21-Jan-2022, 10:16 AM
(Dit bericht is het laatst bewerkt op 21-Jan-2022, 11:04 AM door pietandringa.)
Invloed van de lichaamshouding en rolweerstand op de benodigde inspanning bij het ligfietsen.
Initiatiefnemer en auteur: Bert Hoge
Dit onderzoek is gehouden in samenwerking met de NVHPV en dit artikel is reeds eerder gepubliceerd in het tijdschrift “Ligfiets&” nr.3-2003 onder de titel “de meetligfiets” en de meetresultaten zijn gepresenteerd (Power-Point) voorafgaand aan de Algemene Leden Vergadering van 2003. Het oorspronkelijke artikel is hier en daar aangepast en verduidelijkt. De meetresultaten zijn natuurlijk ongewijzigd.
Onder ligfietsers worden soms discussies gevoerd over de invloed van b.v. de rolweerstand van banden, de meer of minder liggende houding, onder of bovenstuur op de snelheid. Soms zijn de meningen gebaseerd op eigen subjectieve waarneming of vermoedelijk vaker door elkaar na te praten. De meest gemaakte fout is door appels met peren te vergelijken.
Redeneringen als: “Ik ging met mijn ligfiets na een verandering in b.v. de kettingloop, banden of de lighouding veel sneller of langzamer” hoor ik nog al eens langs komen in discussies. Er wordt dan geen rekening gehouden met invloeden van b.v. lichaamsconditie, type wegdek, windsterkte en richting, temperatuur enz. Of de veel sterkere fietser A wordt vergeleken met de zwakkere fietser B.
Natuurlijk is niet iedereen in de gelegenheid om objectieve metingen uit te voeren of heeft voldoende kennis van de invloeden die bij ligfietsen allemaal een rol kunnen spelen om je efficiënt voort te bewegen. Veel ligfietsers willen er toch graag een mening over geven, omdat het ook leuk is om over te praten. De werkelijkheid is vaak ingewikkeld en voldoet aan de uitspraak: “Het hangt er vanaf”, en: “Het ligt eraan”.
We willen natuurlijk allemaal graag op comfortabele ligfietsen rijden welke efficiënt de beperkte trapenergie omzet in snelheid. We weten allemaal dat doordat je b.v. meer achterover gaat liggen, je minder wind vangt en je daardoor minder trapenergie hoeft te leveren. Maar over de mate waarin dit gebeurt is weinig tot niets bekend of er is althans niet over gepubliceerd. Willen we over het effekt van dit soort zaken iets objectief kunnen zeggen moeten we ze meten onder gecontroleerde omstandigheden. Ik liep al langer met het idee rond om met een kale meetligfiets weerstandsmetingen uit te voeren. Deze meetfiets moet zodanig instelbaar zijn dat we de invloed van lichaamshouding(luchtweerstand)en van verschillende banden(rolweerstand) kunnen meten.
In samenwerking met de NVHPV is deze fiets (zie foto 1) uiteindelijk ook gemaakt.
nullIn december 2002 zijn een aantal metingen uitgevoerd met de meetfiets en het meetsysteem SRM. Voor zover ik weet zijn deze systematisch opgezette metingen vrij uniek. De meetresultaten zeggen natuurlijk alleen iets over dat, wat binnen het beschikbare budget en tijd gemeten is, niet meer en niet minder.
De invloed van b.v. de biomechanica (hoe efficiënt zet het lichaam energie om in trapenergie) komt hier niet aan de orde. En energie-efficiënt ligfietsen heeft ook veel met comfort te maken. Maar zoals veel ervaren ligfietsers weten, hoeven comfort en snelheid elkaar zeker bij ligfietsen niet uit te sluiten. Voordat je verder leest waarschuw ik je alvast voor de taaie kost, die ik niet veel verteerbaarder kon maken.
De beloning krijg je in de vorm van interessante conclusies en meer inzicht waarmee je je voordeel kunt doen.
De Meetomstandigheden:
-Meetsysteem:SRM.
-Meetsnelheid:35km/h.
-Meetcircuit:Velodrome Sloten(overdekte houten wielerbaan 200m).
-Type ligfiets:Instelbare meetligfiets.
-Ontwerp en bouw meetligfiets: Bram Moens van M5-ligfietsen
-Instelbaar of verwisselbaar zijn:
-Trapas in hoogte en lengte.
-Lighoek.
-Verwisselbaar smal boven en smal onderstuur.
-Type wiel 406, 451 en 559.
-Type band:IRC 20(451) x 1 1/8 inch op 8bar.
-De andere type banden zijn eveneens getest bij 8 bar.
