Airo 101 – CdA-Wert und Aerodynamik-Tricks

Schneller Rad fahren ohne mehr Kraftaufwand? Klingt fast zu schön, um wahr zu sein, ist aber möglich. In „Airo 101“ tauchen wir ein in die Welt des Luftwiderstands, der Geschwindigkeitssteigerung und cleverer Entscheidungen beim Radfahren. Denn wer die Aerodynamik versteht, fährt schneller, ohne unbedingt stärker treten zu müssen. In dieser Serie behandeln wir alle relevanten Faktoren – von Materialien und Sitzposition bis hin zu Kleidung und Laufrädern. Im ersten Teil legen wir die Grundlagen: Was ist der Luftwiderstandsbeiwert (CdA) und warum ist er so wichtig?

CdA erklärt: Luftwiderstandsbeiwert.

In der Radsportwelt ist der CdA-Wert ein bekannter Begriff, denn er ist der Schlüssel zu schnellerem Radfahren. Die Abkürzung CdA steht für Luftwiderstandsbeiwert , also den Widerstand, den man als Radfahrer beim Durchfahren der Luft erfährt. Der Wert setzt sich aus zwei Komponenten zusammen: Cd (dem Luftwiderstandsbeiwert) und A (der Stirnfläche von Körper und Fahrrad). Cd gibt an, wie stromlinienförmig man in Bezug auf Form, Position und Material ist, während A die Stirnfläche von Körper und Fahrrad darstellt.

Die Werte für Cd und A bestimmen gemeinsam den Luftwiderstand , den Sie als Radfahrer überwinden müssen. Ein niedriger CdA-Wert bedeutet weniger Luftwiderstand. Und weniger Widerstand bedeutet, dass Sie bei gleicher Leistung schneller fahren können. Anders ausgedrückt: Bei konstanter Geschwindigkeit müssen Sie nicht so stark in die Pedale treten. Ab 30 km/h macht der Luftwiderstand über 90 % des gesamten Widerstands aus, den Sie überwinden müssen (Kyle & Burke, 1984). Je niedriger der CdA-Wert, desto besser.

Der Luftwiderstandsbeiwert (CdA) spielt zwar eine wichtige Rolle für deine Geschwindigkeit, ist aber nicht der einzige Faktor. Auch Rollwiderstand , Steigungswiderstand und die Schwerkraft beeinflussen sie. Manche aerodynamische Maßnahmen senken zwar den CdA-Wert, erhöhen aber das Gewicht oder zwingen dich in eine ungünstigere Sitzposition, wodurch du weniger Geschwindigkeit aufbauen kannst. Kurz gesagt: Das Gesamtbild muss stimmen.

Die Form ist wichtig

Viele denken bei „geringerem Luftwiderstand“ automatisch an „kleiner“, doch die Realität ist viel komplexer: Der Luftwiderstandsbeiwert (CdA) hängt nicht nur von der Kompaktheit ab, sondern vor allem von der Form . Wie die Luft um Sie, Ihr Fahrrad und Ihre Kleidung strömt, bestimmt, wie viel Energie durch den Luftwiderstand verloren geht. Nehmen wir zum Beispiel runde, außenliegende Bremszüge: Sie mögen klein und unbedeutend erscheinen, aber ihre Form erzeugt starke Turbulenzen. Windkanaltests zeigen, dass ein einfacher, 5 mm dicker runder Schaltzug so viel Luftwiderstand erzeugen kann wie ein 5 cm breites, aerodynamisch geformtes Steuerrohr – allein aufgrund des Formunterschieds (Lukes et al., 2004).

