Monat: Oktober 2023

Aero-Laufräder machen schneller – dies ist ein Fakt. Doch um wie viel und mit welchen Nachteilen? Letztlich geht es den meisten Radsportlern darum, bei den Laufrädern einen möglichst optimalen Kompromiss aus Aero-Vorteilen und einem in der Relation dazu niedrigen Gewicht und einer geringen Seitenwindanfälligkeit zu finden. Die „goldene Mitte“ bilden hier in der Regel die Varianten mit Felgenhöhen zwischen 45 und 55 Millimetern. Laufräder mit 60 Millimetern oder höheren Felgen sind zwar oft stark aerodynamisch vorteilhaft, aber bei böigem Seitenwind teils schwierig zu kontrollieren.

In diesem Aero-Laufräder-Test fokussierten wir uns deshalb auf Modelle mit Felgenhöhen zwischen 55 und 65 Millimetern. Die Preisrange: von 899 bis 2700 Euro. Alle getesteten Laufräder sind mit Carbonfelgen aufgebaut und für Scheibenbremsen ausgelegt. Auch mit diesen Aero-Laufrädern geht man Kompromisse ein: Bedingt durch die Felgenhöhe, können sie zum Beispiel nicht extrem leicht sein. Zudem nimmt die Seitenwind-Empfindlichkeit spürbar zu. In der Summe ihrer Eigenschaften sind sie jedoch eine sehr gute Wahl für schnelle Touren auf flachen und hügeligen Strecken.

Die Aerodynamik-Messungen nahmen wir im GST-Windkanal in Friedrichshafen vor. Die beiden Parameter, die im Mittelpunkt standen: Luftwiderstand und Seitenwind-Empfindlichkeit. Im Vordergrund stand dabei die Frage: „Um wie viel schneller ist man mit diesen Aero-Laufrädern?“

Deshalb verglichen wir die Test-Modelle auch mit einem „normalen“ Referenzlaufradsatz: den DT Swiss E 1800 Spline mit 23 Millimeter hohen Alufelgen und einem Gewicht von 1697 Gramm. Diese Laufräder sind häufig in Rennrädern im mittleren Preissegment um 3000 Euro verbaut. So etwa auch im Canyon Endurace CF SL, mit dem wir die Basismessung durchführten. Der Fahrer nahm dabei die Position „Unterarme gestreckt im Unterlenker“ ein. In dem Rad waren die serienmäßigen Referenz-Laufräder eingebaut. Bei allen Windkanal-Tests nutzten wir einen 25 Millimeter breiten Continental-GP-5000-Reifen. Wir zogen immer den gleichen Reifen auf, da bei den Messungen die Serienstreuungen bei gleichen Reifenmodellen für Unterschiede von bis zu einem Watt sorgen können. Die Mess-Toleranz des Windkanals beträgt +/- 0,2 Watt.

© Volker Buchholz

Aero-Laufräder im Windkanal-Test

Aero-Laufräder im Test: Messungen und Geschwindigkeiten

Bei der alleinigen Betrachtung der beiden Laufräder macht das Vorderrad rund 80 Prozent des gesamten Luftwiderstands aus – das Hinterrad dagegen nur 20 Prozent, da es sich im Windschatten des Sitzrohres dreht. Somit ist es für aussagekräftige Ergebnisse ausreichend, nur die Vorderräder im Windkanal zu messen, was auch den üblichen Testverfahren entspricht. Die Messungen wurden mit einer Windgeschwindigkeit von 45 Kilometern pro Stunde durchgeführt, wobei die Räder mit der gleichen Geschwindigkeit durch eine Walze angetrieben wurden, um realistische Verhältnisse zu erhalten. Bei 45 km/h handelt es sich um die Bezugsgeschwindigkeit für Zeitfahrer und Triathleten.

Damit auch Seitenwindverhältnisse beurteilt werden können, dreht sich der Prüfstand während der Messung von plus nach minus 20 Grad. Das Auswertungs-Programm von GST weist zunächst die benötigte Leistung aus, die bei einer reinen Frontal-Anströmung nötig ist, um den Luftwiderstand bei 45 km/h zu überwinden. Die Messwerte lagen hier zwischen 11,5 und 15,7 Watt. Je kleiner die benötigte Leistung ist, desto besser. Die 11,5 Watt wurden von dem „Aero-Sieger“-Modell dieses Tests erzielt, den Swiss Side Hadron² Ultimate 625 Disc. Die 15,7 Watt erbrachte der Referenzlaufradsatz mit 25 Millimeter Felgenhöhe, DT Swiss E 1800 Spline.

