Biopace
Verreweg het bekendste ovale kettingblad is de Biopace van Shimano. Al in de jaren tachtig van de vorige eeuw kwam Shimano met dit ‘revolutionaire’ kettingwiel, een concept dat met veel marketing inspanning op de markt werd gebracht. De verkoop ervan is echter al in 1992 gestopt: te veel klachten met betrekking tot knieblessures. De toon was meteen gezet. Niet-ronde kettingbladen geven knieklachten! Wat was hier aan de hand? Had Shimano geen gedegen onderzoek gedaan naar het concept? Of waren wielrenners er nog niet aan toe en hebben ze de vernieuwde tandbladen geen eerlijke kans gegeven? De twee opvallendste niet-ronde kettingwielen die nu te koop zijn, zijn de O.symetric en de Q-Ring, respectievelijk een Frans en een Spaans ontwerp. Maar in hoeverre wijken deze af van de jammerlijk geflopte Biopace?
|
|
:: De Biopace had een te lage ovaliteit en vooral een verkeerde oriëntatie ten opzichte van de positie van de crank. |
| Het kettingblad Ovum heeft een ovaliteit van 24 procent (er is ook een versie met een ovaliteit van 18 procent), dus de lengte van as 1 gedeeld door de lengte van as 2 is in dit voorbeeld 1.24. |
 |
Betere efficiëntie
De meest gangbare gedachte achter de ovale kettingbladen is dat je beter gebruik kunt maken van de krachten die je voet op het pedaal levert tijdens het fietsen. Dit geeft een betere efficiëntie dan bij ronde kettingbladen. Als de kracht op zijn grootst is en de goede richting heeft, moet het pedaal niet zo snel rondgaan. Die arbeidsfase willen we zo lang mogelijk benutten. Het verzet moet dan groot zijn. Daarentegen moet de fase dat de kracht klein is en een minder goede richting heeft, snel voorbij zijn.
|
| :: Ovaliteit van de Ovum 1.18 en 1.24. De ovaliteit is de verhouding tussen de twee assen van een ovaal kettingblad. |
| Het verzet moet dan klein zijn. Dit is ook precies wat ovale kettingbladen doen. Binnen één omwenteling verandert het verzet continu. Een O.symetric 52-tandblad (ovaliteit 21,5 procent) ‘schakelt’ bij één hele omwenteling virtue el twee keer tussen 46,4 en 57,6 tanden. |
 |
De pijl geeft de richting aan waarin het pedaal beweegt. In region 1 (figuur 2), met de crank verticaal en in de buurt van het bovenste dode punt wordt minder kracht geleverd en is de richting van de kracht ook niet optimaal ten opzichte van de crank. Hier moet je een klein verzet hebben, waardoor de crank deze zone snel voorbij is. In region 2 is de trapkracht op zijn grootst en is de richting van de kracht beter gericht ten opzichte van de crank. Hier moet je een groot verzet hebben. |
| :: Figuur 2. De verschillende fasen van een crankomwenteling |
Ovaliteit
Het verschil in de verschillende soorten ketting bladen zit hem in de mate van ovaliteit, de vorm en de oriëntatie waarmee het tandblad wordt gemonteerd ten opzichte van de crank. De ovaliteit zegt wat over de grootte van het verschil tussen het virtuele minimale en maximale verzet. Dus eigenlijk hoeveel zwaarder het wordt als het zwaarder zou moeten worden. Een te lage ovaliteit (verhouding van de assen dicht bij 1) heeft geen groot effect ten opzichte van een rond kettingblad. Een te hoge ovaliteit zorgt ervoor dat het fietsen als minder prettig wordt ervaren. Het verschil tussen het minimale en maximale verzet per omwenteling is dan te groot. |
Oriëntatie
De oriëntatie van het kettingwiel ten opzichte van de crank is de tweede belangrijke variabele van een ovaal tandblad. Het maakt uit of je de crank loodrecht op de richting van de grootste as monteert of dat je de crank eerst een aantal graden draait en dan monteert. Grofweg moet het zo zijn, dat als de kracht het grootst is en de richting van de kracht ten opzichte van de crank het gunstigst is – ergens in region 2 –, het verzet het grootst moet zijn. Dus dan moet de afstand van de crankas en daar waar de ketting aangrijpt aan dit kettingblad het grootst zijn. |
 |
Vorm
Een derde variabele is de vorm van het ovaal. Zo benadert de vorm van de Q-Ring zeer dicht een ellips.
Bij O.symetric is de vorm meer complex en samengesteld uit gedeeltelijk een spiraal van Archimedes, een cirkelboog en een quasi recht stuk.
|
:: De Q-Ring van Rotor.
|
| De ingenieurs Malfait, Storme en Derdeyn hebben in 2006 een vergelijkende biomechanische studie gemaakt van acht ovale kettingwielen en die ook vergeleken met het ronde tandblad door middel van een geavanceerd computermodel. Zij onderzochten de Q-Ring, de O.symetric, de Rasmussen oval, de Hull oval, de Ogival, de Polchlopek oval, de Ovum en de Biopace. |
Computermodel
Een groot voordeel van het gebruiken van een computermodel ten opzichte van een onderzoek waarbij we daadwerkelijk mensen laten fietsen met en zonder deze tandbladen is dat alle storingsfactoren die het bestuderen van het menselijk lichaam met zich meebrengt worden geëlimineerd.