Dieser Unterschied ist teilweise auf den Druckwiderstand zurückzuführen: den Luftwiderstand, der an der Vorderseite eines Objekts entsteht, wenn es die Luftströmung stört. Genauso wichtig ist aber der Reibungswiderstand : der Widerstand, der durch die Reibung der Luftteilchen an der Oberfläche verursacht wird. Bei Objekten mit ungünstiger Form oder Oberfläche divergieren die Luftströmungen an der Rückseite und erzeugen eine Unterdruckzone. Diese Zone wirkt wie ein Sog auf das Fahrrad und bremst es ab. Daher lohnt es sich, neben der Größe der Bauteile auch deren Form und das Verhalten der umgebenden Luft zu berücksichtigen.

Diese Erkenntnisse erklären auch, warum moderne Fahrräder und Zubehör heute ganz anders aussehen als noch vor zehn Jahren. Auf den ersten Blick wirkt ein aerodynamischer Helm vor allem wie eine große Oberfläche, doch der „Heckflügel“, der den Luftspalt zwischen Kopf und Rücken schließt, verhindert, dass der Luftstrom vorzeitig entweicht. Das Ergebnis: bis zu 7 % weniger Luftwiderstand im Vergleich zu keinem Helm oder einem Standardmodell (Kyle & Burke, 1984).

Warum Material und Oberfläche den Unterschied ausmachen

Nicht nur die Form ist entscheidend; auch Material und Oberflächenstruktur spielen eine wichtige Rolle. Glatt ist nicht unbedingt besser. Manchmal trägt eine strukturierte Oberfläche sogar dazu bei, den Luftstrom zu optimieren und Turbulenzen zu reduzieren. Hier kommen Bekleidung, Accessoires und Komponenten ins Spiel. Man denke beispielsweise an Aero-Socken, spezielle Ärmelmaterialien oder Funktionsunterwäsche, die die Luft lenken, anstatt sie zu blockieren – etwa durch strategisch platzierte Nähte. In Windkanaltests konnte gezeigt werden, dass ein gut designter Aeroanzug den Luftwiderstand im Vergleich zu einem Standardanzug um bis zu 6 % verringert (Kyle et al., 2004 & AeroPro, 2021).

Airoman.cc entwickelt seine Produkte ebenfalls auf Basis dieses Wissens. Wie genau funktioniert das und welche Faktoren berücksichtigen wir? Das erfahren Sie im Detail in Teil II dieser Serie. Anschließend untersuchen wir, wie sich Bekleidungsdesign, Stoffe und Passform positiv auf Ihren CdA-Wert auswirken können.

Was kannst du als Fahrer jetzt tun?

Man muss kein Profi mit Zugang zu einem Windkanal oder einem maßgeschneiderten Aero-Anzug sein, um aerodynamische Vorteile zu erzielen. Selbst mit einem Standard-Rennrad und der vorhandenen Ausrüstung lässt sich der Luftwiderstand deutlich reduzieren und somit die Fahrgeschwindigkeit erhöhen, ohne zusätzliche Kraft aufzuwenden.

• Haltung auf dem Fahrrad. Eine niedrige, kompakte Haltung – denken Sie an angewinkelte Arme, eng beieinanderliegende Ellbogen und einen ruhigen Kopf – reduziert den Luftwiderstand im Vergleich zu einer aufrechten Sitzposition um bis zu 28 % (Grappe et al., 1997 & Olds, Norton & Lowe, 2020). Selbst ohne Windkanaltests können Sie damit sofort etwas bewirken.

• Enge Kleidung. Weit sitzende Hemden oder flatternde Ärmel vergrößern die Stirnfläche (A) und verursachen unnötige Turbulenzen. Gut sitzende Kleidung ist daher unerlässlich. Airoman.cc-Kleidung löst dieses Problem auf clevere Weise: Durch körpernahe Schnitte, atmungsaktives Material und strategisch platzierte Nähte ist jedes Detail darauf ausgelegt, den Luftwiderstandsbeiwert (CdA) zu reduzieren (Kyle et al., 2004).

• Sauberes Cockpit. Herausstehende Kabel, lose Lenkertaschen oder anderes Zubehör erhöhen den Luftwiderstand. Sind die Kabel nicht ordentlich verlegt, können sie bis zu 10 % des gesamten Luftwiderstands eines Rahmens ausmachen (Zdravkovich et al., 1996). Ein aufgeräumter Lenker ist nicht nur optisch ansprechend, sondern sorgt auch für mehr Geschwindigkeit.

