Stijfheid in een racefiets is essentieel, maar moet ook worden afgewogen tegen comfort, gewicht en kosten. We onderzoeken hoe
Zoek op internet met de term 'stijfheid' en je zult niet ver komen voordat je advertenties ziet die farmaceutische oplossingen bieden voor herenproblemen. Fietsen en slaapkamers, zo lijkt het, delen een onwankelbare paranoia over slappe prestaties, wat verklaart waarom de marketingbumf die elke nieuwe fiets vergezelt steevast doorspekt is met beweringen over hoe het frame nu superstijf is, maar ook lichter en comfortabeler. Maar, in theorie althans, zijn de drie kwaliteiten in conflict, en fietsontwerpers proberen voortdurend de sweetspot tussen hen te vinden door te sleutelen aan buisafmetingen en materiaalwetenschap.
Pedaal naar de koolstof
Als ingenieurs praten over framestijfheid, hebben ze het eigenlijk over twee verschillende aspecten van de prestaties van een fiets. De eerste heeft betrekking op het hebben van voldoende laterale stijfheid om de trapinput van een rijder zo efficiënt mogelijk op de weg over te brengen. De tweede betreft de voorspelbaarheid en stabiliteit van het rijgedrag van een fiets.
In termen van laterale stijfheid, elke keer dat je voet op het pedaal stampt, creëer je aanzienlijke laterale (zij-aan-zij) spanningen samen met torsie (draai)krachten, die samen het onderste deel van het frame naar buiten tillen van afstemming. Elke millimeter framebeweging absorbeert kostbare energie die naar de weg kan worden geleid, dus het minimaliseren van deze flex maximaliseert effectief de trapefficiëntie, vandaar de niet-aflatende focus op de stijfheid van frames.
'Hoe je de energie krijgt die je via de cranks naar het achterwiel brengt, gaat echt over de trapas, liggende achtervorken, uitvaleinden en wielstijfheid', zegt Gerard Vroomen, mede-oprichter van Open fietsen en eerder mede- eigenaar van Cervélo. Deze uitdaging wordt bemoeilijkt door de enkelzijdige aandrijflijn van een fiets, die een ongelijke belasting op de achterkant van de fiets veroorzaakt. De noodzaak om de grotere krachten aan de rechterkant van het frame te weerstaan, is de reden waarom veel fietsen kiezen voor een asymmetrisch ontwerp van liggende achtervorken en zadelbuizen.
Maar zoals Ben Coates, Trek's Road Product Director, ons eraan herinnert, heeft wat je op het ene gebied van een fiets doet, direct invloed op het andere: 'Je kunt de stijfheid bij de trapas vergroten, bijvoorbeeld door laminaat toe te voegen aan de onderkant van de balhoofdbuis, maar elk stukje laminaat heeft invloed op de hele fiets. U riskeert nadelige effecten als u niet begrijpt hoe het toevoegen of slijpen van materialen de andere delen van de fiets beïnvloedt.
‘We kunnen fietsen stijver maken dan zelfs de grootste en meest veeleisende rijders ter wereld willen, maar het stijver maken, of zelfs lichter, is niet per se een recept voor een betere fiets. Het gesprek moet beginnen met hoe je wilt dat de fiets rijdt, niet waar je wilt dat hij stijf is.’
Technische stijfheid
Hoe verstevigen ontwerpers een frame op de juiste plaatsen? Het antwoord ligt in de diameter van de dwarsdoorsnede van buizen, evenals hun lengte en, in het geval van carbonfietsen, de meerdere lagen koolstofvezel
gebruikt in hun constructie.
'Hoe groter de diameter van een buis, hoe stijver hij zal zijn', zegt Adam Wais, CEO en oprichter van de handgemaakte carbonfietsfabrikant Rolo. ‘En dat is nog voordat je naar materialen gaat kijken.’
Dit verklaart de tendens in fietsontwerp naar oversized onderbuizen, trapasverbindingen en liggende achtervorken. Door vooruitgang in koolstofvezel hebben fabrikanten de dikte van buiswanden kunnen verminderen, waardoor ze de vrijheid hebben om gigantische buizen te maken zonder gewicht toe te voegen.
Dus als enorme onderbuizen en trapassen worden gebruikt om elke watt vermogen van de rijder naar de weg te leiden, waarom zou je dan niet dezelfde filosofie volgen bij de bovenbuis en balhoofdbuis om weerstand te bieden aan bochten en nauwkeurige besturing te garanderen?
Als je een fiets in een hoek leunt, komen drie grote krachten samen: de zwaartekracht, die verticaal naar beneden trekt; kinetische energie, die ervoor zorgt dat je vooruit blijft gaan, en centripetale kracht, die je naar buiten duwt - naar links als je naar rechts draait en vice versa. Als het frame te flexibel is, kunnen deze krachten de wielen en de balhoofdbuis uit de lijn duwen, wat leidt tot onnauwkeurige besturing.
