Sind aerodynamische Felgen ein zusätzliches Gewicht wert?

Ich hatte den Eindruck, dass es wichtig ist, das Gewicht Ihrer Räder zu reduzieren. Ich stelle jedoch fest, dass viele der extrem hochwertigen aerodynamischen Felgen tatsächlich schwerer sind als billigere Felgen desselben Herstellers.

Beispielsweise:

• Eastons relativ neue EA90 SLX-Räder bringen 1398 Gramm auf den Markt und kosten etwa 1000 Dollar für ein Paar, während die Super-High-End- EC90 TKO 1545 Gramm für den doppelten Preis kosten .

• Die Kysrium Elite S- Räder von Mavic wiegen 1520 g und sind mit 1640 g weniger als ein Drittel schwerer als die High-End Cosmic Carbone 80- Räder.

• Die 30 Drahtreifen von Zipp kosten bei 1655 g nur 850 USD für ein Paar, während die 808 Firecrest® Carbon Drahtreifen 3000 USD kosten und 1730 g wiegen.

Offensichtlich scheinen die Preise die Vorstellung zu stützen, dass Aerodynamik mehr als ein paar hundert Gramm Gewicht ausmacht, aber ab wann gleicht das hinzugefügte Gewicht die Zunahme aus? Oder ist die Bedeutung der Reduzierung des Rotationsgewichts überbewertet ?

Offensichtlich scheinen die Preise die Vorstellung zu stützen, dass Aerodynamik mehr als ein paar hundert Gramm Gewicht ausmacht, aber ab wann gleicht das hinzugefügte Gewicht die Zunahme aus?

Eine genaue Berechnung hängt von der Gesamtmasse von Ihnen und Ihrem Fahrrad, Ihrer Geschwindigkeit, dem Wind und dem Winkel ab, ob Sie gerade bergauf oder bergab fahren oder von der Geschwindigkeit, die Sie fahren (oder von der Kraft, die Sie haben). löschen). Wir können jedoch für viele dieser Variablen Baseball-Schätzungen vornehmen, um eine ungefähre Antwort zu erhalten.

Nehmen wir an, die Aero-Räder bringen 100 Gramm Gesamtmasse im Vergleich zu den "serienmäßigen" Rädern auf und reduzieren im Gegenzug die Luftwiderstandsfläche CdA um 0,005 m ^ 2. Dies ist eine Verbesserung des Ballparks für ein Flugzeugrad im Vergleich zu einer Standardfelge. Bei extrem gut konstruierten Rädern kann man jedoch den doppelten Unterschied (~ 0,01 m ^ 2) oder mehr feststellen, insbesondere bei hohen Gierwinkeln.

Die Leistungsgleichung für ein Fahrrad ist gut verstanden und wurde in dieser Antwort zum Fahrradstapelwechsel angegeben . Um den Punkt zu bestimmen, an dem es vorzuziehen ist, das geringere Gewicht gegen den Luftwiderstand auszutauschen, können wir geeignete Werte für Masse, Geschwindigkeit, Steigung usw. einsetzen und die Energieeinsparungen wie hier dargestellt darstellen.

Die folgende Abbildung vergleicht einen 80-kg-Fahrer plus Fahrrad mit Standardfelgen mit einem 80,1-kg-Fahrer plus Fahrrad mit Aero-Felgen. Wir gehen davon aus, dass die Aero-Felgen im Vergleich zu den Standardfelgen 0,005 m ^ 2 Luftwiderstand einsparen. Drei gepunktete Linien zeigen die Energieeinsparungen bei einem Anstieg von 5%, einer ebenen Straße und einer 5% igen Abfahrt. Die x-Achse zeigt die Geschwindigkeit des Fahrers in km / h, während die y-Achse die Einsparungen für die leichteren Räder zeigt. Wenn die gepunktete Linie über der durchgezogenen horizontalen Nulllinie liegt, ist es besser, leichtere Räder zu haben. Wenn die gepunktete Linie unter die durchgezogene horizontale Nulllinie fällt, ist es besser, aerodynamischere Räder zu haben.

