Ein reines Rennrad ist ein Sportgerät und nicht für die Straße zugelassen. Im regulären Straßenverkehr verwendete Modelle stellen eine Kompromisslösung dar, sie lassen ausschließlich schnelle Ausfahrten ohne Gepäck auf asphaltierten Wegen zu. Bei einem Rennrad erlaubt die Straßenverkehrsordnug die Verwendung von Batterielichtern. Diese müssen immer mitgeführt werden, bei Dunkelheit sind sie am Rahmen zu befestigen. Die häufig zu beobachtende Befestigung der Beleuchtung an der Bekleidung des Fahrers ist nicht zulässig.
Ein Rennrad verfügt üblicherweise über einen Diamantrahmen und wiegt zwischen sechs und elf Kilogramm. Optisch an Damenfahrräder angelehnte Modelle werden nur in einer geringen Stückzahl produziert, sie verfügen über eine stark verringerte Stabilität beim Fahren und sind für den Wettkampf nicht geeignet. Als Material für den Rahmen sind zugleich leichte als auch weitgehend unzerbrechliche Metalle geeignet, so dass Aluminium, Titan, Karbon und eventuell Stahl bevorzugt werden. Für die Felgen der tatsächlich 27 Zoll breiten Räder werden wahlweise Kasten- oder Hochprofilfelgen verwendet.
Gerade bei einem Rennrad ist es wichtig, dass die Geometrie des Rahmens zum Fahrer passt. Der Mantel bildet mit dem Schlauch eine Einheit, wobei letzterer mit Reifenkitt festgeklebt wird. Eine Alternative sind Scheibenräder, diese werden überwiegend bei Indoor-Radrennen sowie beim Zeitfahren benutzt. Sowohl die Felgen als auch die Fahrradreifen eines Rennrades sind sehr dünn, die Reifen verfügen zudem über ein geringes Profil. Auf diese Weise wird der Rollwiderstand verringert, wodurch hohe Geschwindigkeiten ermöglicht werden.
Der typische Lenker bei einem Rennrad ist der Bügellenker, beliebt sind zusätzliche Aufsätze, wodurch der Fahrer unterschiedliche Sitzpositionen einnehmen kann.
Bei einem modernen Rennrad sind die Bremsgriffe in der Regel in die Griffe für die Gangschaltung integriert. Die Gangschaltung wird immer als Kettenschaltung realisiert, zu welcher in den meisten Fällen zwei vordere und zehn oder elf hintere Zahnkränze zählen. Einige Fahrräder verfügen auch über drei vordere Kettenblätter. Die ideale Konfiguration der Gangschaltung richtet sich primär danach, in welchem Umfang mit dem Rennrad Steigungen bewältigt werden sollen.
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