Verbessern Klickpedale die Effizienz beim Rennradfahren?

Klickpedale werden im Radsport oft mit einem einfachen Versprechen erklärt: Man kann nicht nur nach unten drücken, sondern auch nach oben ziehen. Dadurch soll der Pedaltritt runder werden, die Spitzenkraft sinken und die Effizienz beim Rennradfahren steigen.

Aber ist das wirklich der wichtigste Grund, warum Klickpedale, Cleats und steife Rennradschuhe sinnvoll sind?

Meine aktuelle Antwort ist: wahrscheinlich nicht.

Klickpedale können die Spitzenkraft im Pedaltritt reduzieren und die Kontrolle an der Fuß-Pedal-Schnittstelle verbessern. Aber aktives Ziehen am Pedal führt nicht automatisch zu höherer Effizienz. Der interessantere Vorteil liegt wahrscheinlich in Stabilität, Wiederholbarkeit und einer definierteren Verbindung zwischen Fahrer und Fahrrad.

Kurzfassung

Klickpedale verbessern die Effizienz beim Rennradfahren nicht automatisch nur deshalb, weil man am Pedal ziehen kann.

Sie können die Spitzenkraft reduzieren und den Verlauf der Pedalkraft über die Kurbelumdrehung verändern. Für das Kurbelmoment zählt aber nur der Kraftanteil, der tatsächlich Drehmoment erzeugt. In einem vereinfachten Schuhmodell liegen die direkten mechanischen Verluste am Schuh nur im Bereich weniger Watt.

Der wichtigere Vorteil von Klickpedalen könnte deshalb Kontrolle sein: eine stabile Fußposition, eine wiederholbare Kraftanwendung und eine klarere mechanische Schnittstelle zwischen Fahrer und Fahrrad.

Pedalkraft ist nicht gleich Vortrieb

Am Pedal kann eine große Kraft wirken, ohne dass diese Kraft vollständig zum Vortrieb beiträgt. Für das Kurbelmoment zählt vor allem die tangentiale Kraftkomponente — also die Komponente, die näherungsweise senkrecht zum Kurbelarm wirkt.

Diese wirksame Komponente erzeugt Drehmoment:

$$ M = F_{\mathrm{tangential}} \cdot r $$

Dabei ist (M) das Kurbelmoment, $(F_{\mathrm{tangential}}$) die tangentiale Kraftkomponente und (r) die Kurbellänge.

Eine Kraft, die eher radial in Richtung Kurbelachse wirkt, kann groß sein, erzeugt aber wenig nutzbares Drehmoment. Genau deshalb reicht die reine Gesamtkraft am Pedal nicht aus, um Pedaleffizienz zu beurteilen.

In der Biomechanik wird dieser Zusammenhang häufig über die sogenannte Pedal Force Effectiveness beschrieben. Gemeint ist das Verhältnis zwischen der wirksamen, kurbelmomentbildenden Kraft und der resultierenden Gesamtkraft am Pedal über eine vollständige Kurbelumdrehung.

Vereinfacht gesagt: Nicht jede Kraft, die in das Pedal geht, wird zu nützlicher Kurbelarbeit.

Was passiert, wenn man nur nach unten drückt?

In einem stark vereinfachten Modell lässt sich der Unterschied gut zeigen.

Wenn nützliche Kraft nur während des Abwärtshubs erzeugt wird, ist die aktive Phase kurz. Um trotzdem dieselbe mittlere Leistung über eine komplette Kurbelumdrehung zu erreichen, muss die Kraft in dieser kurzen Phase höher sein.

Wird die nützliche Kraft dagegen über einen größeren Winkelbereich verteilt — zum Beispiel durch eine aktive Zugphase — kann die Spitzenkraft sinken.

Das bedeutet aber zunächst nur: Die Last wird anders verteilt.

Es bedeutet nicht automatisch, dass der Fahrer metabolisch effizienter arbeitet oder dass mehr Leistung am Hinterrad ankommt.

Warum ein runder Tritt nicht automatisch besser ist

Die Idee des runden Tritts ist verführerisch. Wenn der Kraftverlauf über die Kurbelumdrehung gleichmäßiger wird, sieht das mechanisch sauberer aus: weniger Totpunkte, weniger negative Kräfte, mehr Kontinuität.

Aber ein gleichmäßigerer Kraftverlauf ist nicht automatisch besser.

