Biomechanik des Radfahrens

Wissenschaftliche Erkenntnisse

Bevor wir die zum Patent angemeldete Bythlon Safety Performance Pedal-Technologie entwickelten, untersuchten wir zunächst die Biomechanik des Radfahrens und die Rolle der beteiligten Physiologie und Technologie. 

Historisch gesehen haben Radfahrer bereits kurz nach der Erfindung des Fahrrads damit begonnen ihre Schuhe mit  Metallkappen, Bügeln und Lederriemen am Pedal zu befestigen. Dies in der Hoffnung, mehr Kraft übertragen zu können. Look, Time und Shimano haben dann diese Hakenpedale dann fast 100 Jahre später, um 1985 herum, durch die heute verwendeten Klickpedale  ersetzt. 

Die verschiedenen Klickpedale für Rennräder funktionieren alle recht ähnlich. Eine Platte, auch Cleat genannt, wird an die Schuhsole eines speziellen Rennradschuhs geschraubt. Nun kann die Platte in eine Art Federspange des Pedals gedrückt werden, wo sie dann mit einem hörbaren Klick einrastet. Der Schuh ist nun fest mit dem Pedal verbunden.

Um die Verbindung zu lösen muss der Schuh auf dem Pedal seitlich gedreht werden. Das muss geübt werden und funktioniert trotzdem in der Praxis nicht immer. Kommt es zu einer überraschenden Notsituation, reagiert der Körper oft instinktiv und zieht vergeblich panikartig am Pedal. Die Folge ist häufig ein Sturz.

Seit Einführung dieser Klickpedal Systeme hat sich wenig geändert, vor allem nicht mit den erhöhten Verletzungsrisiken bei der Verwendung. 

Als wir Nutzer dieser Pedale nach ihrer Motivation und Nutzererfahrung befragten stellte sich heraus, dass fast alle von ihnen schon aufgrund ihrer Klickpedale gestürzt sind. Sie glaubten jedoch, dass mehrere wahrgenommene Vorteile die Risiken überwogen: 

1) Das Klickpedal sichert den Schuh in der Position, welche die bestmögliche Kraftübertragung gewährleistet und verhindert, dass er vom Pedal rutscht. 
2) Die Kombination von Rennradschuh und Klickpedal erzeugt eine bessere Kraftübertragung als ein normaler Schuh. 
3) Klickpedale ermöglichen es dem Radfahrer einen "runden Tritt“ zu erzeugen, indem er mit der gleichen Effizienz nach unten drückt und hochzieht. 

Wir haben diese wahrgenommenen Vorteile unter wissenschaftlichen Aspektren untersucht. 

Das Klickpedal System soll den Schuh in der Position sichern, die eine optimale Kraftübertragung gewährleistet. Die meisten Bike Fitter gehen davon aus, dass diese Position im Bereich der fünf Metatarsophalangealgelenke (MPJ) liegt, die mit der Drehachse des Pedals ausgerichtet werden. Darüber hinaus soll der Fahrer sich sicher fühlen nicht von der Pedale zu rutschen, etwa wenn er vom Sattel aufsteigt um zu sprinten, zu klettern oder bei Nässe. 

 

 Platzierung der Stollen zwischen dem ersten und fünften Metatarsophalgelenk

Obwohl die Cleat-Platzierung eine gängige Praxis ist, konnten wir keine wissenschaftlichen Beweise dafür finden, dass diese MPJ-Fußplatzierung die Leistung steigert. Studien von UC Davis und Universität von Georgia fanden keine Beweise für die Annahme, gaben aber auch keine alternativen Empfehlungen ab. Es ist jedoch unbestritten, dass die Clip-In-Systeme den Schuh in Position halten und ein Verrutschen verhindern. Infolgedessen haben wir diesen wahrgenommenen Nutzen als Tatsache akzeptiert. 
Schuhsolen verwenden eine Kombination aus Material und Form, um Traktion zu erzielen, z. B. eine flexible Sohle mit einem Profil. Rennradschuhe in Verbindung mit Klickpedalen können dagegen extrem starre Sohlen haben weil der Schuh mechanisch fixiert wird.

Plantar Fascia and Achilles tendon tension during downstroke

Schauen wir uns die Biomechanik an um herauszufinden, warum das wichtig ist: Ohne Schuh oder mit einem Schuh mit flexibler Sohle müssen die Muskeln des Fußes, insbesondere die Plantarfaszie und die Achillessehne bei jedem Pedalhub eingreifen, um das Absinken der Ferse zu verhindern. Das bedeutet, dass sie ständig gegen die Abwärtskraft arbeiten müssen. 

Eine einstündige Fahrt mit einer durchschnittlichen Trittfrequenz von 90 Umdrehungen pro Minute (U / min) erfordert über 5.000 solcher Eingriffe. Diese pulsierenden Belastungen können Überbeanspruchungen verursachen und zu Schmerzen und Erkrankungen führen, etwa Metatarsalgie, Morton-Syndrom und Plantarfasziitis 

Flexible sole bends under pressure

Eine starre Sohle hingegen stabilisiert die Plantarfaszie des Fußes und übernimmt die Kraftübertragung vom Bein auf das Pedal, wodurch Achilles und Plantar entlastet werden. Der Vergleich durch Forscher bestätigte, dass der steife Schuh eine gleichmäßigere Last aufwies als der flexible. Daher haben wir die Vorteile einer starren Sohle als Tatsache akzeptiert. 

Zuletzt wandten wir uns dem “runden Tritt” zu und es erwartete uns eine große Überraschung. Es gibt wahrscheinlich keine andere Fahrradkomponente, die so eng mit der Performance assoziiert wird wie das Klickpedal. "Ohne Klickpedal entwickelst du nur die halbe Leistung" ist ein Radsport-Mantra. Man liest immer wieder Sätze wie ' Du benötigst einen runden Tritt, um mehr Effizienz in deinen Bewegungsablauf zu bringen. Mit Klickpedalen kannst du das Pedal nicht nur nach unten treten sondern auch hochziehen. ' 

Bereits kurz nachdem wir angefangen hatten die Dynamik der Pedalbewegung zu untersuchen, stießen wir auf ' The Myth of the Upstroke . ' Der Sportbiomechaniker und Berater des Olympischen Komitees der Vereinigten Staaten, Dr. Jeff Broker, hatte ab den 1980er Jahren die Kräfte der Kurbelbewegungen von mehr als hundert Radfahrern getestet. Keiner dieser Elite- und Profiradfahrer, die er über zehn Jahre getestet hatte, hatte einen nennenswerten Zug erzeugt.

Er stellte die Ergebnisse anschaulich in Phasendiagrammen dar, sogenannte Power-Force-Modelle, die bis heute verwendet werden. Die Kräfte werden hier als vektorielle Größen dargestellt. Es wird somit klar, dass es kein "Ziehen" gibt und dass der gesamte Aspekt des “runden Trittes” ein Mythos ist. Dies eröffnete unserer Forschung eine völlig neue Perspektive. Da wir mehrere umfassende Studien und Veröffentlichungen gefunden haben, haben wir diesen ein eigenes Kapitel gewidmet: Mythos "runder Tritt".

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