Die Geometrie des Fahrradhandlings: Auf die Lenkung kommt es an

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Im Laufe der letzten 200 Jahre hat sich das Design des Fahrrads auf vielfältige Weise weiterentwickelt, um den Bedürfnissen unterschiedlichster Fahrdisziplinen gerecht zu werden. Mittlerweile gibt es Dutzende Spezialfahrräder auf dem Markt und die Unterschiede, die sie voneinander unterscheiden, hängen oft mit der Art und Weise zusammen, wie sie funktionieren und sich verhalten, was wiederum durch die Geometrie des Rahmens und der Gabel bestimmt wird.

Lenkwinkel, Gabelneigung, Nachlauf und Radeinschlag: Dies sind nur einige der Parameter, die die Lenkung und das Handling eines Fahrrads beeinflussen. Ohne jeglichen Kontext erscheinen sie jedoch oft als eine Reihe bedeutungsloser Zahlen in einer Rahmengeometrie Diagramm. Dies ist etwas, das wir 2011 in unserem ursprünglichen Artikel zu diesem Thema zu entschlüsseln begonnen haben, und jetzt geht Matt Wikstrom erneut darauf ein, um noch tiefer in die Parameter einzutauchen, die das Fahrverhalten eines Fahrrads beeinflussen.

Beim Kauf eines neuen Fahrrads wissen die meisten Fahrer, wie wichtig es ist, die richtige Rahmengröße zu finden. Dies ist etwas, worüber wir zuvor in unserem Artikel über die richtige Größe eines Rennrads gesprochen haben, in dem wir die Aspekte der Rahmengeometrie identifiziert haben, die für die Passform wichtig sind.

Es gibt noch andere Aspekte der Rahmengeometrie, wie etwa der Steuerrohrwinkel oder die Länge des Nachlaufs, die keinen Einfluss auf die Passform des Fahrrads haben, aber dennoch Auswirkungen auf den Fahrer haben können. Denn sie beeinflussen das Fahrverhalten des Fahrrads, sei es auf dem Boden, in einer Kurve, bergauf oder sogar in der Luft. Es ist ein Thema, das sowohl für die Sicherheit eines Fahrers als auch für sein Selbstvertrauen wichtig ist und in manchen Fällen auch seine Leistung verbessern kann. Wenn ein Fahrrad leicht zu kontrollieren ist, steigert das nicht zuletzt die Freude des Fahrers am Sport.

Zwei Jahrhunderte Erfahrung haben uns viel darüber gelehrt, wie sich ein Fahrrad verhält und wie wir es leichter kontrollieren können. Wissenschaftler haben die Bewegungsdynamik analysiert und die Mindestanforderungen für ein selbststabiles Fahrrad definiert, während die Fahrradindustrie mit verschiedenen Designs experimentiert hat, um zu definieren, was für jede Fahrdisziplin funktioniert und was nicht.

Obwohl unser Verständnis noch nicht vollständig ist, hat all diese Arbeit einen Kernsatz von Parametern identifiziert, die das Verhalten eines Fahrrads bestimmen. Es scheint eine Art Hierarchie zu geben, da einige Parameter einen größeren Einfluss haben als andere, aber in jedem Fall können diese Effekte auf einen einzigen Mechanismus zurückgeführt werden, und das ist die Lenkung des Fahrrads.

Nehmen Sie sich einen Moment Zeit und denken Sie darüber nach, wie es war, Fahrradfahren zu lernen: Das Ding hatte diese schreckliche Tendenz, auszuweichen, und diese zu unterdrücken schien das Geheimnis zu sein, um aufrecht zu bleiben. Doch alle Versuche, das Drehen des Lenkers zu verhindern, erwiesen sich letztendlich als vergeblich, da das Fahrrad ständig kenterte. Der Trick bestand darin, zu lernen, wie man bei jedem Sturz hineinlenkt und nicht weg, denn nur so bleibt ein Fahrrad aufrecht.

Es ist, gelinde gesagt, eine kontraintuitive Vorstellung, aber die Strategie funktioniert, weil sie die Räder zurück unter die fallende Masse lenkt. Solange sich das Fahrrad schnell genug bewegt, um die fallende Masse „aufzufangen“, steigt das Fahrrad jedes Mal an. Es ist ein Vorgang, der dem Balancieren eines Besenstiels auf der Hand ähnelt: Wenn der Stock zu fallen beginnt, muss die Hand in die gleiche Richtung bewegt werden, um zu verhindern, dass er umkippt.

Es gibt jedoch Zeiten, in denen es notwendig ist, ein Fahrrad zum Absturz zu bringen. Auch wenn dies nach einer erschreckenden Aussicht klingt, gibt es ohne sie keine Möglichkeit, in die Enge zu treiben. Deshalb neigen sich ein Fahrrad und der Fahrer immer in eine Kurve, weil sie dabei sind zu stürzen. Auch hier ist es die Lenkung des Fahrrads, die für die Fähigkeit des Fahrers, den Sturz zu kontrollieren und das Fahrrad beim Verlassen der Kurve wieder aufzurichten, entscheidend ist.

Natürlich ist die Lenkung auch wichtig, um die Richtung eines Fahrrads zu kontrollieren, aber sie ist größtenteils eine Hilfsfunktion, bis der Fahrer sie unter Kontrolle hat. Dies lässt sich daran erkennen, dass ein Fahrrad bei niedrigen Geschwindigkeiten unregelmäßig ausweicht, weil der Fahrer die Richtung des Fahrrads nicht kontrollieren kann, während er darum kämpft, es aufrecht zu halten. Wenn ein Fahrer tatsächlich Schwierigkeiten hat, die Richtung eines Fahrrads zu kontrollieren, ist das ein sicheres Zeichen dafür, dass er versucht, das Umfallen des Fahrrads zu verhindern.