Wie Sie sehen, ist es nur für steile Anstiege bei niedriger Geschwindigkeit vorzuziehen, leichtere Räder zu haben. Für diesen speziellen Vergleich von Gewichtsersparnis und Luftwiderstandsersparnis ist der Vorteil jedoch gering und liegt unter einem Watt. Mit zunehmender Geschwindigkeit sinkt die gepunktete Linie schließlich unter Null und es wird besser, die Aero-Ersparnis zu wählen.

Das war für einen steilen Hügel. In der Ebene und bei Abfahrten sind Sie mit den Aero-Rädern fast immer besser dran.

Beachten Sie, dass die Energieeinsparungen noch relativ gering sind. Im Rennsport können sogar kleine Vorteile anfallen, die über Sieg oder Niederlage entscheiden. Beim normalen Freizeitfahren sollten Sie jedoch die Größe der leichteren Räder im Vergleich zu mehr Aero-Rädern berücksichtigen, insbesondere wenn Ihr Budget begrenzt ist. Nur Sie können entscheiden, ob der relative Nutzen kostengünstig ist.

Dachte, ich könnte ein paar zusätzliche Kommentare zu diesen sehr guten und umfassenden Beispielen für die Aero-V-Weight-Szenarien hinzufügen, die Robert letztes Jahr zur Verfügung gestellt hat.

Insbesondere das dynamische Szenario von Beschleunigungen in flachem Gelände, das etwas komplexer ist als das Fahren im Steady State.

Einige denken vielleicht, dass leichte Räder besser beschleunigen würden als schwerere Aero-Räder, aber das muss nicht unbedingt der Fall sein. In der Tat ist es wahrscheinlicher, dass das Gegenteil der Fall ist, da der Energiebedarf bei schneller Fahrt von zwei Faktoren dominiert wird. Änderungen der kinetischen Energie (einschließlich Rotation) und Überwindung des erheblichen und ständig zunehmenden Luftwiderstands.

Wenn Sie den Energiebedarf zur Überwindung des Luftwiderstands reduzieren, kann die dafür benötigte Energie stattdessen zur Steigerung der kinetischen Energie verwendet werden.

Ob dies zu einer Leistungssteigerung führt oder nicht, hängt von der Startgeschwindigkeit ab, von der Dauer der Beschleunigung sowie von der Größe der aerodynamischen Unterschiede und der Massendifferenz.

Ich gehe in diesem Blogeintrag, den ich letztes Jahr geschrieben habe, auf dieses Thema ein:

http://alex-cycle.blogspot.com.au/2013/02/the-sum-of-parts.html

In diesem Artikel vergleiche ich 10 Sekunden lange Beschleunigungen von null Geschwindigkeit und von einer Startgeschwindigkeit von 30 km / h. In den Beispielen verwendete ich einen typischen aerodynamischen Unterschied, den ich zwischen solchen Rädern gemessen habe, und einen übertriebenen Unterschied in der Radmasse von 0,5 kg.

Die Ergebnisse sind in Diagrammen dargestellt.

Es stellt sich heraus, dass, wenn Sie den Sprint mit einer Geschwindigkeit von 30 km / h starten, der schwerere Aero-Wheel-Fahrer sofort vorausfährt und sein Vorsprung weiter zunimmt. Das schwerere Aero-Rad ist in diesem Szenario immer die bessere Wahl (ungeachtet der Vielzahl anderer Radauswahlfaktoren, die ich im verlinkten Beitrag umreiße):

Es unterscheidet sich jedoch ein wenig von einem Stopp, bei dem der Fahrer mit dem leichteren Rad einen anfänglichen Vorteil hat. Der schwerere Fahrer mit dem Aero-Rad beginnt jedoch nach etwa 7 Sekunden aufzuholen und übernimmt den Fahrer mit dem leichteren Rad und fährt danach vom Fahrer mit dem leichteren Rad weg .

