Die Zusammenhänge zwischen Motordynamik und Geometrie faszinieren mich am E-MTB sehr. Als ich zwei Softwareentwickler eines Motorherstellers zu dem Thema befragen will, bekomme ich jedoch eher fragende Blicke – dabei ist in meinen Augen die Co-Entwicklung einer Systemabstimmung ein essenzieller Schritt, um ein System ganzheitlich zu betrachten und abzustimmen. Lasst mich das Thema aus meiner Perspektive aufrollen:
Geometrie – der Status quo und Marketing-Altlasten
Große Sprünge sehen wir aktuell nicht mehr. Im Kern ähneln sich viele Geometriekonzepte heutzutage, ein Hersteller schreibt vielleicht noch L drauf, während der andere größenneutral S3 schreibt. Zumindest die Blase, in der wir uns hier herumtreiben, schaut nicht rein auf die Größe, die am Rahmen steht, sondern ist mitunter sehr im Detail unterwegs, vergleicht einzelne Werte und entscheidet so, ob ein Bike passt, oder nicht.
Im Großen und Ganzen sind Geometrien aber in einem Bereich angelangt, in dem nichts mehr unfahrbar ist. Hersteller unterscheiden sich in zum Teil spürbar anderen Ansätzen, die Ausprägung dieser ist aber selten noch besonders groß.
Etwas hartnäckig hält sich lediglich das kurze-Kettenstreben-Argument. Ein Thema, zu dem ich schon viele Worte verfasst habe – deswegen mach ich es hier kurz: In meinen Augen macht nicht die kurze Kettenstrebe ein Bike wendig, sondern die proportional korrekte Kettenstrebenlänge.
Wenn du an einem Abfahrtsbike mit viel Reach, flachem Lenkwinkel und langer Gabel einen S-Rahmen mit 435 mm Hinterbau fährst, ist das bei mir in XL vergleichbar mit einem Wert näher der 500-mm-Marke. Dass du vielleicht sogar kürzere Hinterbauten fahren willst, kann ich in dem Zusammenhang auch verstehen. Nur das Pauschalisieren und den Absolutismus sollten wir in meinen Augen zurückfahren und das Fahrrad besser in Verhältnissen verstehen.
Aber Moment mal, hier geht’s doch um E-Bikes, was hat das mit Geometrie zu tun?
Dazu müssen wir uns anschauen, welche Veränderung das E-MTB in unserem Nutzungsverhalten gebracht hat. Bei mir sind das zumindest in der Abfahrt keine. Ich fahre weiterhin die gleichen Trails, die gleichen Linien. Wird es absurd steil, muss man maximal das Mehrgewicht im Hinterkopf behalten.
Aber bergauf hat sich komplett verändert: Anstatt Forstwege mit annehmbaren Steigungen zu erkurbeln, suche ich mir andere Wege. Steiler, technischer – um auch bergauf die Herausforderung und den Spaß mitzunehmen.
Die schiefe Ebene und der Kipppunkt – physikalische Hintergründe
Also geht es ums bergauf fahren (Überraschung!). Vereinfacht können wir hier von einer schiefen Ebene sprechen. Stellt man einen Klotz darauf, können drei Dinge passieren: Er bleibt stehen, er rutscht herunter oder er kippt um. Grundlage sind dafür die Neigung der schiefen Ebene, der Schwerpunkt unseres Klotzes und die Haftreibung zwischen Klotz und Ebene.
Bisschen gemein, sorry: Wenn man das überträgt, bist du der Klotz. Immerhin zusammen mit deinem Fahrrad. Aber das System bildet nur die statische Darstellung ab, also wenn du mit gezogenen Bremsen bergauf ohne Geschwindigkeit stehst. Je nach Reibpaarung/Untergrund, Neigung des Uphills und wo du deinen Körper positioniert hast, kannst du stehen, nach hinten rutschen oder nach hinten umkippen.
Simpel. Zumindest wenn das System vereinfacht ist (sh. Bilder) und nicht bewegt wird.
