Windkanaltests: Vergleich zwischen Hoch- und Niedrigprofil-Carbon-Radsätzen
Bola unterzog ein 50 mm hohes und 28 mm breites Carbon-Fahrradrad sieben Gierwinkeltests. Der Gierwinkel ist der Winkel, in dem der Wind auf das Fahrrad und den Fahrer bläst. Ein Gierwinkel von 0 Grad bedeutet, dass der Wind direkt, also komplett gegen den Wind, weht. Je größer der Gierwinkel, desto stärker der Seitenwind. Der Test wurde von -15 Grad (Wind von links) bis +15 Grad (Wind von rechts) durchgeführt, mit einer Steigerung von jeweils 5 Grad. Insgesamt wurden sieben Gierwinkeldaten erfasst.
Die im Windkanal-Testparcours ermittelten Daten sind der CdA-Wert, der den Luftwiderstandsbeiwert multipliziert mit der Fläche darstellt. Der Luftwiderstandsbeiwert spiegelt die Form eines Objekts und die Leichtigkeit der Luftströmung um es herum wider, während die Fläche lediglich die Größe des Objekts wiedergibt. Je niedriger der Luftwiderstandsbeiwert, desto kleiner ist das Objekt und desto leichter kann es die Luft durchdringen. Daher ist die Geschwindigkeit bei gleicher Leistung höher. Interessanterweise weist der Radsatz mit der höheren Rahmenhöhe bei niedrigem Gierwinkel tatsächlich eine geringere Geschwindigkeit auf. Dies liegt möglicherweise daran, dass dieser Radsatz viel breiter als der Referenzradsatz ist und dadurch die frontale Projektionsfläche vergrößert. Bei einem breiteren Windwinkel kommen die Radsätze mit der höheren Rahmenhöhe zum Einsatz, wodurch ein stärkerer „Segeleffekt“ entsteht, der den Wind einfängt und den Fahrer nach vorne treibt. Die folgende Abbildung zeigt die durchschnittlichen CdA-Werte für alle sieben Gierwinkel. Links ist der Durchschnittswert dargestellt. In der Mitte befindet sich das Referenzfahrrad aus Carbon. Rechts ist ein Referenzfahrrad mit pneumatischen Carbonrädern abgebildet. Nach der Mittelung der CdA-Werte der Rohdaten stellte Bola fest, dass der Carbon-Radsatz mit der höheren Kastenhöhe einen CdA-Wert von 0,3640 aufwies, der damit 0,0062 niedriger als der Benchmark und schneller war. Anhand des CdA-Werts lässt sich die benötigte Leistung für 40 km/h berechnen. Werfen wir einen Blick auf die Unterschiede in der Praxis. Unten ist der durchschnittliche Verbrauch von 282,41 W für eine Geschwindigkeit von 40 km/h zu sehen. Bei einem Fahrrad mit festem Rahmen werden zusätzlich 23,06 W verbraucht. Interessanterweise verringerte sich der Unterschied durch die Verwendung eines pneumatischen Bola-Carbon-Radsatzes nicht signifikant, und der Bola-Wert betrug nur 5,89 W.
Um den Vergleich mit der Realität zu erleichtern: Wenn Sie mit einer Leistung von 250 W fahren, entspricht dies einer Einsparung von 25 Sekunden auf 40 km oder einer Geschwindigkeitssteigerung von 0,24 km/h bei gleichem Kraftaufwand. Wenn Sie die Leistung auf 350 W erhöhen, verringert sich Ihr Geschwindigkeitsgewinn auf 0,27 km/h. Unter Berücksichtigung der Testfehler von Bola könnten die Carbon-Radsätze tatsächlich gleichwertig sein. Der Fehler der Bola-Tests (berechnet als Differenz zwischen zwei Tests mit derselben Basislinie zu Beginn und am Ende des Tages) beträgt 3,91 W. Wie in den beiden Balkendiagrammen unten dargestellt, überlappen sich die Fehlerbalken der beiden zugehörigen Daten.
Vergleicht man den besten Fall des Referenz-Carbonfahrrads mit dem schlechtesten Fall des Hochprofil-Carbon-Laufradsatzes, kann die Geschwindigkeit des Niedrigprofil-Laufradsatzes höher sein. Natürlich kann die Fehlerquote in beide Richtungen wirken. Betrachtet man den schlechtesten Fall des Referenzfahrrads und den besten Fall des Hochprofil-Carbon-Laufradsatzes, kann der Unterschied bis zu 13,7 W (40 km/h) betragen. Statistisch gesehen kann aufgrund der Fehler in Bola nicht gefolgert werden, dass Hochprofil-Laufräder schneller sind als Niedrigprofil-Carbon-Laufräder. Nur anhand von Rohdaten und Versuchen lässt sich davon ausgehen, dass dies tatsächlich der Fall ist. Aus Sicht der Kosteneinsparungen pro Watt sind die Stromeinsparungen bei solch hohen Kosten sehr begrenzt. Laut Rohdaten beträgt der Preis für eine Einsparung von weniger als 6 W 900 US-Dollar, was einer Ersparnis von 150 US-Dollar pro Watt entspricht. Darüber hinaus zeigen frühere Daten von Bola, dass der Unterschied zwischen den besten und schlechtesten pneumatischen Carbon-Laufradsätzen nur 3,87 W beträgt und nicht vom Preis abhängt. Mit anderen Worten: Ein Upgrade auf einen moderneren Carbon-Radsatz spart nicht viel Kraft. Interessanterweise zeigen sich die meisten Unterschiede zwischen Carbon-Laufrädern mit hohem und niedrigem Profil bei höheren Gierwinkeln, doch hohe Gierwinkel sind in der Realität nicht üblich, sodass die in der Praxis erzielbaren Krafteinsparungen geringer ausfallen. Natürlich bedeutet der Kauf neuer Laufräder nicht unbedingt, auf Aerodynamik zu achten. Es kann auch daran liegen, dass sie leichter, breiter, handlicher oder einfach optisch ansprechender sind.