Jak se měří účinnost

Jak účinný SPEEDHUB je, shrnuje článek Účinnost. Tento článek je o tom, proč různá měření dávají u stejného pohonu různá čísla – a jak měřil Rohloff.

1. Šlapání není rovnoměrné

Jezdec šlape téměř stálou kadencí, ale točivý moment během každé otáčky klik silně pulzuje: měření ukázala asi 5 % kolísání kadence, ale přes 90 % kolísání momentu. Každý díl, který nese zatížení – řetěz, převodník, ložiska, ozubená kola —, se za otáčku dvakrát zatíží a odlehčí.

Výkon a kadence	100 W, 75 ot./min	300 W, 75 ot./min	575 W, 50 ot./min
Špičkový moment	21,6 Nm	68 Nm	200 Nm
Minimální moment	3,8 Nm	8 Nm	20 Nm

Zkušební stavy pohání elektromotor se stálým momentem. Otázka tedy zní, jaký stálý výkon odpovídá skutečnému, pulzujícímu zatížení. Odpověď dal zkušební stav Rohloffu na opotřebení řetězu a převodníku: díly ježděné při průměrných 150 W, pulzujících mezi 5 a 30 Nm, se opotřebovaly stejně jako zkušební díly zatížené stálými 30 Nm. Protože opotřebení i ztráty třením mají stejné příčiny, musí zkušební stav pracovat se špičkou momentu, ne s jeho průměrem – zjednodušeně: jízda při 80 W se na stavu při stejné kadenci napodobí asi 160 W.

2. Dva druhy ztrát

• Ztráta závislá na zatížení: tření dílů, které se pohybují pod zatížením – články řetězu, ozubená kola, ložiska. Roste úměrně přenášenému výkonu.
• Ztráta nezávislá na zatížení: těsnění, kluzné plochy, víření maziva. Nezávisí na hnací síle, jen na rychlosti, teplotě a viskozitě maziva.

Dva smyšlené pohony, oba s účinností 91 % při 50 W:

Vstupní výkon	50 W	100 W	200 W	300 W	400 W	500 W
Systém A: 7 % + 1 W	91,0 %	92,0 %	92,5 %	92,7 %	92,75 %	92,8 %
Systém B: 3 % + 3 W	91,0 %	94,0 %	95,5 %	96,0 %	96,3 %	96,4 %

Při nízkém výkonu převládá ztráta nezávislá na zatížení, při vyšším ta závislá. Křivky C a D jsou tytéž pohony, když ztráta těsněním vlivem tepla nebo změny mazacího filmu vzroste z 1 W na 2 W (A → C), nebo klesne z 3 W na 2 W (B → D):

Pod 200 W posune výsledek o několik procent výkyv pouhých ±1 W – a ten může nastat během jediného měření, protože samotné třecí teplo mění podmínky. Pod 200 W proto platí údaj o účinnosti jen z mnoha opakovaných měření, a vždy jako pásmo s horní a dolní mezí. Nad 200 W je výkyv zanedbatelný.

3. Počítá se i tvoje účinnost

Cílem není nejlepší mechanické číslo, ale to, kolik z vložené energie se promění v pohyb vpřed. Účinnost svalů dosahuje asi 25 % při správné síle a rychlosti pohybu, ale v nevhodném převodu je snadno o 10 procentních bodů horší – mnohem víc, než je rozdíl mezi převodovými systémy.

Účinnost	Jezdec A	Jezdec B
Účinnost svalů	24 %	22 %
Účinnost pohonu	93 %	97 %
Celkem	22 %	21 %

Jezdec A ve správném převodu je s horším pohonem účinnější než jezdec B ve špatném převodu. Sportovní medicína uvádí, že odstup sousedních převodů má být pod 15 %, aby seděl směrem nahoru i dolů – proto k účinnosti vždy patří i rozsah a počet převodů. Viz Srovnání převodů.

4. Měření Rohloffu

Měřil se celý pohon – středové složení, řetěz, převodníky, náboj nebo převodovka – se simulací sportovního jezdce při asi 160 W se špičkami momentu 50 Nm (285 N na pedálu):

Parametr	Hodnota
Kadence	60 ot./min
Brzdný výkon (stálý)	314 W
Hnací moment	50 Nm

Pro srovnání běžela 24rychlostní přehazovačka (převodníky se 46, 36 a 26 zuby, kazeta 11–28) a SPEEDHUB (46/16), oba zajeté asi na 100 km. Měření se několikrát opakovala; tolerance je ±0,5 %.

• Přehazovačka: měřená čistá a dobře namazaná, pak se špinavým řetězem a pastorky po asi 1 000 km – s použitými díly byla účinnost v průměru o 1 % nižší.
• SPEEDHUB: měřený také s řetězem a pastorkem po 1 000 km – žádný měřitelný rozdíl.

Účinnost SPEEDHUBu přesně sleduje, kolik planetových stupňů v daném převodu nese zatížení:

Převod	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12	13	14
Zatížené stupně	2	2	3	1	3	2	2	1	1	2	0	2	1	1

Nejlepší je převod 11 – přímý převod, ve kterém nepracuje žádný stupeň. Převody 1–7 kopírují stejný průběh jako převody 8–14, jen asi o 2 % níž, protože tam redukuje i třetí stupeň. Který stupeň pracuje v kterém převodu: 14 převodů zevnitř.

Co si zapamatovat

• Měření se stálým momentem pod 200 W v praxi mnoho neříká – při sportovním tempu jezdec podává výrazně přes 100 W.
• Účinnost vždy porovnávej s jejím tolerančním pásmem a spolu s rozsahem a počtem převodů.
• Nečistoty, mazání a opotřebení nejvíc ovlivňují otevřené pohony – utěsněný SPEEDHUB téměř vůbec.