Motordynamik, Schlupf und Lenkkraftübertragung – der Praxisbezug
Aber zumindest in unserem Fall ist das System alles andere als einfach. Viele Parameter spielen mit rein – zum Beispiel: Gibt der Hersteller des Bikes den Sitzwinkel auf einer durchschnittlichen Sitzhöhe oder auf Höhe des Stack-Maßes an? Allein das kann schon ein paar Zentimeter in der Sitzposition und im Schwerpunkt ausmachen. Wie weit schiebe ich meinen Sattel nach vorne? Wo sitze ich auf dem Sattel. Bleibe ich aufrecht oder beuge ich mich nach vorne? Wie viel SAG fahre ich und wie verändert der SAG dynamisch meine Sitzposition? Senke ich den Sattel ab?
Was ich nicht ad hoc beeinflussen kann, ist die Geometrie. Die Hinterradachse spielt in unserer schiefen Ebene eine maßgebliche Rolle – als angetriebenes Rad, das das eingeleitete Drehmoment überträgt, aber auch als Kipppunkt unseres Systems nach hinten. Je nachdem, wo sich unser Schwerpunkt in Relation zur Hinterradachse befindet, ergibt sich ein unterschiedliches Verhalten.
Sehen wir die Hinterradachse als Nullpunkt, das Vorderrad in positiver X-Richtung. Dann ist der Schwerpunkt in X-Richtung mit negativem Vorzeichen ungünstig: Wir fallen um. Klotz … fällt. Ist der Schwerpunkt in X-Richtung positiv positioniert, sieht es erstmal besser aus. Je näher wir aber in X-Richtung dem Nullpunkt kommen, desto wahrscheinlicher ist es, dass wir in einen instabilen Zustand kommen – das Vorderrad steigt und wir Lenkkräfte nicht mehr übertragen können. Je weiter wir uns in positive X-Richtung vom Nullpunkt entfernen, desto weniger Druck haben wir auf dem Hinterrad (Normalkraft), die Traktion sinkt und irgendwann erreichen wir den Punkt, wo das Hinterrad durchdreht, wir also Antriebskräfte nicht mehr übertragen können.
Ergo: Wir haben ein Fenster, in dem wir uns bewegen können, um Vortrieb und Kontrolle zu moderieren. Je steiler es wird, desto schmäler wird das Fenster – einmal weil die Traktion geringer wird, andererseits, weil wir uns nicht unendlich nach vorne lehnen können. Was dann wichtig ist: Die Möglichkeit, den Schwerpunkt fein zu verlagern, um zwischen den Extrempositionen – Kontrollverlust und Traktionsverlust – zu bleiben.
Wie spielt die Geometrie hier mit rein? Sie definiert unser Fenster. Je nach Auslegung kann sie das Fenster vergrößern oder verkleinern. Je kleiner das Fenster wird, desto feinfühliger muss man agieren. Je größer es wird, desto mehr Spielraum bekommt man geboten.
Schauen wir jetzt auf den Motor, denn auch regelungstechnisch habe ich viele Möglichkeiten: Wie fest trete ich in die Pedale, welchen Modus nutze ich, welche Kadenz, welche Linie – all das hat Einfluss auf die Ausgabeleistung des Motors. Genau diese Ausgabeleistung kann auch wieder Einfluss auf unser Fenster nehmen, denn eine hohe Dynamik, also ein schneller Anstieg der Motorleistung und eine hohe Unterstützung, können in beide Extremrichtungen negative Auswirkungen bringen: Durchdrehendes Hinterrad oder ansteigendes Vorderrad – wollen wir beides nicht – je höher Dynamik und Unterstützung, desto eher erreichen wir diese Extreme. Aber: Je größer unser Fenster, desto besser können wir den dynamischen und starken Motor wirklich nutzen.
Ergebnis – gut bergauf, unfahrbar bergab?
Konstruktiv kann man gegensteuern. Durch die statisch-relative Positionierung des Schwerpunkts zum Fahrrad, aber auch durch dynamisch einflussnehmende Parameter, wie das Fahrwerk.