Op voorwaarde dat dit kettingblad optimaal wordt gemonteerd (crankoriëntatie) valt er (bij de sprint) in theorie een winst te behalen van 3 procent. |
| Een vereiste bij onderzoek met computermodellen is natuurlijk dat het model wel moet aansluiten bij de realiteit. Als het computermodel niet deugt, zijn er geen goede conclusies te trekken. Als je gedegen onderzoek met mensen wilt doen, dan moet je met veel proefpersonen een zeer groot aantal keren meten. Dat is een enorme arbeidsintensieve klus en daardoor ook erg duur. Er zijn wel pogingen gedaan door onder anderen de professoren Cullen en Hull (beiden afkomstig uit de VS) en Ratel (Frankrijk), maar deze vonden geen significante toename in maximaal vermogen of een afname van de zuurstofopname of hartslagfrequentie tijdens submaximale belastingen bij getrainde wielrenners. Het kan zijn dat er geen verschillen zijn gevonden eenvoudigweg omdat ze er niet zijn. Maar het kan ook zijn dat de methode waarmee getracht wordt de verschillen tussen ronde en ovale kettingbladen aan te tonen niet nauwkeurig genoeg is. Of dat de testgroep te klein was, en er te weinig meetgegevens waren… Een computersimulatie kent deze problemen niet en kan eventuele kleine verschillen wél aantonen. |
In de studie van de drie ingenieurs worden twee dingen onderzocht. Ten eerste wordt berekend wat er met het piekvermogen in de heup- en kniegewrichten gebeurt als er een uitwendig vermogen wordt geleverd dat over de hele cyclus (360 graden) gelijk loopt bij circulair en nietcirculair. Ten tweede wordt er berekend hoe het uitwendige vermogen reageert op een gelijke belasting van de knie- en heupgewrichten bij het gebruik van de verschillende kettingbladen.
De uitkomsten zijn zeer interessant. Het falen van de Biopace van Shimano wordt ineens erg logisch. De oriëntatie van het tandblad is ongeveer het tegenovergestelde van wat efficiënt zou zijn en heeft hierdoor zelfs negatieve effecten ten opzichte van een rond kettingblad. Zo is er sprake van vermogenverlies en overbelasting van het kniegewricht. Van de ovale kettingbladen die op dit moment te koop zijn, is de O.symetric het meest efficiënt. Op voorwaarde dat dit kettingblad optimaal wordt gemonteerd (crankoriëntatie) valt er in theorie een winst te behalen van 3 procent als er evenveel kracht wordt gegeven in het knie- en heupgewricht. Andersom hoeft er maar 92,5 procent van het oorspronkelijke knie piekvermogen te worden gegeven bij een gelijkblijvend uitwendig vermogen. Dit alles blijkt uit bovenvermeld theoretisch onderzoek. |
 |
Vakmanschap
De Q-Ring van Rotor is een prachtig staaltje vakmanschap. Maar de ovaliteit van dit kettingblad is echter niet groot genoeg en er is ook geen optimale oriëntatie geadviseerd door de constructeur om zeer efficiënt te zijn. Toch is ook dit kettingblad met een optimale crankpositionering volgens het computermodel beter dan een rond tandblad. |
| :: De vorm van de Q-Ring benadert zeer dicht de vorm van een elips. |
|
Voor elk van de acht onderzochte niet-ronde kettingwielen blijkt bij een optimale crankoriëntering de grote as van het ovaal verticaal te staan en staat de crank er ongeveer loodrecht op.
Een biomechanische analyse in 2008 uitgevoerd door de professoren Rankin en Neptune (VS) komt tot ongeveer dezelfde conclusies als Malfait, Storme en Derdeyn. Rankin en Neptune geven echter aan dat de optimale vorm en stand van het ovale kettingblad ook afhangt van de trapfrequentie waarmee wordt gefietst (zie figuur 4). Daarnaast speelt het spiervezeltype en het geleverde vermogen blijkbaar ook nog een rol.Er zijn ook nadelen aan niet-ronde kettingbladen. Bij kettingbladen met een grote ovaliteit kan het schakelen moeilijker zijn, vooral als er geen kettinglifters noch kettingdoorgangen voorzien zijn en als de tandvorm niet correct is (O.symetric). De voorderailleur moet dus goed worden afgesteld. Maar met een beetje huisvlijt is het wel op te lossen. |
 |
De Q-Ring maar vooral de O.symetric (beide bij optimale crankoriëntatie) zijn een stap in de goede richting ter verbetering van de efficiëntie van het fietsen als we dit vergelijken met ronde kettingbladen. Rankin en Neptune berekenen het voordeel van een optimaal vormgegeven kettingblad ook op zo’n 3 procent ten opzichte van een rond kettingblad. |
| :: Een renner als Christian VandeVelde zou met de O.symetric op een klim van 40 minuten bijna een minuut tijdwinst kunnen halen. |
| Een renner als Christian Vande Velde zou met O.symetric op een klim van 40 minuten bijna een minuut tijdwinst kunnen halen… Wat de toekomst ons gaat brengen? Ik denk dat uiteindelijk topatleten een op hun eigen fysiek gemaakt kettingblad krijgen. Hierbij wordt dan rekening gehouden met hun lichaamsbouw, voorkeur van trapfrequentie, maar ook met de activatie- en déactivatie dynamica van hun spiervezels en kracht-lengte relaties van hun spieren. Hiervoor zal nauwe samenwerking nodig zijn tussen specialisten op het gebied van fysiologie, biomechanica en mechanica. |
| |
|
Nederlands
English
Contact
RSS feed
Twitter
Labels:
Race, Cyclo, Toer, Nieuws
Permanente link naar: Niet ronde kettingbladen voor de fiets
Niet ronde kettingbladen voor de fiets
28-04-2010
Zoeken in nieuwsberichten
Archief
Algemene voorwaarden
Copyright
Privacy