Leistungsverlust mit kurzer Kurbel?

[Netbiker]

An meinen Rennrädern fahre ich überall 172,5mm. Praktisch seitdem ich am Rad sitze, also bald etwas über 25 Jahre. Meine Kurbel ermöglicht durch den Wechsel von Einsätzen 170/172,5/175mm effektive Kurbellänge.
Klar habe ich hier und da mal überlegt, zumindest auf 170mm runter zu gehen - bei 1,81m Körpergröße.
Tendenziell bin ich jemand, der mit höheren Frequenzen fährt, also >90 U/min bei Grundlagenpartien und >80 U/min am Berg bisweilen; aber durchaus auch gerne "drücke" bei Intervallen mit 55-65 U/min. Komme aber auch immer wieder mal auf 100-110 U/min, wenngleich nicht lange. Am MTB habe ich durchwegs 175mm, da dort einfach seltenst eine hohe TF realsierbar ist aufgrund von Bodenunebenheiten - da muss man auch mit 40 U/min klarkommen.
Subjektive Ermüdung spielt bei meinen Ausfahrten seltenst eine Rolle, da ich weder mit entsprechender Intensität rumfahre noch von der Dauer her. Erst ab etwa 7-8h am Rad setzt bei mir eine Form der Müdigkeit/Demotivation ein, was aber eher mentale Gründe haben dürfte - war nie Langstreckenfahrer als Mountainbike-rennfahrer.
Physikalisch gesehen stellt sich für mich die Frage, ob der geringfügig geringere Hebelarm (1,5% weniger bei Wechsel von 172,5 auf 170) durch eine höhere TF kompensiert oder gar überkompensiert wird, sodass in letzterem Fall mehr Leistung anliegt.

 

[Teutone]

Physikalisch gesehen

Dem Physiker ist das alles vollkommen egal, längere Hebel lassen sich auf der anderen Seite wieder mit anderen Übersetzungen ausgleichen, jede Veränderung im System lässt sich "wegübersetzen", es kommt immer aufs Gleiche raus, wenn die gleiche Leistung anliegt (..die sich aus Drehmoment und Drehzahl ergibt). Ein 100-Treckermotor hat gegenüber einem 100-PS-Golfmotor "nur" den Vorteil, dass er aufgrund des Hubraums/Drehmoments schaltfauler gefahren werden kann - wenn der Golfmotor ein ideales Getriebe mit hunderten Gängen hätte, gäbe es keinen Unterschied.

Der Unterschied liegt in der Biomechanik und Biochemie. Welche Hebel gefallen dem Körper am besten, unter welcher Beugung/Streckung arbeiten die Muskeln am effektivsten, sparsamsten, am ermüdungsfreiesten, wann ist die Blut- und Sauerstoffversorgung am besten. Davon dann noch abzugrenzen, ob man für Sprints oder ähnliches vielleicht mal einen uneffektiveren Bereich wählt, um kurzzeitig mehr Kraft oder mehr Umdrehungen zu generieren.

 

[Netbiker]

Dem Physiker ist das alles vollkommen egal, längere Hebel lassen sich auf der anderen Seite wieder mit anderen Übersetzungen ausgleichen, jede Veränderung im System lässt sich "wegübersetzen", es kommt immer aufs Gleiche raus, wenn die gleiche Leistung anliegt (..die sich aus Drehmoment und Drehzahl ergibt). Ein 100-Treckermotor hat gegenüber einem 100-PS-Golfmotor "nur" den Vorteil, dass er aufgrund des Hubraums/Drehmoments schaltfauler gefahren werden kann - wenn der Golfmotor ein ideales Getriebe mit hunderten Gängen hätte, gäbe es keinen Unterschied.

Der Unterschied liegt in der Biomechanik und Biochemie. Welche Hebel gefallen dem Körper am besten, unter welcher Beugung/Streckung arbeiten die Muskeln am effektivsten, sparsamsten, am ermüdungsfreiesten, wann ist die Blut- und Sauerstoffversorgung am besten. Davon dann noch abzugrenzen, ob man für Sprints oder ähnliches vielleicht mal einen uneffektiveren Bereich wählt, um kurzzeitig mehr Kraft oder mehr Umdrehungen zu generieren.

