Powermeter

Powermeter als universelles Leistungsmessgerät

Wer mit einem Rennrad oder mit einem MTB unterwegs ist, möchte in der Regel auch wissen und sicherstellen, dass er seine körperliche Kraft und Leistungsfähigkeit optimal aufteilt. Eine anfangs zu große Leistungsintensität führt zu vorzeitiger Ermüdung des Fahrers. Umgekehrt hat eine dauerhaft zu gemächliche Fahrweise eine Verschlechterung des Leistungsergebnisses zur Folge.

Es kommt also darauf an, die Fahrweise so anzupassen, dass sie einerseits den Fahrer nicht vorzeitig ermüden lässt und andererseits auch immer ein gestecktes Leistungsziel nicht aus dem Auge verliert. Um beides optimal miteinander zu verbinden, ist der Einsatz eines Powermeters als probates Mittel zum Zweck eine sehr große Hilfe.

Ein Powermeter und seine physikalische Wirkungsweise

Ein Powermeter arbeitet mit Dehnungsmessstreifen aus Konstantan mit einem hohen spezifischen Widerstand. Wird der Dehnungsmessstreifen belastet, verändert er seine Länge. Diese Längenänderung in Form einer Dehnung hat unmittelbar eine Änderung seines ohm'schen Widerstandes zur Folge. Eine in Brückenschaltung zu messende Diagonalspannung zeigt eine proportionale Veränderung dieser Diagonalspannung an, welche als Ausgangsgröße dient. Damit stellt diese veränderte Diagonalspannung zugleich ein Maß für die Dehnung und damit für die momentane Belastung der Kurbel dar. Auf diese Weise ist eine kontinuierliche Messung der Kraft in jeder Stellung der Kurbel über deren gesamten Umfang möglich.

Unterscheidungen im Erfassen der Messdaten

Je nachdem wie der Powermeter geschaltet wird, kann er entweder einseitig auf dem linken Pedal oder auch beidseitig links und rechts die momentan aufgebrachte Kraft erfassen. Im ersten Fall bei einseitiger Messung verdoppelt der Powermeter den gemessenen Wert und zeigt diesen dem Fahrer an. Die zweite Anwendung mit der beidseitigen Messung führt zu einer genaueren Erfassung der tatsächlichen Drehmomentübertragung über jede Volldrehung der Kurbel. So wie ein Rechtshänder mit seiner rechten Hand geschickter ist als mit der linken, ist auch die aufgebrachte Kraft auf das Pedalpaar niemals links und rechts genau gleich.

Physikalische Hintergründe, Daten, Kräfte, Drehmomente, Leistungen, Winkelgeschwindigkeiten, Drehzahlen

Wenn der Fahrer in das Pedal tritt, überträgt er mit seinem Fuß eine Kraft auf die Kurbel. Je nach momentaner Winkelstellung des Pedals zur Senkrechten entsteht ein wirksamer Hebelarm von Kurbelradius zur Tretlagerachse. Dieser wirksame Hebelarm wiederum erzeugt ein Drehmoment, welches über die Kette auf das Hinterrad übertragen wird. Das Drehmoment ist dabei je nach Winkelstellung der Kurbel zur Senkrechten veränderlich und wie folgt definiert:

M_(𝛼) = F * r * sin(𝛼)

M... (Drehmoment in Nm) F... (Fußkraft auf Pedal in N) r... (Abstand Pedalachse zu Tretlagerachse in m) 𝛼... (Winkel momentane Kurbelstellung zur Senkrechten in Grad)

Die momentane Leistung, welche der Fahrer auf das Pedal überträgt, ergibt sich durch folgenden mathematischen Zusammenhang: P = M_(𝛼) * 𝜔 𝜔... (Winkelgeschwindigkeit der Kurbel in ¹/_sec Die Winkelgeschwindigkeit der Kurbel setzt sich wie folgt zusammen: 𝜔 = 2 * 𝜋 * n n... (Drehzahl der Kurbel in ¹/_sec) Damit ergibt sich für die momentane Leistung, welche der Fahrer auf das Pedal bringt, folgende Formel: P_(𝛼) = F * r * sin(𝛼) * 2 * 𝜋 * n P_(𝛼)... (Leistung an der Kurbel in Watt)

