Alles über Rollwiderstand

Wissen, was schnell macht

Dicke oder dünne Reifen? Hoher oder niedriger Reifenluftdruck? Grobe oder feine Profilierung? Lesen Sie hier, was richtig schnell macht: die Wahrheit über den Rollwiderstand .

 

Kommentar: „Biker müssen beim Thema Reifen, reifenbreite und Luftdruck gründlich umdenken.“ MB-Mitarbeiter Peter Nilges

Fast 350 Testfahrten, insgesamt über 150 Kilometer Distanz. Dabei 8500 Höhenmeter in kräftezehrenden 16,2 Stunden reiner Fahrzeit bergauf. Ein äußerst aufwendiges Unterfangen. Doch warum das Ganze? Ganz klar: im Dienste der Wissenschaft. Diplom-Sportwissenschaftler Peter Nilges begab sich im Rahmen seiner Diplomarbeit (an der Deutschen Sporthochschule in Köln) auf die Suche nach der Wahrheit über den Rollwiderstand. Gerade der Einfluss von Reifenmodell, Reifenbreite und Reifenluftdruck wird nämlich seit Anbeginn des Mountainbikerennsports zu Recht heiß und vor allem kontrovers diskutiert. Dabei ist das Einsparpotenzial enorm – wie die zahlreichen Messungen ergeben haben.
Im Gelände etwa kann der Rollwiderstand über 50 Prozent der Gesamtleistung aufzehren, die zur Fortbewegung eingesetzt wird. Doch womit sind Biker nun wirklich schnell unterwegs? Grobes oder feines Profil? Breit oder schmal? Hoher oder niedriger Druck? Die Meinungen gehen weit auseinander. Einerseits schwören die meisten CC-Fahrer und Marathonisti noch immer auf 1,7er-Trennscheiben mit hohem Luftdruck um die vier bar – was auf ruppigen Abfahrten schon mal zum Plombenverlust führen kann. Andererseits haben viele breite Reifen mit sanftem Lowpressure-Riding für sich entdeckt. Doch wer hat nun Recht? Die Antwort blieb reine Spekulation – bis zur Veröffentlichung dieser Diplomarbeit. Bislang existierten keine wissenschaftlich fundierten und publizierten Daten zum Rollwiderstand im Mountainbikesport. Die brandneuen Ergebnisse liefern nun aber endlich eine konkrete Handhabe, welcher Reifen mit welchem Setup das Optimum für den jeweiligen Einsatzzweck darstellt – damit der Rollwiderstand stets möglichst gering bleiben möge.
Peter Nilges ermittelte die Rollwiderstandsleistung unter verschiedenen Voraussetzungen. Drei unterschiedliche Reifenmodelle (Schwalbe Fast Fred, Racing Ralph, Albert Brothers) in jeweils drei unterschiedlichen Breiten mussten Farbe bekennen, und das bei vier Prüfdrücken (1,5/2,0/3,0/4,0 bar). Als Teststrecke diente eine 460 m lange Steigung mit direkt nebeneinander gelegener Straße, Schotter und Wiese. Die Messung der Leistung erfolgte äußerst exakt mittels SRM-System (siehe Kasten S. 61). Die Geschwindigkeit betrug lediglich 9,5 km/h, um den Einfluss des Luftwiderstands zu minimieren. Gewichtsunterschiede zwischen den Prüfreifen wurden ausgeglichen. Zur Referenz maß die Firma Bohle den Rollwiderstand auf dem Rollenprüfstand – dessen Ergebnisse sich weitgehend mit denen der Straßenfahrten deckten.

 

Die Ergebnisse (Diagramm 1, S. 60) sprechen eine deutliche Sprache. Wie erwartet ist der Rollwiderstand auf dem unebenen Wiesenboden deutlich am größten, gefolgt von Schotter und Straße. Die grobstolligen „Albert Brothers“ rollen überall am schlechtesten. Der leicht profilierte Stollenreifen Racing Ralph läuft überraschenderweise auf der Straße leichter als der Semislick Fast Fred, im Gelände hingegen schlechter. Die Erklärung? Liegt wohl in der Anordnung des Profils und der Flexibilität der Karkassen. Obwohl die Stollen des Racing Ralph deutlich höher ausfallen, sind sie im Bereich der Lauffläche eng beieinander angeordnet, so dass ein fast durchgängiger Mittelsteg entsteht (hoher Positivanteil des Profils). Dadurch kann der Reifen auf festem Boden geschmeidiger abrollen und fällt nicht jedes Mal von einem Profilblock in den Zwischenraum des Profils, um dann wieder erneut angehoben zu werden. Im Gelände wiederum spielt die Flexibilität des Reifens eine größere Rolle als die Formgebung des Profils. Dünn gummierte Karkassen, wie sie bei Semislicks der Fall sind, können sich besser dem rauen Untergrund anpassen.
Wie wirkt sich die Reifenbreite aus? Im Test reichte sie von 2,0 bis 2,4 Zoll, also von 50 bis 62 mm. Die gewonnenen Daten (Diagramm 2) lassen Schmalspur-Fahrer aufhorchen. Während es auf der Straße keinen eindeutigen Unterschied zwischen einem breiten oder einem schmalen Reifen gibt, rollen im Gelände breite Reifen nachweislich leichter! Je rauer der Untergrund, umso größer der Vorteil, wie die Messungen auf der Wiese belegen. Betrachtet man die Reifenaufstandsflächen (Schaubild S. 59) zweier unterschiedlich breiter Reifen, so erkennt man, dass diese Flächen zwar gleich groß sind, jedoch eine andere Form aufweisen. Die des breiteren Reifens ist breiter und kürzer, wodurch sich auch der „bremsende“ Hebelarm (im Schaubild „f“) verkürzt, über den der Reifen abrollen muss. Zusätzlich besitzen breitere Reifen auch einen größeren Durchmesser, der ein besseres Abrollen ermöglicht. Die Messungen zum Reifenluftdruck liefern geradezu revolutionäre Ergebnisse. Auf der Straße hilft viel bekanntlich viel, wie man bereits seit vielen Jahren aus dem Rennradsport weiß. Ein prall aufgepumpter Reifen sorgt für ordentlichen Vortrieb. Auch viele Mountainbiker fahren bis heute wacker nach dieser Regel, übernehmen sie quasi widerspruchslos ins Gelände.

