Als het op versnelling aankomt, maakt het dan verschil of je een grote ring/groot tandwiel of klein/klein kiest?
In deze dagen van 11-speed groepen, is het gemakkelijk om aan te nemen dat je de optie hebt van 22 verschillende versnellingen om je reis op heuvels en dalen te vergemakkelijken. Als je een standaard set-up hebt van 53/39 kettingbladen aan de voorkant en een 11-25 cassette aan de achterkant, dan zijn twee van de verhoudingen identiek (53/19, 39/14, beide geven een verhouding van 2.79:1) en 14 van de versnellingen overlappen elkaar, wat betekent dat er eigenlijk maar acht van de 22 versnellingen zijn die geen bijna dubbele optie hebben wanneer je naar het andere kettingblad bladert.
Dus, voor de versnellingen die elkaar overlappen, wilden we weten of trappen van grote ring naar grote tandwiel (zeg 53-19) net hetzelfde is als klein naar klein (39-14) of, gegeven de keuze, is het beter om er een te vergissen? En zou je het eigenlijk vanaf het zadel kunnen opmerken? Fietser raadpleegde de deskundigen.
Big it up
Stuart Burgess is hoogleraar technisch ontwerp aan de Universiteit van Bristol en is een van de toonaangevende Britse autoriteiten op het gebied van kettingaandrijvingen. 'Ik heb artikelen gepubliceerd die aantonen dat een hogere efficiëntie met grotere tandwielen een voordeel kan zijn, maar de verschillen in efficiëntie zijn zo klein dat een rijder het niet kan voelen', zegt hij. 'Als een rijder een verschil kan voelen [tussen grote en kleine tandwielen met dezelfde verhouding], dan is er normaal gesproken iets mis, zoals een te losse of te strakke ketting.'
Scott McLaughlin, SRAM's wereldwijde directeur van aandrijflijnontwikkeling, zegt dat kettingspanning ook relevant is. 'Rijden in een groter kettingblad en tandwiel resulteert in een lagere kettingspanning dan een kleiner kettingblad en tandwiel met identieke overbrengingsverhouding en identieke pedaalbelasting', zegt hij. 'De lagere kettingspanning kan ervoor zorgen dat de fiets stijver aanvoelt en reageert op een bepaalde pedaalinput, en er zou ook een extreem kleine verbetering van de efficiëntie moeten zijn.
'Het gevoel van extra reactievermogen komt van de lagere kettingspanning, wat resulteert in minder frameflex, omdat de ketting aanzienlijk wordt verschoven ten opzichte van de middellijn van het frame', voegt hij eraan toe. 'Nogmaals, dit geeft een "gevoel" of een gevoel van reactie op pedaalinvoer, maar geeft eigenlijk geen verhoging van de efficiëntie (of alleen een verhoging van de efficiëntie die verdwijnend klein is).'
De consensus lijkt dus te zijn dat je het verschil tussen groot-groot en klein-klein niet echt kunt voelen, maar dat er een kleine verbetering is in efficiëntie. Als wielrenners wilden we natuurlijk weten hoe groot dit voordeel is en waarom het optreedt.
Professor Burgess citeert een onderzoek dat is uitgevoerd op een fietsderailleursysteem in laboratoriumomstandigheden met behulp van een ingaande as met een 52-tands kettingblad verbonden met een uitgaande as met tandwielen van verschillende grootte, van 12 tot 21-tands.
De resultaten van het onderzoek zijn veelzeggend. Voor een krukassnelheid van 60 tpm en een ingangsvermogen van 100 W had een 52/11-tandwielcombinatie een efficiëntie van 91.1%, een 52/15 gaf 92,3% en dat cijfer steeg tot 93,8% voor de 52/21 combinatie, wat duidelijk aangeeft dat een hoger aantal tanden in de praktijk inderdaad leidt tot een verhoogde efficiëntie. (Cijfers tot wel 98,6% efficiëntie zijn geregistreerd in afzonderlijke experimenten, maar dit was tussen twee tandwielen zonder dat de ketting door een achterderailleurmechanisme liep.)
Dus als grotere tandwielen iets efficiënter zijn, blijft de vraag: waarom?