Der menschliche Körper ist kein idealer Elektromotor. Muskeln arbeiten je nach Gelenkwinkel, Verkürzungsgeschwindigkeit und Aktivierungsmuster unterschiedlich effizient. Eine Bewegung, die mechanisch schöner aussieht, kann biologisch trotzdem mehr Energie kosten.

Deshalb ist die Forschung zu aktivem Ziehen und rundem Pedaltritt vorsichtig. Aktives Ziehen kann die Pedalkraft-Effektivität verbessern und negative Kräfte in der Aufwärtsphase reduzieren. Es ist aber nicht eindeutig gezeigt, dass dauerhaftes aktives Ziehen bei gleichmäßiger Ausdauerleistung automatisch die Effizienz verbessert.

Das war der Ausgangspunkt meiner Simulation: Wenn aktives Ziehen nicht eindeutig der Hauptvorteil ist, wofür sind Klickpedale dann eigentlich da?

Ein Blick auf die Fuß-Pedal-Schnittstelle

Der nächste logische Schritt ist die Schnittstelle zwischen Fahrer und Fahrrad: Schuh, Cleat und Pedal.

In einem zweiten vereinfachten Modell habe ich betrachtet, was an dieser Stelle passieren könnte. Die Idee war, die Kraft am Vorfuß mit einer kleinen Verformung des Schuhs zu verbinden und daraus abzuschätzen, wie viel mechanische Energie durch Lade- und Entladevorgänge im Schuh verloren gehen könnte.

Das Modell ist bewusst einfach:

• Es schätzt eine Normalkraft am Schuh.
• Diese Kraft wird über eine lineare Steifigkeit in eine Verformung übersetzt.
• Ein fester Anteil der Lade-Arbeit wird als Hystereseverlust behandelt.

Das ist kein validiertes Modell eines Rennradschuhs. Es ist eine vereinfachte Denkstütze, um Größenordnungen besser einzuordnen.

Als Referenzpunkt habe ich mir veröffentlichte Daten zur Mechanik von Schäumen in Racing Shoes angesehen, unter anderem aus der Arbeit von McCulloch, Delp und Kuhl zu ultraleichten elastomeren Schäumen in Elite-Laufschuhen.

Der wichtige Punkt ist nicht der exakte Zahlenwert. Der wichtige Punkt ist die Größenordnung.

In dieser vereinfachten Betrachtung liegen die direkten mechanischen Schuhverluste nur im Bereich weniger Watt.

Verglichen mit aerodynamischen Verlusten beim Rennradfahren ist das sehr klein. Deshalb würde ich Klickpedale nicht primär damit begründen, dass sie am Schuh große Mengen Energie sparen.

Warum steife Rennradschuhe trotzdem sinnvoll sind

Auch wenn der direkte Energieverlust im Schuh klein sein kann, ist die Schuhsteifigkeit nicht unwichtig.

Ein weicher Schuh kann sich unter Last verformen. Dadurch verändert sich die Fußstellung minimal, der Druckpunkt kann wandern und ein Teil der Bewegung findet in der Schnittstelle statt, statt klar in die Kurbel übertragen zu werden.

Ein steifer Rennradschuh reduziert diese Freiheitsgrade.

Das bedeutet nicht unbedingt, dass jeder Tritt automatisch effizienter wird. Es bedeutet aber, dass die Schnittstelle stabiler und wiederholbarer wird.

Genau hier sehe ich den wahrscheinlich wichtigeren Vorteil von Klickpedalen und Cleats:

Sie machen den Kontakt zwischen Fahrer und Fahrrad definierter.

Der Fuß steht wiederholbarer auf dem Pedal. Der Vorfuß ist unter Last stabiler. Die Pedalposition ist weniger zufällig. Die Kraftübertragung wird berechenbarer.

Das ist weniger eine Frage von „mehr Watt durch Ziehen“, sondern eher eine Frage von Kontrolle.

Klickpedale als Kontrollsystem

Klickpedale reduzieren Freiheitsgrade an der Fuß-Pedal-Schnittstelle. Der Fuß kann nicht beliebig auf dem Pedal wandern, kippen oder seine Position verändern.

Das kann mehrere Effekte haben:

• stabilere Fußposition,
• wiederholbarere Kraftanwendung,
• bessere Kontrolle bei hoher Last,
• weniger Unsicherheit am Kontaktpunkt,
• klarere Verbindung zwischen Beinbewegung und Kurbel.

