Ein kontrovers diskutiertes Thema ist die optimale Kurbellänge. Der Trend geht aktuell hin zu kürzeren Kurbeln. Die Kurbellänge orientert sich in erster Linie an der Körpergröße, wobei auch Beinlänge, Beweglichkeit und Fahrstil eine Rolle spielen. In die Schlagzeilen schaffte es das Thema in jüngster Zeit dadurch, dass der Weltmeister Tadej Pogacar bei einer Körpergröße von 1,76 m von einer 172,5-mm-Kurbel auf 165 Millimeter wechselte. Dabei war Tadej Pogacar nicht der erste, der eine radikale Verkürzung vollzog. Eine kürzere Kurbellänge hat Vor-, aber auch Nachteile. Die Längen der Kurbel bewegen sich bei Rennrädern i.d.R. zwischen 165 und 175 Millimeter. Vereinzelt findet man bei kleinen Rennrädern auch 160 Millimeter (teils sogar 155 mm im Profi-/Zeitfahrbereich).
Verwendet man kürzere Kurbeln, verändert sich die Geometrie der Tretbewegung. Dadurch musst man in der Regel die Einstellung des Sattels anpassen. Kürzere Kurbeln bedeuten, dass sich der Fuß weniger weit nach oben und unten bewegt. Am unteren Totpunkt steht der Fuß höher und am oberen Totpunkt tiefer. Da man mit kürzeren Kurbeln am unteren Totpunkt weniger nach unten kommt, muss der Sattel etwas höher gestellt werden. Es reicht aber nicht die Veränderung eindimensional zu betrachten. Kürzere Kurbeln verändern den Hüftwinkel insbesondere am oberen Totpunkt. Da sich zudem weitere Winkel wie am Fuß und Knie ändern, müssen weitere Einstellungen vorgenommen werden. Viele Fahrer schieben den Sattel daher etwas weiter nach vorne, um die gewohnte Knieposition über der Pedalachse (KOPS) beizubehalten. Mitunter wird auch die Neigung des Sattels verändert, wenn sich Druckpunkte ändern oder ein oder Rutschen einstellt. Dies zieht Veränderungen in der Belastung in Gelenken und Muskulatur nach sich. Die Änderung der Kurbellänge ist damit nicht trivial.
Die Physik hinter der Leistung auf dem Rad:
Leistung wird in der Einheit Watt [W] gemessen und ist die verrichtete Arbeit bzw. der Energieeinsatz [Joule J] pro Zeitdauer [Sekunden s].
Leistung = Arbeit(Energie) / Zeit
Arbeit ist definiert als Kraft, die entlang eines Weges wirkt. Die Energie, die dazu nötig ist bzw. damit aufgebaut wird, ist die dazugehörige Energie.
Arbeit (mechanisch) = Kraft x Weg (Weg: Strecke entlang derer die Kraft wirkt!)
Beim Fahrradfahren ist die Strecke, entlang der die Kraft wirkt, keine gerade Linie, sondern ein Kreis bzw. ein Kreisabschnitt. Nur Kraft, die in Richtung der Bewegung auftritt, trägt zur Leistung auf dem Rad bei. Kräfte, die in andere Richtung wirken (Scherkräfte), bewirken keine zusätzliche Leistung oder verkleinern diese sogar (Stichwort: Runder Tritt). Um die Strecke (Kreisumfang) zu berechnen, entlang derer die Kraft am Pedal wirkt, muss die Kurbellänge und der zurückgelegte Winkel bekannt sein. Bei einer vollen Umdrehung beträgt der Winkel immer 360 Grad. Die zurückgelegte Strecke ist der Teil einer Kreisbahn bzw. bei voller Umdrehung ein Kreis. Die Strecke, die das Pedal zurücklegt variiert aber mit der Kurbellänge. Bei kürzeren Kurbeln ist die Strecke entsprechend kürzer. Je kürzer die Kurbel, umso kleiner der Kreis, desto kürzer die Strecke, desto geringer die geleistete Arbeit bzw. erzeugte Energie bei konstanter Kraft.
