Welke versnellingen kun je het beste gebruiken?

Op de redactie van Wielrenblad vroegen wij ons het volgende af: maakt het eigenlijk verschil of je een groot voorblad/groot tandwiel achter kiest of een klein voorblad/ klein tandwiel achter? In principe leg je namelijk dezelfde afstand per omwenteling af? Voor het antwoord zochten wij enkele experts op.

Tekst Steve Westlake
Illustratie Rob Milton

De 11 speed groepsets worden steeds populairder en het is gemakkelijk om te veronderstellen dat 22 versnellingen meer mogelijkheden geven, wanneer het bergop gaat of tijdens het afdalen. Wanneer je de standaard uitrusting hebt, 53/39 voorbladen en een 11-25 cassette achter, dan heb je één identiek dezelfde versnelling namelijk 53/19 en 39/14. Deze combinaties geven beide een verhouding van 2,79:1. Daarnaast ontlopen 14 van de 22 mogelijkheden elkaar slechts een haar. Dit betekent eigenlijk dat er slechts 8 versnellingen zijn waarvoor je geen dubbele optie hebt. Voor de versnellingen die overlap met elkaar hebben, wilden wij weten of het uitmaakt of je een groot voorblad/groot tandwiel (53/19) moet kiezen of een klein voorblad/klein tandwiel (39/14). En zullen wijzelf dit op de fiets ook daadwerkelijk merken of is het alleen goed voor onze gemoedsrust? Wat zeggen de experts?

Gevoelsmatig geen verschil

We vroegen het eerst aan hoogleraar engineering design Stuart Burgess van de universiteit van Bristol, één van de toonaangevende autoriteiten op het gebied van kettingaandrijvingen. ‘Verschillende van mijn onderzoeken laten zien dat het gebruiken van grotere tandwielen efficiënter is, maar die verschillen in efficiëntie zijn zo klein dat een wielrenner die niet kan voelen. Als een wielrenner een verschil kan voelen – tussen grote en kleine tandwielen, wanneer ze dezelfde verhouding hebben – dan is er meestal iets mis. De ketting staat dan te strak of is versleten.’

Dat is duidelijke taal, maar Scott McLaughlin, directeur aandrijvingen van SRAM, komt met nuance en geeft aan dat kettingspanning ook relevant is. ‘Wanneer je rijdt met een groot voorblad en grote achterkrans is de kettingspanning kleiner dan wanneer je klein/klein gebruikt, terwijl de verhouding identiek is. De lagere kettingspanning kan ervoor zorgen dat de fiets stijver aanvoelt en beter lijkt te reageren op iedere pedaalslag. Daarnaast is het iets efficiënter. Toegegeven, dat effect is heel klein.’

Verschil in efficiëntie

Mmm, het verschil tussen groot/groot of klein/klein is niet voelbaar, maar betekent wel een kleine vooruitgang in efficiëntie? Omdat wielrenners het altijd beter denken te weten, wilde wij weten wat het verschil in efficiëntie nu daadwerkelijk inhoud. Burgess wijst ons op een studie die is uitgevoerd in het laboratorium met een 52 voorblad en een 12-21 cassette. In het laboratorium werd een crank met 60 omwentelingen per minuut en een vermogen van 100 watt ingesteld. De resultaten van het onderzoek: de combinatie 52/11 gaf een efficiëntie van 91,1%, de combinatie 52/15 gaf 92,3% en 52/21 gaf een efficiëntie van 93,8%. Daarmee is bewezen dat een groter aantal tanden inderdaad zal leidden tot een hogere efficiëntie. Dus grotere tandwielen zijn iets efficiënter maar de vraag blijft: waarom?

Het polygoon-effect

Directeur R&D Racine Su van KMC kettingen: ‘Kettingen lopen soepeler op grotere dan kleine tandwielen. Dit wordt veroorzaakt door het polygoon-effect. Door dit effect heeft de ketting minder trillingen of verticale bewegingen wanneer die op een groter tandwiel draait en dit zorgt voor een hogere efficiëntie.’ Het polygoon-effect waar Racine Su aan refereert, zorgt ervoor dat ieder tandwiel wordt gezien als een polygoon, met hetzelfde aantal zijden als hoeken. De hoeken van de polygoon liggen in het midden van de openingen tussen de tanden. Wanneer de schakel van de ketting om het tandwiel draait, stijgt de hoek van de Polygoon tot hij zijn hoogste punt heeft bereikt en daalt weer als de polygoon blijft draaien. In de praktijk betekent dit dat de straal van het tandwiel fluctueert, waardoor de hele ketting stijgt en daalt wanneer een schakel zich vastzet op het tandwiel. Dit resulteert in energieverlies-inefficiëntie. Cruciaal in deze is dat het verlies van kracht groter is op kleinere tandwielen, doordat de hoeken scherper zijn. Daarnaast speelt het buigen van iedere schakel ook mee: er wordt namelijk kracht verloren door wrijving. Dit verlies is ook groter bij een kleinere tandwielen. Grotere tandwielen leveren dus een hogere efficiëntie, maar dit verschil is erg klein. Maar dit is nog niet het hele verhaal. In het lab blijkt tegen de verwachting in dat de efficiëntie evenredig toeneemt met de hoeveelheid kracht die er geleverd wordt. Met andere woorden, hoe meer kracht je levert, hoe efficiënter de kracht overgebracht wordt. Racine Su: ‘Hogere kettingspanning veroorzaakt meer wrijvingsverlies, maar het vermindert het energieverlies tussen de schakels en dus wordt de efficiëntie beter.’

Wat jij met deze kennis?

Terug naar de hoofdvraag. Duidelijk is dat we zelf naar buiten moeten om uit te zoeken of het echt verschil maakt. We vragen drievoudig nationaal kampioen tijdrijden en techniekdeskundige Michael Hutchinson naar zijn ervaringen. ‘Het is een klein beetje efficiënter om op een groter tandwiel te rijden, maar het verschil is ook weer niet zo groot, anders had iedereen wel op een 95 voorblad en 35 tandwiel achter gereden.’ McLaughlin is het erover eens dat in de praktijk, het verschil in efficiëntie nihil is. Er komen namelijk veel meer factoren bij kijken bijvoorbeeld: wanneer de ketting enorm scheef staat dan vergroot dat de wrijving en slijtage.

De boodschap is grotere tandwielen verbeteren een heel klein beetje de efficiëntie en de slijtage van de ketting neemt iets af, doordat de lasten beter verdeeld worden. Maar elke kleine winst lijkt te worden weggevaagd, wanneer je ketting niet goed onderhouden is of je ketting scheef ligt. Wanneer je toch moet kiezen en als alle andere variabelen hetzelfde zijn… denk groot.