Gewichtete Leistung

Folgend berechnet das Programm die „gewichtete Leistung“ in Abhängigkeit vom Anströmwinkel. Dabei wird jeder einzelne Winkel mit der dazugehörigen Leistung in dem Maße prozentual gewichtet, wie er in Realität draußen auf der Straße vorkommt. Der Referenzlaufradsatz erzielte hier 19,4 Watt, der „Aero-Sieger“ Swiss Side 10,4 Watt – damit zeigte sich ein Leistungsgewinn von ganzen neun Watt bei 45 Kilometern pro Stunde. Da der Leistungsbedarf in dritter Potenz mit der Geschwindigkeit zunimmt, halbiert sich bei 35 km/h der Leistungsbedarf gegenüber 45 km/h ungefähr. Die genaue Berechnung lautet: (35/45)³ = 0,471 = 47 Prozent.

Die in der Praxis entscheidende Frage lautet jedoch: Um wie viel schneller kann man jeweils mit einem dieser zwölf Aero-Laufrädern im Vergleich zum Flachfelgen-Referenz-Modell bei gleicher Leistung fahren? Dazu führten wir eine Basis-Messung durch. Das serienmäßige Testrad Canyon Endurace wurde mit einem darauf sitzenden Fahrer im GST-Windkanal gemessen. Bei der Position „Unterlenker mit gestreckten Armen“ ergab sich bei 45 km/h ein Leistungsbedarf von 376 Watt. Diese Leistung verrechneten wir mit dem Leistungsgewinn der zwölf Test-Laufräder. Als Ergebnis werden der Zeitgewinn auf 100 flachen Kilometern sowie die „neue“ höhere Geschwindigkeit ausgewiesen. Mit dem Aero-Testsieger Swiss Side würde man nun mit 45,43 km/h statt der Basisgeschwindigkeit von 45 km/h fahren. Die Luftwiderstandsverteilung von 80 zu 20 Prozent zwischen dem Vorder- und dem Hinterrad wurde bei unseren Berechnungen berücksichtigt.

Mit der Höhe der Felgen nimmt die Seitenwind-Empfindlichkeit zu – auch dies kann gemessen werden. Ursprünglich gehörte der GST-Windkanal zu den Dornier-Flugzeugwerken. Er wurde entwickelt, um Flugobjekte und Tragflügel zu messen. Somit können nicht nur der Auf- und Abtrieb gemessen werden, sondern auch das Dreh- oder Lenkmoment bei einer seitlichen Anströmung.

Die GST-Auswertung weist hier noch einen „Lenkmoment-Beiwert“ für die Vorderräder aus: Je größer dieser Wert ist, desto stärker beeinflusst der Seitenwind das Lenkverhalten. In der nebenstehenden Grafik finden Sie die entsprechenden Kurven. Aufgetragen wurde das Lenkmoment in Abhängigkeit vom Winkel des Seitenwindes von -20 bis +20 Grad. Bei der Entwicklung von Aero-Laufrädern steht zunächst der Luftwiderstand im Fokus, jedoch kann beim Felgendesign zusätzlich noch eine maßvolle Seitenwind-Empfindlichkeit berücksichtigt werden.

Lenkmoment-Beiwert

Diese Grafik veranschaulicht die Lenkmomentbeiwerte der Vorderräder bei 45 km/h von minus nach plus 20 Grad Anströmwinkel. Die ungewöhnlichen Kurvenverläufe erklären sich folgendermaßen: Wechselt die Windrichtung, etwa von links nach rechts, so ändert sich das Vorzeichen des Lenkmomentbeiwerts von plus nach minus, die eingeleitete Drehrichtung wechselt.