-Testfietser:Bram Moens van M5-ligfietsen.
-Omgevingstemperatuur circa 10°.
-Traptoerental circa 80 omw/min daar waar niet anders is vermeld.
-Gemeten vermogen en snelheid is het gemiddelde over 10 ronden=2 km.
Bij kleine afwijkingen van de meetsnelheid van 35km/h is het gemeten vermogen gecorrigeerd met bekende formule’s.
-Tijdens de metingen kon de gemiddelde snelheid van 35km/h binnen een kleine
bandbreedte van circa 0.2km/h worden gehouden.
-Kleding:Lange strakke fietsbroek + dun thermojack.
-Gewicht ligfiets +fietser circa 92 kg.
-Meetonnauwkeurigheid van de SRM-meter<2%.
-De reproduceerbaarheid van de meting is groot daar de meter slechts éénmaal gemonteerd en geijkt behoeft te worden.
De meetvariabelen:
Zoals we weten wordt de fietsweerstand bepaald door de luchtweerstand, de rolweerstand, aandrijf- en lagerverliezen.
Bij deze meting hebben we ons beperkt tot de belangrijkste n.l. de luchtweerstand en de rolweerstand. Aandrijfverliezen bij ligfietsen zijn ook interessant, maar die meten we een andere keer. De luchtweerstand wordt bepaald door het windvangend oppervlak van lichaam en fiets. Even belangrijk is de mate van stroomlijning. Dus hoe goed of slecht wordt de de aanstromende lucht langs het lichaam en fiets geleidt. Bij een lighoek van b.v. 40° zal het windvangende oppervlak van het lichaam groter zijn dan bij b.v. 20°. We hebben bij de metingen gekozen voor 3 lighoeken n.l. van vrij rechtop(38°), veel gebruikte middenstand van 29°, tot behoorlijk liggend 21°. Naarmate de benen en voeten bij een ligfiets meer buiten het lichaam steken in het frontaanzicht zal dat de luchtweerstand vergroten. Dit uitsteken wordt ondermeer bepaald door het hoogteverschil van trapas en de stoel. In de praktijk varieert dat tussen de 0 en 30 cm. We kozen voor 3 standen hoogteverschil n.l. +5, +14 en +22cm.
Verder leek het ons interessant om het verschil in luchtweerstand in boven- en onderstuurhouding te meten. Daarbij is een keuze gemaakt voor een smal onder- en smal bovenstuur. De rolweerstand wordt bepaald door het materiaal, de opbouw en breedte van de band alsmede de diameter van het wiel en natuurlijk de banddruk.
Je kunt je voorstellen dat een stugge band (b.v. veel rubber) meer weerstand geeft dan een soepele band (b.v. weinig rubber en veel draden per cm²). Ook weten we dat dezelfde band op een groter wiel lichter rolt dan op een een kleiner wiel.
In de meetresultatentabel hieronder staan de banden waar een keuze uit gemaakt is. Wat we nu graag willen weten is welke van de aangegeven parameters de benodigde inspanning in meer of mindere mate beïnvloeden.
Het zou b.v. minder interessant zijn, om ver achterover te gaan liggen, wanneer dit maar een beperkte invloed zou hebben op de luchtweerstand.
De meetresultatentabel:
Om de tabel en mijn conclusies met elkaar te vergelijken is het handig om dit artikel uit te printen.
Een goede maat om de benodigde inspanning aan te geven is het benodigde vermogen in Watt. Deze is gemeten met de SRM-meter van de NVHPV. Bij de metingen is per meting natuurlijk maar één parameter verandert om de invloeden van deze variabelen uit elkaar te kunnen houden.
Onderstaande tabel geeft de invloed weer van de lichaamshouding op een ligfiets alsmede het gebruikte type band op het te leveren vermogen in Watt (W) gemeten bij 35km/h.
Lig-hoek
in °
Hoogteverschil in cm. Tussen trapas en bovenkant stoel(afgekort:hvs)
(Waar niet anders vermeld uitvoering met bovenstuur)
+ 5 cm
+14 cm
+ 22 cm
Vermogen en type band
Vermogen
Vermogen
21°
-184 Watt---Specialized Fatboy 26x1,25inch
-199 Watt**
-201 Watt---Schwalbe Stelvio Kevlar 25x559
-218 Watt---IRC 20(451)x1 1/8 inch (6bar)
-222 Watt---Schwalbe Stelvio Kevlar 28x406
-234 Watt---Vredestein Monte Carlo Double Density 37x406
189**
Watt
-188**Watt
-190**Watt (onderstuur + dikke jas)
-194** Watt (onderstuur)
-197** Watt (onderstuur + traptoerental 105 omw/min)
29°
210**Watt
201** Watt
38°
235**Watt
234**Watt
** gemeten met 2xIRC Road Lite (451x1 1/8inch)-banden (8bar)
Mogelijke conclusies uit de metingen:
-Rolweerstand. Deze invloed is gemeten bij een hvs van +5cm en lighoek van 21˚.