Im Großen und Ganzen gibt es beim Lenken eines Fahrrads zwei Aspekte, von denen der erste die Verwendung des Lenkers betrifft. Dies ist etwas, das jeder Fahrer intuitiv versteht, und mit ein wenig Übung wird das Lenken mit dem Lenker zu einem unbewussten Prozess, sowohl für die Führung des Fahrrads als auch für die aufrechte Haltung.

Die zweite Möglichkeit besteht darin, vom Sattel aus zu lenken. Wer schon einmal ein Fahrrad mit dem Sattel gelenkt und dabei hinterher gelaufen ist, wird das verstehen: Wenn vom Sattel aus eine Neigung eingeleitet wird, wird der Lenker dazu veranlasst, sich in die gleiche Richtung zu drehen. Das Gleiche passiert beim Fahren ohne Hände: Ein bisschen Körperenglisch genügt, um die Richtung des Fahrrads zu kontrollieren.

Bei niedrigen Geschwindigkeiten ist das Lenken mit dem Lenker entscheidend für die Kontrolle über das Fahrrad; Bei hohen Geschwindigkeiten ist die Lenkung vom Sattel aus wichtiger, obwohl sich beides keineswegs ausschließt. Der Einsatz der beiden Lenkstrategien scheint ein instinktiver Prozess zu sein, obwohl es klar ist, dass Übung die Fähigkeiten eines Fahrers in beiden Bereichen verbessern wird.

Angesichts der Bedeutung der Lenkung sollte es nicht überraschen, dass die Geometrie des Vorderteils eines Fahrrads den größten Einfluss auf dessen Fahrverhalten hat. Das beginnt alles mit dem Steuerrohrwinkel, aber wie weiter unten erklärt wird, hängt dieser vom Neigungswinkel der Gabel ab, der das Ausmaß des Nachlaufs und des Radeinschlags bestimmt. Vorbaulänge, Lenkerbreite und Reifenbreite spielen ebenfalls eine Rolle, indem sie die Reaktion des Vorderrads auf Eingaben des Fahrers verändern, ebenso wie der Kreiseleffekt des Rads selbst.

Es gibt weitere Parameter im Zusammenhang mit dem Rest des Fahrrads, die ebenfalls Einfluss auf das Fahrverhalten haben. Dazu gehören die Höhe des Tretlagers, die Länge des Radstands und die Verteilung des Fahrergewichts. Auf alle wird in den folgenden Abschnitten eingegangen. Es ist jedoch hervorzuheben, dass jeder dieser Parameter zwar zu Diskussionszwecken analysiert werden kann, keiner von ihnen jedoch isoliert wirkt.

Von allen Faktoren, die das Fahrverhalten eines Fahrrads beeinflussen, ist der Steuerrohrwinkel vielleicht der am einfachsten zu verstehende. Vereinfacht ausgedrückt bestimmt der Steuerrohrwinkel, wie viel Kraft zum Drehen des Vorderrads erforderlich ist. Mit zunehmendem Lenkwinkel lässt sich das Vorderrad leichter drehen. Es ist auch möglich, eine steilere Kurve zu fahren, sodass die Manövrierfähigkeit des Fahrrads im Allgemeinen mit dem Winkel des Steuerrohrs zunimmt.

Bei niedrigen Geschwindigkeiten kann ein steiler Lenkwinkel dem Fahrer helfen, das Gleichgewicht zu halten. Das Lenken des Fahrrads mit dem Lenker ist im Allgemeinen sehr einfach, es besteht jedoch die Gefahr des Übersteuerns, sodass möglicherweise eine leichte Berührung erforderlich ist. Bei höheren Geschwindigkeiten wird schnelles und leichtes Lenken zum Risiko, da das Fahrrad anfällig für plötzliche Richtungsänderungen ist, die so weit gehen können, dass es unkontrollierbar wird.

Dann ist ein flacherer Steuerrohrwinkel oft die bessere Wahl: Das Lenken mit dem Lenker kann bei niedrigen Geschwindigkeiten schwieriger sein, aber die zusätzliche Stabilität, die mit einer relativ unempfindlichen Lenkung einhergeht, mildert das Verhalten des Fahrrads bei hohen Geschwindigkeiten.

Der mit jedem dieser Extreme verbundene Unterschied im Steuerrohrwinkel ist recht gering: Beispielsweise kann ein speziell angefertigtes Criterium-Rennrad, das zum Durchfahren enger Kurven und zum Ausweichen vor Verkehr ausgelegt ist, einen Steuerwinkel von 74° haben. Im Gegensatz dazu könnte ein Downhill-MTB, das schnelle Abfahrten in schwierigem Gelände bewältigen kann, einen Steuerrohrwinkel von 64° haben.

Auch wenn es bei der Lenkung eines Fahrrads um mehr geht als nur um den Steuerrohrwinkel, gibt er im Allgemeinen den Ton für das Fahrverhalten des Fahrrads vor. Als nächstes ist der Einfluss der Gabel zu berücksichtigen, und insbesondere die Menge an Nachlauf, die sie erzeugt.

Wenn die Kontaktfläche eines Rads hinter der Lenkachse einer Gabel verläuft, neigt sie dazu, sich an der Richtung des Fahrrads auszurichten (wie die Räder eines Einkaufswagens oder eines Bürostuhls). Während dieser Nachlaufeffekt nicht unbedingt notwendig ist, um ein selbststabiles Fahrrad zu schaffen, wird er bei höheren Geschwindigkeiten immer wichtiger, da er dabei hilft, dass das Vorderrad ohne Zutun des Fahrers zentriert bleibt. Ist der Weg jedoch zu groß, lässt sich das Rad nur schwer steuern.

