Warum das Supercaliber Gen 2 unser bisher bestes Racebike ist
Begleite die Ingenieur:innen des Trek Performance Research Teams bei der Analyse der Performance-Steigerung des Supercaliber. In einer beispiellosen Testreihe beweisen sie, wie stark das Fahrverhalten verbessert werden kann. Durch umfangreiche Tests im Labor und auf dem Trail konnten sie ihre Behauptungen wissenschaftlich untermauern und belegen, dass das Supercaliber der 2. Generation nicht nur komfortabler und effizienter ist als sein Vorgängermodell, sondern sogar effizienter als ein Hardtail.
Beim Supercaliber der 2. Generation brachten die MTB-Ingenieur:innen bei Trek die einzigartige IsoStrut-Fahrwerkskonstruktion auf ein neues Level und verbesserten die Effizienz, Kontrolle und den Komfort für die Biker:innen erheblich.
Auf den ersten Blick ist sofort zu erkennen, dass der um 33 % längere Federweg des Supercaliber eine größere Hubbewegung der Achse erlaubt. Dies gilt sowohl für das Einfedern als auch das Ausfedern aus der Sag-Position, so dass Stöße besser absorbiert und in Wurzelpassagen oder nach Hindernissen der Federweg wieder schnell freigeben wird und das Hinterrad nicht den Bodenkontakt verliert. Gleichzeitig punktet das Supercaliber Gen 2 mit einem 18 % höheren Hebelverhältnis, damit der Dämpfer den Reibungswiderstand der Dichtungen leichter überwindet und sensibler anspricht. Die Ingenieure bei Trek und RockShox haben zudem in enger Zusammenarbeit die Druckstufendämpfung fein auf eine renntaugliche Antriebseffizienz und eine geschmeidige Dämpfung abgestimmt, damit das Hinterrad schnell wieder ausfedert und für eine optimale Kraftübertragung stets Kontakt zum Untergrund hält.
Für Fahrer:innen bedeutet dies, weniger Kraftaufwand bei mehr Speed (höhere Effizienz), bessere Traktion (mehr Kontrolle) und ein geschmeidiges Fahrverhalten (mehr Komfort). Um diese Leistungsvorteile zu untermauern, haben die Ingenieur:innen vom Trek Performance Research Team im Labor und auf dem Trail eine bis dato beispiellose Reihe an Tests durchgeführt.
Cross-Country-Rennfahrer:innen wissen, dass die Antriebseffizienz über Wurzeln und Steine von entscheidender Bedeutung ist. Das Fahrwerk spielt eine zentrale Rolle, um die Vorwärtsdynamik sowie den Bodenkontakt beizubehalten und unerwünschte sowie störende Chassisbewegungen zu reduzieren. Das heißt, ein gutes Fahrwerk verbessert gleichzeitig Effizienz, Kontrolle und Komfort.
Labor trifft auf Trail
Die Effizienz des Supercaliber beim Pedalieren durch ruppiges Terrain wurde auf dem Laufband des Trek Performance Research Lab getestet, wo wir Variablen wie Linienwahl und Fahrstile ausklammern können und gleichzeitig die Temperatur, Geschwindigkeit sowie das Profil des Untergrunds präzise steuern können. Um das Terrainprofil zu erstellen, sind wir in einem ersten Schritt die Trek Trails mit einem Stoßsensor abgefahren, um die Fahrwerksaktivität auf einem wurzeligen Streckenabschnitt zu messen. Anhand dieser Daten haben wir das Profil des Laufbands an die Federungsaktivität auf dem Trail angepasst.
Effizienz
Gemessen mit Ergospirometer
Nachdem wir unsere Laufbandoberfläche mit der Strecke abgeglichen hatten, verwendeten wir einen VO2 Master Ergospirometer, um die allgemeine Effizienz von Fahrer:in und Fahrradsystem für Supercaliber Gen 2, Supercaliber Gen 1 und ein Hardtail zu messen. Mit dieser Maske wird der Sauerstoffverbrauch der Fahrer:innen gemessen und stellt eine Kennzahl für die von Fahrer:in aufgewendete Gesamtenergie dar.
