Schon vor dem Bau des neuen Rades wussten die Ingenieure von Argon 18, dass ein Werkzeugset in den Rahmen integriert werden sollte, um den Fahrern den bestmöglichen Komfort zu bieten. Es musste so platziert werden, dass es die Fahrqualität nicht beeinträchtigt. Die optimale Position befand sich im Bereich des Tretlagers, was eine leichte Verbreiterung des Unterrohrs zur Folge hatte, was wiederum einen kleinen Nachteil für die Aerodynamik bedeutete.

Jedoch war dieser geringer, als wenn das Werkzeug am Rahmen des Fahrrads befestigt wäre. Athleten wünschten sich außerdem einen breiteren Lenker (von 38 auf 40 Zentimeter), und obwohl dies auch die Aerodynamik beeinträchtigen kann, macht das verbesserte Handling die Verluste mehr als wett. Der aerodynamische Nachteil der Scheibenbremsen wurde durch die Integration der Bremssättel und der Hydraulikbehälter ausgeglichen. Dies soll dazu beitragen, dass die Fahrer mehr Vertrauen in die Bremskraft der Scheibenbremsen haben und das E-119 Tri+ Disc mit Laufradsätzen mit aerodynamischem Profil kompatibel ist.

Zu den allgemeinen Aero-Verbesserungen des Rahmens gehören ein verbessertes Profil der Gabel und des Lenkers sowie ein Dreieck an der TT/ST-Verbindung, um den Luftstrom zwischen den Beinen des Fahrers am hinteren Teil des Rahmens zu glätten. Das neue E-119 Tri+ Disc soll einen Vorteil von bis zu 10 Watt gegenüber der vorherigen Generation des E-119 bieten, wenn man die Optimierung des Rahmens, die Systemintegration und die Kompatibilität mit fortschrittlichen Aero-Komponenten, wie zum Beispiel Laufradsätzen, berücksichtigt. Wenn die optimale Fahrerposition mithilfe der neuen Fit-Range-Funktionen berücksichtigt wird, kann dies einen zusätzlichen Vorteil bedeuten. Zusammengenommen soll das neue E-119 Tri+ Disc insgesamt bis zu 17 Watt Aero-Vorteil bieten, wenn das gesamte Fahrrad- und Fahrersystem berücksichtigt wird.

Aero-Verbesserungen anhand von CFD

CFD-Analysen wurden bei jedem Schritt der Designentwicklung eingesetzt, um Designentscheidungen auf der Grundlage von Leistungsdaten zu treffen. Jeder Bereich des Fahrrads, der verändert wurde (Basislenker, Gabel, Scheibenbremssattel), wurde zunächst separat mit mehreren Iterationen analysiert, um schnelle Ergebnisse zu erhalten. Die ausgewählten Ergebnisse wurden dann kombiniert, um das gesamte Fahrrad mit Fahrer zu analysieren, und die endgültigen Änderungen wurden vorgenommen.

Anschließend wurde das neue Rad gegen die bestehenden Modelle im Argon 18 Sortiment getestet: das E-119 Tri+ (Felge), E-118 Tri+ (Scheibe) und E-117 Tri Disc. Der erste Test fand im „nackten“ Zustand statt: ohne Trinksystem oder andere Hilfsmittel. Diese Tests zeigen, dass die drei Aero-Räder in Bezug auf den Aero-Vorteil praktisch gleich sind. Das E-117, das nicht den gleichen Grad an Integration und Aerodynamik aufweist wie die anderen Räder, zeigte einen höheren Luftwiderstand.

Aber dieser „nackte Zustand“ war nicht das, was der Entwicklungsprozess als vorrangig ansah. Da man sich auf die Integration und die Optimierung einer realen, Renntags-Konfiguration konzentrierte, musste man unter den Bedingungen eines Renntages testen. Das bedeutete, dass ein Test mit der kompletten Langstreckenausrüstung durchgeführt werden musste: Flüssigkeitszufuhr und Ernährung, wie sie für eine komplette Ironman-Distanz erforderlich wären. Bei diesem Test zeigte sich, dass das neue E-119 Tri + Disc die anderen Räder in unserem Sortiment deutlich übertraf.

