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Mit der Reglementänderung aus dem Jahr 2000 (Definition des Begriffs Rennrad) hat die UCI ein Rennrad wie das von Merckx verwendete für Stundenweltrekordversuche als Standard festgelegt (d. h. Bügellenker, Sattelspitze hinter Tretlager usw.) und alle Rekorde der 28 vorhergehenden Jahre annulliert.

Die UCI argumentiert damit, dass bei einem Wettrüsten zum technisch optimierten Fahrrad schlechter ausgerüstete Sportler oder Radsportverbände auf der Strecke blieben.

Die heute üblichen Rennräder haben sehr schmale Felgen und Reifen, einen Rennlenker, den sogenannten Bügellenker, der verschiedene Griffpositionen erlaubt und schmaler ist als sonst übliche Lenker (im UCI-Reglement sind max. 50 cm zulässig, es werden jedoch selten breitere als 44 cm verwendet). Der Lenkerbügel wird in der Regel so bemessen, dass seine Breite der Schulterbreite – abzüglich 2–4 cm – des Fahrers entspricht. Aus aerodynamischen Gründen werden beim Triathlon und Zeitfahren Speziallenker bzw. Lenkeraufsätze für konventionelle Bügellenker verwendet, bei denen der Fahrer mit den Unterarmen aufliegt und mit den Händen nach vorne greift. Um ergonomisch Sinn zu ergeben ist hierfür jedoch eine spezielle Geometrie des Rahmens erforderlich (steilerer Sitzwinkel). Schalt- und Bremsgriffe sind, soweit vorhanden, seit einigen Jahren als integrierte Einheiten üblich. Aus Gewichtsgründen verwenden einige Radrennfahrer bei Bergzeitfahren Rahmenschalthebel für den seltener benutzten Umwerfer.

Es finden fast ausschließlich mechanische Felgenbremsen Verwendung. Hydraulik- oder Scheibenbremsen bieten bei Straßenrennen keine Vorteile. Die Ende der 1980er Jahre populären Delta-Bremsen von Campagnoloboten zwar eine bessere Bremsleistung als damalige Eingelenk-Seitenzugbremsen, waren jedoch schwer, kompliziert zu warten und verlangten höhere Bedienkräfte. Bei Rennrädern kommen ausschließlich Kettenschaltungenzum Einsatz, bei Profirennrädern mit 2 × 10 oder 2 × 11 Gängen, an Freizeiträdern auch mit drei Kettenblättern vorn und 8 bis 10 Zahnkränzen hinten. Campagnolo führt seit 2009 eine Schaltung für 11 Kränze hinten (Campagnolo Super-Record-Kassette 11-fach). Seit etwa 2003 kommen verstärkt sogenannte Kompaktkurbeln zum Einsatz. Hier sind die beiden Kettenblätter vorne etwas kleiner (50 und 36 oder 34 Zähne statt 53 und 39 Zähne). Sie ermöglichen ebenfalls kleine Gänge zum Bergauffahren, sind aber schneller zu schalten und leichter als Systeme mit drei Kettenblättern, für die man zusätzlich spezielle Schalthebel, ein längeres Schaltwerk und eine längere Kette braucht. Zudem weisen Kompaktkurbeln mit zwei Kettenblättern weniger Gangüberschneidungen auf, sprich man hat weniger „doppelte Gänge“ (Kettenblatt-/Zahnkranzkombination mit gleicher Übersetzung) und sie behalten die typische Rennradoptik, die man auch von Profirädern gewohnt ist.

Rennräder haben keine Gepäckträger und keine Schutzbleche, also auch keine dafür vorgesehenen Aufnahmen an Rahmen und Gabel. Beleuchtung und Dynamo besitzen sie grundsätzlich nicht, nur Trainingsräder werden in der dunklen Jahreszeit gelegentlich mit Nabendynamos ausgestattet. In der Regel sind ein bis zwei Halter für Trinkflaschen am Unterrohr und Sitzrohr montiert.

