Wie viel Zeit spart ein leichteres Rad wirklich?

Sparst du ein Kilogramm am Rad, musst du an jedem Anstieg weniger Masse nach oben bewegen. Wie viel früher kommst du an? Für einen beispielhaften Fahrer gilt: 1 kg weniger spart an einem 10 km langen Anstieg mit 7 % etwa 27 Sekunden. Auf 10 km flacher Straße ergibt dasselbe Modell weniger als eine Sekunde.

Das Ergebnis hängt von der Route, deiner haltbaren Leistung und dem Gesamtgewicht von Fahrer, Rad und Ausrüstung ab. Wir untersuchen diese Eingaben, berechnen ihre Wirkung und unterscheiden einen Gewinn an einem Anstieg von einem Gewinn über den gesamten Wettkampf.

Beginne mit dem gesamten System

Wird aus einem 9-kg-Rad ein 8-kg-Rad, sinkt die Radmasse um 11 %. Mit einem 75 kg schweren Fahrer einschließlich Kleidung und mitgeführter Ausrüstung sinkt die Gesamtmasse von 84 auf 83 kg: etwa 1,2 % weniger Gesamtmasse.

Mit dieser Masse rechnet der Rechner. Halte beim Ausrüstungsvergleich Fahrer und Gepäck konstant und wiege beide Räder fahrbereit. Ein Rahmengewicht ohne Gabel, Pedale oder Zubehör liefert diesen Vergleich nicht.

1,2 % weniger Masse bedeuten nicht unmittelbar eine 1,2 % kürzere Fahrt. Schwerkraft, Reifenrollwiderstand und Luftwiderstand stellen unterschiedliche Anforderungen an deine Leistung. Die Erklärung der Radfahrleistung der University of Waikato beschreibt diese Widerstandsanteile und den steigenden Leistungsbedarf zur Überwindung des Luftwiderstands bei höherer Geschwindigkeit.

Untersuche deinen eigenen Anstieg

Beginne mit einem Anstieg, den du kennst. Gib seine Straßenlänge, mittlere Steigung, die erwartete Gewichtsersparnis und eine haltbare Leistung ein. Das Standardbeispiel hält alles außer der Masse konstant: vorher 84 kg, nachher 83 kg und 250 W an den Pedalen.

Das ergibt ungefähr 43 min 46 s vorher und 43 min 18 s nachher, also eine Ersparnis von 27,4 Sekunden vor dem Runden der beiden Fahrzeiten. Die 10 km lange Straße überwindet bei dieser Steigung etwa 698 Höhenmeter.

Berechne deinen Anstieg

Wie viel Zeit könntest du sparen?

Vergleiche zwei Gewichte bei gleicher Leistung an einem gleichmäßigen Anstieg. Gib Straßenlänge und mittlere Steigung ein.

Schätzung für konstante Steigung und Leistung bei Windstille, gleichen Reifen und gleicher Sitzposition. Reale Anstiege enthalten Änderungen von Steigung, Wind, Krafteinteilung und Geschwindigkeit.

So funktioniert die Schätzung +

Der Rechner gleicht die Leistung am Hinterrad mit Schwerkraft, Roll- und Luftwiderstand ab und ermittelt für jedes Gewicht eine konstante Geschwindigkeit. Anschließend teilt er die Straßenlänge durch diese Geschwindigkeit.

P × η = m × g × (sin θ + Crr × cos θ) × v + ½ × ρ × CdA × v³

Dabei ist P die Leistung an den Pedalen, η der Antriebswirkungsgrad, m die Gesamtmasse, g = 9,81 m/s², θ = arctan(Steigung ÷ 100), v die Fahrgeschwindigkeit in m/s und ρ die Luftdichte. Die Höhenmeter entsprechen Straßenlänge × sin θ.

Dies ist ein vereinfachtes Modell für konstante Geschwindigkeit mit den Widerstandstermen nach Martin und Kollegen. Beschleunigung, separate Radlagerverluste und Wind bleiben unberücksichtigt. Das Ergebnis schätzt die Wirkung einer Gewichtsänderung unter den genannten Annahmen.

Ändere jeweils nur eine Eingabe. Halbiere die Gewichtsersparnis, setze sie dann zurück und verdopple die Distanz. Ändere die Steigung bei fester Distanz. So erkennst du leichter, welcher Teil des geplanten Upgrades auf deinen Straßen relevant ist.

Was bringen 250 g, 500 g und 1 kg?

Hier sind die Ergebnisse des Rechners für verschiedene Gewichtsersparnisse an der Ausrüstung. Jedes Szenario beginnt mit 84 kg und verwendet 250 W auf 10 km Straße mit den Standardeinstellungen für Luftwiderstand, Reifen und Antrieb.

Die drei Spalten stehen für unterschiedliche Anstiege mit ungefähr 300 m, 698 m und 1.191 m Höhengewinn. Die steileren Szenarien enthalten mehr Höhenmeter auf derselben Straßenlänge. Außerdem sind die Geschwindigkeiten geringer, wodurch sich das Verhältnis zwischen Schwerkraft und Luftwiderstand verändert.

An diesem Anstieg mit 7 % sparen 250 g weniger Masse etwa sieben Sekunden. 500 g sparen ungefähr vierzehn Sekunden und 2 kg etwa fünfundfünfzig Sekunden. Ob diese Gewinne ein Upgrade rechtfertigen, hängt von deinem Ziel ab.

Auf einer flachen 10-km-Straße spart 1 kg weniger unter denselben Annahmen etwa 0,6 Sekunden . Dieser kleine Vorteil entsteht durch den geringeren Rollwiderstand; das Modell enthält dort keine Hubarbeit gegen die Schwerkraft.