Aber warum verlässt man sich bei Effizienzvergleichen nicht allein auf einen Leistungsmesser? Leistungsmesser ermitteln nur die für den Antrieb des Fahrrads aufgewendete Energie und berücksichtigen nicht die Anstrengungen der Fahrer:innen, ständige Stöße und Schläge zu absorbieren und das Fahrrad in ruppigem Terrain zu kontrollieren. Die Messung des Sauerstoffverbrauchs ist daher der entscheidende Indikator dafür, welches Bike das schnellste ist.
Zur Ermittlung einer konsistenten und zuverlässigen Messung des Sauerstoffverbrauchs führten wir 5-minütige Tests mit 16 km/h bei 60 % der funktionellen Leistungsschwelle der Fahrer:innen durch, was einer signifikanten, aber nachhaltigen Anstrengung entspricht. Anhand einer sorgfältigen Analyse der Daten konnten wir die Konstanz unserer primären Messgröße (Sauerstoffverbrauch) und der sekundären Variablen (wie Herzfrequenz und Tretleistung) sicherstellen und dadurch verifizieren, dass keine Ermüdung eintrat. Als zusätzliche Maßnahme wurden die Dämpfer auf den gleichen Sag-Wert von 29 % eingestellt und mit den vom Hersteller empfohlenen Einstellungen aus dem Trek Fahrwerkskalkulator abgeglichen.
Genug von den Protokollen – kommen wir zu den Ergebnissen
Im Rahmen unserer unter diesen Bedingungen durchgeführten Tests war das Supercaliber Gen 2 bei der gleichen Tretleistung 6 % effizienter als das Supercaliber Gen 1 und 23 % effizienter als ein Hardtail.
Komfort
Gemessen mit 3D-Bewegungsanalyse
Die Messungen des Supercaliber Gen 2 ergaben, dass es das effizienteste Bikes ist, vor allem aufgrund des überarbeiteten IsoStrut-Fahrwerks mit seinem geschmeidigen Fahrverhalten. In rauem Terrain absorbiert es Stöße und Schläge (Federung) und baut diese aufgenommene Energie wieder ab (Dämpfung), damit möglichst wenig Bewegungsenergie auf die Kontaktpunkte des Fahrrads (Lenker, Pedale und Sattel) übertragen wird. Durch diese Stoßdämpfung müssen Fahrer:innen weniger Muskelenergie aufwenden, um die Stöße zu absorbieren und die Kontrolle zu behalten. Das Bike mit der geschmeidigsten Federung bietet natürlich auch den höchsten Fahrkomfort.
Um diese Effekte genauer zu untersuchen, zeichneten insgesamt zwölf 3D-Kameras die Bewegung von Markern auf, die überall am Fahrrad und am Körper angebracht wurden, und erfassten die Daten 360 Mal pro Sekunde. Jedes Bike absolvierte 60 Runden auf dem Laufband. Um Abweichungen zwischen den Runden zu minimieren, wurde aus dem Mittelwert aller Daten eine durchschnittliche Runde ermittelt.
Zunächst konzentrierten wir uns auf den Tretlagerbereich, wo die Beine erste vertikale Bewegungen absorbieren müssen, um einen effizienten Pedaltritt beizubehalten. Wie in der oberen Grafik zu sehen ist, konnte beim Supercaliber Gen 2 die vertikale Bewegung des Rahmens im Tretlagerbereich um 15 % reduziert werden. Dies bedeutet, dass die Belastung auf die Füße für die Fahrer:innen geringer ist und sie mehr Energie auf die Tretbewegung statt auf die Stabilisierung des Körpers verwenden können.
Anschließend analysierten wir die relative Bewegung zwischen Sattel und Becken (Kreuzbein) der Biker:innen. Im Idealfall sollte dieser Wert gleich Null sein, mit Ausnahme der zyklischen Wirkung des Pedaltritts. Eine höhere Variabilität dieses Abstands zwischen Sattel und Becken deutet darauf hin, dass das Bike die Fahrer:innen aus dem Sattel katapultiert wurden, oder dass die Fahrer:innen im Stehen fahren und der Sattel sich frei bewegen kann. Beide Fälle führen zu einer weniger effizienten Tretbewegung. Wie in der unteren Grafik zu sehen, zeigte das Supercaliber Gen 2 eine um 22 % geringere relative Bewegung des Sattels zum Becken als das Vorgängermodell.