1- Invloed diameter wiel
Een verschil in totale weerstand van 21W (10%) tussen de Schwalbe Stelvio in 559 (201W) en de 406-uitvoering (222W), ondanks dat de luchtweerstand van de 559-uitvoering groter moet zijn. Uit metingen in het verleden van de rolweerstand van banden weten we dat de rolweerstand omgekeerd evenredig is met de toename van de diameter van het wiel. Een 20 inch wiel geeft dan circa 40% meer rolweerstand dan een 26 inch wiel. De rolweerstand bij deze ligfiets en snelheid van 35km/h is ongeveer 25% van de totale weerstand. Dit komt goed overeen met het gemeten totale verschil in weerstand n.l. 40% van 25% zijnde 10%.
2-Invloed type band.
De relatief grote invloed van het type band blijkt ook uit het verschil (17W) van de Specialized Fatboy (184W) met de Schwalbe Stelvio kevlar (201W) beiden in 559-uitvoering zijnde 9%. De stugheid van de Stelvio met profiel is met de hand al voelbaar groter en geeft daarom ook meer vervormingsweerstand dan de soepele (b.v. geen Kevlar) en bredere slick Fatboy. Het resultaat(234W) van de extreem stugge Vredestein double density band spreekt voor zich.
3-Invloed banddruk.
Bij een verlaging van de banddruk van 8 naar 6bar bij de IRC-451(199W versus 218W) neemt de weerstand met 19W(10%) toe. Hou je banden dus goed op spanning!! Het aandeel van de rolweerstand op de totale weerstand neemt alleen maar toe bij lagere snelheden b.v. 25 km/h.
-Luchtweerstand.
1-Invloed hoogteverschil trapas/stoel.
Deze invloed is gemeten bij 21°lighoek en de referentieband IRC 451 Road Lite op 8 bar.
Bij een toename van het hoogteverschil(trapas/stoel) van +5cm(199W) naar +22cm(188W) neemt de weerstand met 11W(6%) af. De relatief kleine invloed op de totale weerstand door het verschil in hoogte trapas/stoel bij een gegeven lighoek bleek ook al uit de eerder(jaar 1996) door mij gedane metingen.
De totale weerstand verandert nauwelijks tussen de +15 en +25 cm hvs.
Onder de +15cm en boven de +25cm steken resp.voeten, onderbenen en knieën en bovenbenen steeds meer uit onder en boven het bovenlichaam. De mate van uitsteken is natuurlijk ook afhankelijk van de lighoek.
2-Invloed lighoek.
Deze invloed is gemeten bij een hvs van +14cm met de referentieband.
Door verkleining van de lighoek van 38°(189W) naar 21°235W) meten we een afname van de weerstand met 46W(20%) .Dit hakt er flink in.
Dus ruim 1% weerstandsafname per graad lighoekverkleining. De weerstandsafname van b.v. 25° naar 20° zal vermoedelijk groter zijn dan van b.v. 40° naar 35°. Dit wordt veroorzaakt doordat het windvangend oppervlak van het bovenlichaam dan meer afneemt(sinusboog) en een grotere lengte/breedte verhouding van het bovenlichaam, wat gunstiger is voor de stroomlijning. Lange slanke fietsers ondervinden op een ligfiets daarom m.i. in verhouding wat minder luchtweerstand dan kleine bredere fietsers. Dit gaan we nog eens nauwkeurig nameten!!
3-Invloed type stuur.
Deze invloed is gemeten bij een lighoek van 21˚, een hvs van +22cm en met de referentieband.
Een relatief kleine weerstandstoename van 6W(3%) door gebruik van het onderstuur(194W) t.o.v. het bovenstuur(188W). De vergroting van het windvangend-oppervlak bij het onderstuur wordt waarschijnlijk voor een deel gecompenseerd door een betere stroomlijning.De aanstromende lucht door de armen voor de borst bij bovenstuur geeft waarschijnlijk extra verstoring.
4-Invloed dikke jas.(zie foto 2).
nullDeze invloed is eveneens gemeten bij een lighoek van 21°, een hvs van +22cm en met de referentieband.
Dit was eigenlijk als grap bedoeld, maar de dikke jas en muts geeft een weerstandsafname!!! (194W versus 190W) van 4W (=2%).