Die Kraft, die an der Kurbel über den Kurbelarm wirkt ist das sogenannte Drehmoment. Je länger eine Kurbel ist, desto höher ist das Drehmoment bei gleicher/konstanter Kraft.
Drehmoment = Kraft x Hebelarm (Kurbellänge).
Um die Leistung zu errechnen, muss die Zeit mit beachtet werden, die es dauert den Kurbelarm zu bewegen. Je schneller die Kurbel bei gleicher Kraft bewegt wird, desto geringer ist die benötigte Zeit und desto höher die Leistung. Bei einer Kreisbewegung spricht man von der Winkelgeschwindigkeit ω mit der sich das System bewegt. Die Winkelgeschwindigkeit hängt unmittelbar mit der Trittfrequenz zusammen. Die Winkelgeschwindigkeit ω ergibt sich aus der Trittfrequenz f wie folgt: ω=2π x 60f
Die Leistung auf dem Rad ist:
Leistung = Drehmoment x Winkelgeschwindigkeit.
Je schneller man kurbelt, je höher die Drehzahl und Winkelgeschwindigkeit, desto höher die Leistung bei gleichem Krafteinsatz. Sprich: je höher die Trittfrequenz bei konstanter Kraft, desto höher die Leistung. Bei gleicher Trittfrequenz und gleicher Kraft wird mit kürzeren Kurbeln weniger Leistung erzeugt als bei längeren Kurbeln. Eine höhere Kadenz erhöht die Leistung linear, ohne höheren Kraftaufwand. Ein Plus von 5 mm Kurbellänge bringt in etwa 3 % mehr Leistung bei gleicher Kraft & Kadenz. Es bedarf jedoch nur ein paar Umdrehungen mehr pro Minute bei kürzeren Kurbeln, um die gleiche Leistung zu erreichen.
Die untenstehende Tabelle zeigt die sich ergebende Leistung bei unterschiedlichen Trittfrequenzen für unterschiedliche Kurbellängen bei konstanter Kraft.
| Trittfrequenz (rpm) | 165 mm (W) | 170 mm (W) | 175 mm (W) |
|---|---|---|---|
| 50 | 129,6 | 133,5 | 137,4 |
| 55 | 142,6 | 146,9 | 151,2 |
| 60 | 155,6 | 160,2 | 164,9 |
| 65 | 168,5 | 173,6 | 178,6 |
| 70 | 181,5 | 187,0 | 192,4 |
| 75 | 194,5 | 200,3 | 206,1 |
| 80 | 207,4 | 213,7 | 219,9 |
| 85 | 220,4 | 227,0 | 233,6 |
| 90 | 233,4 | 240,3 | 247,3 |
| 95 | 246,3 | 253,7 | 261,1 |
| 100 | 259,3 | 267,0 | 274,8 |
| 105 | 272,3 | 280,4 | 288,6 |
| 110 | 285,2 | 293,7 | 302,3 |
| 115 | 298,2 | 307,1 | 316,1 |
| 120 | 311,2 | 320,4 | 329,8 |
Forschung und Überlegungen:
Der aktuelle Stand der noch sehr begrenzten Forschungslage zur Kurbellänge legt zwar nahe, dass Unterschiede von zehn Millimetern oder mehr keinen Einfluss auf die Leistung haben, da der geringere Hebel „fast automatisch“ durch eine höhere Trittfrequenz ausgeglichen wird, es gilt aber Details zu beachten. Für das Fahren unter „gewöhnlichen Bedingungen“ – wie beim Fahren in überwiegend flachem oder welligem Gelände mit Trittfrequenzen im mittleren Bereich, können auf dieser wissenschaftlichen Grundlage Kurbeln nach anderen Kriterien als Leistung ausgewählt werden. Dies sind beispielsweise rein passformbezogenen Überlegungen. Dazu könnten gehören: schmerzfreies, bequemeres oder aerodynamischeres Sitzen und Fahren.