'Je hebt de wielen nodig om te volgen, en hoe beter ze van voren naar achteren volgen, hoe voorspelbaarder ze door een bocht zijn', zegt Thomas McDaniel, productmanager bij BMC. 'Stel dat je door een bocht gaat die je al duizend keer hebt gereden, zodat je zelfverzekerd bent en veel snelheid hebt, maar op een dag vind je een enorme rots in het midden van de lijn die je altijd neemt. Hoe goed kan de fiets uw behoefte accepteren om midden in een bocht te veranderen? Dat is waar front-end stijfheid in het spel komt.’
Het blijkt dat als een fiets te stijf is aan de voorkant, het moeilijk wordt om te leunen, wat een ander soort rijgedrag veroorzaakt. Chris D'Aluisio, creatief directeur bij Specialized, gaat verder met het verhaal door terug te denken aan het moment waarop de Tarmac SL4 van het bedrijf de SL3 verving. Voorheen, toen Specialized een nieuwe fiets ontwikkelde, gebruikte het de 56 cm framemaat als maatstaf voor een nieuwe reeks doelen, inclusief stijfheid. Zodra de doelen waren geraakt, zou het frame worden geschaald, met iets kleinere buizen voor de kleinere frames en grotere buizen voor de grotere frames.
'Met de SL4 hebben we de 56 stijver en lichter gemaakt, en grotere rijders - maat 56 en hoger - zeiden: Wauw! Het is zo veel beter.” Maar met mijn maat, 52, reed het nog erger', zegt D'Aluisio met verfrissende openhartigheid. ‘Het was te hard, niet alleen verticaal, maar ook als je in een hoek leunde. Het had te veel stijfheid aan de voorkant en het stond de fiets bij kleinere maten niet toe om over de middenhoek van de weg te voldoen, dus het zou de voorkant doen klapperen, vooral over een hobbelig wegdek, wat zenuwslopend zou kunnen zijn.’
Het bleek dat de aanpassingen die waren gedaan bij het schalen van de fiets lang niet ver genoeg waren gegaan, en dat kleinere frames, met buizen met een vergelijkbare dwarsdoorsnede en carbon lay-up tot de 56 cm, ongelooflijk stijf waren omdat die buizen waren korter.
'De kleine fietsen waren in verhouding veel stijver dan de grotere fietsen, wat volledig tegengesteld is aan wat de berijder nodig heeft', zegt D'Aluisio. 'De langere rijder, met een langere zadelpen en een hoger zwaartepunt, vereist dat de fiets veel meer werk doet. Als je de fiets vraagt om in een manoeuvre van rechts naar links te bewegen, doet die fiets al het werk om het gewicht van die berijder van de ene naar de andere kant te verplaatsen en te voorkomen dat die berijder v alt. We moeten weer grip krijgen als de rijder draait.'
Als gevolg hiervan besloot Specialized dat het elke verschillende framemaat effectief moest behandelen alsof het zijn eigen afzonderlijke aangepaste project was, een proces dat het Rider First Engineering noemt.
Dit helpt verklaren waarom ingenieurs niet gewoon de hele fiets zo stijf mogelijk maken, maar er is nog een andere reden: comfort, ook wel bekend als compliance, wat het vermogen van het frame is om te gaan met onvolkomenheden in de weg oppervlak en absorberen trillingen van het asf alt.
Vroomen heeft de Cervélo R3 gecreëerd, een fiets die zeven jaar op rij op het podium stond op de brute kasseien van Parijs-Roubaix, en weet wat er nodig is voor een fiets die vermogen kan leveren aan het achterwiel en tegelijkertijd de rijder kan beschermen van de allerslechtste oppervlakken.
‘Idealiter wil je zo min mogelijk verticale stijfheid, zodat je wat comfort en flexibiliteit krijgt’, zegt hij. ‘Maar de buis die je vergroot om stijfheid in torsie te krijgen, wordt ook verticaal groter en verticaal stijver, en het is niet eenvoudig om die twee factoren los te koppelen. In die zin zal het altijd een compromis zijn - de meest comfortabele fiets zal onrijdbaar zijn omdat hij zo flexibel is in alle richtingen, en de stijfst mogelijke fiets zal ook onrijdbaar zijn omdat hij enorm stijf is, wat niet alleen oncomfortabel maar ook langzamer is. Je hebt een soort van naleving nodig om de oneffenheden van de weg weg te nemen.'