Gerade bei intensiven Antritten, hoher Kadenz, Wiegetritt oder technischen Fahrsituationen kann diese Verbindung relevant sein.

Der Vorteil liegt dann nicht unbedingt darin, dass beide Beine ständig aktiv am Pedal ziehen. Der Vorteil liegt eher darin, dass der Fahrer eine verlässlichere mechanische Schnittstelle zum Fahrrad bekommt.

Das berührt eine größere Frage der Radsport-Datenanalyse: Wie trennt man das mechanische Verhalten des Fahrrads von der menschlichen Kontrollstrategie? Diese Frage taucht nicht nur beim Pedaltritt auf, sondern auch bei Fahrdynamik, Kurvenfahrt und Handling.

Mehr zur messtechnischen Seite solcher Fahrzustände gibt es im RaceYourTrack-Artikel zur Messung einer Rennrad-Kurve.

Mechanische Effizienz oder menschliche Effizienz?

Eine wichtige Unterscheidung ist die zwischen mechanischer und metabolischer Effizienz.

Mechanisch betrachtet interessiert, wie viel der am Fuß eingeleiteten Arbeit als Kurbelarbeit ankommt. Dafür müsste man den vollständigen Kraftvektor an der Schuh-Pedal-Schnittstelle kennen — nicht nur die tangentiale Komponente, sondern auch Richtung und Größe der Gesamtkraft über den gesamten Kurbelzyklus.

Metabolisch betrachtet interessiert, wie viel Kurbelarbeit der Körper pro eingesetzter Energie erzeugen kann. Das hängt nicht nur von der Mechanik ab, sondern auch von Muskelkoordination, Gelenkmomenten, Aktivierungsmustern und Trainingszustand.

Genau deshalb ist das Thema schwieriger, als es auf den ersten Blick wirkt.

Ein Pedal kann mechanisch ideal sein. Der Mensch davor ist es nicht.

Was die Simulation zeigen kann — und was nicht

Die Simulation kann helfen, Größenordnungen und mechanische Zusammenhänge sichtbar zu machen. Sie kann zeigen, wie sich ein angenommener Kraftverlauf auf Kurbelmoment, Spitzenkraft oder Schuhverformung auswirkt.

Sie kann aber nicht automatisch vorhersagen, welche Kraftstrategie ein realer Fahrer wählt.

Der Drehmomentverlauf über den Kurbelwinkel ist im Modell eine Annahme. Auch die Richtung der Pedalkraft ist modelliert, nicht gemessen. Ein echter Fahrer kann bei gleicher Beinkinematik unterschiedliche Kraftvektoren erzeugen.

Das ist besonders wichtig, wenn man über Vorwärtstreten, Rückwärtstreten, aktives Ziehen oder runden Tritt spricht. Die Kurbelmechanik allein sagt nicht, wie der Mensch die Bewegung tatsächlich koordiniert.

Was müsste man eigentlich messen?

Um die Frage nach Effizienz sauberer zu beantworten, bräuchte man mehr als nur eine Leistungsmessung an der Kurbel.

Ein Powermeter am Kurbelarm misst die Nettoleistung am Kurbeltrieb. Das ist für Training sehr wertvoll, aber es zeigt nicht direkt, was davor an der Fuß-Pedal-Schnittstelle passiert.

Interessant wären zusätzliche Messgrößen:

• vollständiger Kraftvektor am Pedal,
• Kraftangriffspunkt unter dem Fuß,
• Verformung des Schuhs unter Last,
• Gelenkwinkel und Gelenkmomente,
• Muskelaktivierung,
• Vergleich zwischen Plattformpedalen, Klickpedalen und verschiedenen Schuhsteifigkeiten.

Erst damit könnte man besser unterscheiden, ob ein Effekt aus direkter mechanischer Energieeinsparung, aus besserer Kraftausrichtung oder aus veränderter menschlicher Koordination entsteht.

Was bedeutet das praktisch?

Aus meiner Sicht sind Klickpedale kein magischer Effizienzverstärker.

Sie erlauben zwar theoretisch Kraft in mehr Richtungen und über größere Teile der Kurbelumdrehung. Aber aktives Ziehen allein ist wahrscheinlich nicht der Hauptgrund, warum sie sich im Radsport durchgesetzt haben.