Wie viel Nachlauf bei einem Fahrrad vorhanden ist, hängt von drei Faktoren ab: dem Lenkwinkel, dem Grad der Gabelneigung (oder dem Versatz) und der Radgröße. Wenn die Größe des Rads und die Neigung der Gabel konstant gehalten werden, erhöht sich der Nachlauf, wenn der Lenkwinkel flacher wird (Abbildung 1). Unter diesen Bedingungen bleibt das Vorderrad tendenziell zentriert, was einen großen Teil der stabilisierenden Wirkung eines flachen Lenkwinkels ausmacht.

Den gleichen Effekt hat auch eine Verringerung der Gabelneigung (Abbildung 1), was möglicherweise kontraintuitiv erscheint, da das Vorderrad dadurch näher an das Fahrrad heranrückt. Die Position des Vorderrads im Verhältnis zum Rest des Fahrrads ist für diesen Effekt jedoch nicht wichtig; Wichtig ist, wo es sich im Verhältnis zur Lenkachse des Steuerrohrs befindet.

Daher wird bei jedem gegebenen Steuerrohrwinkel eine Verringerung der Gabelneigung die Kontaktfläche des Vorderrads von der Lenkachse wegbewegen, wo es aufgrund des Nachlaufeffekts stärker zur Selbstzentrierung neigt. Aus diesem Grund ist die Gabel eines Steherfahrrads umgekehrt, da der negative Neigungswinkel den Nachlauf und damit die Stabilität des Fahrrads bei hohen Geschwindigkeiten erheblich erhöht.

Eine Erhöhung des Gabelwinkels hat den gegenteiligen Effekt: Je kleiner der Nachlauf ist, desto geringer ist die Wahrscheinlichkeit, dass das Vorderrad der Richtung des Fahrrads folgt. Mit einer großen Neigung der Gabel ist es möglich, den Nachlauf vollständig zu eliminieren (oder sogar einen negativen Nachlauf zu erzeugen, bei dem die Aufstandsfläche vor der Lenkachse liegt), die Lenkung ist jedoch sehr leichtgängig und tendiert dazu, selbst bei niedrigen Geschwindigkeiten unkontrollierbar zu sein .

Bei Rennrädern wird allgemein davon ausgegangen, dass 55–60 mm Nachlauf ideal sind und ein gutes Gleichgewicht zwischen Manövrierfähigkeit und Stabilität bieten. Für Gravel-Bikes und MTBs werden in der Regel größere Streckenabschnitte genutzt, während bei beladenen Tourenrädern häufig weniger Streckenabschnitte verwendet werden (das Gewicht von Vorderradtaschen erschwert das Drehen des Vorderrads und erfordert daher eine schnellere Lenkreaktion).

Der Wheel-Flop ähnelt dem Trail-Flop, da er durch die Kombination aus Steuerrohrwinkel und Gabelneigung bestimmt wird. Allerdings kommt es darauf an, wie sich die Position der Vorderachse ändert, wenn der Lenker gedreht wird. In fast allen Fällen wird dabei die Höhe der Vorderachse abgesenkt, was durch einen flachen Lenkwinkel und/oder eine geringere Gabelneigung verstärkt wird (Abbildung 2).

Für den Fahrer ist der Effekt des Radschlags am deutlichsten bei niedrigen Geschwindigkeiten, wenn er dem Vorderrad beim Wenden hilft. Ein Fahrrad mit einem großen Flop (z. B. 20 mm) ist eher bereit, eine scharfe Kurve zu fahren, als eines mit einem geringen Flop (z. B. 10 mm). So verbessert ein gewisser Radschlag die Manövrierfähigkeit eines Fahrrads, während ein zu großer dazu führt, dass das Fahrrad bei einer leichten Berührung des Lenkers von der Linie abweicht.

Eine Möglichkeit, diesen Effekt zu erleben, besteht darin, ein Fahrrad vom Boden fernzuhalten: Wenn das Hinterrad höher ist als das Vorderrad, drehen sich die Stangen nur ungern, weil es nur sehr wenig Flop gibt; Wenn das Vorderrad jedoch höher angehoben wird, ist weniger Kraftaufwand erforderlich, um die Stangen zu drehen, und es kommt der Punkt, an dem das Vorderrad nicht mehr zentriert bleiben kann.

In der Praxis wirkt der Wheel-Flop dem Trail entgegen, die beiden können jedoch nicht getrennt werden. Wenn das eine zunimmt, nimmt auch das andere zu, und es ist nicht möglich, ein Fahrrad zu konstruieren, das viel Trail mit sehr wenig Rad-Flop bietet, oder umgekehrt.

Dennoch kann der Radflop verwendet werden, um das Verhalten verschiedener Lenkwinkel-/Gabelneigungskombinationen zu unterscheiden, die den gleichen Nachlauf aufweisen. Beispielsweise ergeben 71°/55 mm, 72°/49 mm, 73°/43 mm und 74°/37 mm in Kombination mit einem 700C x 25 mm-Reifen alle 59 mm Nachlauf, doch die Höhe des Flop ist unterschiedlich und nimmt stetig von 18 mm auf 16 mm ab . Das ist zwar eine Nuance, aber es zeigt, warum die Lenkreaktionen für diese Lenkwinkel-/Rake-Kombinationen nicht identisch sind.

Viele Fahrer kennen den Kreiseleffekt, der mit einem sich drehenden Rad einhergeht. Wenn man das Rad zwischen den Händen hält, kann man diese Kräfte spüren, wenn man versucht, es zu neigen und zu drehen. Beim Fahrrad führt dieser Effekt dazu, dass sich das Vorderrad in eine beliebige Schräglage dreht, und trägt somit dazu bei, das Fahrrad wieder in die richtige Position zu bringen. Früher ging man allgemein davon aus, dass dieser Effekt entscheidend dafür sei, ein Fahrrad aufrecht zu halten. Allerdings ist der Kreiseleffekt der Räder, genau wie beim Trail, für ein selbststabiles Fahrrad nicht notwendig.

