Aerodynamik- eine Einführung.

Jeder Fahrradfahrer muss den Widerstand der Luft überwinden. Mit zunehmender Geschwindigkeit nimmt der Luftwiderstand im Quadrat zu und übersteigt ab ca. 20 km/h alle anderen Fahrwiderstände zusammen (z.B. Rollwiderstand, mechanische Reibungsverluste).

Der Luftwiderstand
FLuft = Luftwiderstand, in Newton;
Cw (Cx) = Luftwiderstandsbeiwert
A = Stirnfläche des Körpers, in m2
Rho = Luftdichte, in kg/m3;
v = Geschwindigkeit, in m/s.

V = Die Geschwindigkeit ist variabel und sollte maximal werden.
Rho = Die Luftdichte lässt sich nicht beeinflussen, sondern ist eine Gegebenheit.

Zur Verringerung des Luftwiderstand bleiben also Cw und A.

cw-Wert
Der Cw-Wert beschreibt die Windschnittigkeit von Körpern (c = Konstante, w = Widerstand).
In der Luft bilden sich Verwirbelungen an den Stellen, an denen der Luftstrom ungünstig unterbrochen wird. Die Luft kann dann nur langsamer vorbeiströmen. Das Objekt wird weniger aerodynamisch. Ziel muss es sein, über bestimmte Formgebungen Luftströme so zu steuern, dass ein schneller Luftstrom erreicht und Turbulenzen minimiert werden. Bei sportlichen Fahrpositionen sind die Kopf- und Körperhaltung für den Cw-Wert entscheidend.

A -Stirnfläche
Die Stirnfläche ist die größte Querschnittsfläche eines durch die Luft bewegten Körpers.
Mit zunehmender Stirnfläche wächst der Luftwiderstand linear an. Cw und A sind abhängig von der aerodynamischen Form des Bikes und der Sitzposition des Fahrers.

Besonders für die 180 km Radstrecke eines Ironman muss das Optimum zwischen bester Aerodynamik und minimiertem Kraftverlust geschaffen werden. Damit ist die Sitzposition der Faktor, der alle beeinflussbaren Faktoren der Gleichung entscheidend mitbestimmt. Neben der geringsten Oberfläche des Bikes ist daher die detaillierte Anpassbarkeit des Bikes auf den Fahrer entscheidend.

Das BMC- Konzept

Unser Ingenieursteam hat über die letzten 3 Jahre zahlreiche Vermessungsdaten von Athleten gesammelt, die ein Zeitfahrrad benutzen, und diese genau analysiert.

1. Analyse

Die erste klare Differenzierung ist zwischen Triathleten und Pro Tour Team zu erkennen: Während Fahrer wie Cadel Evans auf relativ kurzer Distanz maximalen Speed abrufen müssen, wobei die aerodynamische Sitzposition und der maximaler Poweroutput optimiert werden, geht es beim Triathleten um einen komplexeren Ansatz. Der Ironman-Athlet muss auf 180 km die effizienteste Lösung finden. Die effizienteste Sitzposition ist der ideale Kompromiss aus bester Kraftübertragung bei geringst möglicher Ermüdung und Verkrampfung. Während Cadel im Ziel nur noch vom Rad gehoben werden muss, begeben sich Andreas oder Michael Raelert dann noch auf eine 42,2 Kilometer Laufstrecke. Die Muskulatur muss daher anders belastet werden.
Je länger die Distanz, die mit dem Zeitfahrrad zurück gelegt werden muss, desto wichtiger ist der Komfort. Für den klassischen Zeitfahrer ist Komfort weit weniger zentral als für den Langdistanztriathleten.
Extreme Zeitfahrer wie Cadel Evans arbeiten jahrelang an ihrer idealen Zeitfahrposition. Auf dem Weg zur aerodynamischsten Position wird jeder mm mehr Aerodynamik unter Schmerzen erkämpft. Ist diese Position einmal erreicht, gibt es keine Kompromisse. Das Bike muss diese Position erlauben. Triathleten sind anders. Sie verstellen den Lenker und den Vorbau, sowie die Sattelstütze im Laufe der Saison. Dies so lange, bis sie ihre ideale Position gefunden haben.

2. Dynamische Vermessung- die Anpassung

Athleten wie Andreas und Michael Raelert werden von Spezialisten exakt vermessen, um mögliches Optimierungspotential voll auszuschöpfen.

Über Mikrosensoren, mit deren Hilfe die exakten Bewegungsabläufe in einen virtuellen 3D-Raum errechnet und projiziert werden, können minimale Abweichungen oder Ungleichheiten in den Bewegungsabläufen auf dem Bike registriert werden. Die Daten werden einerseits erfasst, um als Datenbasis bei der Entwicklung des Projekts TM01 wertvolle Informationen zu liefern, andererseits dienen sie den Athleten, um ihr Optimierungspotential detailliert zu analysieren und auszuschöpfen.

