Der Rahmen für mehr Leistung

Inhaltsverzeichnis

Stabiler, leichter, windschnittiger – um konkurrenzfähig zu bleiben, müssen die Räder für Profifahrer ständig optimiert werden. Die Verbesserungen kommen neuerdings auch Freizeit-Rennradlern zugute.

Niederlagen sind für Ronny Hartnick nur dann verschmerzbar, wenn eines sonnenklar ist: Es lag nicht am Material. Denn sonst wäre dem Chefentwickler für Radsport am Institut für Forschung und Entwicklung von Sportgeräten (FES) in Berlin ein Fehler unterlaufen. Und das will er unbedingt vermeiden. Deshalb scheut Hartnick bei der Entwicklung seiner Hightech-Rennräder für die deutsche Bahnrad- und Zeitfahrelite keine Mühen. Wann immer es geht, begleitet er seine Schützlinge zu ihren Rennen und beobachtet die Konkurrenz: Wer hat auf welche Ideen gesetzt? Welche Materialien wurden verbaut? Hat das FES mit seiner Lösung einen neuen Standard gesetzt? Um letztere Frage mit "Ja" beantworten zu können, muss der Maschinenbau-Ingenieur sozusagen immer eine Radlänge vorn liegen.

Im Kampf auf der Bahn etwa entscheiden wenige Tausendstelsekunden Vorsprung über Sieg oder Niederlage. Hartnick setzt daher bei Material und Werkzeugen kompromisslos auf Hightech. Je nach Einsatzgebiet schneidert er den Athleten ihre Kohlefaser-Räder auf den Leib: Ist Ausdauerleistung gefragt, stehen eher die Aerodynamik und der Fahrkomfort im Vordergrund, beim Sprint darf der Rahmen kaum Angriffsfläche für den Fahrtwind bieten, muss möglichst dicht an der vom Radsportverband festgelegten Gewichtsuntergrenze von 6,8 Kilogramm liegen.

Zurzeit tüftelt der Radspezialist am Bahnrad-Prototypen für die Olympischen Spiele 2012 in London. Eine Sisyphusarbeit: Mehrere Wochen hat es allein gedauert, bis der Konstrukteur mit den Vorberechnungen des Rahmens zufrieden war. Dabei werden auf Basis der Finite-Elemente-Methode (FEM) zunächst die erforderlichen Steifigkeiten des Rennrahmens am Computer ermittelt. Hartnick simuliert dazu beispielsweise die Trittkräfte, die während eines Rennens auf die filigrane Röhrenkonstruktion einwirken. Erst wenn er den Materialmix, die Wandstärken und den Rohrdurchmesser so eingestellt hat, dass der Bereich um das Tretlager herum unter Last nur noch minimale Ausgleichsbewegungen zulässt, ist sein erstes Etappenziel erreicht.

Hat der Rahmen die geforderte Grundstabilität, macht sich der Radbauer an dessen aerodynamische Optimierung. Hartnick zieht dafür ein Computerprogramm zu Rate, das ursprünglich aus dem Flugzeugbau stammt. Mit der sogenannten Computational-Fluid-Dynamics-Simulation, kurz CFD, werden die Strömungsverläufe des Fahrtwindes um den Rahmen berechnet. Sind beispielsweise beim Renntempo von rund 60 Kilometer pro Stunde die am Unterrohr auftretenden Verwirbelungen zu groß, muss die Rahmenform angepasst werden. Dann startet Hartnick das CFD-Programm erneut und schaut, was seine Maßnahme gebracht hat. "Der Vorteil der CFD-Methode ist vor allem ihre Anschaulichkeit", verrät Hartnick. "Im Windkanal erfährt man nicht, warum etwas funktioniert, sondern nur, dass es funktioniert – der Computer zeigt es genauer." Er stellt in Farbplots detailliert Druckverhältnisse, Luftwiderstände an verschiedenen Fahrradkomponenten und Strömungsverläufe dar.

Nach dieser "Optimierungsorgie am Rechner" freue er sich jedes Mal wieder auf den handfesteren Praxisteil des Rahmenbaus, sagt Hartnick. Während seine Kollegen aus der Werkzeugfertigung die Form für den Rahmen-Prototypen bauen, erstellt Hartnick den sogenannten Laminatplan – denn kohlefaserverstärkten Kunststoff (CFK) gibt es in ganz verschiedenen Varianten. Aus bis zu vier unterschiedlichen Faserqualitäten könne er auswählen, erklärt der Radbau-Ingenieur. Grob unterscheidet man zwischen uni- und bidirektionalem Gewebe: Während Ersteres im Prinzip nur Kräfte in Faserrichtung aufnehmen kann, ist Letzteres deutlich gleichmäßiger in alle Richtungen belastbar. "Die Variante mit unidirektionalen Fasern ist leichter und bei exakter Verarbeitung gleichzeitig noch mal etwas steifer – aber auch empfindlicher", erklärt Hartnick. Sie kann ihre Vorteile daher nur in Rahmensektionen ausspielen, die keine Querkräfte erfahren. Je nach Belastung und geforderter Steifigkeit wird so für jeden Quadratzentimeter des Rahmens die entsprechende Faserqualität ausgewählt.