Gyroskopische Kräfte können jedoch dazu beitragen, ein Fahrrad zu stabilisieren, insbesondere bei hohen Geschwindigkeiten, indem sie es aufrecht und in der Linie halten. Allerdings ist diese zusätzliche Stabilität nicht immer wünschenswert. Beispielsweise wird die Reduzierung der Kreiselkräfte, die mit einem Upgrade auf leichtere Laufräder einhergeht, normalerweise als Vorteil angesehen, und die meisten Fahrer werden sich eher an der zusätzlichen Agilität des Fahrrads erfreuen, als an der Beeinträchtigung durch den Stabilitätsverlust.

Die Länge des Vorbaus ähnelt insofern ein wenig der Gabelneigung, da sie das Lenkverhalten des Fahrrads verändern kann, allerdings in kleinerem Maßstab. Dies ist etwas, was wir ausführlich in unserem früheren Artikel über den Einfluss der Vorbaulänge auf das Fahrverhalten eines Fahrrads besprochen haben, daher werden hier nur die wichtigsten Punkte kurz erwähnt.

Zunächst hängt die Größe des Lenkbogens für den Lenker von der Länge des Vorbaus ab. Wenn dieser Bogen klein ist, reagiert der Lenker empfindlicher auf Eingaben des Fahrers (z. B. Hand- und Armbewegungen) und daher ist weniger Kraftaufwand erforderlich, um die Richtung des Fahrrads zu ändern. Ein längerer Vorbau erzeugt einen größeren Lenkwinkel, der weniger empfindlich auf Hand- und Armbewegungen reagiert, was die Lenkgeschwindigkeit verlangsamt.

Ein längerer Vorbau verlagert auch mehr Gewicht des Fahrers auf das Vorderrad. Dies gilt insbesondere beim Vergleich von Rahmen mit unterschiedlicher Reichweite: Während ein kurzer Rahmen und ein langer Vorbau die gleiche Gesamtreichweite bieten wie ein langer Rahmen und ein kurzer Vorbau, landet ein größerer Teil des Fahrergewichts auf dem Vorderrad langer Stiel. Dadurch wird das Ansprechverhalten des Vorderrads weiter verlangsamt.

Ein kurzer Vorbau hingegen verlagert das Gewicht des Fahrers nach hinten über den Rahmen, wodurch das Vorderrad entlastet wird, sodass die Lenkung etwas leichter wird. Wie bereits erwähnt, bringt dies bei flachem Lenkwinkel und/oder viel Nachlauf nicht viel an der Lenkung mit, kann aber die Manövrierfähigkeit verbessern, was (zumindest teilweise) die derzeitige Vorliebe für kurze Vorbauten erklärt auf MTB (wo die Rahmenreichweite in den letzten Jahren zugenommen hat). Es erklärt auch, wie ein kurzer Vorbau ein Fahrrad nahezu unkontrollierbar machen kann, wenn es bereits über eine schnelle Lenkung verfügt.

Die Lenkerbreite kann die gleiche Auswirkung auf das Lenkverhalten des Fahrrads haben wie die Vorbaulänge. Breitere Lenker spreizen die Hände auseinander (besonders, wenn die Hauben oder Unterlenker gehalten werden) und dadurch vergrößert sich der Lenkwinkel des Fahrrads. Schmale Stangen sorgen für einen kleineren Bogen und damit für eine schnellere und feinfühligere Lenkung. Dies kann die Manövrierfähigkeit des Fahrrads verbessern, darüber hinaus aber auch zu Unruhe führen, insbesondere wenn der Lenker mit einem kurzen Vorbau kombiniert ist.

Bei Drop-Bars erhöhen auch ein größerer Reach und/oder Bremshauben die Größe des Lenkbogens. Dies führt wiederum zu einer Verlangsamung der Lenkreaktion, daher lohnt es sich, bei der Auswahl der Komponenten für ein neues Fahrrad die Kombination dieser beiden Faktoren in Betracht zu ziehen.

Die Breite des Lenkers hat einen weiteren Einfluss auf das Fahrverhalten eines Fahrrads, indem sie den Körper des Fahrers stabilisiert. Wer schon einmal versucht hat, mit den Händen am Vorbau aus dem Sattel zu fahren, wird das sofort verstehen: Es ist mehr Kraft erforderlich, um den Körper zu stabilisieren, und auch das Fahrrad wird schwieriger zu kontrollieren. Daher tragen breitere Lenker dazu bei, einen Fahrer zu stabilisieren, insbesondere wenn er breite Schultern hat, selbst wenn er im Sattel sitzt.

Schließlich gibt es noch den Einfluss, den die Lenkerbreite auf das Lenkmoment hat. Breite Lenker sorgen für zusätzliche Hebelwirkung beim Drehen des Vorderrads, was wichtig ist, wenn breite Reifen für Fahrten im Gelände verwendet werden. In dieser Hinsicht ist der Wert breiter Lenker für MTBs bereits bekannt, das Versprechen eines zusätzlichen Drehmoments erklärt jedoch, wie breitere Lenker und/oder ausgestellte Lenkerabsenkungen für Gravel-Bikes und beladene Bike-Packing-/Touring-Rigs hilfreich sein können.

Mit der Breite des Vorderreifens lässt sich der Nachlauf jedes Fahrrads anpassen. Das liegt daran, dass der Durchmesser eines Rads im Allgemeinen mit der Breite des Reifens zunimmt, was wiederum die Spurweite erhöht. Wenn Sie beispielsweise von einem 700C x 23-mm-Reifen auf einen 28-mm-Reifen wechseln, erhöht sich die Spur um 2 mm, bei einem 40-mm-Reifen um 6 mm (Abbildung 3). In den meisten Fällen bleibt eine geringfügige Erhöhung der Spurweite wahrscheinlich unbemerkt, größere Änderungen, wie sie beispielsweise bei einem 40-mm-Reifen auftreten, führen jedoch tendenziell zu einer Abschwächung der Lenkreaktion.