De dikke jas geeft wel meer windvangend-oppervlak, maar door opvulling van de buikholte en de rondere vorm van de jas wordt waarschijnlijk de stroomlijning (lagere Cw-waarde) daar ter plaatse beter.
5-Invloed traptoerental.
Zelfde configuratie als bij 3. Een slechts kleine weerstandstoename van 3W(1,5%) bij een verhoging van het traptoerental van circa 80 (194W) naar 105 omw/min (197W). Je zou meer verwachten.
Verschil in fietsweerstand bij een relatief langzame en snellere uitvoering van de kale ligfiets:
Langzame uitvoering:
-Lighoek 38°.
-Hoogteverschil trapasstoel +5cm.
-Onderstuur.
-Banden Schwalbe Stelvio 406 en 28mm breed.
Snellere uitvoering:
-Lighoek 21°
-Hoogteverschil trapas/stoel +22cm.
-Bovenstuur.
-Banden Specialized Fatboy 26x1,25inch.
Indien we deze twee sterk van elkaar verschillende uitvoeringen met elkaar vergelijken zal de snellere uitvoering circa 102W (circa 39 %) minder energie vergen bij dezelfde snelheid van 35km/h, dan de langzamere uitvoering.
Deze 102W komt overeen met circa 7 ingeschakelde AXA HR-dynamo's.
Dit is een banddynamo welke ook veel op rechtop fietsen wordt gemonteerd.
De weerstand van deze dynamo had ik een aantal jaren geleden al eens gemeten.
Neem dit vergelijk met dynamo’s niet te letterlijk,maar meer als metafoor.
Anders uitgedrukt is dit het verschil tussen relaxed toeren en je”het snot voor de ogen fietsen”.
Bij een constante inspanning zal dit verschil van circa 39% een snelheidstoename geven van circa 12% zo’n 4km/h bij 35km/h. Trouwens bij lagere snelheden blijft dit percentuele snelheidsverschil hetzelfde. Als vuistregel dien je de derde machtswortel te trekken uit het verschil in vermogen in % en je hebt het snelheidsverschil in %.
Bijvoorbeeld:30% verschil in vermogen geeft de derdemachtswortel uit 1.3 is circa 1.1 is 10%.
De weerstandsverhogende effecten van kettingbuisjes, (extra)ketting rollen, versnellingsnaven, spatborden e.d. zijn bij deze metingen nog niet eens meegenomen. Ook dit gaan we nog eens nameten.
Zoals uit de metingen blijkt wordt het snelheidsvoordeel van de ligfietshouding snel teniet gedaan door weerstandsverhogende parameters aan te brengen op de ligfiets, zoals rechter op zitten, voeten laag, zwaar lopende banden. Het omgekeerde M5-motto gaat dan steeds meer gelden: Minder meters met meer moeite. Daar de meeste (lig)fietsers gedurende enkele uren slechts een vermogen van 100-200W kunnen volhouden is het zaak om efficiënt met deze energie om te gaan. Sommige ligfietsers vinden snelheid niet belangrijk. Maar je kunt op een snelle efficiëntere ligfiets ook langzaam fietsen en snelheid en comfort hoeven elkaar niet uit te sluiten.
Rechtop-fietsers hebben naast hun gewone fiets soms ook een racefiets of zelfs nog een atb. Zij zullen voor b.v. langere toertochten eerder voor de efficiëntere racefiets kiezen dan voor hun daagse rechtop-fiets. Als je de racefiets zou uitrusten met 20 inch wielen, stugge banden met flink profiel, kettingbuizen, versnellingsnaaf en toerstuur wordt het een stuk moeilijker om met je racefiets-maten mee te fietsen.
Ligfietsers kopen vaak ook vanwege de prijs één ligfiets welke voor elke toepassing (woon-werk, druk stadsverkeer, vakantie, snellere toertochten, slecht en goed weer, bergachtig gebied, enz) geschikt moet zijn. Het verschil in snelheid, bij dezelfde inspanning, in vergelijking met b.v. de racefiets kan dan een teleurstelling opleveren. Het bezitten van b.v. twee of drie ligfietsen met elk hun eigen toepassingsgebied is dan een oplossing.
Tot slot:
Vele kleintjes maken een grote(weerstand), maar de kunst daarbij is om de groten van de kleintjes te kunnen onderscheiden. Ik hoop dat dit artikel een bijdrage heeft geleverd om dit onderscheid beter te kunnen maken, maar iedereen maakt natuurlijk zijn eigen afweging in de keuze van het type (lig)fiets.
