Die Aerodynamik ist im Radsport zunehmend wichtiger geworden. Aus diesem Grund werden auch Rahmen, Laufräder, Helme und die Kleidung immer weiter optimiert, um die Fahrer so widerstandslos wie möglich durch den Wind gleiten zu lassen.

Jean-Paul Ballard, der lange Zeit mit dem Sauber F1 Team zusammengearbeitet hat, ist ein alter Hase auf dem Gebiet der Aerodynamik. Heute ist er der Kopf des Laufradherstellers Swiss Side und somit der perfekte Mann um uns einen Einblick in den Herstellungsprozess eines Laufrades zu geben. Vom Entwurf am Computer, über die Entwicklung, den Test im Windkanal bis hin zur Markteinführung sind es eine Menge Schritte die das Carbonrad durchlaufen musste, bevor es schließlich auf den Asphalt losgelassen werden konnte.

Nach dem Test im Windkanal konnte Swiss Side mit der Produktion seines 62mm Drahtreifens mit Carbon-Legierung beginnen. Einem Vergleich zum bewährten Zipp 808 Schlauchreifen, der in Deutschland einer Reihe von Windkanal-Tests unterzogen wurde, blickte Jean-Paul Ballard positiv entgegen.

Wie wird aber ein aerodynamisches Carbon-Laufrad entwickelt? Wie wird der Entwurf realisiert? Auf welche Faktoren muss geachtet werden wenn das Rad den kostspieligen Tests im Windkanal unterzogen wird? Schließlich soll der Fahrer von all den guten Eigenschaften des Hadron, die im Windkanal getestet werden, später auch auf der Straße profitieren können. Wir haben Jean-Paul Ballard zu rate gezogen um all diesen Fragen auf den Grund zu gehen.

CFD – Ein Softwarepaket zur Simulation von Luftströmungen

Computational Fluid Dynamics (CFD), ist ein leistungsstarkes Softwarepaket, das die Luftströmung anhand von virtuellen Formen simuliert. Diese Software ist die Grundlage für viele Produkte, die darauf ausgelegt sind Vorteile in Sachen Aerodynamik zu bringen. Die Entwicklung von Formel 1 Boliden ist das beste Beispiel und auch beim Swiss Side Hadron Carbon-Laufrad kam CFD zum Einsatz.

Ballard arbeitet mit einer Open-Source-Software-Anwendung namens OpenFOAM. Er sagt, dass mehrere führende Formel 1 Teams sie ebenfalls nutzen, da die Konvertierung von CAD-Zeichnungen um sie mit Computational Fluid Dynamics testen zu können, deutlich schneller geht. Während mittels der Entwürfe Prototypen hergestellt werden, die später im Windkanal mit Produkten der Konkurrenz vergleichen werden, liegt der Fokus des Designers ausschließlich auf seiner neuen Kreation, sagt Ballard.

„Wir haben uns ein Zeitfenster gesetzt, in dem wir selber an der Optimierung arbeiten konnten und ließen dann ganz einfach die Daten für uns sprechen,“ erinnert er sich. „Wir ließen uns nicht von den Rädern unserer Mittbewerber, anderen Faktoren oder dem was auf dem Markt so getuschelt wurde beeinflussen.“ Mehrere Tests von verschiedenen Profilen in der CFD-Umgebung erlaubten es Ballard und seinen Kollegen, Tendenzen zu erkennen und das Rad dadurch so effizient wie nur möglich weiterentwickeln zu können.

Ringspulen-Welle

Die Entwicklung von hochprofiligen Carbon-Laufrädern hat in den letzten Jahren einen großen Schritt nach vorne gemacht. Die flacheren und runderen Designs, mit denen auch der Aerodynamiker Simon Smart zusammen mit Enve Composites gearbeitet hat und das D3 Felgenprofil das von Bontrager bei seiner weiterentwickelten Aeolus-Serie zum Einsatz kam, gehören heute zum guten Ton.