Gedankenexperiment 1: Wir bauen ein Fahrrad mit extrem langen Kettenstreben, so ähnlich wie Crossworx es letztes Jahr als Aprilscherz gezeigt hat. Damit öffnen wir unser Fenster weit gegen das Abkippen, sind aber so weit vom Radaufstandspunkt entfernt, dass nun noch wenig Last am Hinterrad landet. Dann machen wir den Sitzwinkel einfach sehr flach, um mehr Gewicht aufs Hinterrad zu bekommen. Netter Gedanke, wird nicht funktionieren.
Gedankenexperiment 2: Wir bauen ein Fahrrad mit extrem kurzen Kettenstreben. Damit öffnen wir unser Fenster weit gegen das Durchdrehen des Hinterrades, weil wir fast drüber sitzen. Aber einmal zu stark in einen eMTB+ Modus getreten und das Rad bäumt sich auf, wie ein erschrecktes Pferd. Wird also auch nicht funktionieren.
Dann lassen wir (Fahrradhersteller) einfach alles beim Alten?
Nein. Wir müssen ja nicht sofort komplett in die Extreme gehen. Aber wir müssen ein Bewusstsein dafür entwickeln, mit welchen Maßnahmen wir unser Fenster beeinflussen. Und wenn wir einen sehr starken, hochdynamischen Motor an unser Rad schrauben, dann müssen wir gegensteuern, damit unser Fenster nicht zugeht. Steile Sitzwinkel, ausgelegt auf vernünftige Sitzhöhen. Angemessene Kettenstrebenlänge im System betrachtet und pro Rahmengröße ausgelegt. Oder immerhin die Möglichkeit, dass der Endkunde auswählen kann. Tretlagerhöhen, die mit kurzen Kurbeln und dem damit einhergehenden, erhöhten Sattelauszug funktionieren. Was den Schwerpunkt beeinflusst, muss ich auf dem Schirm haben.
Das ist nicht einfach, keine Frage. Wirtschaftlich schwierig, passt nicht in jedes Design und zu jeder Markenphilosophie. Kann ich auch verstehen. Aber man kann ja auch die andere Richtung gehen: Statt das Thema über die Geometrie zu lösen, steckt man mehr Arbeit in die Motorabstimmung.
Für mich bleibt die Erkenntnis: Ja – ein E-MTB mit starkem Motorsystem und hoher Dynamik braucht eine Geometrie, die dem Einsatzbereich gerecht wird. Und da sich dieser in Richtung Uphill wesentlich breiter darstellt, braucht es entsprechend Uphill-tauglichere Geometrien. Wer sportliche E-Bikes bauen will, muss das Thema ganzheitlich betrachten.
Was denkst du – macht der Motor die Geometrie-Entwicklung nochmal ein Stück weit interessanter?
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35 Kommentare
» Alle 35 Kommentare im Forum lesen →Absolut richtig, daß die Werte nur ein Grundgerüst für eine Entscheidung darstellen. Wenn man aber schon diverse Bikes gefahren ist, kann man schon eine Grundrichtung daraus ableiten, solange die Systeme nicht zu unterschiedlich sind, also z.B. Eingelenker mit tiefem Hauptlager vs. High Pivot Bike.
Ich war eigentlich auch immer ein Verfechter kurzer Hinterbauten, gerade nach den ersten Erfahrungen mit dem Haibike und Cube. Beim Nicolai und beim Alutech waren die Hinterbauten deutlich kürzer, was sich für mich halt deutlich besser springen ließ. Dafür beim Alutech mit leichten Defiziten bergauf.
Aber erst jetzt mit dem Yeti und dem Crestline habe ich das Gefühl, das die Geo keine kompromisse mehr darstellt. Es sind die ersten eMTBs, bei denen mir die Front nicht zu schnell fällt, wenn man mal nicht perfekt abgezogen hat, dabei ist gerade das Yeti mit relativ langen Kettenstreben und einem langen Reach gesegnet.
Für mich ist das die sehr zentrale Position im Rad und der tiefe, weiter hinten liegende Schwerpunkt des Akkus.
Für noch aussagekräftigere Tests fänd ich heute den Schwerpunkt oder zumindest die Radlastverteilung wichtig.