Ein Hot-Dog-Kritiker, der sich kurz vor dem Stillstand befindet, stellt ein interessantes Dilemma dar und könnte möglicherweise von einer individuelleren Bewertung profitieren. Andernfalls wird ein Aero-Laufradsatz fast immer schneller und / oder benötigt weniger Energie und beschleunigt schneller, wenn das Rennen in Kurven nie so stark verlangsamt wird .

Natürlich hängt das genaue Szenario für jeden Einzelnen von der Form seines Sprint-Kraft-Zeit-Diagramms ab, da einige Fahrer eine höhere Spitzenleistung haben, einige Fahrer eine schnellere Leistungsabnahme erfahren und so weiter.

Die Prinzipien ändern sich jedoch nicht, da die Art und die Gesamtform der Parzellen ähnlich sind, da die Energieversorgung festgelegt ist und die Summe der einzelnen Energiebedarfsfaktoren, dh kinetische Energieänderungen, Überwindung des Luftwiderstands und Rollwiderstand, überwunden werden muss , mögliche Energieänderungen (Schwerkraft), Reibung des Antriebsstrangs. Benötigen Sie weniger Energie für eine und mehr ist für die anderen verfügbar.

In diesem Artikel befasse ich mich auch mit den Auswirkungen von Unterschieden in der Radmasse / dem Trägheitsmoment, die sich als so kleiner Faktor herausstellen, dass sie fast vernachlässigbar sind.

Ich denke, das hängt von der Strecke ab, auf der Sie fahren. Profis haben mehrere Laufräder und verwenden je nach Tageskurs unterschiedliche Laufräder. Das Gewicht macht wirklich nur dann einen großen Unterschied, wenn Sie klettern oder beschleunigen. Für eine Strecke mit viel Klimatisierung, bei der der Luftwiderstand ohnehin minimal ist, wählen sie häufig einen sehr leichten Laufradsatz ohne aerodynamische Felgen. Auf flachen Strecken und bei Zeitfahren, bei denen die Aerodynamik einen größeren Vorteil bietet, werden sie mit den etwas schwereren aerodynamischen Rädern eingesetzt.

Ich habe kürzlich eine zusätzliche Analyse der Modellierung durchgeführt, auf die ich in meiner vorherigen Antwort verwiesen habe. Diesmal wurde eine realistische Leistungskurve für Beschleunigungen ausgehend von einem stehenden Start und ausgehend von zwei rollenden Startszenarien anstelle der im früheren Modell angenommenen flachen 1000 W verwendet.

Der vollständige Link ist hier: http://alex-cycle.blogspot.com.au/2014/12/the-sum-of-parts-ii.html

Kurz gesagt, die Schlussfolgerungen sind die gleichen, nur geringfügige Unterschiede im genauen Zeitpunkt, zu dem Aero in einem stehenden Start vorteilhafter wird. Wenn Sie bereits auf flachem Gelände rollen, ist dies immer die bessere Wahl, und ich habe ein drittes Szenario hinzugefügt, eine Beschleunigung von einer niedrigen Startgeschwindigkeit auf einen Hügel (denken Sie an ein Kriterium für eine Kehrtwende am Fuß des Hügels). In diesem Fall gewinnt das Aero-Rad, es sei denn, die Ziellinie befindet sich kurz vor der Kurve.

Beachten Sie, dass die Energieeinsparungen noch relativ gering sind. Im Rennsport können sogar kleine Vorteile anfallen, die über Sieg oder Niederlage entscheiden. Beim normalen Freizeitfahren sollten Sie jedoch die Größe der leichteren Räder im Vergleich zu mehr Aero-Rädern berücksichtigen, insbesondere wenn Ihr Budget begrenzt ist. Nur Sie können entscheiden, ob der relative Nutzen kostengünstig ist.