Warum deine Leistung das Ergebnis verändert

Wiederhole das Beispiel mit 10 km, 7 % und 1 kg Ersparnis und ändere nur die Pedalleistung. Die geschätzte Ersparnis beträgt 35,2 Sekunden bei 200 W, 27,4 Sekunden bei 250 W und 22,1 Sekunden bei 300 W.

Der Fahrer mit geringerer Leistung braucht länger für den Anstieg, deshalb spart dieselbe Massenreduzierung in diesem Beispiel mehr Sekunden. Auch die ursprüngliche Gesamtmasse verändert das Ergebnis. Verwende für eine Kaufentscheidung deine eigene haltbare Leistung und deine fahrbereite Gesamtmasse.

Zur physikalischen Einordnung: 1 kg um 1.000 Höhenmeter anzuheben, erfordert 9.810 Joule Hubenergie. Bei konstant 250 W am Rad entspricht das in einer reinen Schwerkraftrechnung etwa 39 Sekunden. Der Rechner berücksichtigt Rollwiderstand, Luftwiderstand und Antriebswirkungsgrad. Seine Antwort hängt daher auch von deiner Geschwindigkeit ab.

Von der Anstiegszeit zur Zielzeit

Das Standardbeispiel spart an diesem konkreten Anstieg etwa 1,04 % der Zeit. Angenommen, er gehört zu einer Veranstaltung, die sonst vier Stunden dauert. Bleibt der Rest der Fahrt unverändert, entsprechen diese 27,4 Sekunden etwa 0,19 % der ursprünglichen vierstündigen Zielzeit.

Diese Unterscheidung ist wichtig, wenn ein Upgrade mit einem prozentualen Gewinn beworben wird. Kläre, ob sich der Prozentwert auf das Radgewicht, die gesamte Systemmasse, einen einzelnen Anstieg oder die ganze Strecke bezieht.

Bei einer Route mit mehreren Anstiegen kannst du jeden Anstieg separat schätzen und die Abschnittsersparnisse addieren. Diese Summe beschreibt den modellierten Beitrag der Anstiege. Eine vollständige Zielzeitschätzung muss auch flache Abschnitte, Abfahrten, Wind, Krafteinteilung, Bremsen und Pausen berücksichtigen.

Gesamthöhenmeter und Durchschnittssteigung einer Route können all das nicht erfassen. Der Rechner bildet einen gleichmäßigen Abschnitt auf ebener oder ansteigender Straße ab. Untersuche damit die Größenordnung eines Gewichtsvorteils und überlege anschließend, wie viel deiner Veranstaltung diesen Bedingungen entspricht.

Wähle eine Leistung, die du spät in der Fahrt erbringen kannst

Ein Anstieg im frischen Zustand und derselbe Anstieg nach drei Stunden können unterschiedliche Leistungseingaben erfordern. Deine Leistungskurve hilft dir, die für die erwartete Dauer haltbare Leistung zu bestimmen. Deine Ermüdungsresistenz hilft dir, die nach vorheriger Fahrbelastung verfügbare Leistung zu untersuchen.

Nutze diese Ansichten in Peak Watts, um das Szenario auf deine Veranstaltung abzustimmen. Konstante Leistung isoliert die Ausrüstungsänderung. Ändern sich auch Position, Reifen oder Krafteinteilung, umfasst der Unterschied zwischen zwei realen Fahrten ebenfalls diese Einflüsse.

Eine hilfreiche Prüfung ist, die Rechnung mit etwas niedrigerer und höherer Leistung zu wiederholen. Die Spanne zeigt, wie empfindlich die geschätzten Sekunden auf diese Annahme reagieren. Betrachte ein einzelnes Ergebnis als Szenario und nicht als versprochene Zielzeit.

Stelle den geschätzten Gewinn den Kosten gegenüber

Vergleiche den Gesamtpreis der geplanten Änderung mit den Sekunden, die sie auf deiner Zielstrecke voraussichtlich beeinflusst. Berücksichtige zusätzliche Teile oder Wartung und prüfe, ob die neue Ausstattung die benötigte Passform, Übersetzung und Reifenkonfiguration erhält.

Der Rechner behandelt eingesparte Masse an Rahmen, Laufrädern oder anderer Ausrüstung bei gleichmäßiger Geschwindigkeit gleich. Luft- und Rollwiderstand bleiben konstant. Ein Komponentenwechsel, der diese Eigenschaften verändert, erfordert einen umfassenderen Vergleich. Zur Untersuchung der Widerstandsfläche lies CdA ohne Windkanal messen.

Ordne mit dem Rechner Gewichtsunterschied und Gesamtkosten eines Upgrades ein. Ein paar Sekunden können an einem bestimmten Anstieg wichtig sein. Entscheidend ist, ob dieser konkrete Gewinn für deine Fahrten und dein Budget wertvoll ist.

Quellen und Modellhinweise

Die Zahlenbeispiele stammen aus dem vereinfachten Rechner dieses Artikels. Die Standardwerte für CdA, Rollwiderstand, Luftdichte und Antriebswirkungsgrad sind beispielhafte Annahmen und keine Messungen eines bestimmten Fahrers oder Rads.

1. Martin JC, Milliken DL, Cobb JE, McFadden KL, Coggan AR. Validation of a Mathematical Model for Road Cycling Power. Journal of Applied Biomechanics. 1998;14(3):276–291. doi:10.1123/jab.14.3.276. Hintergrund zu den Widerstandstermen des Rechners; dieser verwendet eine vereinfachte Version für konstante Geschwindigkeit.
2. Science Learning Hub, University of Waikato. Pedal power. Power, air drag and rolling resistance.