Veelhoek maar niet vergeten
Racine Su is R&D-directeur van KMC-ketens. 'Kettingen lopen soepeler op grotere tandwielen dan op kleinere vanwege het polygooneffect, wat minder kettingtrillingen of verticale bewegingen betekent tijdens het aangrijpen van ketting en tandwiel', zegt hij. ‘Op grotere tandwielen vermindert dit de verliezen in de krachtoverbrenging. Met andere woorden, het geeft een hogere ketenefficiëntie.’
Het 'polygooneffect' waar hij het over heeft, verwijst naar het concept dat elk tandwiel kan worden gezien als een polygoon met hetzelfde aantal zijden als tanden. De hoeken (ook wel hoekpunten genoemd) van de veelhoek liggen in het midden van de openingen tussen de tanden - waar het midden van de schakelpennen van de ketting zit. Wanneer elke schakel van de ketting in contact komt met het draaiende tandwiel, gaat deze omhoog als de hoek van de veelhoek zijn hoogste punt bereikt en v alt hij weer naar beneden als de veelhoek blijft draaien. In feite betekent dit dat de straal van het tandwiel fluctueert, waardoor de hele ketting stijgt en da alt wanneer elke schakel ingrijpt. Dit resulteert in energieverlies en inefficiëntie, en cruciaal is dat de verliezen groter zijn op kleinere tandwielen omdat de hoeken van polygonen met minder zijden scherper zijn.
De articulatie van de ketting (hoeveel elke schakel buigt als deze zich om het tandwiel wikkelt) draagt ook bij aan wrijvingsverliezen, en dit neemt ook toe naarmate het tandwiel kleiner wordt. Dus in dit stadium ziet het er vrij duidelijk uit - gezien de keuze, is het iets efficiënter om op grotere tandwielen te rijden.
Maar daar houdt het niet op. Misschien contra-intuïtief, vonden de laboratoriumtests ook dat de efficiëntie in de krachtoverbrenging van een fiets proportioneel toenam met verhoogde spanning in de ketting. Met andere woorden, hoe harder u op de pedalen stampt, hoe efficiënter de kracht van de voorste naar de achterste tandwielen wordt overgebracht. Su zegt: 'Hogere kettingspanning leidt tot hogere wrijvingsverliezen. Maar het vermindert energieverlies tussen schakels tijdens krachtoverbrenging. Kortom, de hogere kettingspanning verbetert de efficiëntie', zegt hij.
Aangezien Scott McLaughlin van SRAM ons eerder vertelde dat dezelfde belasting door de pedalen met kleinere tandwielen de spanning in de ketting zal verhogen, wordt de keuze tussen grote of kleine tandwielen minder gesneden en gedroogd.
Op jacht naar de achtervolging
Het is duidelijk dat het tijd is om snel het laboratorium uit te fietsen en een blik te werpen vanaf de weg, waar het er echt toe doet.
Michael Hutchinson, drievoudig nationaal kampioen tijdrijden en technisch schrijver over wielrennen, zegt: 'Het is een beetje efficiënter om op grotere tandwielen te rijden, hoewel ik niet weet dat voor de meeste mensen het verschil is hartverscheurend. Als het verschil zo opvallend was, zouden we allemaal rijden met kettingbladen met 95 tanden aan de voorkant en 35's aan de achterkant.'
En McLaughlin is het ermee eens dat de grootte van de tandwielen in de praktijk niet op het kritieke pad ligt als het gaat om efficiëntie. ‘Hier spelen veel meer factoren een rol. Extreme cross-chaining zal bijvoorbeeld de efficiëntie verminderen en de slijtage verhogen.'
En dat lijkt de boodschap te zijn. Het rijden op grote tandwielen zal de efficiëntie enigszins verhogen en de kettingslijtage verminderen omdat de belastingen over een grotere kettinglengte worden verdeeld, maar eventuele kleine winsten zullen meer dan teniet worden gedaan door de inefficiënties en verhoogde slijtage veroorzaakt door een slecht onderhouden ketting of extreme ketting lijnen.
Dat gezegd hebbende, als alle dingen gelijk zijn, denk groot.
