engineering and biomechanics in cycling
Um die Effektivität beim Treten (Gross Efficiency) zu steigern,
müssen wir den Wirkungsgrad des Tritts vergrößern.
Ohne Meßtechnik und Visualisierung ist dies im Grunde
unmöglich. In Zusammenarbeit mit SRM haben wir ein SPD-R
kompatibles Pedal-Software Produkt entworfen, das die Wirkung
des Tritts der Beine mißt und darstellt. Ziel ist die
Maximierung der tangentialen Kräfte (Ft) an der Kurbel,
da nur diese am Vortrieb beteiligt sind. Die radialen Kräfte
(Fr) sind
Verlustkräfte, die nicht zur Tretbewegung beitragen. Die
Grafik verdeutlicht den
kinematischen Zusammenhang zwischen Pedal -und
Tretkurbelkräften. Die Größe der Pedalnormalkraft
(Fn senkrecht zur
Pedaloberfläche) hängt von der Richtung der Gesamtkraft ab. Und
diese wird zum einen durch die Kontaktpunkte mit dem Rad
(Hüfte/Sattel und Fuß/Pedal) und zum anderen von der Dorsal -und Plantarflexion des Sprunggelenks
beeinflußt. Im Englischen gibt es dafür das Wort "ankling".
Durch den festen Abstand mit der Kurbel bewegt sich das Pedal auf einer Kreisbahn um das Tretlager. Würden wir die Kraft immer senkrecht (tangential) zu dieser Kreisbahn aufbringen, würden wir die maximal mögliche Hebellänge (Tretkurbelänge) nutzen. Das kann vielleicht eine Maschine, aber nicht der Mensch mit seinen begrenzten anatomischen Möglichkeiten.
Um den Weg des Pedals mathematisch zu beschreiben, bedient man
sich der Umrechnung von polare in kartesische Koordinaten.
Dabei entsteht eine sog. Sinuskurve (blaue
Kurve). Sie ist quasi das Ideal einer Kreisbewegung.
Würde sich unser Sprunggelenk so flexibel bewegen, könnten wir
diese Idealfunktion
erreichen, sprich maximal mögliche Kraft auf das Pedal
übertragen. Aber die Natur hat uns hier Grenzen gesetzt. Daher
können wir nur mit dem maximal und minimal möglichen
Fußgelenkwinkel arbeiten.
Wir haben das Problem in eine mathematische Funktion gepackt,
um die Bahn des
Sprunggelenks mit den maximal und minimal möglichen
Gelenkwinkeln zu berechnen, um ein Optimum (grüne Kurve) im Sinne einer
Sinusfunktion zu beschreiben.
Dies wäre quasi das optimale "ankling". Der kreisrunde Plot verdeutlicht
anschaulich, wie groß der Unterschied guter Trettechnik sein
kann. Und das drückt sich direkt in gefahrene Geschwindigkeit
aus, bei gleichem energetischen Aufwand.
Und dies kann durchaus den Unterschied von Sieg und Niederlage
bei einem Zeitfahren bedeuten.