Anschließend wurde geschaut, wie die Justierung der Sitzposition die Aerodynamik weiter verbessern kann. Mechaniker und erfahrene Monteure nahmen eine schnelle Änderung des Winkels der Extensions (zu einem höheren Winkel) und der Position des Ellenbogenpolsters vor, um die Hände des Fahrers höher zu positionieren. Nun wurde diese Position im Vergleich zur ursprünglichen Position auf dem E-119 Tri+ Disc und auf der E-119 Tri+ Felge getestet. Diese schnelle Änderung half, den CdA um mehr als zwei Prozent zu verbessern.

Insgesamt bestätigen diese Tests, dass die Ingenieure von Argon 18 ein Rad entwickelt haben, das genau die Ziele erfüllt, die sie sich gesetzt hatten: ein außergewöhnlich fahrerorientiertes, einfach zu bedienendes Gerät, das ebenso schnell wie einzigartig ist. Unter Berücksichtigung all dieser Vorteile zeigten sie, dass Athleten mit dem neuen E-119 Tri+ Disc einen Vorteil von bis zu 17 Watt erzielen können.

Scheibenbremsen sind aus modernen Rädern nicht mehr wegzudenken. Sie stehen für zuverlässige Bremsleistung, und das selbst unter widrigen Bedingungen. Als einziger Wermutstropfen bei Triathlonbikes wurde bislang lediglich die schlechtere Aerodynamik im Vergleich zu Felgenbremsen genannt. Dieser Herausforderung hat sich Argon 18 gestellt und die Bremssättel beim neuen Topmodell „E-119 Tri+ Disc“ im Rahmen integriert. Hier könnt ihr einen Blick hinter die Kulissen der Entwicklung und Forschung werfen.

Bei der Umstellung auf Scheibenbremsen geht es nicht nur darum, neue Bremsen in einen Rahmen einzubauen. Argon 18 hat neue Layups entwickelt, um die Steifigkeit und das Handling der aktuellen Generation von Bikes mit Scheibenbremsen zu verbessern. Nachdem diese Leistungsziele erreicht wurden, ging es um die Aerodynamik. Wie kann der Nachteil von Scheibenbremsen vermieden werden?

2016 wurde auf der Eurobike ein Konzeptrad vorgestellt, das viel Aufmerksamkeit erregte. Das Feedback war so positiv, dass einige der Funktionen für die Serienmodelle übernommen werden sollten. Das Fahrrad enthielt einen frühen Prototyp des späteren Notio-Staurohrs zur Messung der Aerodynamik sowie in die Gabelstruktur integrierte und teilweise darin versteckte Bremssättel.

Ein Konzeptdesign ist genau das – ein Konzept. Die größte Herausforderung bei diesem Design bestand darin, dass der Bremssattel weniger dem Luftstrom ausgesetzt war und sich daher stärker erhitzen konnte als bei einer normalen Konfiguration. Während der Bremssattel Temperaturen bis zu dem Punkt standhalten kann, an dem das Bremsöl versagt, beginnen die mechanischen Eigenschaften der Gabelstruktur aus Verbundwerkstoff bei etwa 120 Grad Celsius zu sinken.

Um das Konzept in die Realität umzusetzen, entstand eine Zusammenarbeit mit TRP, um die erste integrierte Scheibenbremse zu entwickeln, die das Problem der Überhitzung vollständig löst und die aerodynamischen Nachteile von Scheibenbremsen kompensiert.

Die Entwicklung des Prototypen

Die beiden Hauptprobleme, die es zu lösen galt, waren die Überhitzung und die Anforderung an die Einstellbarkeit der Bremssättel, selbst wenn sie in den Rahmen integriert waren.