Met dank aan Bram Moens (M5-ligfietsen), Harry Haenen (NVHPV) en Jan Limburg (NVHPV) voor hun assistentie bij de metingen.
Initiatiefnemer en auteur: Bert Hoge
Dit onderzoek is gehouden in samenwerking met de NVHPV en dit artikel is reeds eerder gepubliceerd in het tijdschrift “Ligfiets&” nr.3-2003 onder de titel “de meetligfiets” en de meetresultaten zijn gepresenteerd (Power-Point) voorafgaand aan de Algemene Leden Vergadering van 2003. Het oorspronkelijke artikel is hier en daar aangepast en verduidelijkt. De meetresultaten zijn natuurlijk ongewijzigd.
Onder ligfietsers worden soms discussies gevoerd over de invloed van b.v. de rolweerstand van banden, de meer of minder liggende houding, onder of bovenstuur op de snelheid. Soms zijn de meningen gebaseerd op eigen subjectieve waarneming of vermoedelijk vaker door elkaar na te praten. De meest gemaakte fout is door appels met peren te vergelijken.
Redeneringen als: “Ik ging met mijn ligfiets na een verandering in b.v. de kettingloop, banden of de lighouding veel sneller of langzamer” hoor ik nog al eens langs komen in discussies. Er wordt dan geen rekening gehouden met invloeden van b.v. lichaamsconditie, type wegdek, windsterkte en richting, temperatuur enz. Of de veel sterkere fietser A wordt vergeleken met de zwakkere fietser B.
Natuurlijk is niet iedereen in de gelegenheid om objectieve metingen uit te voeren of heeft voldoende kennis van de invloeden die bij ligfietsen allemaal een rol kunnen spelen om je efficiënt voort te bewegen. Veel ligfietsers willen er toch graag een mening over geven, omdat het ook leuk is om over te praten. De werkelijkheid is vaak ingewikkeld en voldoet aan de uitspraak: “Het hangt er vanaf”, en: “Het ligt eraan”.
We willen natuurlijk allemaal graag op comfortabele ligfietsen rijden welke efficiënt de beperkte trapenergie omzet in snelheid. We weten allemaal dat doordat je b.v. meer achterover gaat liggen, je minder wind vangt en je daardoor minder trapenergie hoeft te leveren. Maar over de mate waarin dit gebeurt is weinig tot niets bekend of er is althans niet over gepubliceerd. Willen we over het effekt van dit soort zaken iets objectief kunnen zeggen moeten we ze meten onder gecontroleerde omstandigheden. Ik liep al langer met het idee rond om met een kale meetligfiets weerstandsmetingen uit te voeren. Deze meetfiets moet zodanig instelbaar zijn dat we de invloed van lichaamshouding(luchtweerstand)en van verschillende banden(rolweerstand) kunnen meten.
In samenwerking met de NVHPV is deze fiets (zie foto 1) uiteindelijk ook gemaakt.
nullIn december 2002 zijn een aantal metingen uitgevoerd met de meetfiets en het meetsysteem SRM. Voor zover ik weet zijn deze systematisch opgezette metingen vrij uniek. De meetresultaten zeggen natuurlijk alleen iets over dat, wat binnen het beschikbare budget en tijd gemeten is, niet meer en niet minder.
De invloed van b.v. de biomechanica (hoe efficiënt zet het lichaam energie om in trapenergie) komt hier niet aan de orde. En energie-efficiënt ligfietsen heeft ook veel met comfort te maken. Maar zoals veel ervaren ligfietsers weten, hoeven comfort en snelheid elkaar zeker bij ligfietsen niet uit te sluiten. Voordat je verder leest waarschuw ik je alvast voor de taaie kost, die ik niet veel verteerbaarder kon maken.
De beloning krijg je in de vorm van interessante conclusies en meer inzicht waarmee je je voordeel kunt doen.
De Meetomstandigheden:
-Meetsysteem:SRM.
-Meetsnelheid:35km/h.
-Meetcircuit:Velodrome Sloten(overdekte houten wielerbaan 200m).
-Type ligfiets:Instelbare meetligfiets.
-Ontwerp en bouw meetligfiets: Bram Moens van M5-ligfietsen
-Instelbaar of verwisselbaar zijn:
-Trapas in hoogte en lengte.
-Lighoek.
-Verwisselbaar smal boven en smal onderstuur.
-Type wiel 406, 451 en 559.
-Type band:IRC 20(451) x 1 1/8 inch op 8bar.
-De andere type banden zijn eveneens getest bij 8 bar.
-Testfietser:Bram Moens van M5-ligfietsen.
-Omgevingstemperatuur circa 10°.