Wie du selbst schreibst, lässt sich durch eine Drehzahl änderung (wie ich auch oben anmerkte) fehlendes Drehmoment kompensieren um die gleiche Leistung zu erzielen. Jedoch, dies ist nicht beliebig binnen Sekunden machbar - schalten kostet immer Zeit. Beim Beschleunigen ist bekanntlich das Drehmoment wichtig, denn bis der Motor auf Drehzahl kommt, dauert es. Eine längere Kurbel liefert nunmal bei gleicher Kraft mehr Drehmoment und im Antritt ist das relevant. Beim simplen Geradeaus dahinfahren wenig bis kaum.
Im Straßenradsport ist das Schalten meist kein Problem - beim MTB bisweilen schon. Vor allem auch mit Problemen bisweilen verbunden (Kettenklemmer, falscher Gang der getroffen wird. usw.).

Mir ist sehr wohl anhand deinem Bsp. bekannt, dass 100 PS physikalisch nunmal 100 PS sind. Allerdings ist die Realität eben nicht ideal und mit Kompromissen verbunden; so auch die Ganganzahl limitiert bzw. auch die jeweiligen Abstufungen von Gang zu Gang.

 

[Teutone]

Beim Beschleunigen ist bekanntlich das Drehmoment wichtig, denn bis der Motor auf Drehzahl kommt, dauert es. Eine längere Kurbel liefert nunmal bei gleicher Kraft mehr Drehmoment und im Antritt ist das relevant.

Aber jeder, der stark beschleunigen will, schaltet eher ein, zwei Gänge runter. Ganz egal ob Fahrrad oder Auto.

 

[prince67]

Aber jeder, der stark beschleunigen will, schaltet eher ein, zwei Gänge runter. Ganz egal ob Fahrrad oder Auto.

Weil das Drehmoment nicht hoch genug ist. Bei Autos mit hohem Drehmoment schaltet man weniger.

 

[LuchoH]

Weil das Drehmoment nicht hoch genug ist. Bei Autos mit hohem Drehmoment schaltet man weniger.

Siehe das Beispiel mit dem 100PS-Treckermotor.

 

[BergHügi]

Ich fahr zurzeit zwischen 165mm und 175mm Kurbellönge, leistungsmäßig macht es bei mir keinen Unterschied. Nach ganz kurzer Eingewöhnung (vielleicht nach so 20 Kurbelumdrehungen ) habe ich den Sinn für die gerade verbaute Kurbellänge auch schon wieder verloren. Vielleicht bin ich einfach kein Sensibelchen.

Es passiert mir nach vielen Jahren auf dem Rennrad immer noch hin und wieder, einen falschen Gang für den anstehenden Sprint einzulegen. Ist er zu groß kann ich die Attacke nicht gut parieren, ist er zu klein fehlt die Topgeschwindigkeit (hochschalten ist jedoch einfacher am Rennrad, lass es krachen).

Ein falscher Gang könnte van Aert die CX WM vor 2 Jahren gekostet haben.

 

[Netbiker]

Aber jeder, der stark beschleunigen will, schaltet eher ein, zwei Gänge runter. Ganz egal ob Fahrrad oder Auto.