Kontrolle
Gemessen mit Highspeed-Kamera
Je besser die Kontrolle über das Bike, desto schneller kannst du fahren. Eine wichtige Aufgabe des Fahrwerks ist es, bei Bodenunebenheiten den Kontakt der Reifen zum Untergrund aufrecht zu erhalten und so die Traktion und Kontrolle zu verbessern. Darüber hinaus bedeutet mehr Traktion auch eine effizientere Kraftübertragung für einen besseren Vortrieb des Bikes.
In diesem Video sehen wir einen Vergleich der Achsbewegungen beim Supercaliber Gen 2 (blau) und Supercaliber Gen 1 (orange). Beim Übereinanderlegen der Achsmarkierungen zeigt sich, dass das Gen 2 das Hinterrad dynamischer und souveräner kontrolliert und die Traktion nach einem Schlag schneller wiederherstellt.
Aktivität der Federung
Gemessen mit Stoßsensor
Um zu ermitteln, wie das Supercaliber Gen 2 eine größere Effizienz, bessere Kontrolle und einen höheren Komfort erreicht, haben wir das IsoStrut mit einem linearen Potentiometer bestückt, das die Aktivität der Federung mit einer Rate von 5.000 Abtastungen pro Sekunde misst. Nach einigen Berechnungen entstand ein Diagramm der Federkennlinie an der Hinterachse. Es vermittelt uns ein vollständiges Bild davon, wie die Federung und Dämpfung des Federbeins arbeiten, um die Bewegung des Laufrads unter den gleichen Fahrbedingungen zu ermöglichen. In dieser Darstellung sehen wir, dass die neue IsoStrut-Konstruktion des Supercaliber Gen 2 in diesem Szenario zu einer deutlich aktiveren Federung führt, wodurch sich das Hinterrad über einen 68 % größeren Bereich und 71 % schneller bewegen kann. Dies bedeutet eine stärkere Einfederung und Ausfederung relativ zur Sag-Position, was sowohl für die Absorption von Stößen als auch für den Bodenkontakt (Traktion) entscheidend ist.
Die bisherigen Tests befassten sich mit der Performance beim Pedalieren in ruppigem Terrain – definitiv ein wichtiger Faktor bei Cross-Country-Rennen. Moderne Cross-Country-Strecken erfordern jedoch zunehmend Bikes, die auch technische Passagen und felsige Abfahrten souverän meistern können. Um die Eigenschaften des Supercaliber Gen 2 in solchem Terrain zu ermitteln, tauschten wir unsere Laborkittel gegen Knieschoner und gingen wieder raus in den Wald.
Zurück auf den Trail
Auf den Mountainbike-Trails rund um den Trek-Hauptsitz fanden wir einen steinigen Downhill und kartierten die Topologie mit einem hochauflösenden 3D-Laserscanner. Dieser Rockgarden war etwa 8 m lang, wies ein Gefälle von 15 % auf und bot mehrere Stöße und Schläge sowie Absätze von bis zu 18 cm Höhe.
Komfort und Effizienz
Gemessen mit 3D-Bewegungsanalyse
Unter Verwendung sehr großer Stative, spezieller Baumhalterungen und hunderter Meter Kabel haben wir die zwölf Kameras zur 3D-Bewegungsanalyse aus unserem Labor draußen im Wald nachgebaut. Mit dieser bahnbrechenden Versuchsmethode konnten wir die Bewegung und Position des Bikes auf dem Trail genau nachbilden.
Da der Trail im Vergleich zum Labor eine weniger kontrollierte Umgebung ist, haben wir uns bemüht, variable Faktoren wie die Einfahrgeschwindigkeit und die Linienwahl zu kontrollieren. Durch das 3D-Tracking des Bikes über mehrere Runden hinweg konnten wir diese Faktoren ermitteln, ähnliche Runden zu Gruppen zusammenfassen und valide Vergleiche anstellen. Letztendlich analysierten wir jeweils 5 Fahrten auf jedem Bike mit einer durchschnittlichen Einfahrgeschwindigkeit von 21 km/h +/- 0,7 (Standardabweichung). Unter Zuhilfenahme von Markern am Bike und auf dem Trail selbst berechneten wir die seitliche Einfahrposition jedes Bikes in den Trail, die mit einer Genauigkeit von 0,10 m übereinstimmte.
Indem wir die beweglichen Teile des Bikes einzeln erfassten, suchten wir beim Supercaliber Gen 2 nach Abweichungen in allen Aspekten – Seitwärtsbewegung, Nutzung der Federung, Vortrieb, Laufruhe, Bodenkontakt – um nur einige Punkte zu nennen. Im folgenden Video zeigen wir, wie die Hinterachse relativ zum lasergescannten Untergrund aufgezeichnet wurde, und überlagern dann zum Vergleich die Achswege aller Fahrten.