Die Geometrien unterscheiden sich heute gar nicht mehr so sehr, der Reach ist fast überall länger der Sitzwinkel steiler und die Kettenstreben im Bereich 450mm +/- 10mm. (Größe M)
Selbst das Forbidden Dreadnought e und das Yeti LTe unterscheiden sich (statisch) kaum von einander,
wenn ich sie nach meinen persönlichen Vorlieben (Vorbaulänge, Lenkerrise, Sattelposition, etc) modifiziere.
Ich glaube nicht, das es heute noch speziellere Geometrien für „starke Motore“ benötigt. Wenn, dann für spezielle Anwendungszwecke.
Hillclimb-Performance beim E-MTB: Radstand und Schwerpunkt entscheiden
Bei der Bewertung der Kletterfähigkeit eines E-MTBs werden häufig Kettenstrebenlänge und Sitzwinkel als entscheidende Geometriegrößen herangezogen. Für extremes Hillclimbing halte ich diese isolierte Betrachtung für wenig aussagekräftig.Die beiden fundamentalen Größen sind Radstand und Lage des Gesamtschwerpunkts aus Fahrer und Fahrrad, insbesondere dessen Höhe und horizontale Position.
Wer die Hillclimb-Fähigkeit eines E-MTBs anhand von Kettenstrebenlänge oder nominellem Sitzwinkel beurteilt liegt falsch.
Der entscheidende geometrische Zusammenhang beim extremen Bergauffahren ist das Verhältnis zwischen der Höhe des Gesamtschwerpunkts und seinem horizontalen Abstand zum hinteren Reifenaufstandspunkt.
Je tiefer und weiter vorne der Schwerpunkt liegt, desto steiler kann das Bike fahren, bevor das Vorderrad abhebt.
Ein langer Radstand schafft dafür günstige Voraussetzungen. Insbesondere eine lange Front bietet dem Fahrer Bewegungsraum, um seinen Oberkörper weit nach vorne und unten zu bringen.
Gleichzeitig muss genügend Radlast auf dem angetriebenen Hinterrad verbleiben, um die hohe Motorleistung in Vortrieb umzusetzen.
Genau darin liegt die geometrische Herausforderung: möglichst viel Hinterradtraktion bei gleichzeitig ausreichender Stabilität gegen das Abheben des Vorderrads.
Dass bei extremen Steigungen der Sattel abgesenkt wird, gehört zu den Selbstverständlichkeiten moderner E-MTB-Fahrtechnik.
Je steiler der Anstieg, desto tiefer wandern Sattel, Oberkörper und Kopf. Die Grenze wird durch die individuelle Beweglichkeit und die noch kontrolliert mögliche Kurbelbewegung bestimmt.
Beim extremen E-MTB-Hillclimbing übernimmt der Motor den überwiegenden Teil der Antriebsleistung. Die klassische Pedaliereffizienz tritt deshalb in den Hintergrund.
Entscheidend sind eine kontrollierte Kurbelbewegung, die passende Gangwahl, eine günstige Motordrehzahl und ein präzises Pedalmanagement.
Der Fahrer muss seine Position so weit absenken und nach vorne verlagern können, dass das Vorderrad am Boden bleibt, ohne dabei die Kontrolle über den Antrieb zu verlieren.
Der nominelle Sitzwinkel eines E-MTBs sagt ebenfalls wenig über die tatsächlich mögliche Körperposition bei extremen Steigungen aus.
Hinzu kommt, dass Hersteller überwiegend virtuelle Sitzwinkel angeben, die sich auf eine definierte Sattelhöhe beziehen.
Bei vielen Rahmen verläuft die tatsächliche Sitzrohrwinkel mit deutlichem Versatz zum Tretlager. Mit zunehmendem Sattelauszug wandert der Sattel nach hinten. Wird die Stütze abgesenkt, bewegt sich der Sattel dagegen nach vorne.
Diese Vorverlagerung unterstützt beim extremen Hillclimbing genau die gewünschte Körperposition.
Wichtig ist allerdings die tatsächliche Position des Fahrers auf dem Sattel.
Bei extremen Steigungen sitzt man weit vorne, häufig unmittelbar an der Sattelspitze. Dabei wird der Sattel nur noch mit leichtem bis mittlerem Druck belastet. Ein wesentlicher Teil der Körperlast wird über die Pedale abgestützt.