Der Radstand beträgt im Allgemeinen 940 bis 1070 mm bei Rahmenhöhen von 51 bis 64 cm, für Frauen werden veränderte Rahmengeometrien angeboten, die den weiblichen Ansprüchen hinsichtlich eines entspannten Sitzens entgegenkommen sollen. Tatsächlich fahren die meisten Frauen aber wohl „normale“ Geometrien. Grundsätzlich ist eine den Körpermaßen des Radsportlers angepasste Rahmengeometrie zu wählen, damit die physische Leistungsfähigkeit umgesetzt werden kann. Das geht in Sonderfällen (extreme Abweichungen der Körpermaße von der Norm) bis zur Maßanfertigung des Rahmens. Spezielle radsportliche Disziplinen benötigen dabei wieder abgewandelte Rahmengeometrien. So besitzen z. B. Kriteriums-, Bahn- und Steherrahmen einen kürzeren Radstand und 2,5 – 5 mm kürzere Kurbeln sowie ein etwas höher liegendes Tretlager.

Der Sattel wird waagerecht eingestellt und ist höher (in der Regel 4 bis 15 cm) als der Lenker, man spricht hier von der Überhöhung. Die Sattelspitze befindet sich bei Straßenrädern etwa 5 cm bis 10 cm – abhängig von Fahrergröße bzw. Beinlänge – hinter der Senkrechten durch die Tretlagerachse. Zur Ermittlung der optimalen Sitzhöhe, d. h. den entlang dem Sitzrohr gemessenen Abstand zwischen Satteloberkante und Tretlagermitte, gibt es unterschiedliche Verfahren:

• Es gibt Tabellen und Formeln, die die Sitzhöhe von der Beinlänge ableiten.
• Ein praktisches, obschon lediglich angenähertes Verfahren sagt: Bei bequemer Position auf dem Sattel und ohne die Hüfte abzukippen, sollte mit ausgestrecktem Bein die Ferse gerade noch das Pedal berühren. Hier gibt es aber Variablen, denn es müssen sowohl die Bauhöhe des Pedals als auch die Sohlenstärke bzw. die Absatzhöhe der Schuhe berücksichtigt werden. Eine verbindliche Norm für die Fahrposition gibt es nicht, nur ergonomische Faktoren, daher kann eine präzise, leistungsoptimierte Einstellung nur von einem speziell ausgebildeten Trainer vorgenommen werden. Viele Kriterien, z. B. der Fahrstil (ruhig oder eher unruhig), die Tretfrequenz (kraftbetont oder frequenzbetont), Trainings- und Gesundheitszustand (Wirbelsäule!) sowie externe Faktoren wie Streckenprofil und -länge usw. müssen berücksichtigt werden.
• Inzwischen gibt es auch Onlinekalkulatoren, die die Rahmengrößenberechung vornehmen. Teils werden sie von Onlinehändlern, teils von unabhängigen Betreibern angeboten.

Ähnlich bestimmt man die Sitzlänge, d. h. den Abstand zwischen Sattelspitze und Lenkerrohrmitte:

• Auch hier gibt es Berechnungsformeln, die Körpergröße, Rumpflänge und Armlänge berücksichtigen.
• Die Praktikerregel besagt hier: Der Lenkervorbau wird so gewählt, dass der Abstand Sattelnase bis Lenkerrohrmitte der Unterarmlänge (ab Ellbogenspitze) einschließlich Mittelfinger der ausgestreckten Hand zuzüglich drei bis fünf Fingerbreiten entspricht. Die Vorbauten bei Rennrädern sind deutlich länger als die anderer Fahrradtypen – da die Rahmen einesteils kürzer sind und andererseits eine aerodynamisch flache Position eingenommen werden soll, muss der notwendige Abstand zwischen Lenker und Sattel auf diese Art hergestellt werden.

Diese Regeln sind – selbst für normal gebaute Menschen – nur Anhaltspunkte. Die endgültige Sitzposition findet der Fahrer meist erst nach ausführlichen Versuchen und, wie oben erwähnt, durch die Beobachtung erfahrener Trainer. Sinnvoll für wettkampforientierte Radsportler sind kleine Korrekturen um wenige Millimeter.