Das Tracking von Hinterachse und Fahrwerk vermittelte uns die genaue Position und Geschwindigkeit des Bikes. Die leichten Abweichungen bei der Linienwahl und die geringere Anzahl von Wiederholungen im Vergleich zum Laufband erschwerten die Reproduktion der Laufband-Analysen, doch weitere Analysen der Daten bestätigten die gleichen Trends. Aber auch hier zeigte sich, dass das Supercaliber Gen 2 den Untergrund optimal glattbügelt. So sparen die Fahrer:innen in dieser Trailpassage Energie, um weiter kraftvoll in die Pedale zu treten.
Darüber hinaus behielt das Supercaliber Gen 2 über Hindernisse auch mehr Schwung bei, wie man gegen Ende der Teststrecke an einem einzeln liegenden Felsen gut erkennen konnte. Beim Überfahren des Felsenbrockens hat die überragende Federung des Gen 2 den Aufprall ohne Geschwindigkeitsverlust abgefedert. Im Vergleich zum Supercaliber Gen 1 und dem Hardtail konnten wir nur minimale Geschwindigkeitsunterschiede über die gleiche Distanz sowie insgesamt weniger Geschwindigkeitsverluste von der Einfahrt bis zur Ausfahrt feststellen.
Kontrolle
Gemessen mit Highspeed-Kamera
Durch den Einsatz einer Highspeed-Kamera können wir die Achsbewegung genau erfassen und die Traktion in Abhängigkeit zum Bodenkontakt des Reifens messen. Mittels Schienensystem, agilen Ingenieur:innen und trotz unzähliger Outtakes konnten wir den Bewegungsablauf von IsoStrut in der Nahaufnahme betrachten, während ein stationäres, bodennahes Stativ eine kalibrierte 2D-Bewegungsverfolgung ermöglichte.
Wie im Video gesehen, folgt das Hinterrad des Supercaliber Gen 2 besser den Bodenunebenheiten und baut nach großen Drops und Schlägen wieder schnell Traktion auf. Bei den zwei größten Drops im Videomaterial generierte das Supercaliber Gen 2 14 – 50 % früher die volle Traktion als andere Testbikes. Eine bessere Verbindung zum Untergrund bedeutet mehr Kontrolle bei Bremsmanövern und Lenkimpulsen.
Aktivität der Federung
Gemessen mit Stoßsensor
Der Grund für diese gesteigerte Performance ist das neue IsoStrut-Fahrwerk, das wir erneut mit einem Linearsensor versehen haben. Wie schon im Labor haben wir die Dämpferbewegung in Form einer Federkennlinie gemessen und festgestellt, dass das Supercaliber Gen 2 bergab auf dem Trail aktiver arbeitet und sich um 40 % weiter sowie 31 % schneller bewegt als die 1. Generation. Auffällig war der größere Bewegungsumfang oberhalb und unterhalb des dynamischen Sag-Bereichs, was auf eine deutliche Verbesserung der Stoßabsorption sowie der Bodenhaftung hindeutet. Das Supercaliber Gen 2 federte dabei weiter ein als der maximale Federweg der 1. Generation (Durchschlag) und hatte immer noch genug Spielraum für noch größere Schläge und härtere Landungen.
Zusammenfassung
Über die Autoren
Paul Harder ist Chefingenieur in Treks Forschungs- und Entwicklungsabteilung. Nach seinem Master in Maschinenbau an der University of Wisconsin, Madison, im Jahr 2007 hat er es sich zur Aufgabe gemacht, Fahrräder mit Hilfe von Wissenschaft und Innovation besser zu machen.
Wendy Ochs, PhD, ist Forschungsingenieurin für Biomechanik bei Trek Bicycle. Sie besitzt einen Doktortitel in Biomedizintechnik von der University of Wisconsin - Madison.
Kyle Russ, leitender Biomechanik-Ingenieur, untersucht seit 2011 für Trek Bicycle die Schnittstellen zwischen Radfahrer:in und Fahrrad. Seine Faszination für den menschlichen Bewegungsablauf und die Physiologie von Radfahrer:innen entstand während seines Masterstudiums an der Ohio State University.