-Traptoerental circa 80 omw/min daar waar niet anders is vermeld.
-Gemeten vermogen en snelheid is het gemiddelde over 10 ronden=2 km.
Bij kleine afwijkingen van de meetsnelheid van 35km/h is het gemeten vermogen gecorrigeerd met bekende formule’s.
-Tijdens de metingen kon de gemiddelde snelheid van 35km/h binnen een kleine
bandbreedte van circa 0.2km/h worden gehouden.
-Kleding:Lange strakke fietsbroek + dun thermojack.
-Gewicht ligfiets +fietser circa 92 kg.
-Meetonnauwkeurigheid van de SRM-meter<2%.
-De reproduceerbaarheid van de meting is groot daar de meter slechts éénmaal gemonteerd en geijkt behoeft te worden.
De meetvariabelen:
Zoals we weten wordt de fietsweerstand bepaald door de luchtweerstand, de rolweerstand, aandrijf- en lagerverliezen.
Bij deze meting hebben we ons beperkt tot de belangrijkste n.l. de luchtweerstand en de rolweerstand. Aandrijfverliezen bij ligfietsen zijn ook interessant, maar die meten we een andere keer. De luchtweerstand wordt bepaald door het windvangend oppervlak van lichaam en fiets. Even belangrijk is de mate van stroomlijning. Dus hoe goed of slecht wordt de de aanstromende lucht langs het lichaam en fiets geleidt. Bij een lighoek van b.v. 40° zal het windvangende oppervlak van het lichaam groter zijn dan bij b.v. 20°. We hebben bij de metingen gekozen voor 3 lighoeken n.l. van vrij rechtop(38°), veel gebruikte middenstand van 29°, tot behoorlijk liggend 21°. Naarmate de benen en voeten bij een ligfiets meer buiten het lichaam steken in het frontaanzicht zal dat de luchtweerstand vergroten. Dit uitsteken wordt ondermeer bepaald door het hoogteverschil van trapas en de stoel. In de praktijk varieert dat tussen de 0 en 30 cm. We kozen voor 3 standen hoogteverschil n.l. +5, +14 en +22cm.
Verder leek het ons interessant om het verschil in luchtweerstand in boven- en onderstuurhouding te meten. Daarbij is een keuze gemaakt voor een smal onder- en smal bovenstuur. De rolweerstand wordt bepaald door het materiaal, de opbouw en breedte van de band alsmede de diameter van het wiel en natuurlijk de banddruk.
Je kunt je voorstellen dat een stugge band (b.v. veel rubber) meer weerstand geeft dan een soepele band (b.v. weinig rubber en veel draden per cm²). Ook weten we dat dezelfde band op een groter wiel lichter rolt dan op een een kleiner wiel.
In de meetresultatentabel hieronder staan de banden waar een keuze uit gemaakt is. Wat we nu graag willen weten is welke van de aangegeven parameters de benodigde inspanning in meer of mindere mate beïnvloeden.
Het zou b.v. minder interessant zijn, om ver achterover te gaan liggen, wanneer dit maar een beperkte invloed zou hebben op de luchtweerstand.
De meetresultatentabel:
Om de tabel en mijn conclusies met elkaar te vergelijken is het handig om dit artikel uit te printen.
Een goede maat om de benodigde inspanning aan te geven is het benodigde vermogen in Watt. Deze is gemeten met de SRM-meter van de NVHPV. Bij de metingen is per meting natuurlijk maar één parameter verandert om de invloeden van deze variabelen uit elkaar te kunnen houden.
Onderstaande tabel geeft de invloed weer van de lichaamshouding op een ligfiets alsmede het gebruikte type band op het te leveren vermogen in Watt (W) gemeten bij 35km/h.
Lig-hoek
in °
Hoogteverschil in cm. Tussen trapas en bovenkant stoel(afgekort:hvs)
(Waar niet anders vermeld uitvoering met bovenstuur)
+ 5 cm
+14 cm
+ 22 cm
Vermogen en type band
Vermogen
Vermogen
21°
-184 Watt---Specialized Fatboy 26x1,25inch
-199 Watt**
-201 Watt---Schwalbe Stelvio Kevlar 25x559
-218 Watt---IRC 20(451)x1 1/8 inch (6bar)
-222 Watt---Schwalbe Stelvio Kevlar 28x406
-234 Watt---Vredestein Monte Carlo Double Density 37x406
189**
Watt
-188**Watt
-190**Watt (onderstuur + dikke jas)
-194** Watt (onderstuur)
-197** Watt (onderstuur + traptoerental 105 omw/min)
29°
210**Watt
201** Watt
38°
235**Watt
234**Watt
** gemeten met 2xIRC Road Lite (451x1 1/8inch)-banden (8bar)
Mogelijke conclusies uit de metingen:
-Rolweerstand. Deze invloed is gemeten bij een hvs van +5cm en lighoek van 21˚.