Bei einer Frontal-Anströmung entsteht kein Lenkmoment, die Kurven durchlaufen den Nullpunkt. Die Kurven der Aero-Laufräder verlaufen von links oben nach rechts unten. Lediglich die Kurve des flachen Referenzlaufrades verläuft entgegengesetzt, da hier kein Segeleffekt vorliegt. Im Diagramm liegen die Kurven relativ dicht beieinander – lediglich die Vorderräder von Mavic, Newmen und Specialized Roval liefern hier größere und damit ungünstigere Werte.

© BVA BikeMedia

Veranschaulichung der Lenkmoment-Beiwerte

Je geringer die Kurven nach oben oder unten ausschlagen, desto geringer ist die Seitenwindanfälligkeit des getesteten Laufrades bei den jeweiligen Anströmwinkeln. Dies ist positiv zu werten, da es vorteilhaft für ein gutes Handling ist. Ergo: Je „kleiner“ die Kurven sind, desto besser ist das Rad.

Gewicht und Allround-Eigenschaften

Wir gehen davon aus, dass die Konstrukteure bei diesen beiden Kriterien einen praxisgerechten Kompromiss wählen. In der Grafik „Lenkmomentbeiwert“ ist deutlich zu sehen, dass die höheren Felgen empfindlicher auf Seitenwind reagieren. Ein wichtiges Ergebnis: Die 65-Mililimeter-Modelle weisen gegenüber den flacheren Felgen mit 50 bis 55 Millimetern Höhe einen rund doppelt so großen Lenkmomentbeiwert auf, was auf der Straße bei böigem Seitenwind sehr deutlich spürbar und bei Stürmen teils kaum noch beherrschbar ist. Die DT-Swiss- und die Swiss-Side-Modelle erreichten jedoch mit ihren 62,5 Millimeter hohen Felgen in dieser Disziplin auffallend gute Werte, die sich kaum von den 55er-Felgen unterscheiden. Selbstverständlich stehen bei einem Test von Aero-Laufrädern die Ergebnisse aus dem Windkanal im Vordergrund.

Ein wichtiges Testkriterium ist aber auch das Gewicht. Klar ist: Hohe Felgen belasten die Waage mehr als flache. Leichte Laufräder beschleunigen besser und haben bei höhenmeterreichen Touren und Radmarathons Vorteile. Das Gewicht aller Laufräder wurde einschließlich der aufgezogenen Felgenbänder ermittelt – dies erklärt teilweise die Differenzen zu den Herstellerangaben. Zwei solide Felgenbänder wiegen etwa 35 Gramm. Testsieger beim Gewicht wurden die Aero-Laufräder von Newmen mit 1429 Gramm – gefolgt von den Engage-, 1487, und den Specialized-Roval-Modellen, 1503 Gramm. Die schwersten Testkandidaten liegen zwischen 1700 und 1800 Gramm.

Das Wiegen brachte ein erstaunliches Ergebnis: Ausgerechnet die Test-Laufräder mit den höchsten, 65 Millimeter, Felgen erwiesen sich als die leichtesten. Wo beziehungsweise wie hat Newmen an Gewicht gespart? Die Lösung ist plausibel und smart zugleich: In beiden Laufrädern befinden sich jeweils 21 Carbon-Speichen. Newmen spricht in diesem Zusammenhang von 140 Gramm Gewichtsersparnis. Speichen aus Carbon sind aktuell ein neuer Trend im Laufradbau. Die Speichen werden grundsätzlich nur auf Zug belastet, somit ist Carbon hier der ideale Werkstoff. Die maximale Zugfestigkeit von Carbon ist etwa dreimal so groß wie die von hochfestem Stahl.

In der Praxis heißt dies: Es können höhere Speichenspannungen realisiert und weniger Speichen verbaut werden.

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Aero-Laufräder: Testkriterium Seitensteifigkeit

Womit wir schon beim nächsten Testkriterium wären: der Seitensteifigkeit. Wir belasteten die Laufräder seitlich mit einem Gewicht von fünf Kilogramm beziehungsweise 50 Newton, maßen dabei die Nachgiebigkeit ergo Elastizität der Felge und verrechneten dies zur Seitensteifigkeit. Sie gibt an, welche Kraft in Newton nötig ist, um die Felge seitlich um einen Millimeter zu bewegen. Gute Werte liegen zwischen 30 und 35 Newton pro Millimeter, sehr gute Werte darüber. Bis 40 Newton pro Millimeter gilt: je mehr, desto besser. Darüber ergibt es wenig Sinn. Wir belasteten die Laufräder zur rechten und linken Seite und bildeten das arithmetische Mittel daraus. Bei den Hinterrädern ergeben sich normalerweise etwas geringere Werte, da auf der rechten Seite wegen des Ritzelpakets die Speichen deutlich steiler stehen.