Wie ich schon schrieb, das geht nicht immer so einfach. Tendenziell gebe ich dir schon recht, aber gerade im MTB ist das schlichtweg nicht möglich. Da muss man dicke Gänge/niedrige TF mit hohem Krafteinsatz (= hohes Drehmoment) auf die Pedale wuchten können, speziell im Cross Country. Kurzzeitig 600-900 Watt, faktisch nur über das Drehmoment/Kraft erzeugt bei verhältnismäßig niedrigen TFs von 60-70 U/min.
Diese idealisierte Vorstellung perfekter Übersetzung/Gangwahl ist nur unter einigen Realumständen auch realisierbar im Fahrbetrieb. 100 U/min am MTB und ruppigem Gelände sind vielleicht noch mit dem Fully fahrbar - ansonsten hebt es einen aus dem Sattel/vom Rad in echtem Offroad Gelände (keine Schotterstraße). Noch mehr faktisch kaum tretbar. Das Problem sehe ich auch darin, dass die faktische Drehzahl eines Radfahrer sich in einem engen Fenster bewegt (50-120 U/min; Faktor 2,4). Vergleiche ich das mit einem simplen Motor (Elektro, Verbrenner) so ist das ja erklekerlich niedrig. Dort geht die Range gleich mal von 900-7000 (U/min; Faktor 7,8) oder mehr. Der Mensch ist bezgl. der Drehzahl eben stark limitiert. Bei der Kraft, zumindest der Kurzzeitkraft ist die Range viel größer physiologisch: während ich z.B. gemütlich mit 18-20 Nm am Rad dahinrolle, kann ich Spitzen bis 85-90 Nm erzeugen. (Faktor >4,25, fast das doppelte als bei der TF).
Ganz besonders beim Rennradfahren sieht man es beim "Drüberdrücken" von Bodenwellen (max. 20 Hm), wo man gar nicht die TF so weit und schnell hochbringt, als man von einem "Drehmomentstarken" Fahrer abgehängt wird, der einfach "an- & drüberdrückt". Ich spreche hier aus jahrzehntelanger Erfahrung, obwohl ich staturbedingt ein "Kurbler" bin, also hohe TFs fahre da mir die "Urkraft" in den Schenkeln fehlt und eben merke, dass ich mit dieser Strategie bei so kurzen, bissigen Stichen das Nachsehen habe, weil man nicht auf Drehzahl kommt, wo ein anderer das ganze mit Drehmoment löst im Sekundenbereich. Ganz besonders auch in Gruppenfahrten oder Wettkämpfen, wo nicht sofort erkennbar ist, wann jemand eine Attacke lanciert und wann man schalten muss. Zudem ist schalten unter (Voll-)last mit vielen weiteren, bekannten Risiken verbunden. Da ist der Gegner schon weg, bis du auf Drehzahl kommst und hast schon das Nachsehen (Windschattenverlust, Gruppe weg > game over)

Völlig anders ist die Situtation gelagert bei konstantem Dahinfahren (= konstante Leistung) über längere Zeit, wo eben die Ermüdung relevant wird (z.b. Zeitfahren, Triathlon). Sobald die Leistung äußerst variabel wird (hohe, kurzzeitige Spitzenbelastungen bei gleichzeitiger Limitierung der Drehzahl/TF) sehe ich die kurze Kurbel tendenziell im Nachteil. Aus empirischer Beobachtung heraus.

 

[Teutone]

Dass man Theorie und Praxis ein wenig trennen muss, ist mir klar, deswegen wies ich auch schon auf den Unterschied zwischen Physik und Biomechanik hin.

Und wenn ich zwei theoretische Fahrer mit unterschiedlichen Kurbeln betrachte, dann muss ich immer mit einbeziehen, dass der Kurzkurbler bei gleicher Geschwindigkeit (also auch Leistung) eine höhere Drehzahl tritt. Würde er bei gleicher Leistung gleiche UPM haben wollen, müsste er mehr Drehmoment (Kraft) aufbringen, was biomechanisch dem Sinn von kurzen Kurbeln widerspricht.

Dass es im Gelände irgendwelche Vorteile mit längeren Kurbeln hat, bestreitet aber keiner.

 

[BergHügi]

Zugegeben, die Sache ist mir fast zu kompliziert. Welches Drehmoment ist eigentlich wichtig für den gesuchten Vortrieb? Die Drehmomentfunktion die in die Kurbeln eingetreten wird, oder die Drehmomente am Hinterreifenaufstandspunkt?

Wie dem auch sei, ich tue mich leichter einer Attacke zu folgen wenn ich meinen Antritt mit einer Trittfrequenz von ~90/min starte, als mit z.B. 60/min.

Maximalleistungen von 1 - 20s erziele ich I.d.R. mit dem Kriteriumsrad in Sprints. Dort sind 165mm Kurbeln verbaut, um in Kurven treten zu können.

 

[Teutone]

Die Drehmomentfunktion die in die Kurbeln eingetreten wird, oder die Drehmomente am Hinterreifenaufstandspunkt?

Na am Hinterreifen, sonst bräuchte es ja keine Kette.

 

[Stefan_L_01]

Dass man Theorie und Praxis ein wenig trennen muss, ist mir klar, deswegen wies ich auch schon auf den Unterschied zwischen Physik und Biomechanik hin.

Und wenn ich zwei theoretische Fahrer mit unterschiedlichen Kurbeln betrachte, dann muss ich immer mit einbeziehen, dass der Kurzkurbler bei gleicher Geschwindigkeit (also auch Leistung) eine höhere Drehzahl tritt. Würde er bei gleicher Leistung gleiche UPM haben wollen, müsste er mehr Drehmoment (Kraft) aufbringen, was biomechanisch dem Sinn von kurzen Kurbeln widerspricht.

