Wenn Biomechanik und Aerodynamik verschmelzen
Wir waren aktuell mal wieder auf der Bahn in Büttgen, um mit unseren Kollegen von STAPS ein weiteres Aero-Projekt durchzuführen. Die schnellen Beine, die getestet und optimiert werden sollten, gehörten in diesem Fall der Profitriathletin Daniela Sämmler, die den gesamten Test durch ihr professionelles und extrem freundliches Auftreten sehr angenehm gestaltet hat. Ihr Trainer Utz Brenner war genauso in das Testprotokoll involviert wie Stefan Keul, der Bike-Experte von Danielas Radsponsor Canyon.
In diesem Blog möchten wir euch einige Eindrücke vermitteln, wie so ein Aerofitting von STAPS und gebioMized abläuft:
Physio-Baseline
Zu Beginn steht Danielas eigene Athletik auf dem Prüfstand. In verschiedenen Tests suchen wir nach kleinen Schwachstellen in Bezug auf Beweglichkeit, Flexibilität und Stabilität. Dabei steht vor allem das Optimierungspotential für die aerodynamische Radposition im Vordergrund, lauf- und schwimmspezifische Ursachen werden aber mitberücksichtigt (z.B. wenn eine einseitige Atmung beim Schwimmen zu Asymmetrien im Rücken- bzw. Schulterbereich führt). Bei Daniela werden wir nur bei Kleinigkeiten fündig (z.B. Kräftigung Gluteus medius), die nun im regelmäßigen Athletiktraining berücksichtigt werden können.
Biomechanik-Baseline
Im zweiten Schritt schauen wir uns Danielas Position auf dem Rollentrainer an. Diese „Baseline-Messung“ dient dazu, alle Kontaktstellen per Druckmesstechnik und die Gelenkwinkel (+ Bewegungsqualität) in verschiedenen Kurbelpositionen per Videoanalyse zu analysieren. Auch hier bearbeiten wir die gleichen Fragen: Wo sind Optimierungspotentiale erkennbar, wie stabil ist die Position bereits, wie gut harmonieren Mensch und Kontaktstellen miteinander? Bei Daniela können wir an dieser Stelle einige Punkte notieren:
- Die Sattelposition und das Sattelmodell führen zu erhöhtem Druck im Bereich der Symphyse (Abb. A), was eine instabile Beckenposition und eine erhöhte Anzahl von „Saddle-Shifts“ vermuten lässt
- Die Fußstellung ist in der Druckphase sehr spitzfüßig, der Kniewinkel ist dabei so weit geöffnet, dass die Sitzhöhe ebenfalls in Frage gestellt wird (Abb. B)
- Die Position ist so kompakt, dass die Tretbewegung in der Druckphase nach hinten, unten stattfindet. Dies könnte mehr Energie als notwendig kosten.
- Der Hüftwinkel ist in der obersten Kurbelposition zwar bereits klein, dennoch lässt Danielas extrem gute Beweglichkeit noch Potential erhoffen
Alle Vermutungen werden zu diesem Zeitpunkt nur notiert und nicht verändert, da wir objektiv noch nicht wissen, wie aerodynamisch die Position eigentlich ist. Deswegen folgt nun der Wechsel auf die Bahn, um Danielas Luftwiderstand mittels des CdA-Werts, sowie die Stabilität ihrer Position in Echtzeit zu messen. Wir verwenden dazu das Track Aero System (Alphamantis, CA) und eine neue Software-Entwicklung der Satteldruckmessung von gebioMized. Beide Systeme senden ihre Daten in Echtzeit per WLAN, so dass die Ergebnisse bereits während des Runs analysiert werden können, um unmittelbar mögliche Optimierungspotential in unserer Experten-Runde zu diskutieren.
Aero-Baseline
Zur Ermittlung des Luftwiderstands, der in der Aerodynamik auch als CdA-Wert bezeichnet wird, benutzen wir am Rad Messtechnik, die Formel 1-würdig ist: Mit einem kleinen Sensor sammeln wir alle ANT+-Signale, die Danielas Canyon während des Testlaufs abgibt: Leistungsdaten, Trittfrequenzen, Geschwindigkeiten, etc. Einkalkuliert werden muss zur sauberen Bestimmung des Widerstands aber nicht nur Daniela und ihr Rad; auch die Umgebungsbedingungen wie die Temperatur, die Luftfeuchtigkeit als auch sämtliche Eigenschaften der Holzbahn (Länge, Kurvenneigung, etc.) werden dabei berücksichtigt. Sobald unsere Messtechnik einsatzbereit ist, darf Daniela fleißig Kilometer abspulen, während wir mit Hilfe des Alphamantis-Systems eine erste Baseline-Messung durchführen und ihren aerodynamischen Eingangswert bestimmen.