Jean-Paul Ballard beschreibt das Profil als torusförmig. Der Aerodynamik-Spezialist ist übrezeugt davon, dass die zunehmende Verbreitung dieser Felgendesigns auf den Ablauf eines Patents zurückzuführen ist. Die beiden Hersteller Zipp und HED hatten es vor 20 Jahren eintragen lassen und schränkten so die Konkurrenz in ihren Designmöglichkeiten ordentlich ein. „Das hat wirklich allen Herstellern Tür und Tor geöffnet und ergmöglich ihnen heute die Arbeit mit diesen neuen Formen und Designs,“ sagt er. „Aus der Sicht eines Designers ist das natürlich fantastisch, weil wir so viel mehr Freiheiten im Bezug auf die Gestaltung der Laufräder haben.“

Tunnelblick

Obwohl die Aerodynamik beim Designen von Rennrädern immer größere Bedeutung erlangt, eignen sich nur wenige Windkanäle für Tests bei verhältnismäßig niedrigen Geschwindigkeiten. Manch einer dürfte sich wundern, warum ein Ingenieur, der sich mit Tests an Formel 1 Autos auskennt, nach alternativen Testumgebungen sucht. Versuche, wie Sauber sie an seinen Boliden durchführt, bedürfen einfach einer sehr hohen Windgeschwindigkeit und sind sehr kostenintensiv, wodurch sie sich nicht für den Test an Laufrädern eignen, erklärt Jean-Paul Ballard.

Ballard und seine Kollegen entschieden sich für eine Testumgebung außerhalb der Schweiz und gingen nach Deutschland um ihre Tests im GTS-Windkanal durchzuführen. Die Einrichtung sollte eigentlich zu Versuchszwecken an Luftfahrtkomponenten dienen , hat sich aber in den letzten Jahren mehr und mehr zu einer geeigneten Umgebung für Tests an Fahrrädern entwickelt.

Jean-Paul Ballard sagt: „Die Devise heißt Vorbereitung, wenn teure und zeitaufwändige Tests im Windkanal bevorstehen. Alle Testpläne standen schon im Vorfeld fest. Somit wussten wir genau welche Tests wir durchführen wenn sich bestimmte Trends abzeichnen und auch die Reihenfolge war im Vorfeld klar. Wir waren auf alle Eventualitäten vorbereitet und wussten inwiefern wir unsere Tests anpassen müssen.“

Für die achtstündige Versuchsreihe hatten Ballard und sein Team das Hadron und andere Laufräder aus der Kollektion dabei. Zudem hatten sie Prototypen der Carbonfelgenabdeckungen in Form von 3D-Prints im Gepäck. Ballard entschied sich gegen den direkten Vergleich mit den Laufrädern der Konkurrenz mittels Computational Fluid Dynamics. Er wollte seinen Fokus stattdessen lieber auf die Optimierung des Hadron-Designs legen. Back-to-Back-Tests mit Rädern führender Marken wie Mavic (Cosmic SLS und SLE) und Zipp (202 und 808) waren aber ein wichtiger Bestandteil der Testphase im Windkanal.

Zusätzlich hatte das Team für die Tests in Deutschland noch zwei weitere Objekte aus dem MY2014 Angebot eines anderen schweizer Herstellers dabei. Die Bikes von BMC Racing (Team Machine und Time Machine) sind mit Reifen von Schwalbe (Ultremo ZX) und Continental (GP4000s) ausgestattet und sollten auch genauer beleuchtet werden.

„Da wir eine signifikaten Empfindlichkeit in CFD erkannten, wollten wir mehrere Reifen testen. Wir hatten damit gerechnet, da wir das Problem bereits aus der Formel 1 kannten. Wir wissen das Reifen einen starken Einfluss auf die aerodynamischen Eigenschaften haben können.“

Das Team arbeitete beim schlauchförmigen Zipp Firecrest 808 an der Schnittstelle zwischen Reifen und Felge mit Plastilin und Tape um die Auswirkungen auf die verschiedenen Profile des Hadron zu erforschen und zu minimieren.