Kraftmessung am Aluminiumrahmen eines Snowtrikes

Das slowenische Unternehmen Hillstrike wurde mit dem Ziel gegründet, ein neuartiges Snowbike – das sogenannte Snowtrike – zu entwickeln, um das Erlebnis des Downhill-Bikens auf Schnee zu übertragen. Um die Fahrtauglichkeit des Trikes sowie seine Eignung für extreme Beanspruchungen sicherzustellen, wurden im Rahmen des Entwicklungsprozesses Tests durchgeführt. Dabei wurden mit Hilfe von Dewesoft-Technik die Fahreigenschaften und die Stabilität des innovativen Snowbikes validiert.

„Skifahren” mit einem Fahrradlenker ist an sich nichts Neues. Im Laufe der Jahre und Jahrzehnte hat es sich in verschiedenen Regionen der Alpen, Skandinaviens, Nordamerikas und anderswo in unterschiedliche Richtungen entwickelt, wobei diverse Varianten von Schneescootern und Snowbikes entstanden sind. 

Die einfachste Bauform ist der Schneescooter bzw. Snowscoot. Er besteht im Wesentlichen aus zwei hintereinander angeordneten, miteinander verbundenen Skiern. Am vorderen Ski befindet sich ein langer vertikaler Lenker, der das Steuern ermöglicht. Der sitzlose Schneescooter kombiniert somit Merkmale von Tretroller und Snowboard.

Ein Snowbike ist das Gegenstück zu einem Mountainbike für die Bergabfahrt. Der Rahmen und die Federung ähneln denen eines Fahrrads, es ist jedoch mit Skiern statt mit Rädern ausgestattet. Es kann einen Sitz haben, verfügt jedoch über Fußrasten anstelle von Pedalen.

Das Fahrerlebnis ist vor allem auf Geschwindigkeit ausgelegt. Die tatsächliche Geschwindigkeit, die mit Schneescootern und Snowbikes erreicht wird, hängt von der Steilheit der Piste, den Schneebedingungen und dem Können des Riders ab. Fortgeschrittene Rider können auf steilen, gut präparierten Pisten Geschwindigkeiten von über 100 km/h erreichen.

Wie man ein Snowbike oder einen Schneescooter bremst, hängt vom jeweiligen Modell und Design ab. Wie bei jeder Art von Skiern ist auch hier das gezielte Verkanten die gebräuchlichste Methode der Geschwindigkeitsverringerung, entweder durch das Herunterdrücken der Frontpartie (Plowing) oder durch das Fahren enger Kurven (Carven).

Das Snowtrike

Dank der slowenischen Marke Hillstrike hat die Snowbiking-Szene in den letzten Jahren spürbar an Dynamik gewonnen. Heute ist das in Trbovlje ansässige Unternehmen vor allem für seine sogenannten „Snowtrikes“ bekannt.  Es handelt sich um Snowbikes, die vorne einen Ski mit einem Lenkgriff und hinten zwei parallele Skier haben. Die hinteren Skier sind über ein Parallelogrammsystem verbunden, das es ermöglicht, das Fahrzeug durch Gewichtsverlagerung bzw. Neigen zu lenken.

Das Unternehmen Hillstrike wurde 2011 ins Leben gerufen, als sein Gründer Matic Hribar, ein passionierter Mountainbiker und Allround-Extremsportler, die Idee hatte, das Mountainbiking auf den Schnee zu bringen. Noch im selben Jahr entstand der erste Prototyp des Hillstrike-Snowtrikes.

Das hintere Skisystem kann die Bewegungen des Unterkörpers beim Skifahren simulieren. Der Schwerpunkt liegt an etwa der gleichen Stelle wie bei einem Mountainbike, da die Fußrasten dort positioniert sind, wo sich beim Fahrrad die Kurbelgarnitur befindet. Der Vorteil dieses Designs liegt in der Verwendung eines Parallelogrammsystems mit zwei Skiern im hinteren Bereich, im Gegensatz zu dem einzelnen Ski, wie er bei Wettbewerbern zum Einsatz kommt. Diese Konfiguration gewährleistet einen optimalen Kantenwinkel der Skier, wodurch sie besseren Grip erhalten und ein Carving-Effekt erzielt wird, statt nur zu gleiten.