Seitliche Kräfte an den Laufrädern treten in der Praxis etwa im Wiegetritt und beim Durchfahren von Spurrillen auf. Vorderräder mit einer hohen Seitensteifigkeit zeichnen sich in der Regel in Form einer hohen Lenkpräzision aus. Zudem „laufen“ die Räder den Spurrillen nicht hinterher. Laufräder mit einer geringen Seitensteifigkeit werden umgangssprachlich als „weich“ bezeichnet. Sie lenken sich meist „schwammig“ und eher unpräzise.

Klar ist: Mit der Anzahl der Speichen und deren Spannung steigt die Seitensteifigkeit. Und: Weniger Speichen sind vorteilhaft für den Luftwiderstand. Der ultimative Kompromiss könnte bei diesem „Konflikt“ der Einsatz von Carbonspeichen sein. Die besten Seitensteifigkeiten lieferten die Modelle von DT Swiss, Edvelo und Swiss Side mit je 24 Speichen – sowie die Newmen mit ihren 21 Carbon-Speichen. Bei Engage und Leeze können die Laufräder aufpreisbehaftet mit Keramik-Lagern bestellt werden, serienmäßig damit ausgerüstet sind hier im Test die Modelle von Specialized Roval und Swiss Side. Bei DT Swiss sind die Premium-Varianten damit ausgestattet. Je nach dem Fahrergewicht und der Geschwindigkeit können durch eine reduzierte Lagerreibung rund zwei bis vier Watt nötige Leistung „eingespart“ werden. Die Lebensdauer von Keramik-Lagern kann im Vergleich mit Standard-Modellen je um das Drei- bis Fünffache höher sein.

© Volker Buchholz

Die Test-Laufräder mit den höchsten, 65 Millimeter hohen, Felgen erwiesen sich als klar die leichtesten. Der Hauptgrund: Carbonspeichen

Die wichtigsten Beurteilungskriterien

Wir notierten auch das Innenmaß der Felgen, die Maulweite – üblich sind Maße zwischen 19 und 21 Millimetern. Mit der Zunahme der Maulweite nimmt auch die effektive Reifenbreite zu und damit auch der Komfort. So baut ein nominell 25 Millimeter breiter Reifen auf einer Felge mit überdurchschnittlicher Maulweite um einige Zehntelmillimeter breiter auf. Fast alle Hersteller geben für ihre Laufräder je ein maximal zugelassenes Gewicht an. Das Fahrergewicht ist selbsterklärend, das Systemgewicht beinhaltet Fahrer, Rennrad, Trinkflaschen und etwaiges Gepäck. Fahrer- und Systemgewicht liegen somit in der Regel um rund zehn Kilogramm auseinander. Die Laufräder von Engage und Newmen liefern hier die höchsten Werte.

Das Fazit: Luftwiderstand, Gewicht, Seitensteifigkeit und Preis – dies sind in diesem Test die vier wichtigen Beurteilungskriterien. Nach dem Lesen und Durcharbeiten dieses Testberichtes wird klar: Den einen ultimativen Testsieger kann es nicht geben. Ein Aero-Laufradsatz kann nicht in allen Technik-Disziplinen „der Beste“ sein. Deshalb unterteilen wir unsere Ergebnisse in mehrere Kategorien: Klarer Aerodynamik-Sieger sind dabei letztlich die Laufräder von Swiss Side. In Sachen Leichtgewicht sind die Newmen-Räder vorn. Beim Kriterium Preis-Leistung steht Edvelo auf dem Siegertreppchen, bei den Allround-Eigenschaften sehen wir Engage vorn – und in der Disziplin Race siegen die Specialized-Roval-Räder. Jeder Laufradsatz hat seine speziellen Eigenschaften und ist für bestimmte Ansprüche jeweils die optimale Wahl.

Diese Aero-Laufräder haben wir getestet

Die ausführlichen Ergebnisse des Aero-Laufräder-Tests lesen Sie in der RennRad 11-12/2023. Diese können Sie hier als Printmagazin oder E-Paper bestellen.

