:: Wie bestimmt man die Leistung eines Radsportler?
Nachdem wir uns schon Gedanken darüber gemacht haben, warum Radfahren ziemlich anstrengend sein kann (nämlich hier) gehts jetzt darum, die erbrachte Leistung irgendwie zu bestimmen. Einfach mal so interessehalber. Oder weil ein Leistungs-gesteuertes Training immer mehr in Mode kommt und zumindest auf dem Home-Trainer für jedermann möglich ist. Aber wie wird die Leistung draussen auf dem Rad bestimmt? Dazu gibts prinzipiell drei Möglichkeiten: Die physikalisch-messtechnische für Ingenieure, die physiologische für Ärzte und Trainer und die rechnerische für Mathematiker.
:: Die rechnerische Methode
Diese Methode haben wir beim Ausflug in die Physik erläutert und beim Wattrechner in die Praxis umgesetzt. Als Beispiel nehmen wir nochmal die Ergebnisse vom Bergzeitfahren in Blecher. Mit den beim Wattrechner geforderten Daten kann man dann ausrechnen, dass der "Mensch" (63kg Mensch + 9kg Material) seine Zeit mit einer Durchschnittsleistung von etwa 290 Watt gefahren ist, während Jan Ulrich (77kg Moppel-Ulle im Frühjahr + 9kg Material) im Feld gemütlich etwa 500 Watt trat.

Tour-SiegerPumpenfahrer
Strecke [m]18001800
Höhendifferenz [m] 110m 110m
Zeit [s] 240 329
Masse [kg]86 72
cwA [m^2]0,35 0,35
Rollreibung 0,0005 0,0005
Leistung [Watt] 506 289
Tja, sehr schön die Methode, aber was, wenn sich die Steigung dauernd ändernd, Gefälle auftritt, ständig der Wind dreht oder Windschatten gefahren wird? Dann müsste man die Strecke in lauter Teile zerlegen auf den die Parameter konstant und überhaupt bekannt sind und am Ende alles aufsummieren...offenbar aussichtslos. Damit taugt die rechnerische Methode in der Praxis eher wenig. Viel Radcomputer bieten die Funktion dennoch an und berechnen aus der eingestellten Masse des Fahrers, der Höhendifferenz und der Geschwindigkeit Leistungswerte. Am Berg bei kleinem Tempo ist das in Ordnung, da der Radcomputer aber nichts von den Windverhältnissen und nicht von den aerodynamischen Charakteristika des Fahrers weiss ist das ansonsten Nonsens.
:: Zwischenkommentar vom Radpanther
Von wegen Moppel-Ulle...während mein Mensch nach der Steigung japsend vom Rad kippte, wurde der Ulle da vielleicht ein bisschen warm und setzte 100km später zum 50km-Solo zum Sieg in Köln an!
:: Die physiologische Methode
Einfach gesagt wird der Mensch hierbei selber als Messgerät benutzt und auf dem Ergometer unter kontrollierten Bedingungen kalibriert. Dazu geht man davon aus, dass zwischen der erbrachten Leistung und physiologischen Kennzahlen (Herzfrequenz, Blutlaktat) ein reproduzierbarer Zusammenhang besteht.
Im Labor wird wieder ein Stufentest durchgeführt und zu jeder Leistungsstufe P die Herzfrequenz HF(P) aufgezeichnet. Später zeichnet man dann unterwegs einfach nur noch die Pulswerte auf, läd die Daten auf den PC runter und schliesst von der gemessenen Herzfrequenz auf die gerade getretene Leistung P(HF) (gute alte Umkehrfunktion, siehe links: das typische Bildchen vom Stufentest, Herzfrequenz und Laktat-Konzentration als Funktion der Leistung, einfach gespiegelt).