Mit dem Hillstrike-Snowtrike fühlt man sich wie auf einem Mountainbike auf Schnee. In Kurven behält man die Kontrolle, und man kann sogar gezielt driften. Das Hillstrike ist stabil genug, um auch die wildesten Moves und coolsten Tricks zu überstehen.

In den folgenden Jahren versammelte Matic eine Gruppe von Freunden um sich, die dieselbe Leidenschaft für den Sport hatten, aber unterschiedliche Fachkenntnisse mitbrachten. Gemeinsam entwickelten sie jedes Jahr einen neuen Prototyp. Was als Spaß begann, entwickelte sich 2015 zu einem ernsthaften Projekt, als das Unternehmen Hillstrike d.o.o. mit Sitz in Trbovlje gegründet wurde. 

Messungen

Die Zusammenarbeit des Hillstrike-Teams mit Dewesoft reicht bis in die Anfänge zurück, als diese Gruppe von Einheimischen beschloss, ein Snowtrike mit überlegenen Fahreigenschaften gegenüber Snowbikes oder Schneescootern zu entwickeln. 

Hillstrike-Gründer und Produktmanager Matic Hribar erläutert: „Wir wandten uns erstmals an Dewesoft, als wir unseren Aluminiumrahmen entwickelten. Die Rahmenkonstruktion unseres Trikes ähnelt der eines BMX-Rades, und für BMX-Räder gibt es zahlreiche Entwicklungsstudien mit umfangreichen Kraftdaten. Für ein einzigartiges Produkt wie unser Hillstrike-Snowtrike ist dies aber noch nicht der Fall.“ 

Bereits bei der Entwicklung des ersten Prototyps nutzte das Hillstrike-Team Dewesoft-Technik, um die auf den Aluminiumrahmen wirkenden Kräfte zu erfassen. Das Ziel dieser Tests war es, sicherzustellen, dass das Trike nicht nur einfach zu fahren ist, sondern auch extremen Belastungen dauerhaft standhält.

Matic ergänzt: „Uns war klar, dass wir die am Rahmen wirkenden Kräfte exakt messen mussten, und dafür sind die Dewesoft-Messgeräte optimal geeignet.“ 
Zur Messung der Belastungen am Rahmen wurden drei KRYPTON - 3xSTG-Module am Trike montiert. Die Module wurden mit einem DS-BP2i-Akku betrieben und erfassten Signale von Dehnungsmessstreifen in Halbbrückenkonfiguration. So konnten sowohl Biege- als auch Axialbelastungen erfasst werden. Ziel war es, die Rahmenkonstruktion gezielt zu optimieren, um ihr Gewicht zu reduzieren und gleichzeitig die notwendige Sicherheit zu gewährleisten.

In den letzten Jahren sind Hersteller von High-End-Mountainbikes zur Gewichtsreduzierung und Leistungsoptimierung zunehmend auf Carbonfaserrahmen umgestiegen. Auch das Snowbike folgt in dieser Hinsicht allmählich dem Trend. 

Der Rahmen ist die zentrale Strukturkomponente eines Snowbikes, und jede Beschädigung kann seine Tragfähigkeit gefährden. Einige Rahmen sind anfällig für Risse oder Brüche, wenn sie übermäßig starken Belastungen oder Stößen ausgesetzt werden. Sowohl Aluminium- als auch Carbonrahmen bieten spezifische Vor- und Nachteile. 

Aluminiumrahmen sind meist günstiger und bekannt für ihre Langlebigkeit und Robustheit. Sie sind leicht, kommen gut mit unebenem Gelände zurecht und lassen sich einfach reparieren und warten.

Carbonrahmen sind teurer, dafür aber leichter und steifer. Sie dämpfen Vibrationen effizient, was den Fahrkomfort erhöht. Carbonrahmen sind weniger anfällig für Korrosion und Materialermüdung als Aluminiumrahmen, aber schwerer zu reparieren, und jede Beschädigung kann die Struktur kompromittieren.

Die Wahl zwischen Aluminium- und Carbonrahmen für ein Snowbike oder einen Schneescooter hängt letztendlich von Budget, persönlichem Fahrstil und individuellen Vorlieben ab. Rider, denen Haltbarkeit und niedrigere Kosten wichtiger sind, ziehen möglicherweise Aluminiumrahmen vor, während jene, die Wert auf geringes Gewicht und hohe Steifigkeit legen, eher zu Carbonrahmen greifen.

Die Entwicklung von Carbonfaserrahmen erfordert zerstörende Prüfungen, um die Bruchstellen am Steuerrohr, an der Sitzstütze und an den Fußrasten zu ermitteln. 