 

Die 460 m lange, kontinuierlich ansteigende Teststrecke bietet drei verschiedene Untergründe nebeneinander. Die durchschnittliche Steigung beträgt 5,7 Prozent.

Doch weit gefehlt! Sobald es ins Gelände geht, bleibt der Rollwiderstand mit weniger Luftdruck nicht gleich, wie hin und wieder vermutet wird, sondern er sinkt sogar! Und das bereits auf guten, feinkörnigen Schotterwegen (Diagramm 3). Je rauer der Untergrund, umso größer ist der Effekt, wie der Untergrund Wiese zeigt. Hier lassen sich im Schnitt ca. 20 Watt(!) einsparen, wenn der Luftdruck von 4,0 auf 1,5 bar abgesenkt wird. Die Hauptbegründung hierfür liegt in der rauen Beschaffenheit des Untergrundes.
An jeder Bodenunebenheit wird ein Teil der in Fahrtrichtung wirkenden Antriebsleistung benötigt, um den Fahrer samt Rad anzuheben. Dies ist mit dem Befahren einer kleinen Steigung vergleichbar, die entsprechend Hubarbeit abverlangt. Ein Reifen mit geringem Luftdruck kann sich Unebenheiten besser anpassen, das Gesamtsystem muss weniger stark und häufig angehoben werden. Der Widerstand sinkt, die Arbeit wird kleiner.
Diagramm 4 zeigt anschaulich, wie man unter Berücksichtigung der gewonnenen Erkenntnisse bis zu 50 Watt(!!!) im Durchschnitt einsparen kann, wenn man den breitesten Reifen im Testfeld
(2,4 Zoll) mit nur 1,5 bar fährt anstatt eines schmalen 2,1-Zöllers mit 4,0 bar Luftdruck. Und das auf derselben Strecke mit identischer Geschwindigkeit. Für ein Cross-Country-Rennen oder sogar eine Marathonrunde bedeutet die richtige Reifenwahl mit entsprechendem Setup daher Plätze und Minuten nach vorne!
Was heißt das für die Praxis? Nur wenn Biker überwiegend auf Straße unterwegs sind, sollten sie einen hohen Luftdruck fahren. Allerdings lässt sich auch hier ab einem gewissen Druck der Rollwiderstand nicht mehr verringern. Im Gegenzug sinkt der Komfort je-doch drastisch. Das beste Reifenmodell für die Straße ist ein Slick oder eines mit eng angeordneten Stollen auf der Lauffläche. Obwohl die Reifenbreite keinen Einfluss hat, sollten Biker aufgrund besserer Dämpfungseigenschaften dem breiteren Modell den Vorzug geben.
Wer im Gelände wirklich schnell unterwegs sein will, muss den Luftdruck absenken. Je rauer der Untergrund, umso größer der Effekt. Dazu verbessern sich Traktion und Komfort. Semislicks bieten durch ihren dünnen und flexiblen Aufbau die besten Voraussetzungen zur Minimierung des Rollwiderstands im Gelände. Jedoch steigt das Pannenrisiko, und die Traktion ist eingeschränkt. Die Frage nach der Reifenbreite geht eindeutig zu Gunsten der Fat Tyres aus, auch weil sie mehr Sicherheit gegen Durchschläge bieten.
Bei CC-Rennen oder Marathons mit nur geringem Asphaltanteil empfiehlt sich unbedingt ein geringer Reifenluftdruck in Verbindung mit einem breiten Reifen. Der oft kritisierte Aspekt des Mehrgewichts breiterer Reifen wird dabei am stärksten überschätzt, wie Messungen bestätigen. Beispielsweise verschlingt die Beschleunigung eines um 500 g schwereren Reifenpaares von 0 auf 25 km/h in vier Sekunden 4,2 Watt zusätzliche Leistung. Dem gegenüber stehen 15,5 Watt, die die breiteren Reifen gegenüber schmalen Pendants selbst bei geringer Geschwindigkeit von 9,5 km/h auf Wiesenuntergrund einsparen. Zudem macht sich die Einsparung des Rollwiderstandes ständig, das leichtere Gewicht nur bei der Beschleunigung bemerkbar.


23.03.2005
© MountainBIKE
Ausgabe 03/05