Mit der Breite des Reifens nimmt auch der Raddurchschlag zu. Um mit dem oben genannten Beispiel fortzufahren: Ein 28-mm-Reifen erhöht den Raddurchschlag um ca. 1 mm, während ein 40-mm-Reifen den Raddurchschlag um ca. 2 mm erhöht (Abbildung 5). Auch hier ist es unwahrscheinlich, dass eine kleine Änderung bemerkt wird, aber im Falle eines 40-mm-Reifens entspricht der kombinierte Effekt auf Trail und Flop einer Reduzierung des Lenkwinkels des Fahrrads um fast 1°.

Mit der Reifenbreite ist noch ein weiterer Effekt verbunden, der sich auch auf die Lenkung eines Fahrrads auswirkt: der sogenannte pneumatische Nachlauf. Hier wirken Kräfte, die mit der Aufstandsfläche des Reifens verbunden sind, entgegen jeglicher Lenkeingabe. Der pneumatische Nachlauf nimmt im Allgemeinen mit der Breite eines Reifens zu und sorgt erstens dafür, dass das Rad in der Richtung des Fahrrads ausgerichtet bleibt, und zweitens, um es nach dem Einleiten einer Kurve wieder in die Mitte zu bringen. Leider gibt es für diesen Effekt kein praktisches Maß, sodass die Auswirkung auf die Lenkung eines Fahrrads viel schwieriger vorherzusagen ist.

Bei einem Rennrad, wo die Aufstandsfläche relativ klein ist, ist dieser Effekt gering und kann oft vernachlässigt werden. Bei breiten Reifen (z. B. 40 mm) verhält es sich jedoch anders, weshalb möglicherweise ein höheres Lenkmoment erforderlich ist, um eine Verringerung der Manövrierfähigkeit auszugleichen.

All diese Effekte helfen zu erklären, warum ein deutlich größerer Reifen (z. B. für Gravel-Fahrten) die Lenkung eines Fahrrads immer verlangsamt und es bei hohen Geschwindigkeiten stabiler macht. Auch bei niedrigen Geschwindigkeiten fühlt sich die Lenkung nicht so leichtgängig oder präzise an, was zu einem ziemlich unterschiedlichen Verhalten führt, es sei denn, ein kleinerer Raddurchmesser (z. B. 650B) wird verwendet, um einige dieser Effekte auszugleichen.

Im Hinblick auf den Erhalt der Geometrie des Fahrrads ist dies eine sinnvolle Strategie, wie das folgende Beispiel zeigt: Bei einem Fahrrad mit einem Lenkwinkel von 71° und einer Gabelneigung von 55 mm entspricht dies dem Ausmaß an Nachlauf und Rad-Flop, das mit einem 700C verbunden ist x 25 mm Reifen sind 59 mm bzw. 18 mm groß. Diese Zahlen erhöhen sich erheblich auf 68 mm und 21 mm, wenn ein 50-mm-Reifen auf demselben Rad montiert wird; Im Gegensatz dazu ergibt ein 650B-Rad mit einem 2,1 Zoll breiten Reifen einen Trail von 62 mm und einen Flop von 19 mm. Es ist immer noch mit einer gewissen Verlangsamung der Lenkung zu rechnen, allerdings ist ein großer Teil davon auf den pneumatischen Nachlauf zurückzuführen.

Auf den ersten Blick scheint das Tretlager für das Fahrverhalten eines Fahrrads irrelevant zu sein, und in gewisser Hinsicht ist das auch richtig, denn es hat keinen Einfluss auf die Lenkung des Vorderrads eines Fahrrads. Es spielt jedoch eine Rolle bei der Bestimmung der Position des Fahrers und insbesondere der Lage seines Schwerpunkts.

Überlegen Sie einen Moment, wie sich ein Rennrad verhält, wenn es mit hoher Geschwindigkeit bergab geht, während die Hände auf den Hauben liegen, im Vergleich zu den Drops. Letzteres ist immer stabiler, da der Fahrer seinen Schwerpunkt gesenkt hat. Die Position des Tretlagers hat denselben Einfluss: Ein relativ niedriges Tretlager bringt den Fahrer näher an den Boden, was im Allgemeinen zur Stabilisierung seiner Position auf dem Fahrrad beiträgt.

Die Position des Tretlagers kann auf zwei Arten beschrieben werden: Erstens gibt es den Abstand zum Boden; und zweitens gibt es die Position der Schale im Verhältnis zur Mitte der Räder. Die erste Messung ist am wichtigsten, um zu verstehen, wie viel Freiraum ein Fahrrad bietet, während die zweite eine bessere Vorstellung von der Auswirkung auf den Schwerpunkt eines Fahrers liefert.

Wird durch beide Radachsen eine Linie gezogen, die einen Horizont bildet, dann befindet sich normalerweise das Tretlager darunter (daher auch die Bezeichnung Tretlagerabsenkung). Wie weit, hängt von der Gestaltung des Rahmens ab. Straßenrahmen bieten normalerweise eine Tretlagerabsenkung von 65–75 mm, unter bestimmten Umständen kann sie jedoch auch etwas größer sein (z. B. können Tourenräder eine Absenkung von 80 mm oder mehr haben). Im Gegensatz dazu entscheiden sich MTB-Rahmen normalerweise für einen geringeren Tretlagerabfall, da mehr Bodenfreiheit erforderlich ist, um Pedal- und Kettenblattschläge auf Felsen und andere Hindernisse auf dem Weg zu vermeiden.

Da jedes Fahrrad eine gewisse Bodenfreiheit benötigt, gibt es eine Grenze dafür, wie weit das Tretlager abgesenkt werden kann, um einen Fahrer zu stabilisieren. Dennoch besteht für Fahrer, die eine aufrechte Position auf dem Rad einnehmen, das Versprechen einer zusätzlichen Stabilität bei hohen Geschwindigkeiten beim Lenken mit dem Körper, auch wenn dies eine Frage der Nuancen sein dürfte. Wichtiger ist wohl, wie das Gewicht des Fahrers zwischen den Vorder- und Hinterrädern verteilt wird. Dabei kommt es auf den Radstand und die Vorder- und Hintermittenmaße eines Fahrrads an.