In den ersten Konzepten war die Hälfte des Bremssattels direkt auf dem Gabelbein angebracht, die andere Hälfte war mit diesem verschraubt. Das sorgte dafür, dass die erforderliche Einstellbarkeit des Bremssattels nicht möglich war. Das Problem bekam die Konstrukteure in den Griff, indem sie zu einer verschraubten Verbindung zwischen Bremssattel und Gabel zurückkehrten. Anstatt die Hälfte des Bremssattels als Teil der Gabel zu haben, würde diese Bauweise die Hälfte des Bremssattels vollständig umschließen, um ihn besser zu integrieren.

Die innere Mechanik und die Hydraulik des Bremssattels wurden in Zusammenarbeit mit TRP entwickelt, wobei reguläre Innenteile wiederverwendet wurden, die auch bei bestehenden Produkten zum Einsatz kommen: Kolben und Dichtungen zum Beispiel. Anschließend wurden Prototypen dieses Bremssattel-Designs hergestellt.

Um diese Prototypen testen zu können, wurde eine Testgabel benötigt. Sie verwendeten eine vorhandene Argon-18-Gabel, die auf der Seite des Bremssattels abgeschnitten und mit einem speziell angefertigten Gabelbein aus Verbundwerkstoff oder einer „Hülle“ verbunden wurde. Die Hülse umfasste das Ausfallende, das Gehäuse und die Bremssattelbefestigungen sowie einen Teil der linken Gabelhülse. Die Öffnung im Bremssattelgehäuse diente dazu, Lamellen zur besseren Kühlung über den Bremssattel zu führen. Der Prototyp verfügte über Scheibenbremsen mit einem Schnellspanner – obwohl man davon ausging, dass das endgültige Design des Bremssystems eine Steckachse sein würde, konnte man zu diesem Zeitpunkt der Tests keine Unstimmigkeiten bei der Verwendung der vorhandenen Schnellspanner-Gabel feststellen.

Es ist zwar eine Herausforderung, Prototypen mit Verbundwerkstoffen zu bauen, aber in diesem Fall war es notwendig, um festzustellen, ob die von der Bremse erzeugte Wärme bei dem Design ein Problem darstellen würde.

Die Testgabel wurde nicht nur komplett selbst entwickelt, sondern auch am Hauptsitz von Argon 18 hergestellt. Das Forschungs- und Entwicklungsteam verfügt über ein hohes Maß an Know-how in diesem internen Prototyping- und Fertigungsprozess. Der herkömmliche Entwicklungsprozess erfordert die Bearbeitung einer Form, um Carbonfaser-Testteile herzustellen, aber in diesem Fall wusste man, dass mehrere Design-Iterationen erforderlich sein würden, und wollte den Prozess beschleunigen. Die firmeneigenen Fertigungsfähigkeiten und -anlagen ermöglichen diesen schnellen, iterativen Prozess nach genauen Vorgaben.

Der Lagenaufbau wurde zunächst mit Hilfe einer FEA-Analyse auf der Grundlage der im Haus verfügbaren Prepregs (mit Harz vorimprägnierte Verstärkungsfasern) entwickelt. Dann wurde das Lagenbuch entworfen und die Prepreg-Lagen gezeichnet und verschachtelt, um sie auf den Prepreg-Bögen zu schneiden. Die Form für den Prototyp des Gabelbeins aus Verbundwerkstoff wurde zunächst mit einem 3-D-Drucker hergestellt. Ein Muster wurde hergestellt und auf eine Gabel geklebt, die dann in einer Ermüdungsprüfanlage getestet wurde, um sicherzustellen, dass alle Sicherheits- und Leistungstests durchgeführt werden konnten.

Die verwendete Gabel war für Felgenbremsen ausgelegt und benötigte daher eine zusätzliche Verstärkung am Gabelkopf, um dem Druck von Scheibenbremsen standzuhalten. Da für eine annehmbare Testgabel mehrere Gabelbeinproben erforderlich waren, wurde eine Aluminiumform hergestellt, da diese haltbarer ist.