Die Analyse der Beckenstabilität auf der Bahn zeigt das Optimierungspotential eindeutig: Jeder Ausreißer in der Verlaufskurve steht für einen “Shift”, das heißt für ein „aktives Bewegen des Beckens“ nach hinten. Diese Bewegungen erzeugen Turbulenzen im Rücken- und Hüftbereich und sind deshalb aerodynamisch von Nachteil. Ganz nebenbei wird auch die Kraftübertragung Richtung Pedal durch jeden Shift negativ beeinträchtigt. Bei Daniela messen wir 7,5 Shifts pro Minute, was einem Zeitintervall von 8 Sekunden zwischen den Shifts entspricht. Die Standardabweichung des Kraftangriffspunktes zeigt mit 18,5 ebenfalls einen auffälligen Wert der Instabilität.
Maßnahmen und Re-Tests
Nach eingehender Analyse der Baselines erstellen wir nun einen Plan, in welchen Schritten wir Maßnahmen an der Position vornehmen, um (hoffentlich) Optimierungen zu erreichen. Dieser Maßnahmenplan ist für jeden Athleten höchst individuell. Jede Maßnahme wird in einem Re-Test daraufhin geprüft, ob sie wirklich zu einer Verbesserung führt. Bei Daniela sieht unser „Masterplan“ wie folgt aus:
- Wechsel des Sattelmodells (von SQLab 613 Tri zu COBB JOF 55)
- Reduzierung der Sitzhöhe
- Veränderung der Sattelposition nach hinten mit dem Ziel, die Tretbewegung zu optimieren (ohne die Position des Beckens auf dem Sattel zu beeinträchtigen)
- Anwinkeln der Extensions
- Test zweier Extension-Positionen
- Test mit abgesenktem Front-End
Vorher – Nachher Vergleich
Wir kürzen den Bericht an dieser Stelle ab und stellen euch direkt den Vergleich der Ausgangslage zur finalen Position vor. Folgende objektive Veränderungen haben wir erreicht:
Biomechanik & Stabilität
- Das Becken „steht“ auf dem gleichen Bereich des Sattels wie vorher, aber deutlich stabiler Die Anzahl der Shifts ist von 18 auf 0 reduziert
- Die Standardabweichung des Kraftangriffspunktes am Sattel reduziert sich von 18,5 auf 3,7 (!)
- Das Knie hat sich weiter nach hinten verlagert, so dass die Druckphase effektiver nach unten durchgeführt werden kann
- Die Fußstellung ist um 11°Grad flacher in der untersten Kurbelposition, so dass die Druckphase länger durchgeführt werden kann
Aerodynamik
- die verbesserte Stabilität am Sattel hat bereits nur durch den Satteltausch positive Tendenzen erwirkt (Ersparnis: ca. 1-2 Watt @40km/h)
- Danielas Position wurde „entzerrt“, um sie weniger komprimiert zu setzen. Dadurch hat sich ihr Rücken etwas abgeflacht und der Kopf gesenkt (Ersparnis: ca. 2-3 Watt @40km/h)
- der „Gamechanger“ war der Einbau eines 7°-Neigungs-Spacers. Durch die verbesserte Stabilität im Oberkörper und die erhöhte „Länge“ der Arm- und Schulterpartien konnte Daniela den Kopf deutlich weiter senken und die Schulterbreite merklich reduzieren (Ersparnis: ca. 6-8 Watt @40km/h)
- bei der Materialanalyse haben wir potentielle andere Helm-Hersteller getestet, um zu sehen, ob aerodynamisches Potential bei der Helmauswahl besteht. Wir haben allerdings für Daniela keinen „schnelleren“ Helm gefunden
Fazit
Die Session mit Daniela zeigt, dass Biomechanik und Aerodynamik Hand in Hand gehen sollten, wenn ein Athlet das Optimum für seine Radposition erzielen möchte. Auf die Ironman Distanz bezogen, haben wir bei Daniela in der Summe ca. 12 Watt bei 40km/h gespart. Für ihr Verhältnisse reden wir demnach über eine Verbesserung oberhalb von 5%, die ihr auf den 180km – in der Theorie – etwa 5:00 Minuten Fahrzeit einsparen. Ohne den deutlichen Gewinn an Stabilität wäre der Aero-Benefit nicht so groß ausgefallen, ohne die Änderungen am Cockpit hätten wir ebenfalls keine signifkante CdA-Reduzierung erreicht. Der Parameter „Stabilität“ dient uns als wichtiger Kontrollparameter, um zu erkennen, wann wir noch Spielraum haben oder es aerodynamisch übertreiben. Zusätzlich vergrößert ein Stabilitätsgewinn die Wahrscheinlichkeit, dass die Position über eine längere Zeit, zum Beispiel auf 180km gefahren werden kann. Dabei versuchen wir immer erst einen „passiven Gewinn“ zu erzielen, das heißt eine schnellere Position zu bauen, die vom Athleten nicht mehr aktiven Körpereinsatz als notwendig verlangt. Zu aktiven Maßnahmen („Shrug“) kann man danach, besonders als Zeitfahrer, immer noch greifen.
Weitere Infos:
http://staps-online.com/get-aero/
http://concept-lab.gebiomized.de/bikefitting/bikefitting-fuer-triathleten/#tab-id-4
Autoren:
Daniel Schade
Björn Geesmann
Bilder:
©tomtittmann