Mit Training zum Erfolg

Jeder Sportler muss, um ein gutes Ergebnis zu erzielen, viel und vor allem zielbewusst trainieren. Dies gilt in besonderer Weise auch im Radsport, welcher von jedem Fahrer ein besonderes Maß an Disziplin, Ausdauer und Willensstärke abverlangt. Auch die mentale Stärke des Fahrers spielt eine überaus wichtige Rolle. Ein wesentlicher Parameter für die Beurteilung der Leistungsfähigkeit ist die Leistungsangabe pro kg Körpergewicht. Ein Weltklasse-Fahrer kann eine Leistung von ca. 6^W/_kg Körpergewicht mindestens eine halbe Stunde lang erbringen. Als konsequente Fortsetzung für jede Trainingseinheit verfolgt jeder ambitionierte Fahrer den Stand seiner individuellen anaeroben Schwelle (IANS). Dieser IANS-Wert ist ein Maß für die maximale Leistung, welche der Fahrer gerade noch bei konstant bleibendem Lactatspiegel im Körper erbringen kann.

Näheres zum Lactatspiegel

Bei körperlicher Beanspruchung produziert der menschliche Organismus Lactat, welches jedoch bei zu hoher Konzentration nachteilig für die Muskulatur ist und zu Leistungsabfall führt. Ein normaler Lactatspiegel liegt bei etwa 1,0 ^mmol/_l und 1,8 ^mmol/_l. Bei starker körperlicher Beanspruchung, wie beispielsweise bei intensivem Radtraining, kann dieser Wert jedoch über diesen Normalwert ansteigen. Um die Funktion der Muskulatur nicht negativ zu beeinflussen, ist es unbedingt notwendig, dass dieser erhöhte Lactatspiegel wieder abgebaut wird. Er sollte auf keinen Fall die Marke von ca. 4 ^mmol/_l übersteigen.

Erfassung aller Daten

Ein Powermeter hat gegenüber einer Sportuhr den großen Vorteil, dass er ständig die momentan erbrachte Leistung des Fahrers ermittelt und anzeigt, sodass der Nutzer seine Fahrweise optimieren kann. Damit stellt er sicher, dass er den Körper nicht zeitweise überbeansprucht und so ein schlechteres Trainingsergebnis erzielt. Er kann seinen Fahrstil immer so anpassen, dass er sich immer knapp unterhalb seiner individuellen Leistungsgrenze befindet. Durch die messtechnische Unterstützung des Powermeters ist der Fahrer kontinuierlich in der Lage, seine körperliche Leistungsreserve bedarfsgerecht einzuteilen. Zusätzlich sorgt er auf diese Weise dafür, dass sein Lactatspiegel im Körper einigermaßen konstant im Normalbereich bleibt. Dieser positive Nebeneffekt hilft dem Fahrer bei jeder Trainingseinheit, steigert kontinuierlich seine Fitness und bringt ihm immer ein gutes Trainingsergebnis.

Glättung des Ausgabewertes beim Powermeter

Die ständige Erfassung der momentanen Leistung würde bei direkter Messwertausgabe zu einer erheblichen Schwankung führen und könnte leicht missverstanden werden. Daher sorgt eine Glättungselektronik beim Fahren für die Ausgabe einer Durchschnittsleistung der letzten 3, 10 oder 30 Sekunden. Die praktische Erprobung erbringt bei einer Einstellung der letzten 3 Sekunden einen guten Durchschnittswert, der nicht so stark schwankt.

Berücksichtigung von Nullwerten

Um die Ergebnisanzeige praxisnah zu gestalten, ist es notwendig, neben jeder Berganfahrt auch die folgende Talfahrtphase mit in das Messergebnis einfließen zu lassen. Geschieht dies nicht, führt die ausschließliche Erfassung der anstrengenden Bergfahrt zu einer zu hohen Leistungsanzeige, wenn die Rollphase bergab nicht berücksichtigt wird. Daher erfasst ein Powermeter auch die für den Fahrer leichter zu bewältigende Talfahrt und liefert im Endergebnis ein realistischeres Gesamtbild.

Trittfrequenz, Pedalierzeit und Pedalierindex

Da die Berechnung einer Fahrleistung immer auch die Erfassung der Kurbeldrehzahl erfordert, misst ein Powermeter die Trittfrequenz des Fahrers und errechnet daraus zusammen mit der Trittkraft auf das Pedal die momentane Fahrleistung. Ein Powermeter hält über die gesamte Fahrstrecke die Messwertfolge fest, unabhängig von der gerade zu bewältigenden Geländegeometrie. Diese Art der ständigen Erfassung jeder Tret- und auch jeder Rollphase schlägt sich in der Pedalierzeit nieder. Diese Pedalierzeit berücksichtigt nur die Fahrstrecke, welche mit mehr oder weniger Kraftanstrengung zu bewältigen ist, also bergan. Ein Powermeter gibt diese Pedalierzeit prozentual zur gesamten Fahrstrecke an.