Plausibler erscheint mir eine Kombination aus Kontrolle, Stabilität und Wiederholbarkeit.

Klickpedale sorgen dafür, dass die Verbindung zwischen Fahrer und Fahrrad klarer definiert ist. Das kann die Kraftanwendung unter realen Bedingungen erleichtern, auch wenn der direkte Energiegewinn am Schuh klein ist.

Die bessere Frage ist deshalb vielleicht nicht:

„Wie viel Watt spart ein Klickpedal?“

Sondern eher:

„Wie verändert ein Klickpedal die Schnittstelle, über die der Fahrer Kraft, Kontrolle und Koordination auf das Fahrrad überträgt?“

FAQ

Verbessern Klickpedale die Effizienz beim Rennradfahren?

Nicht automatisch. Klickpedale können die Kraftanwendung verändern und die Kontrolle an der Fuß-Pedal-Schnittstelle verbessern. Aktives Ziehen am Pedal ist aber nicht eindeutig als Vorteil für die Effizienz bei gleichmäßiger Ausdauerleistung belegt.

Sind Klickpedale effizienter als Plattformpedale?

Sie können stabiler und wiederholbarer sein, besonders bei hoher Last, hoher Kadenz oder im Wiegetritt. Ob sie effizienter sind, hängt aber vom Fahrer, der Situation und der Definition von Effizienz ab. Der wichtigste Vorteil kann Kontrolle sein, nicht eine große direkte Energieersparnis.

Was ist Pedal Force Effectiveness?

Pedal Force Effectiveness beschreibt, wie viel der gesamten Pedalkraft tatsächlich zum Kurbelmoment beiträgt. Eine hohe Gesamtkraft ist nicht automatisch nützlich, wenn ein großer Teil davon in eine Richtung wirkt, die die Kurbel kaum dreht.

Warum sind Rennradschuhe so steif?

Steife Rennradschuhe reduzieren Verformung an der Fuß-Pedal-Schnittstelle. Dadurch kann die Fußposition stabiler bleiben und die Kraftanwendung wiederholbarer werden, auch wenn die direkte Energieersparnis im Schuh klein ist.

Muss man mit Klickpedalen aktiv nach oben ziehen?

Nicht unbedingt. Klickpedale ermöglichen Ziehen, aber ihr praktischer Wert liegt wahrscheinlich stärker darin, den Fuß zu stabilisieren, ungewollte Bewegung zu reduzieren und die Verbindung zwischen Fahrer und Fahrrad vorhersehbarer zu machen.

Fazit

Klickpedale und steife Rennradschuhe sollten nicht nur über das klassische Argument des Hochziehens erklärt werden.

Ja, eine aktive Zugphase kann die Spitzenkraft reduzieren und den Kraftverlauf über die Kurbelumdrehung verändern. Aber das bedeutet nicht automatisch eine höhere Gesamteffizienz.

Der direkte mechanische Energieverlust im Schuh scheint in einer vereinfachten Abschätzung eher klein zu sein. Der größere Nutzen liegt wahrscheinlich woanders: in einer stabileren, kontrollierbareren und wiederholbareren Verbindung zwischen Fahrer und Fahrrad.

Für RaceYourTrack ist genau dieser Punkt interessant. Rennradfahren ist nicht nur Leistung, Geschwindigkeit und Strecke. Es ist ein gekoppeltes System aus Mensch, Mechanik und Daten. Die Fuß-Pedal-Schnittstelle ist dabei klein, aber zentral: Hier wird aus Muskelarbeit Kurbelmoment.

Und genau deshalb lohnt es sich, nicht nur auf die Leistung an der Kurbel zu schauen, sondern auch auf die Frage, wie diese Leistung überhaupt entsteht.

Referenzen und Ausgangspunkte

Bini, R. R., Hume, P. A., Croft, J., & Kilding, A. E. (2013). Pedal force effectiveness in Cycling: a review of constraints and training effects. Journal of Science and Cycling, 2(1), 11–24.

McCulloch, Delp & Kuhl. Discovering the mechanics of ultra-low density elastomeric foams in elite-level racing shoes. DOI: 10.48550/arXiv.2602.12694

Hinweis

Dieser Beitrag beschreibt ein vereinfachtes mechanisches Modell und eine physikalische Einordnung. Er ist keine validierte Messung eines bestimmten Schuhs, Pedals oder Fahrers und ersetzt keine biomechanische Laboranalyse.