Die Sattelspitze wird damit zum wichtigen ergonomischen Referenzpunkt. Ihre Form und ihre Position beeinflussen unmittelbar, wie weit sich der Fahrer nach vorne verlagern kann und wie kontrolliert er dabei pedaliert. Selbstverständlich fährt man nicht alles im Sitzen schwierige Passagen erfordern ein dynamischen Körpereinsatz.
Ein nomineller Sitzwinkel in klassicher Pedalierposition von 77 oder 78 Grad beschreibt diese dynamische Uphill-Position nur sehr unzureichend.
Die verbreitete Annahme, lange Kettenstreben seien grundsätzlich besser für die Kletterfähigkeit, halte ich für zu pauschal.
Ein relativ weit hinten positioniertes Tretlager kann bei einer tiefen, weit nach vorne geneigten Körperhaltung Vorteile bieten.
Der Hüftwinkel bleibt unter Umständen offener, und der Fahrer kann seinen Körper günstiger über die Pedale abstützen, ohne sich permanent mit hoher Kraft am Lenker nach vorne ziehen zu müssen.
Auch bei technischen Hindernissen kann die Position des Tretlagers im Verhältnis zu den Radachsen eine Rolle spielen. Kurze Kettenstreben können sogar deutlich die Motorgehäuse und Pedalaufsetzer reduzieren.
Natürlich verändert eine kürzere Kettenstrebe bei ansonsten unveränderter Geometrie die Gewichtsverteilung zugunsten des Hinterrads und erhöht damit die Tendenz zum Abheben der Front.
Dieser Effekt kann jedoch durch einen entsprechend langen Radstand und eine weit nach vorne verlagerbare Fahrerposition kompensiert werden.
Eine lange Front mit kurzem Hinterbau kann deshalb eine ausgesprochen gute Kombination für extremes Hillclimbing sein.
Ein anschaulicher Vergleich ist die Geometrie eines Top-Fuel-Dragsters.
Extrem langer Radstand, weit vorne positionierte Vorderräder und eine hohe Last auf den angetriebenen Hinterrädern.
Der lange Radstand unterstützt die Kontrolle über das Aufsteigen der Front, während die Hinterräder möglichst viel Traktion für den Vortrieb bereitstellen. Eine lange Front hat einen langen Hebelarm und erzeugt damit ein günstiges Drehmoment der das Vorderrad am Boden hält, auch wenn ein Großteil des Systemgewichts auf dem Hinterrad lastet.
Beim E-MTB besteht prinzipiell dieselbe Herausforderung.
Die lange Front ermöglicht ergonomisch eine günstige vorverlagerte nicht zu beengte Sitzposition.
Diesen Zusammenhang bezeichne ich gerne als Top-Fuel-Dragster-Effekt.
Neben der Geometrie spielen weitere Faktoren eine wichtige Rolle.
Ein 29-Zoll-Hinterrad besitzt gegenüber einem 27,5 Hinterrad günstigere Überrolleigenschaften an Hinderniskanten und gleichzeitig verbessert die höhere Hinterradachselage die Stabilität gegen das Rückwärtskippen.
Radstand und Schwerpunktlage sind die fundamentalen Größen für extreme Hillclimb-Performance.
Ein langer Radstand bietet die geometrische Grundlage, um hohe Hinterradtraktion mit einer möglichst tiefen und weit vorne liegenden Schwerpunktposition zu verbinden.
Wie gut diese Möglichkeit genutzt werden kann, hängt wesentlich von der Ergonomie und der Bewegungsfreiheit des Fahrers ab. Dazu gehören die Sattelabsenkung, die tatsächliche Sattelposition in der abgesenkten Position , die Nutzung der Sattelspitze. Eine möglichst kurze Kettenstrebe unterstützt dabei eine günstige Körperhaltung und reduziert das Pedalclipping
Toller Beitrag!
Aber das nehme ich persönlich 😜
Wenn man das überträgt, bist du der Klotz
Scherz bei Seite, macht weiter so super Inhalt und sehr informativ.
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