Reifenbreiten und Aerodynamik

Etwas losgelöst vom eigentlichen Test prüften wir im Windkanal auch den Einfluss von verschieden Reifenbreiten. Exemplarisch zogen wir je einen Continental-GP-5000-Reifen in den Breiten 25, 28 und 30 Millimeter auf die Laufräder DT Swiss ARC 1400 Dicut DB 62.

Breitere Reifen erhöhen die angeströmte Stirnfläche, folglich nimmt der Luftwiderstand beziehungsweise die erforderliche Leistung für die gefahrene Geschwindigkeit zu. Die gewichteten Leistungen betragen bei 25, 28 beziehungsweise 30 Millimetern Reifenbreite: 11,9, 14,2 beziehungsweise 15,5 Watt.

Zumindest bei einer reinen Frontalanströmung relativieren sich die etwas höheren Leistungen der breiteren Reifen, da sie dem Unterrohr einen größeren Windschatten bieten. Zudem ergeben die 28 und 30 Millimeter breiten Reifen mit ihrem erhöhten Volumen ein Plus an Komfort. Aus rein aerodynamischer Sicht ist ein 25 Millimeter-Modell die beste Wahl. Ein guter Kompromiss wäre zum Beispiel: vorne einen 25er- und hinten einen 28er-Reifen zu montieren.

Die vollständigen Ergebnisse der Vorderrad-Messungen:

Ergebnisse: Die benötigte Leistung für 45 km/h

Diese Grafik zeigt die benötigte Leistung bei 45 km/h in Abhängigkeit der Anströmwinkel von minus bis plus 20 Grad.

Die oberste hellblaue Kurve ist die des Referenz-Laufrades aus dem Testrad Canyon Endurace CF SL: DT Swiss E 1800 Spline mit einer Felgenhöhe von 23 Millimetern. Zu sehen ist ein typischer Verlauf für ein flaches Laufrad ohne Segeleffekt. Bei einer Frontalanströmung, null Grad, ist die benötigte Leistung am geringsten, da dort die Stirnfläche am kleinsten ist.

Mit zunehmenden Winkelgraden nimmt die Stirnfläche zu und der Leistungsbedarf steigt. Hier löst sich die Strömung komplett ab und es entsteht kein Segeleffekt. Dieser entsteht bei Laufrädern, die hinsichtlich der Aerodynamik optimiert wurden und mindestens 30 Millimeter Felgenhöhe aufweisen. Beim Segeleffekt liegt die Windströmung vollständig an der Felge an und erzeugt beim „Abreißen“ einen Schub. Damit sinkt für den Fahrer die benötigte Leistung, um eine gegebene Geschwindigkeit zu halten.

Grundsätzlich gilt: Höhere Felgen ergeben einen größeren Segeleffekt. Unsere zwölf Testlaufräder weisen Felgenhöhen von 50 bis 65 Millimetern auf. Zu sehen ist ein ausgeprägter Segeleffekt, der bei rund neun bis zwölf Grad sein Minimum hat – hier ist der Leistungsbedarf am geringsten.

Den größten Segeleffekt erzielt hier das Vorderrad von Specialized Roval: Bei 16 und 17 Grad werden nur ein bis zwei Watt Leistungsbedarf gemessen. Allerdings stellen sich bei diesen Winkeln sehr große Lenkmomente ein. Insgesamt liegen die Kurven der Laufräder mit flacheren Felgen höher: Sie benötigen also etwas mehr Leistung. Den Laufradsatz Leeze CC 50 Disc Basic ist mit seinen 50 Millimetern Felgenhöhe ein typischer Vertreter von Felgen mittlerer Höhe.

In der Legende der beiden Grafiken finden Sie hinter dem Herstellernamen je die dazugehörige Felgenhöhe – dies ist wichtig, um eine auf die Felgenhöhe bezogene Beurteilung zu ermöglichen. Insgesamt sind die Kurven in der Grafik nicht ganz rechts-links-symmetrisch, da die Speichen auf der linken Seite des Vorderrades wegen der Bremsscheibe steiler stehen.

© BVA BikeMedia

Die benötigte Leistung für 45 km/h