird der Radfahrer durch Luftwiderstand abgebremst. Die Watt-Werte sind positiv (oberhalb der roten Linie bei +/- 14° Yaw) und geben die Kraft an, die für den Vortrieb überwunden werden muss.

Seitenwind in Kombination mit hohen Felgenprofilen unterstützt den Radfahrer hingegen positiv. Wenn die Watt-Werte den negativen Bereich erreichen (unterhalb der roten Linie bei 15-20° Yaw), profitiert der Radfahrer vom Segeleffekt des Laufrades durch Vortrieb.

ROTATIONSLUFTWIDERSTAND

Die rotierenden Teile des Fahrrads, wie z.B. die Laufräder, bewegen sich nicht nur mit einer bestimmten Geschwindigkeit nach vorne, sondern erfahren auch einen Rotationsluftwiderstand. Der Rotationsluftwiderstand kann als die zusätzliche Reibung beschrieben werden, die entsteht, wenn das Laufrad mit den rotierenden Komponenten die Luft «durchschneidet».

Der Rotationsluftwiderstand macht bis zu 25 % des gesamten Luftwiderstandes aus, verglichen mit den 75 % des Translationsluftwiderstandes. Da die Speichen das tragende Verbindungselement zwischen Felge und Nabe sind, kommt ihnen eine besondere Bedeutung im Kampf gegen den Wind zu. 

Wichtig zu wissen: Je niedriger die Felgenhöhe, desto geringer der Einfluss des Segeleffekts. Längere Speichen in niedrigen Felgenhöhen führen zu einem höheren Rotationsluftwiderstand.

1) Rotationsluftwiderstand         2) Drehrichtung des Laufrads

LENKMOMENT

Seitenwinde erzeugen Kräfte auf das Laufrad und können einen Einfluss auf die Fahrbarkeit haben. Daher muss das Fahrverhalten unabhängig von äusseren Witterungsbedingungen wie starken und wechselnden Seiten- und Gegenwinden sicher und vorhersehbar sein. Um bei höheren Geschwindigkeiten die Kontrolle über das Fahrrad zu behalten, soll die AERO+ Felge ein möglichst geringes Lenkmoment aufweisen.

Der Rennradfahrer profitiert dadurch von einem vorhersehbaren und deshalb kontrollierten Lenkverhalten, bleibt länger in der aerodynamisch optimalen Position und erreicht höhere Geschwindigkeiten.

WARUM IST DAS LENKMOMENT SO WICHTIG?

Der Rennradfahrer spürt Seitenkräfte, die während einer Radausfahrt durch Seitenwinde und vorbeifahrende Fahrzeuge (ähnlich wie Windböen) unterschiedlicher Grösse und Geschwindigkeit auftreten. Sie können einen starken Einfluss auf das Laufrad ausüben und sind z.T. unberechenbar und für den Radfahrer gefährlich.

Je grösser der Anströmwinkel (Yaw) und je stärker die Windstärke, desto mehr muss sich der Rennradfahrer ständig an die erforderliche Gegenkraft anpassen, um geradeaus in die gewünschte Richtung zu fahren.

PHYSIKALISCHE ERKLÄRUNG DES LENKMOMENTS

Eine asymmetrische Verteilung der Kraft, welche bei Seitenwindwind auf das Vorderrad wirkt, erzeugt ein Lenkmoment.

WAS BEDEUTET DAS IM DETAIL?

Die Seitenkraftverteilung auf eine Laufradfelge ist bei Seitenwind asymmetrisch. Diese Asymmetrie erzeugt ein Moment (Lenkmoment) um die Lenkachse – also um die Achse, um welche sich das Laufrad und die Gabel beim Lenken drehen. Ein Entwicklungsziel der neuen AERO+ Felgenform war es, diese Asymmetrie durch eine gleichmässige Seitenkraftverteilung auf der Felge bei Seitenwind zu minimieren. Dies wurde mithilfe von CFD-Simulationen (Computational Fluid Dynamics) erreicht und durch Windkanaltests bestätigt.

1 Seitenkraftverteilung (visualisiert durch die Farbskala)
2 Lenkachse (weisse Linie)

ROLLWIDERSTAND

Beim Rollwiderstand geht es um mehr als nur die Kräfte, die aufgebracht werden müssen, um auf verschiedenen Oberflächen zu rollen oder Hindernisse zu überwinden. Breitere Felgeninnenmasse und breitere Reifen unterstützen die Fahreigenschaften wie Traktion und Komfort.

Breitere Reifen haben tendenziell einen positiven Einfluss auf den Rollwiderstand. Durch ihr grösseres Volumen haben sie eine breitere Aufstandsfläche und können mit weniger Luftdruck gefahren werden, ohne die Gefahr einzugehen, einen Platten einzufangen. Während schmale Reifen eine längere und schmalere Kontaktfläche haben, ist die Aufstandsfläche breiterer Reifen "kürzer".

Deshalb rollen moderne Reifen aufgrund der leichteren Deformation der Karkasse und der Aufstandsfläche besser – der Rollwiderstand nimmt ab.

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