Der Radstand eines Fahrrads gibt an, wie weit das Vorderrad vom Hinterrad entfernt ist, und wird von der Mitte einer Achse zur anderen gemessen. Dieser Abstand wird größtenteils durch die Länge des Rahmens bestimmt. Mit zunehmender Rahmengröße nimmt auch der Radstand zu.

Wenn die Räder eng beieinander stehen, hat das Fahrrad einen kleineren Wendekreis und lässt sich daher viel einfacher durch enge Kurven steuern. Durch die Verlängerung des Radstands wird das Rad grundsätzlich stabilisiert, weshalb Downhill-MTBs einen längeren Radstand haben als XC-Rennräder, allerdings geht dies auf Kosten der Manövrierfähigkeit.

Während die Gesamtlänge des Radstands einen Teil der Stabilität und Manövrierfähigkeit eines Fahrrads bestimmt, wird sie von der Gewichtsverteilung des Fahrers beeinflusst, der je nach Position des Tretlagers vom Vorder- zum Hinterrad hin und her schwanken kann befindet sich. Hier werden die Abstände zwischen Vorder- und Hinterradmitte wichtig, da sie ein Maß dafür sind, wie weit jedes Rad vom Tretlager entfernt ist.

Das Maß vorne-Mitte ist normalerweise größer als das Maß hinten-Mitte (60/40 ist eine übliche Aufteilung), da das Vorderrad mehr Platz zum Drehen benötigt. Der Abstand zwischen Vorderrad und Mitte hängt immer von der Reichweite des Rahmens ab. Ein flacher Steuerrohrwinkel und/oder eine stärkere Gabelneigung drücken jedoch das Vorderrad weiter vom Tretlager weg. Im Gegensatz dazu hängt die hintere Mitte von der Länge der Kettenstreben ab.

Der Unterschied zwischen den Vorder- und Hinterachsabständen führt dazu, dass im Allgemeinen ein größerer Gewichtsanteil auf dem Hinterrad landet, wobei die genaue Menge von der Position des Fahrers abhängt. Eine aggressive Rennposition oder die Verwendung von Aero-Verlängerungen verlagern mehr Gewicht auf das Vorderrad und verlangsamen die Lenkung. Im richtigen Maß kann dies die Stabilität des Fahrrads verbessern – einige haben sogar behauptet, dass dies wichtig ist, um Geschwindigkeitsschwankungen zu verhindern –, aber ein Übermaß erschwert kleinere Lenkkorrekturen und raubt dem Fahrer die Feinkontrolle.

Eine geringere Belastung des Vorderrads hingegen führt zu einer leichteren Lenkung und erhöht das Risiko eines Übersteuerns. Gleichzeitig verringert sich die Haftung der Reifen, was bei rutschigen Bedingungen beunruhigend und sogar gefährlich sein kann. Das Endergebnis könnte ein Fahrrad sein, das sich unregelmäßig verhält, insbesondere bei hohen Geschwindigkeiten, und dessen Kontrolle mehr Anstrengung (und Konzentration) erfordert.

Die Wirkung der Gewichtsverteilung beschränkt sich nicht nur auf die Vorderseite des Fahrrads, sondern beeinflusst auch die Lenkung vom Sattel aus. Durch zusätzliches Gewicht wird die Neigung des Körpers und damit das Kippen und Fallen des Fahrrads verstärkt. Dieser Effekt ist beim Fahren ohne Hände am deutlichsten, kann aber auch durch zusätzliches Gewicht am Hinterrad in Form von beladenen Packtaschen hervorgerufen werden. In beiden Fällen neigt das Fahrrad vor allem bei niedrigen Geschwindigkeiten eher zum Ausbrechen, bei höheren Geschwindigkeiten besteht jedoch weiterhin die Gefahr, vom Kurs abzukommen.

Wenn Sie eine gute Gewichtsverteilung finden, werden beide Lenkmechanismen eindeutig abgemildert, sodass der Fahrer die Vorteile beider Mechanismen nutzen kann. Es gibt jedoch keine feste Regel dafür, was das sein könnte; Einige haben vorgeschlagen, dass eine Aufteilung im Verhältnis 45/55 (vorne/hinten) ideal für ein Rennrad ist, dies hängt jedoch von der intrinsischen Lenkreaktion des Fahrrads ab. Wenn das Fahrrad beispielsweise einen relativ flachen Lenkwinkel und viel Nachlauf hat, kann die Verlagerung von Gewicht auf das Hinterrad das Lenkverhalten des Fahrrads verbessern.

Vorbaulänge und Sattelposition können genutzt werden, um das Gewicht eines Fahrers neu zu verteilen. Allerdings ist der Einstellbereich auf nur wenige Zentimeter beschränkt, und selbst dann haben nicht alle Fahrer die Freiheit, dies zu tun. Dies gilt insbesondere für Rennradfahrer, bei denen eine Neupositionierung der Hüfte die Effektivität ihres Pedaltritts beeinträchtigen kann, während eine Änderung der Reichweite den Komfort beeinträchtigen kann. Dennoch können kleine Verbesserungen an beiden das Fahrverhalten des Fahrrads beeinträchtigen.

Solche Einschränkungen verschwinden vollständig, wenn ein Rahmen von Grund auf neu entwickelt wird. Tatsächlich ist die Optimierung der Gewichtsverteilung oft ein wichtiges Ziel bei einem maßgeschneiderten Rahmen. In vielen Fällen ist dies nicht die Art von Maßnahme, die das Verhalten des Fahrrads verändert, aber es verspricht, dem fertigen Produkt ein gewisses Maß an Verfeinerung zu verleihen.