Besonders kritisch für die Rahmensicherheit sind die Fußrasten: Bei harten Landungen, bei denen der Rider darauf steht, absorbieren seine Füße den Großteil der Kräfte. Die Befestigung der Fußrasten muss so stabil konzipiert sein, dass sie diesen Kräften dauerhaft standhält, ohne zu brechen oder sich zu verbiegen. 

Um die Belastungsgrenzen des Snowtrike-Rahmens zu bestimmen, führten wir Falltests durch und zeichneten sie mit einer Hochgeschwindigkeitskamera des Typs DS-CAM-1100m auf.

Während wir den Vorgang mit einer Hochgeschwindigkeitskamera erfassten, ließen wir Gewichte aus unterschiedlichen Höhen auf die Rückseite des Sitzes fallen und beobachteten, ab welchem Belastungswert sich der Rahmen zu verbiegen begann. Die Ergebnisse dieses Experiments lieferten den Konstrukteuren eine Referenzkraft, wie sie auftreten würde, wenn ein Rider bei einer harten Landung auf den Sitz prallt.

Auch Sprünge und harte Landungen verursachen hohe Kräfte auf die Vordergabel. Das Steuerrohr ist beim Snowtrike – wie bei einem Fahrrad – die kritischste Schwachstelle. Unsere Tests erlaubten es, die Anzahl der Carbonfaserschichten zu ermitteln, die notwendig sind, um mindestens den gleichen maximalen Kräften standzuhalten wie ein Aluminiumrahmen. 

Für diesen Test montierten wir den Rahmen fest auf einen Schweißtisch und bauten eine Vorrichtung, mit der wir die auf die Gabel wirkende Vorwärtskraft schrittweise erhöhen konnten. Die Messresultate lieferten wertvolle Erkenntnisse über die Kraft, die erforderlich ist, um die Schweißnähte des Steuerrohrs zu verbiegen, aufzureißen oder zu brechen.

Da bekannt ist, welcher Kraftbelastung ein Standard-Aluminiumrahmen standhält, können die Konstrukteure den Carbonrahmen nun so auslegen, dass er ausreichend stabil bleibt, ohne unnötig schwer zu werden.

Der nächste Entwicklungsschritt

Im Zentrum der weiteren Entwicklung stehen nun die Fahreigenschaften des Snowtrikes. Erste Messungen lieferten Basisdaten über das Verhalten auf der Piste. 

Die letzte Phase unserer Fahrdynamiktests fand im Skizentrum Krvavec statt – auf einer geschlossenen, eigens für das erste internationale Snowbike-Rennen in Slowenien präparierten Strecke. Mit Hilfe einer IMU1-Messeinheit, die mit einer KRYPTON-CPU gekoppelt war, wollten wir hier Parameter wie Kurvenwinkel, Seitenführungskraft und Kurvengeschwindigkeit messen. 

Die konzeptionellen Messungen gaben uns einen Einblick in das grundlegende Fahrverhalten. Wir benötigen aber noch detailliertere Messreihen und ein tieferes Verständnis der Zusammenhänge zwischen Neigungswinkel, Kurvenwinkel und Lenkerrotation. Dafür werden wir künftig anstelle der IMU1-Messeinheit ein NAVION-I2-Gerät einsetzen, das zusätzliche Schwimmwinkelmessungen und einen Winkelsensor für die Lenkerrotation liefert.

Fazit

Unsere vorläufigen Fahreigenschaftstests führten wir am Vortag des internationalen Snowbike-Rennens in Krvavec durch. Ich war dabei nicht nur als Testingenieur beteiligt, sondern nahm – zuversichtlich aufgrund unserer Messergebnisse – auch selbst am Wettkampf teil. Leider gehört zum Fahren aber mehr als nur ein gutes Design: Auf der Abfahrt verschätzte ich mich, stürzte und vergab damit meine Chancen auf einen Podestplatz.

„Ich bin wirklich überrascht von den Ergebnissen unserer vorläufigen Fahreigenschaftsmessungen“, sagt Hillstrike-Manager Matic Hribar. „Sie liefern wertvolle Hinweise, welche Parameter tatsächlich erfassbar sind und welche Umgebungsbedingungen erfüllt sein müssen, um das Fahrverhalten unseres Snowtrikes empirisch mit dem von Snowbikes und Schneescootern vergleichen zu können.“   

Dewesoft ist stolz darauf, im Laufe der Jahre an der Entwicklung zahlreicher innovativer Produkte mitgewirkt zu haben, insbesondere in Zusammenarbeit mit lokalen Unternehmen aus der Region Zasavje, die neue Wege gehen und den Markt mit eigenen Ideen bereichern.