1- Invloed diameter wiel
Een verschil in totale weerstand van 21W (10%) tussen de Schwalbe Stelvio in 559 (201W) en de 406-uitvoering (222W), ondanks dat de luchtweerstand van de 559-uitvoering groter moet zijn. Uit metingen in het verleden van de rolweerstand van banden weten we dat de rolweerstand omgekeerd evenredig is met de toename van de diameter van het wiel. Een 20 inch wiel geeft dan circa 40% meer rolweerstand dan een 26 inch wiel. De rolweerstand bij deze ligfiets en snelheid van 35km/h is ongeveer 25% van de totale weerstand. Dit komt goed overeen met het gemeten totale verschil in weerstand n.l. 40% van 25% zijnde 10%.
2-Invloed type band.
De relatief grote invloed van het type band blijkt ook uit het verschil (17W) van de Specialized Fatboy (184W) met de Schwalbe Stelvio kevlar (201W) beiden in 559-uitvoering zijnde 9%. De stugheid van de Stelvio met profiel is met de hand al voelbaar groter en geeft daarom ook meer vervormingsweerstand dan de soepele (b.v. geen Kevlar) en bredere slick Fatboy. Het resultaat(234W) van de extreem stugge Vredestein double density band spreekt voor zich.
3-Invloed banddruk.
Bij een verlaging van de banddruk van 8 naar 6bar bij de IRC-451(199W versus 218W) neemt de weerstand met 19W(10%) toe. Hou je banden dus goed op spanning!! Het aandeel van de rolweerstand op de totale weerstand neemt alleen maar toe bij lagere snelheden b.v. 25 km/h.
-Luchtweerstand.
1-Invloed hoogteverschil trapas/stoel.
Deze invloed is gemeten bij 21°lighoek en de referentieband IRC 451 Road Lite op 8 bar.
Bij een toename van het hoogteverschil(trapas/stoel) van +5cm(199W) naar +22cm(188W) neemt de weerstand met 11W(6%) af. De relatief kleine invloed op de totale weerstand door het verschil in hoogte trapas/stoel bij een gegeven lighoek bleek ook al uit de eerder(jaar 1996) door mij gedane metingen.
De totale weerstand verandert nauwelijks tussen de +15 en +25 cm hvs.
Onder de +15cm en boven de +25cm steken resp.voeten, onderbenen en knieën en bovenbenen steeds meer uit onder en boven het bovenlichaam. De mate van uitsteken is natuurlijk ook afhankelijk van de lighoek.
2-Invloed lighoek.
Deze invloed is gemeten bij een hvs van +14cm met de referentieband.
Door verkleining van de lighoek van 38°(189W) naar 21°235W) meten we een afname van de weerstand met 46W(20%) .Dit hakt er flink in.
Dus ruim 1% weerstandsafname per graad lighoekverkleining. De weerstandsafname van b.v. 25° naar 20° zal vermoedelijk groter zijn dan van b.v. 40° naar 35°. Dit wordt veroorzaakt doordat het windvangend oppervlak van het bovenlichaam dan meer afneemt(sinusboog) en een grotere lengte/breedte verhouding van het bovenlichaam, wat gunstiger is voor de stroomlijning. Lange slanke fietsers ondervinden op een ligfiets daarom m.i. in verhouding wat minder luchtweerstand dan kleine bredere fietsers. Dit gaan we nog eens nauwkeurig nameten!!
3-Invloed type stuur.
Deze invloed is gemeten bij een lighoek van 21˚, een hvs van +22cm en met de referentieband.
Een relatief kleine weerstandstoename van 6W(3%) door gebruik van het onderstuur(194W) t.o.v. het bovenstuur(188W). De vergroting van het windvangend-oppervlak bij het onderstuur wordt waarschijnlijk voor een deel gecompenseerd door een betere stroomlijning.De aanstromende lucht door de armen voor de borst bij bovenstuur geeft waarschijnlijk extra verstoring.
4-Invloed dikke jas.(zie foto 2).
nullDeze invloed is eveneens gemeten bij een lighoek van 21°, een hvs van +22cm en met de referentieband.
Dit was eigenlijk als grap bedoeld, maar de dikke jas en muts geeft een weerstandsafname!!! (194W versus 190W) van 4W (=2%).