Wobei es dann schon mind. 10mm Unterschied in der Kurbel braucht damit ein Gangsprung in etwa die Kurbellänge ausgleicht.
Bei Kolbenmotoren gibt's übrigens eine Kenngröße die nennt sich mittlere Kolbengeschwindigkeit und liegt oft bei verschiedenensten Motoren in einem engen Bereich

 

[Multiradfahrer]

Ich bin hier bei @BergHügi – ganz schön verstrickt
Nehmen wir doch mal an, wir wechseln von einer 175 mm 52er Kurbel auf eine 170 mm 54er Kurbel (oder wegen mir 168,5 mm 54er). Dann ist das Drehmomentverhältnis Kurbel zu Straße quasi konstant, bzw. wir nehmen es einfach als konstant an.
Dann fahren wir die gleiche Geschwindigkeit/Leistung bei gleicher TF – haben also auch das gleiche Drehmoment an der Kurbel. Aber die Kreisbahn des Pedals/Fußes ist im zweiten Fall kleiner, also ist die (nötige) Kraft entsprechend des Kurbellängenverhältnisses größer, hier also (175/170 ≈ 1,03) 3 % größer.
D.h. ich habe die Vorteile offenerer Hüften und weniger gebeugten Knien, muss aber andererseits damit/dabei eine etwas größere lineare Kraft aufs Pedal kriegen.
Und nun?
Wie sieht denn ein typischer Kraftverlauf der Hüft- und Beinstreckung (bei geschlossener Kette = Druck auf Fußsohle) in Abhängigkeit des Winkels aus?
Ich habe (leider) tatsächlich Messungen wie das bei geöffneter Kette (also Fuß frei in der Luft = leg extension/Druck auf Spann des Fußes) aussieht... aber nicht bei geschlossener Kette.

Hier mal etwas aus dem Netz. Also so?

Quelle (Zu Berücksichtigen ist, dass Mediziner ein gestrecktes Bein als "0 º" bezeichnen;-)
Der peak ist hier bei ~75 º, bin aber nicht sicher ob das ein definierter Winkel ist oder "einfach so" skizziert.
D.h. die Kraft nimmt zu mehr Streckung hin ab... Wenn ich eine Sitzhöhe von 800 mm annehmen ergibt sich im Wendepunkt sowas wie arctan(800/805) ≈ 5 º... Und genau genommen ist die maximale Kraft ja eher bei "halber Streckung nötig", dann also nur ~2,5 º...
Sind nun die 2,5...5 º weniger Beugung oder die 3 % mehr nötige Kraft der größere Effekt? :-o

 

[Teutone]

Ich bin hier bei @BergHügi – ganz schön verstrickt
Nehmen wir doch mal an, wir wechseln von einer 175 mm 52er Kurbel auf eine 170 mm 54er Kurbel (oder wegen mir 168,5 mm 54er). Dann ist das Drehmomentverhältnis Kurbel zu Straße quasi konstant, bzw. wir nehmen es einfach als konstant an.
Dann fahren wir die gleiche Geschwindigkeit/Leistung bei gleicher TF – haben also auch das gleiche Drehmoment an der Kurbel. Aber die Kreisbahn des Pedals/Fußes ist im zweiten Fall kleiner, also ist die (nötige) Kraft entsprechend des Kurbellängenverhältnisses größer, hier also (175/170 ≈ 1,03) 3 % größer.
D.h. ich habe die Vorteile offenerer Hüften und weniger gebeugten Knien, muss aber andererseits damit/dabei eine etwas größere lineare Kraft aus Pedal kriegen.
Und nun?
Wie sieht denn ein typischer Kraftverlauf der Hüft- und Beinstreckung (bei geschlossener Kette = Druck auf Fußsohle) in Abhängigkeit des Winkels aus?
Ich habe (leider) tatsächlich Messungen wie das bei geöffneter Kette (also Fuß frei in der Luft = leg extension/Druck auf Spann des Fußes) aussieht... aber nicht bei geschlossener Kette.