• In einer Gruppe fahren. Der einfachste Aerodynamik-Trick? Windschattenfahren. Im Lee einer Gruppe verringert sich der Luftwiderstand deutlich, bei idealer Positionierung um bis zu 50 % (Blocken et al., 2018). 

Zusamenfassend…

Das alles zeigt, dass Aerodynamik keine abstrakte Techniksache für Profis und Ausrüstungsfanatiker ist. Jeder Radfahrer, egal auf welchem ​​Niveau, kann damit direkt etwas bewirken. Indem man sich bewusst macht, wie die Luft um einen selbst und das Fahrrad strömt, kann man kluge Entscheidungen treffen und mit der gleichen Leistung mehr Geschwindigkeit erreichen. Der cW-Wert ist nicht nur eine Zahl für Windkanalmessungen, sondern ein direkter Weg zu besserer Performance. Und je besser man diesen Wert versteht, desto schneller kann man mit der gleichen Wattzahl fahren.

In der nächsten Folge von Airo 101 tauchen wir tiefer in die Welt der aerodynamischen Bekleidung ein und beleuchten, welchen Unterschied das richtige Material, die passende Passform und die optimale Nahtführung ausmachen. Anschließend behandeln wir die Themen Körperhaltung, Materialauswahl und weitere Faktoren, die den Luftwiderstandsbeiwert (CdA) beeinflussen.

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Quellen:

• AeroPro. (2021). Windkanaltests von AeroPro-Rennanzügen .
  https://aeropro.uk/pages/wind-tunnel-testing
• Blocken, B., Toparlar, Y., Andrianne, T. & van Druenen, T. (2018). Aerodynamischer Widerstand in Radfahrerkolonnen: Neue Erkenntnisse durch CFD-Simulationen und Windkanalvalidierung . Journal of Wind Engineering and Industrial Aerodynamics, 181, 262–279.
• Grappe, F., Candau, R., Belli, A. & Rouillon, J. D. (1997). Aerodynamischer Widerstand beim Radfahren im Gelände unter besonderer Berücksichtigung der Obrée-Position. Ergonomics, 40(12), 1299–1311.
• Kyle, C. R., Brownlie, L. W., Harber, E., MacDonald, R. & Nordstrom, M. (2004) Das Nike Swift Spin Radsportprojekt: Reduzierung des Luftwiderstands von Radrennbekleidung durch die Verwendung von Zonengewebe. In: 5. Internationale Konferenz für Sporttechnik, Bd. 1 (Hrsg.: Hubbard, M., Mehta, R. D. & Pallis, J. M.) UC Davis, USA, S. 118–124.
• Kyle, CR & Burke, ER (1984) Verbesserung des Rennrads. Maschinenbau, 106(9), 34–35.
• Lukes, RA, Hart, JH, Chin, SB & Haake, SJ (2004) Die Aerodynamik von Mountainbikes: Die Rolle der numerischen Strömungsmechanik. In: 5. Internationale Konferenz für Sporttechnik, Band 1 (Hrsg. Hubbard, M., Mehta, RD & Pallis, JM) UC Davis, USA, S. 104–110.
• Olds, T., Norton, K. & Lowe, E. (2020). Reduzierung des Luftwiderstands durch eine neuartige Sprintposition im Straßenradsport . Journal of Science and Cycling, 9(1), 22–29.
• Zdravkovich, MM, Ashcroft, MW, Chisholm, SJ & Hicks, N. (1996) Einfluss der Körperhaltung eines Radfahrers und der Nähe eines anderen Radfahrers auf den Luftwiderstand. In: 1. Internationale Konferenz für Sporttechnik (Hrsg. Haake, SJ). AA Balkema, Sheffield, UK, S. 21–28.