Leistungstests

Nachdem ein Prototyp entwickelt war, wurde dieser getestet. Während der Tests wurden die Temperatur der Gabel, des Bremsbelags, des Bremssattels und der Umgebungstemperatur aufgezeichnet.

Die ISO-Prüfung besteht aus zwei verschiedenen Tests: der Bremsleistung und der Hitzebeständigkeit. Bei der Bremsleistung wird geprüft, ob mit einer kontrollierten Kraft am Bremshebel eine ausreichende Bremskraft und ein ausreichender Bremsweg erreicht werden können. Bei der Hitzebeständigkeit wird eine konstante Kraft auf den Hebel ausgeübt und geprüft, ob eine ausreichende Bremsleistung für eine bestimmte Zeit aufrechterhalten werden kann. Der Prototyp hatte den Bremsleistungstest bestanden, aber nicht mit ausreichendem Vorsprung für unsere eigenen internen Standards – die über den ISO-Normen liegen.

Man stellte fest, dass der Bremsleistungstest durch die Mechanik des Bremssattels selbst beeinflusst wurde – genauer gesagt, durch die Art und Weise, wie er sich unter Druck beim Bremsen verformt. Auf der Grundlage von Messungen am tatsächlichen Prototyp und FEA-Analysen wurden Änderungen am Design für die nächste Iteration empfohlen.

Diese Analysen wurden in den verschiedenen Entwicklungsphasen verwendet, um die beste Kühlungsstrategie für die Bremssättel und -beläge zu gewährleisten und das Risiko einer Überhitzung zu vermeiden.

Um sicherzugehen, dass die Grenzwerte für die Hitzetests eingehalten werden, wurde die Konstruktion des Bremssattels überarbeitet, um seine Öffnung zu begrenzen. Zudem wurden kleinere Bremsbeläge verwendet. Das neue Design wurde mittels FEA (Finite Element Analysis) validiert und erneut getestet. Zu dieser Lösung gehörte auch die Konstruktion eines Luftkanals, ein Merkmal, das beim ersten Prototyp, der getestet wurde, nicht vorhanden war. Die Ergebnisse der Tests zeigten, dass die Kühlung des Bremsbelags von entscheidender Bedeutung ist, weshalb der Kanal hinzugefügt wurde. Auch dieses endgültige Design hat alle Sicherheits- und Leistungstests bestanden.

Die Tests ergaben, dass die Gabel unter normalen Bedingungen bei der Hitzebeständigkeitsprüfung eine Höchsttemperatur von 65 °C erreicht. Diese Temperatur ist im Hinblick auf mögliche Hitzeschäden, die dazu führen würden, dass die Verbundstoffstruktur ihre mechanischen Eigenschaften verliert, unbedenklich, und sie hat alle ISO-Testprotokolle bestanden.

Aerodynamische Auswertung

Das endgültige Design musste nun auf die Probe gestellt und ein Vergleich der Aerodynamik der integrierten Scheibenbremse mit einer Standard-Scheibenbremse durchgeführt werden. Mithilfe einer CFD-Analyse des vorderen Bremssattels fand man heraus, dass die Aerodynamikverbesserung der integrierten Scheibenbremse im Vergleich zu herkömmlichen Scheibenbremsen bei einer Fahrleistung von 300 Watt auf einer ebenen Straße einen Vorteil von einem Watt bietet. Dies entspricht einer Einsparung von zehn Sekunden auf 100 Kilometern (flache Strecke). Zudem wurde ein Rückgang des CdA-Wertes um 25 Prozent festgestellt, wenn man den Bremssattel, die Scheibe und die umgebende Gabeloberfläche betrachtet.

Lokale Bewertungen der Auswirkungen der Bremssättel auf die aerodynamische Leistung wurden durchgeführt. Der Hauptvorteil darin, dass der hydraulische Mantel verschwindet. Die Bilder zeigen die Analysen in den verschiedenen Entwicklungsstadien.

Das „E-119 Tri+ Disc“ ist das erste Rad, in dem die Technologie zum Einsatz kam. Hier findet ihr weitere Informationen zum Bike sowie zu Argon 18.