Der Einfluss des Fahrers geht über die Gewichtsverteilung hinaus. Schließlich sind sie ein äußerst aktives und reaktionsfähiges Element in diesem System. Ihre Beine sind ständig in Bewegung und sie führen als Reaktion auf das Verhalten des Fahrrads und des Geländes alle möglichen willkürlichen und unwillkürlichen Aktionen aus.

Ein gutes Beispiel hierfür ist ihre Lenkkompetenz. Radanfänger neigen dazu, beim Lenken eines Fahrrads sowohl mit dem Lenker als auch mit dem Körper übertriebene, sogar unregelmäßige Bewegungen auszuführen. Geübte Radfahrer hingegen sind bei beiden Aktivitäten präziser, was zu einem deutlichen Unterschied in der Belastung des Fahrrads führt.

Wenn ein Fahrrad über eine sehr reaktionsschnelle Lenkung verfügt (z. B. steiler Steuerrohrwinkel und geringer Nachlauf), wird der zusätzliche Input eines Anfängers so stark verstärkt, dass es möglicherweise instabil und schwer zu kontrollieren ist. Ein geübter Fahrer muss nicht mit dem gleichen Temperament zu kämpfen haben, da er das Fahrrad mit einer leichten Berührung kontrollieren kann.

Auch der Fahrstil hat einen Einfluss. Das kann je nach Disziplin alles Mögliche bedeuten, aber vereinfacht gesagt bezieht es sich auf die Art und Weise, wie das Fahrrad genutzt wird. Einige Beispiele sind Rennen mit hoher Geschwindigkeit im Vergleich zu gemütlichen geselligen Fahrten; Pendeln auf ruhigen Wegen statt Ausweichen vor dem Verkehr zur Hauptverkehrszeit; frühes oder spätes Bremsen; oder über Hindernisse hüpfen statt das Fahrrad zu tragen. Während ein Fahrer eine gewisse bewusste Kontrolle über diese Aspekte hat, beeinflusst sein Fahrstil seine Gewohnheiten und Instinkte, die wiederum die Menge an Input für das Fahrrad beeinflussen.

Eine weitere Variable betrifft die Wahrnehmung des Fahrers. Über die Art und Weise, wie ein Fahrer das Verhalten eines Fahrrads wahrnimmt, ist nur wenig bekannt, es ist jedoch wahrscheinlich, dass es eine sensorische Schwelle gibt, die von Person zu Person unterschiedlich ist. Wenn eine Person empfindlicher auf das Kippen oder Ausbrechen eines Fahrrads reagiert, kann es sein, dass sie zu einer Überkorrektur neigt, während ein gewisses Maß an Unempfindlichkeit den gegenteiligen Effekt haben könnte. Dies führt wiederum zu einem Unterschied im Input des Fahrers, der je nach Geometrie des Fahrrads verstärkt oder abgeschwächt werden kann.

Allerdings kann sich das Verhalten eines Fahrers ändern, wenn er sich an die Handhabung eines Fahrrads gewöhnt. Menschen sind bemerkenswert anpassungsfähig und mit genügend Übung können viele lernen, wie man alle Arten von Fahrrädern steuert (einschließlich einiger sehr seltsamer Geräte).

In dieser Hinsicht können die geringfügigen Unterschiede in Lenkung und Handling, die heute viele der für jede Disziplin entwickelten Fahrräder auszeichnen (Straßenradfahren ist ein gutes Beispiel, siehe unten), als weitgehend belanglos angesehen werden, da sich die meisten Fahrer schnell daran gewöhnen können. Einige sind jedoch immer noch besser für eine Person geeignet als andere, und sei es nur aufgrund persönlicher Vorlieben.

Steuerrohrwinkel, Gabelneigung, Nachlauf, Radeinschlag, Kreiseleffekt, Vorbaulänge, Lenkerbreite, Reifenbreite, Tretlagerabsenkung, Radstand, Gewichtsverteilung und der Fahrer: Nachdem wir alle diese Parameter besprochen haben, müssen wir als nächstes Folgendes verstehen wie sie alle zusammenkommen, um das Fahrverhalten des Fahrrads zu definieren.

Eine einfache Antwort auf diese Frage gibt es leider nicht. Unser Verständnis dieses Problems ist noch nicht so weit fortgeschritten, dass wir über eine praktische Formel oder gar einen komplizierten Algorithmus verfügen, der anhand der Zahlen vorhersagen kann, wie sich ein Fahrrad verhält.

Vor diesem Hintergrund wurden einige Gleichungen zur Berechnung des Neigungs- und Lenkwinkels und der Neigungsgeschwindigkeit abgeleitet, mit denen sich das Wanken und Kentern in Abhängigkeit von der Geschwindigkeit vorhersagen lässt. Dies ist jedoch nur für die Eigenstabilität eines Fahrrads relevant. Der Fahrer hat in diesen Gleichungen keinen anderen Platz als eine passive Masse, was in der realen Welt kaum der Fall ist. Darüber hinaus gibt es noch keine Hinweise darauf, dass ein selbststabiles Fahrrad tatsächlich einfacher (oder sicherer) zu fahren ist als ein weniger stabiles Fahrrad.

Wissenschaftler stellen sich der Herausforderung, das Verhalten eines Radfahrers zu modellieren, in der Hoffnung, dass robustere Modelle entwickelt werden können, um das Verhalten eines pilotierten Fahrrads vorherzusagen. Langfristig besteht die Hoffnung, dass diese Modelle zur Konstruktion sichererer Fahrräder genutzt werden können, sie könnten sich aber auch für die Erforschung neuer Geometrien als nützlich erweisen.

Es gibt jedoch noch einen anderen Ansatz, den die Fahrradindustrie von Anfang an verfolgt hat: empirische Tests. Die ersten Rahmenbauer begannen einfach, mit verschiedenen Steuerrohrwinkeln und Gabelneigungen zu experimentieren, und von da an wuchs unser Verständnis langsam auf der Grundlage des Fahrer-Feedbacks.