Vorteile kürzerer Kurbeln:
Eine kürzere Kurbel erleichtert dem Fahrer definitiv eine tiefere Positionierung, da kürzere Kurbeln günstigere Gelenkwinkel bedeuten. Die Knie werden nicht so hoch in Richtung Brust angehoben, das Atmen wird erleichtert, die Beweglichkeit der Hüfte wird weniger beansprucht und die Bewegung auf einer kleinen Bahn ist insgesamt „runder” als bei langen Kurbeln. All dies führt zu einer größeren Stabilität im Sattel und eine Aero-Position ist einfacher zu erreichen. Die Windangrifftsfläche bzw. der Windwiderstand nimmt mit kürzeren Kurbeln ab. Höhere Trittfrequenzen sind leichter zu erreichen und schonen neben den Gelenken mitunter auch die Muskulatur. Es ergibt sich ein geringeres Trägheitsmoment, wo durch schnelleres „Hochdrehen“ bei Sprints und auf der Bahn erleichtert werden. Für kurze und intensive Fahrten hat die kurzere Kurbellänge deutliche Vorteile.
Nachteile kürzerer Kurbeln:
Nicht zu unterschätzen ist jedoch eine höhere Herzkreislaufbelastung bei höherer Trittfrequenz, was bei Langstreckenrennen sowie generell großen Belastungen und Hitze ein Problem sein kann. Temporär nachteilig ist mitunter die Umgewöhnung, weshalb eine Änderung der Kurbellänge nicht mitten in der Saison erfolgen sollte. Da die optimale Positionierung auf dem Fahrrad sehr individuell ist, kann es bei einigen Fahrern durch die Änderung der Kurbellänge zu weniger Effizienz kommen. Das gilt es im Einzelfall zu prüfen. Beim Bergauffahren und/oder beim Fahren mit geringer Kadenz kann sich die kürzere Kurbellänge durch geringeres Drehmoment (bei gleicher Kraft) nachteilig auf die Leistung auswirken.
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Fazit:
Kürzere Kurbellängen empfielt sich bei kleineren Fahrern, kurzer Beinlänge und sehr sportlicher aerodynamischen Sitzposition. Generell könnte eine Kürzung der Kurbellänge bei Problemen wie Schmerzen in Rücken oder Knie eine mögliche Lösung sein, die es Wert ist zu prüfen. Höhere Trittfrequenzen sind leichter möglich. Bei Langstreckenfahrten-/ rennen und besonders im Ultrabereich sowie bei der Bewältigung vieler Höhenmeter, wo überwiegend mit niedrigeren Trittfrequenzen – auch durch höhere Ermüdung – gearbeitet wird, gilt es den Einsatz kürzerer Kurbeln kritisch zu prüfen. Generell sind individuelle Unterschiede bei der optimalen Positionierung auf dem Rad und der Leistungserbringung zu berücksichtigen.
Park S, Roh J, Hyeong J, Kim S. Effect of crank length on biomechanical parameters and muscle activity during standing cycling. J Sports Sci. 2022 Jan;40(2):185-194. doi: 10.1080/02640414.2021.1982516. Epub 2021 Sep 28. PMID: 34581253.
Barratt PR, Korff T, Elmer SJ, Martin JC. Effect of crank length on joint-specific power during maximal cycling. Med Sci Sports Exerc. 2011 Sep;43(9):1689-97. doi: 10.1249/MSS.0b013e3182125e96. PMID: 21311357.
Ferrer-Roca, Ventura et al. “Acute effects of small changes in crank length on gross efficiency and pedalling technique during submaximal cycling.” Journal of sports sciences vol. 35,14 (2017): 1328-1335.
Barratt PR, Martin JC, Elmer SJ, Korff T. Effects of Pedal Speed and Crank Length on Pedaling Mechanics during Submaximal Cycling. Med Sci Sports Exerc. 2016 Apr;48(4):705-13. doi: 10.1249/MSS.0000000000000817. PMID: 26559455; PMCID: PMC5638423.
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