De dikke jas geeft wel meer windvangend-oppervlak, maar door opvulling van de buikholte en de rondere vorm van de jas wordt waarschijnlijk de stroomlijning (lagere Cw-waarde) daar ter plaatse beter.
5-Invloed traptoerental.
Zelfde configuratie als bij 3. Een slechts kleine weerstandstoename van 3W(1,5%) bij een verhoging van het traptoerental van circa 80 (194W) naar 105 omw/min (197W). Je zou meer verwachten.
Verschil in fietsweerstand bij een relatief langzame en snellere uitvoering van de kale ligfiets:
Langzame uitvoering:
-Lighoek 38°.
-Hoogteverschil trapasstoel +5cm.
-Onderstuur.
-Banden Schwalbe Stelvio 406 en 28mm breed.
Snellere uitvoering:
-Lighoek 21°
-Hoogteverschil trapas/stoel +22cm.
-Bovenstuur.
-Banden Specialized Fatboy 26x1,25inch.
Indien we deze twee sterk van elkaar verschillende uitvoeringen met elkaar vergelijken zal de snellere uitvoering circa 102W (circa 39 %) minder energie vergen bij dezelfde snelheid van 35km/h, dan de langzamere uitvoering.
Deze 102W komt overeen met circa 7 ingeschakelde AXA HR-dynamo's.
Dit is een banddynamo welke ook veel op rechtop fietsen wordt gemonteerd.
De weerstand van deze dynamo had ik een aantal jaren geleden al eens gemeten.
Neem dit vergelijk met dynamo’s niet te letterlijk,maar meer als metafoor.
Anders uitgedrukt is dit het verschil tussen relaxed toeren en je”het snot voor de ogen fietsen”.
Bij een constante inspanning zal dit verschil van circa 39% een snelheidstoename geven van circa 12% zo’n 4km/h bij 35km/h. Trouwens bij lagere snelheden blijft dit percentuele snelheidsverschil hetzelfde. Als vuistregel dien je de derde machtswortel te trekken uit het verschil in vermogen in % en je hebt het snelheidsverschil in %.
Bijvoorbeeld:30% verschil in vermogen geeft de derdemachtswortel uit 1.3 is circa 1.1 is 10%.
De weerstandsverhogende effecten van kettingbuisjes, (extra)ketting rollen, versnellingsnaven, spatborden e.d. zijn bij deze metingen nog niet eens meegenomen. Ook dit gaan we nog eens nameten.
Zoals uit de metingen blijkt wordt het snelheidsvoordeel van de ligfietshouding snel teniet gedaan door weerstandsverhogende parameters aan te brengen op de ligfiets, zoals rechter op zitten, voeten laag, zwaar lopende banden. Het omgekeerde M5-motto gaat dan steeds meer gelden: Minder meters met meer moeite. Daar de meeste (lig)fietsers gedurende enkele uren slechts een vermogen van 100-200W kunnen volhouden is het zaak om efficiënt met deze energie om te gaan. Sommige ligfietsers vinden snelheid niet belangrijk. Maar je kunt op een snelle efficiëntere ligfiets ook langzaam fietsen en snelheid en comfort hoeven elkaar niet uit te sluiten.
Rechtop-fietsers hebben naast hun gewone fiets soms ook een racefiets of zelfs nog een atb. Zij zullen voor b.v. langere toertochten eerder voor de efficiëntere racefiets kiezen dan voor hun daagse rechtop-fiets. Als je de racefiets zou uitrusten met 20 inch wielen, stugge banden met flink profiel, kettingbuizen, versnellingsnaaf en toerstuur wordt het een stuk moeilijker om met je racefiets-maten mee te fietsen.
Ligfietsers kopen vaak ook vanwege de prijs één ligfiets welke voor elke toepassing (woon-werk, druk stadsverkeer, vakantie, snellere toertochten, slecht en goed weer, bergachtig gebied, enz) geschikt moet zijn. Het verschil in snelheid, bij dezelfde inspanning, in vergelijking met b.v. de racefiets kan dan een teleurstelling opleveren. Het bezitten van b.v. twee of drie ligfietsen met elk hun eigen toepassingsgebied is dan een oplossing.
Tot slot:
Vele kleintjes maken een grote(weerstand), maar de kunst daarbij is om de groten van de kleintjes te kunnen onderscheiden. Ik hoop dat dit artikel een bijdrage heeft geleverd om dit onderscheid beter te kunnen maken, maar iedereen maakt natuurlijk zijn eigen afweging in de keuze van het type (lig)fiets.
Met dank aan Bram Moens (M5-ligfietsen), Harry Haenen (NVHPV) en Jan Limburg (NVHPV) voor hun assistentie bij de metingen.