Entscheidend dabei ist, dass diese Vermessung dynamisch stattfindet. Experten wie Dr. Max Testa vom BMC Racing Team analysieren die Positionen und die erreichte Leistung in Watt. Die Körpermasse allein entscheiden dabei noch nicht über das Optimum, sondern auch die unterschiedliche Muskulatur und Beweglichkeit jedes einzelnen Athleten. Bei gleicher Körpergrösse kann dies zu verschiedenen Resultaten führen.

Ist die Sitzposition ermittelt, muss diese auch auf dem Zeitfahrrad erreicht werden können. Aus diesem Grund ist die Einstellbarkeit der Position des Fahrers der Schlüssel zum schnellen Fahren.

3. Windkanaltest

Der Windkanal ist ein aerodynamischer Test. Die ermittelte optimierte Sitzposition wird in verschiedenen Nuancen verändert, um die Auswirkung auf die Aerodynamik zu prüfen. Über die Messung des Luftwiderstands bei Front- und Seitenwind wird dann eine finale Position bestimmt.

Die Geometrie des Rahmens der TM01 ist für extremes Zeitfahren wie auch für die Ironman-Distanz ausgelegt. Mit einem steilen Sitzwinkel von 77° erlaubt die TM01 eine passende Triathlon-Sitzposition, welche weniger gestreckt und damit komfortabler ausfällt.

Vmax=p2p x subA 

Der grösste Schritt in der Entwicklung des Projekts TM01 liegt aber auf der nächsten Ebene der Rahmenentwicklung: Die Anpassbarkeit nach Festlegung der Rahmengrösse für den Fahrer.

Die Vorgabe lautet: Erreichen
    * bester Aerodynamik
    * bei effizientester Sitzposition
      (unter Berücksichtigung von Komfort und Performance)

BMC hat dies in einer Formel zusammengefasst,
die eine ideale Abstimmung erlaubt:
    * V max ist das Ziel: die maximale Geschwindigkeit.
    * p2p steht für „position to perform".
    * subA = Maximierung der Aerodynamik über Minimierung der Stirnfläche

Die drei Bestandteile der Formel V max, p2p, und subA werden im Folgenden erklärt.

p2p - position to perform

Die beste „position to perform" ergibt sich aus maximaler Einstellmöglichkeit über den Vorbau, den Lenker und die Sattelposition.

Tri angle Concept

Das Tri angle Concept erlaubt über 30 verschiedene Einstellmöglichkeiten des Vorbaus.

Das Prinzip ist genauso einfach wie genial: Über die unterschiedliche Anordnung von dreieckigen Formen und Distanzstücken lassen sich positive wie negative Grade bei jeder benötigten Länge des Vorbaus erzielen. Diese Möglichkeit besteht ab Werk und wird mit jedem TM01 mitgeliefert.

Die Variabilität ermöglicht dem Fahrer, seine Idealposition einzustellen. Sie ermöglicht ihm darüber hinaus, im Laufe der Saisonvorbereitung ohne grossen Aufwand weiter an der idealen Sitzposition zu feilen und sie zu verändern. Dazu müssen einfach Tri Angle Module ergänzt, ersetzt oder weggelassen werden.

21_21 offset

Ergänzt wird das p2p-Konzept durch ein weiteres Feature, welches es erlaubt, die Sattelposition extrem anzupassen. Möglich sind 21mm nach vorne und 21mm nach hinten.Damit kann BMC einerseits die UCI-Regulatorien erfüllen, und andererseits die extremen Sitzpositionen für Triathlon abdecken. Die Reichweite der Sattelschiene erlaubt vier verschiedene Basiseinstellungen, zusätzlich dazu kann die gesamte Reichweite der Schiene ausgenutzt werden, um Extrempositionen zu fahren.

subA - Maximierung Aerodynamik via Minimierung der Stirnfläche

Die Aerodynamik des Fahrers und des Rades wird sowohl von der Position des Fahrers auf dem Rad sowie der Aerodynamik des Fahrrads selbst beeinflusst. subA -  bezieht sich auf die Maximierung der Aerodynamik über die Minimierung der Stirnfläche des Fahrrades. Dies wird durch drei Kernfeatures generiert:

tear drop 3:1
Den UCI-Richtlinien entsprechend wird die Rahmenform in einem Längen- und Breitenverhältnis von 3:1 aerodynamisch geformt.

truncated profile
Anstatt die Oberfläche in einer Tropfenform weiterzuführen, wird eine gerade Abrisskante in das Profil eingearbeitet. Damit kann die Verwirbelung gesteuert und kontrolliert werden. Der minimierte Materialaufwand verringert auch das Gewicht und erhöht aufgrund der Kante die Steifigkeit des Rahmens.

Systemintegration
Ein viertes Feature ist die Systemintegration- Integrierte DI2 - Batterie und Bremsen, dies ermöglicht noch mehr Aerodynamik und reduziert die Aussenform zur Vermeidung von Verwirbelungen.