Banden doen veel van dit werk, maar ontwerpers introduceren ook een zekere mate van flex in het frame, met name in de zitbuis en via zeer dunne of afgeplatte staande achtervorken, als middel om de wegschokken die door de achterkant omhoog komen te verdrijven van de fiets naar de berijder.
Ongetwijfeld het beste voorbeeld van hoe verticale compliantie kan worden gescheiden van de stijfheid van de trapas en de balhoofdbuis, is de Trek Domane, de racefiets die Fabian Cancellara naar de bovenste trede van het podium bracht tijdens de Ronde van Vlaanderen en Parijs-Roubaix. De zitbuis van de Domane is 'ontkoppeld' van de bovenbuis, waardoor de zitbuis bijna onafhankelijk van het frame kan buigen zonder in te boeten aan stijfheid. De nieuwe IsoSpeed-ontkoppelaar in de nieuwste Domane SLR heeft zelfs 'tuneable compliance', zodat de rijder het niveau van stijfheid kan personaliseren.
'Het Domane-afstembereik begint op ongeveer hetzelfde niveau van verticale compliantie als de Madone [Trek's aero-race-rig] en gaat tot 35% meer meegaand zonder de trapstijfheid aan te tasten', zegt Coates.
Frames van de toekomst
Het niet-aflatende streven naar stijvere, lichtere, comfortabelere frames vertoont geen tekenen van afname, waarbij fabrikanten voortdurend op zoek zijn naar nieuwe materialen en technologie. Het Britse fietsmerk Dassi onderzoekt bijvoorbeeld de mogelijkheden van grafeen, de wonderstof die een buitengewoon potentieel heeft als fabrikanten manieren kunnen vinden om de mogelijkheden ervan te benutten.
'Grafeen vertoont eigenschappen die veel verder gaan dan traditionele koolstoffen die in een fietsframe worden gelegd', zegt Stuart Abbott, een voormalig ruimtevaartontwerper die Dassi zes jaar geleden oprichtte. 'Er is een mystieke kans om een frame te creëren dat slechts 300 gram kan wegen, omdat grafeen zoveel lichter en zoveel sterker is dat je de mogelijkheid hebt om koolstofgebieden te vervangen die op bepaalde plaatsen op de frame – vooral rond de trapas – met iets dat 100 keer lichter is en een duizendste van de dikte.'
Voor nu is echter een snelle realiteitscheck aan de orde voor iedereen die op het punt staat een nieuwe fiets te kopen. Wielrennen is niet zoals de Formule 1, waar de beste auto altijd wint, alles behalve de coureur. Veel van de grote races van dit jaar - waaronder Parijs-Roubaix, de Ronde van Vlaanderen, Milaan-San Remo, Parijs-Nice en de Ronde van Romandië - zijn gewonnen door renners op verschillende fietsen. Met andere woorden, ultieme prestaties gaan over de rijder, niet de fiets, en er is geen objectief 'juist' niveau van stijfheid in een frame, alleen het niveau dat geschikt is voor jou.
Top 10 stijfste fietsen
Hoe meet je de stijfheid van een fiets? Helaas hebben we geen laboratorium om de flextesten uit te voeren, maar we kennen een plaats die dat wel doet. Onze vrienden bij het Duitse wielertijdschrift Tour staan bekend om hun wetenschappelijke benadering van fietstesten, waarbij elk kaal frame wordt onderworpen aan een rigoureuze reeks banktests om de stijfheidswaarden vast te stellen.
Een vergelijking gebaseerd op de stijfheidsscore die het frame beha alt bij de balhoofdbuis (gemeten in Nm/°), gedeeld door de totale massa van het frame (in kg), levert een stijfheid-gewichtsindex op die de Tour zijn leaderboard voor de stijfste frames…
| Fiets | Datum | Stijfheid tot gewicht |
| 1. Cervelo Rca | jan 2015 | 142Nm/°/kg |
| 2. Gespecialiseerd asf alt SL4 | december 2011 | 141.2Nm/°/kg |
| 3. Cannondale SuperSix Evo Ultimate | september 2011 | 139.2Nm/°/kg |
| 4. Canyon Ultimate CF SLX | jan 2016 | 131.5Nm/°/kg |
| 5. Trek Emonda | dec 2014 | 131.3Nm/°/kg |
| 6. Focus Izalco Max | Jul 2013 | 127.1Nm/°/kg |
| 7. Vilt F1 | december 2011 | 125.3Nm/°/kg |
| 8. AX Lightness Vial Evo | jan 2015 | 125.1Nm/°/kg |
| 9. Storck Aernario | okt 2015 | 123.9Nm/°/kg |
| 10. Rose X-Lite Team 8000 | dec 2014 | 123.7Nm/°/kg |
Koolstofjargon: wat betekent het allemaal?