Obwohl diese Art von Informationen äußerst praktisch ist, bieten sie keinen großen Einblick in die Mechanismen, die im Spiel sind. Alles, was es liefern kann, ist eine Gruppe von Assoziationen, die sich aus Ursache und Wirkung ergeben. Anders ausgedrückt: Durch empirische Tests haben wir ein ziemlich gutes Verständnis dafür gewonnen, was funktioniert und was nicht, aber wir können nicht wirklich sagen, warum (obwohl es oft viele Meinungen gibt).

Ein Großteil unseres Wissens über die Lenkung ist daher in der Geometrie enthalten, die in den letzten zweihundert Jahren entstanden ist, und jeder, der mehr erfahren möchte, muss sie nur hinterfragen, um Einblicke zu gewinnen. Beispielsweise vermittelt ein einfacher Vergleich der Geometrie verschiedener Fahrdisziplinen (Tabelle 1) ein Gefühl dafür, wie sehr jeder Lenkungsparameter variiert werden kann, um das Fahrverhalten eines Fahrrads zu verändern.

Eine umfassendere Untersuchung ist erforderlich, um zu verstehen, dass dieser Art der Anpassung eine Grenze gesetzt ist, bevor ein Fahrrad schwer zu kontrollieren ist, was angesichts der endlichen Natur der beteiligten Physik nicht wirklich überraschend ist. Während es also möglich ist, einen Rahmen mit einer großen Auswahl an Steuerrohrwinkeln zu bauen, liegen die effektivsten Werte bei etwa 70°. Ebenso die anderen Lenkungsparameter, bis hin zu dem Punkt, an dem einige einigermaßen robuste Vorlagen aus vorhandenen Geometrien abgeleitet werden können.

Dies wird am deutlichsten, wenn man die Geometrien für eine einzelne Disziplin vergleicht, beispielsweise Straßenradfahren (Tabelle 2). Die Unterscheidung zwischen den verschiedenen Fahrradmarken und -modellen auf dem Markt wird oft in Millimetern und Bruchteilen eines Grads gemessen, insbesondere bei Rahmen ähnlicher Größe. Allerdings sind nicht alle Disziplinen im gleichen Umfang definiert. Das Gravel-Fahren beispielsweise entwickelt sich immer noch unter dem Einfluss der Geometrien aus Cyclocross, Touring und MTB weiter.

Wenn geringfügige Abweichungen in den Lenkparametern auf die Probe gestellt werden, ist das Ergebnis typischerweise eine Frage der Nuancen. Wenn diese Art von Nuancen jedoch so gestaltet sind, dass sie den Bedürfnissen des Einzelnen entsprechen, können sie zu einer gewissen Verfeinerung führen. In der Tat haben Custom-Rahmenbauer eine Kunst daraus gemacht, die Rahmengeometrie individuell anzupassen. Daher ist es interessant, dass nur wenige, wenn überhaupt, beim Rahmendesign einen formelhaften Ansatz verfolgen.

Stattdessen wird die Geometrie des Rahmens von Fall zu Fall als Reaktion auf die Passform, Position, den Fahrstil, die Erfahrung und die Vorlieben des Kunden entwickelt, wobei verschiedene Strategien zur Verfeinerung des Endprodukts eingesetzt werden können. In diesem Prozess steckt viel mehr Kunst als Wissenschaft, was die Vielfalt der Stile und Ideologien auf dem Markt für maßgeschneiderte Produkte erklärt.

Die Geometrie eines Fahrrads ist eine Art Rezept, und mit etwas Verständnis für die Zutaten kann man vorhersehen, wie das endgültige Gericht schmecken wird. Der Geschmack der Mahlzeit dürfte jedoch je nach Gaumen mehr oder weniger überraschend sein.

Die Fahrradindustrie hat in den letzten zweihundert Jahren große Fortschritte gemacht, und obwohl wir mehr Experimente und Verfeinerungen erwarten können, hat uns ein sorgfältiger Ansatz empirischer Tests viel darüber gelehrt, wie die Geometrie von Rahmen und Gabel die Lenkung beeinflussen kann und Umgang mit dem Fahrrad. Einige Parameter wie Steuerrohrwinkel und Nachlauf haben möglicherweise einen größeren Einfluss auf die Lenkung des Fahrrads als andere, aber das Endergebnis ist immer das Produkt aller Zutaten im Rezept.

Daher ähnelt die Geometrie eines Fahrrads in vielerlei Hinsicht seiner Fahrqualität in dem Sinne, dass sie mit einem gewissen Maß an Objektivität erlebt und beurteilt werden kann, bleibt jedoch ein wenig mysteriös. Für diejenigen, die sich für die Feinheiten des Fahrradhandlings interessieren, besteht die einzige Möglichkeit, mehr zu erfahren, darin, den Gaumen durch ein wenig empirische Tests zu schulen. Nicht zuletzt hilft es den Fahrern dabei, die Bandbreite der Erfahrungen zu verstehen, die mit relativ geringfügigen Änderungen der Lenkgeometrie erzielt werden können.

[ct_highlight_box_start]Danksagungen: Der Autor möchte Darren Baum (Baum Cycles) und Darrell McCulloch (Llewellyn Custom Bicycles) dafür danken, dass sie uns ihre Gedanken zur Rahmengeometrie mitgeteilt haben. Jan Heines Artikel zur Rahmengeometrie in Bicycle Quarterly (Bd. 3, Nr. 3, S. 28–35; Bd. 5, Nr. 3, S. 42–47) erwiesen sich ebenfalls als von unschätzbarem Wert, ebenso wie die veröffentlichten Arbeiten von Forschern der Technischen Universität Delft und der Cornell University.[ ct_highlight_box_end]