Es ist aber offensichtlich, dass dieses Verfahren sehr ungenau ist. Der Puls hinkt hinter der Belastung oder Erholung immer zurück, viele äussere Einflüsse (Ernährung, Gesundheitszustand, Motivation etc.) beeinflussen die Herzfrequenz. Deswegen kommt eigentlich auch niemand ernstlich auf die Idee, die physikalische Leistung exakt so zu bestimmen. Vielmehr interessiert man sich für den subjektiven Anstrengungszustand des Fahrers, den man darüber charakterisiert, in welchen Phasen des Rennens er in welchem Stoffwechselbereich (aerob, anaerob, Übergangsbereich...) unterwegs war. Die Zuordnung des jeweiligen Stoffwechselbereichs zu bestimmten Pulszonen ist ja zentrales Ergebnis eines Stufentests auf dem Ergometer. Solche Untersuchungen haben Padilla et al. durchgeführt.
:: Die physikalisch-technische Methode
Hier wird die Kraft, die der Mensch aufs Rad aus ausübt, direkt gemessen. Das Bein übt Kraft auf die Kurbel aus, die Kurbel auf die Kette und die Kette über die Ritzel auf die Nabe und das Hinterrad. Kurbel, Kette und Nabe sind dann auch genau die Teile an denen die ausgeübten Kräfte mit den Systemen von

- SRM (Kraft auf Kurbel)
- Polar (Kraft auf Kette)
- powertap (Kraft auf Nabe)

gemessen werden. Das SRM und Powertap beruhen darauf, dass auch steifste Kraft-übertragende Komponenten bei Belastung einer winzigen Verformung unterworfen, wobei zwischen dem Grad der Verformung und der angreifenden Kraft ein eindeutiger Zusammenhang besteht. Gelingt es, bei bekannter wirkender Kraft diese Verformung zu bestimmen, so kann man umgedreht durch Messung der Verformung auf die angreifende Kraft rückschliessen.
Die SRM-Kurbel...will jeder mal ausprobieren.
Im Groben ist das aus der Schule von den Federwaagen bekannt, mit denen man irgendwelche Gewichte über den Tisch zog. Je nachdem, wie weit man dabei die Feder dehnte, konnte man die wirkende Kraft ablesen. Allerdings sind ja gerade Tretkurbel darauf ausgelegt, sich möglichst wenig zu verformen, so dass man die Sache etwas subtiler angehen muss, um überhaupt irgendeine Verformung messen zu können. Dazu benutzt man Dehnungssmessstreifen. Das sind kleine elektronische Bauteile, die unter Zug und Verformung ihren elektrischen Widerstand proportional zum Grad der Verformung ändern. Selber sind sie leicht verformbar und können damit der Verformung des zu untersuchenden Gegenstandes, an dem sie befestigt sind, immer folgen. Mit entsprechender Verstärkertechnik kann man so die gesuchte, möglicherweise sehr kleine, Verformung bestimmen und kennt dann die wirkende Kraft.
Der rote Messstreifen verformt sich mit dem belasteten Bauteil, das gemessene Spannungssignal ändert sich proportinal zur angreifenden Kraft.
Mit etwas Physik kann man dann per

Leistung = Kraft x Geschwindigkeit
= Kraft x Kurbelarm x Winkelgeschwindigkeit
= Drehmoment x Winkelgeschwindigkeit

aus gemessener Kraft und Tretfrequenz die momentane Leistung sehr genau bestimmen. Bei Polar wird hingegen das Schwingungsverhalten der Kette analysiert, das vom Spannungszustand der Kette und damit wiederum von der ausgeübten Tretkraft abhängt. Details dazu findet man auf den angegebenen Homepages der Hersteller oder in den Artikeln von Craig Willet bei

- www.bike.com und
- www.biketechreview.com .

Im Tourmagazin Ausgabe 7/2003 werden die Systeme ebenfalls verglichen. Alle Quellen vergleichen auch die Genauigkeit der Systeme und da hat SRM klar die Nase vorn, kostet aber auch am meisten, so dass SRM wohl doch ein "Spielzeug" für Profis oder zumindest sehr ambitionierte Amateure ist. Aber: wer es mit der Leistungsmessung ernst meint, kommt um diese Methoden nicht herum. Sie sind von allen physiologisch/psychologisch/subjektiven Einflüssen unabhängig.