Hier mal etwas aus dem Netz. Also so?
Anhang anzeigen 1691456
Quelle (Zu Berücksichtigen ist, dass Mediziner ein gestricktes Bein als "0 º" bezeichnen;-)
Der peak ist hier bei ~75 º, bin aber nicht sicher ob das ein definierter Winkel ist oder "einfach so" skizziert.
D.h. die Kraft nimmt zu mehr Streckung hin ab... Wenn ich eine Sitzhöhe von 800 mm annehmen ergibt sich im Wendepunkt sowas wie arctan(800/805) ≈ 5 º... Und genau genommen ist die maximale Kraft ja eher bei "halber Streckung nötig", dann also nur ~2,5 º...
Sind nun die 2,5...5 º weniger Beugung oder die 3 % mehr nötige Kraft der größere Effekt? :-o

..und selbst wenn Du jetzt ermitteln könntest, was kraftmäßig aus biomechanischer Sicht die beste Lösung ist, heißt das nicht, dass dies auch bezüglich Sauerstoffversorgung/Durchblutung/Ausdauer der Fall ist. Da gibts dann noch so Effekte wie innere Reibung des Muskels, wie weit wird er gedehnt und "gestaucht", und was bedeutet das jeweils für das Kapillarzeugs darin.

 

[QTrotter]

Das folgende ist nur meine Meinung. Ich bin von 172,5 auf 165 gewechselt, weil Dackelbeine und (etwas) dicker Bauch - da tritt man sich selbst rein. Aber bewegliche Hüften.

Wenn man nur nach Drehmoment usw geht, ist die längere Kurbel wohl "besser".
Aber auf der anderen Seite steht, dass man die Beine nicht so weit heben muss. Kleinerer Kreis, weniger Extremes Movement. Das könnte dann dazu führen, dass man Leistungsverlust auf Dauer hat.
Ob das jetzt bei mir der Fall ist? Dunno. Glaube meine Kadenz ist höher, aber halt auch nur bissi. Glaube, dass ich nach 3+ Stunden weniger müde bin, kann aber besseres Futtern sein.

 

[Schraubereddie]

Mal einen Anstieg gefahren und All out und musste feststellen das ich mit den 165mm zu 172,5 kurbeln sehr viel langsamer war, aber es ist auch das Fenster der Fitness. Ich muesste jetzt aktuell den Berg nochmal mit 172,5 fahren. Mein Problem ist einfach das ich bereits mit den 172,5 eine ordentliche Drehzahl hatte und es mit kürzeren Kurbeln kaum steigern kann. 3% waren es die angeblich an Frequenz zugelegt werden muss. Also bei 100 - > 103 ich fühle ehr 110.

 

[captain hook]

Ich hab von 155 bis 175mm alles am Start. Grundsätzlich wenn man alles selbst bestimmt und tritt wie man mag und es braucht ist es rel egal. Der Power output unterscheidet sich da nicht so maßgeblich. Aber... Mit der 155er Kurbel bin zumindest ich sehr viel mehr Drehzahl abhängig als mit einer längeren Kurbel. Und diese ist wesentlich höher bei höherem Leistungsoutput. In der Folge ist das ein endlicher Prozess, weil so eine hohe Drehzahl muss man auf Dauer auch erstmal treten können. Power Anpassung geht fast ausschließlich über noch mehr Drehzahl.

Und im Radrennen entscheidet man ja nur rel selten vollständig selbst wann einem der Drehzahl Bereich grade mal optimal taugt.

Mit der Info kann man jetzt machen was man will. Wer kein Problem hat auch über längere Zeiten sehr hohe Frequenz bei hoher Leistung zu fahren, für den ist eine sehr kurze Kurbel vielleicht ne feine Sache. Wer eher gerne auf den Watt surfen will über ein breites Drehzahl Band, der mag es ggfls länger lieber.

So zumindest meine Beobachtungen in dieser Sache.

Bei der längeren Kurbel bin zumindest ich da wesentlich toleranter was Abweichungen in der Drehzahl nach unten angeht. Und ne Welle mal ohne schalten weg drücken ist easy drin.

 

[Multiradfahrer]

Ich hab von 155 bis 175mm alles am Start.

Hast Du mal kürzere/längere Kurbelarme bei größerem/kleinerem Kettenblatt "verglichen"?

 

[captain hook]

Hast Du mal kürzere/längere Kurbelarme bei größerem/kleinerem Kettenblatt "verglichen"?

Von 40 bis 60 Zähne alles dabei

 

[Multiradfahrer]

Von 40 bis 60 Zähne alles dabei

Und wie ist das so im Vergleich viele Zähne und kurze Arme vs. weniger Zähne und längere Arme?