Die Messtechnik und das Know-how von Dewesoft im Bereich der Datenerfassung haben maßgeblich zur Entwicklung fortschrittlicher Mess- und Analysesysteme für Snowtrikes beigetragen. Diese Systeme ermöglichen es Ridern und Trainern, essentielle Leistungsdaten zu Geschwindigkeit, Beschleunigung und Energieabgabe zu erfassen, die für die Optimierung der Gesamtperformance unerlässlich sind. 

Im vorliegenden Fall dienten die Messungen dazu, das Produktkonzept von Hillstrike zu validieren. Für die Zukunft plant das Unternehmen, verschiedene Snowbike-Typen mit Dewesoft-Messtechnik ausstatten, um das Fahrverhalten des Snowtrikes im Schnee noch detaillierter zu analysieren. Die empirischen Daten lassen nicht nur Vorteile in puncto Geradeauslauf und Kurvengeschwindigkeit erkennen, sondern liefern auch klare Ansatzpunkte für künftige Entwicklungsrichtungen bei Hillstrike.

Das Wachstum der Snowbike-Szene ist ein eindrucksvoller Beleg für die Kreativität und Innovationskraft von Unternehmen wie Hillstrike, die maßgeblich dazu beigetragen haben, eine einstige Nischendisziplin in eine dynamische und spannende Sportart zu verwandeln. 

Das Snowbike-Rennen

Am Samstag, dem 4. März 2023, bildete das 1. Internationale Snowbike-Rennen, bei dem Snowbikes, Schneescooter und Snowtrikes um Europacup-Punkte kämpften, den Höhepunkt einer dreitägigen Wintersportveranstaltung im slowenischen Krvavec.

Das Skizentrum Krvavec erstreckt sich im Herzen Sloweniens, nur 25 km von der Hauptstadt Ljubljana entfernt, auf einer Höhe zwischen 1480 und 1971 Metern in den Steiner Alpen und ist per Seilbahn, zu Fuß oder mit dem Auto erreichbar. Wer mit dem Auto anreist, sollte aber keinesfalls die Winterreifen vergessen!

Eine schmale, kurvenreiche Schlucht führt vom Laibacher Becken hinauf zur Talstation der Seilbahn. An besagtem Samstag sind die Parkplätze und Straßenränder überfüllt, sodass viele Besucher gezwungen sind, weit entfernt zu parken. Glücklicherweise gibt aber einen kostenlosen Shuttlebus-Service, mit dem man bequem zur „Treppe zum Himmel“ gelangt.

Strahlender Sonnenschein und blendend weißer Schnee, dazu atemberaubende Ausblicke auf das Laibacher Becken und die umliegenden Berge. Tausende Wochenendbesucher jeden Alters, die die Pisten und die Sonnenterrassen der Restaurants bevölkern. Geschwindigkeit, Sonnenbrillen, Picknick und Popmusik – Freiheit und Entspannung auf dem Dach der Welt!

Bei der Krvavec SkiBike Championship Euro Series 2023 traten 30 Teilnehmer aus vier Ländern in zwei Internationalen Snowbike-Rennen nach Riesenslalomregeln gegeneinander an. Die Veranstaltung zog Skifahrer und Rider aus Österreich, Kroatien, Deutschland, Griechenland, Frankreich, Italien, der Schweiz, der Türkei, den USA und Slowenien an. 

Der Sieg ging an den Österreicher Sebastian Bichler, der die beiden Slowenen Matjaž Urtelj und Miha Glavič auf dem zweiten bzw. dritten Platz verwies.

Sebastian Bichler ist ein professioneller Snowbike-Rider und mehrfacher Geschwindigkeitsweltrekordler: 2017 stellte er bei der Vars Speed Challenge in Frankreich auf einem modifizierten Snowbike mit 138,752 km/h seinen ersten Weltrekord auf, den er dann bereits 2018 selbst brach, als er bei der gleichen Veranstaltung mit einem ebenfalls speziell umgebauten Snowbike eine neue Bestmarke von 145,082 km/h erreichte.