Zo wordt het rendement gemeten

Hoe efficiënt de SPEEDHUB is, staat samengevat in Rendement. Dit artikel gaat over de vraag waarom verschillende metingen voor dezelfde aandrijving verschillende getallen opleveren — en hoe Rohloff heeft gemeten.

1. Trappen gaat niet gelijkmatig

Een fietser trapt met een vrijwel constante trapfrequentie, maar het koppel pulseert binnen elke crankomwenteling sterk: metingen lieten ongeveer 5% variatie in de trapfrequentie zien, maar meer dan 90% in het koppel. Elk onderdeel dat de kracht overbrengt — ketting, kettingblad, lagers, tandwielen — wordt per omwenteling twee keer belast en weer ontlast.

Vermogen en trapfrequentie	100 W, 75 omw/min	300 W, 75 omw/min	575 W, 50 omw/min
Piekkoppel	21,6 Nm	68 Nm	200 Nm
Minimumkoppel	3,8 Nm	8 Nm	20 Nm

Testbanken worden aangedreven door een elektromotor met een gelijkmatig koppel. De vraag is dus welk constant vermogen overeenkomt met de echte, pulserende belasting. Rohloffs slijtagetestbank voor kettingen en kettingbladen gaf het antwoord: onderdelen die gereden waren met gemiddeld 150 W, pulserend tussen 5 en 30 Nm, sleten pas net zo als testonderdelen die met een constant koppel van 30 Nm draaiden. Omdat slijtage en wrijvingsverlies uit dezelfde factoren voortkomen, moet een testbank werken met de piek van het koppel, niet met het gemiddelde — eenvoudig gezegd: een rit met 80 W boots je bij dezelfde trapfrequentie na met ongeveer 160 W op de testbank.

2. Twee soorten verlies

• Belastingsafhankelijk verlies: de wrijving van de onderdelen die onder belasting bewegen — kettingschakels, tandwielen, lagers. Het groeit evenredig met het overgebrachte vermogen.
• Belastingsonafhankelijk verlies: afdichtingen, loopvlakken, het rondgekarnde smeermiddel. Het hangt niet af van de aandrijfkracht, alleen van het toerental, de temperatuur en de viscositeit van het smeermiddel.

Twee fictieve aandrijvingen, allebei met 91% rendement bij 50 W:

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

Bij een laag vermogen overheerst het belastingsonafhankelijke verlies, bij een hoger vermogen het belastingsafhankelijke. De curven C en D zijn dezelfde aandrijvingen wanneer het verlies in de afdichtingen door warmte of een veranderde smeerfilm stijgt van 1 W naar 2 W (A → C), of daalt van 3 W naar 2 W (B → D):

Onder 200 W verschuift een schommeling van slechts ±1 W het resultaat al met een aantal procent — en dat kan binnen één meting gebeuren, omdat de wrijvingswarmte zelf de omstandigheden verandert. Onder 200 W is een rendementscijfer daarom alleen geldig op basis van veel herhaalde metingen, en altijd als een bandbreedte met een boven- en ondergrens. Boven 200 W wordt de schommeling verwaarloosbaar.

3. Jouw rendement telt ook

Het doel is niet het beste mechanische getal, maar hoeveel van de energie die jij erin stopt, voortstuwing wordt. Het rendement van je spieren haalt ongeveer 25% bij de juiste kracht en bewegingssnelheid, maar in een ongeschikte versnelling ligt het al snel 10 procentpunten lager — veel meer dan het verschil tussen schakelsystemen.

Rendement	Fietser A	Fietser B
Spierrendement	24%	22%
Rendement van de aandrijving	93%	97%
Totaal	22%	21%

Fietser A, in de juiste versnelling, is met de slechtere aandrijving efficiënter dan fietser B in de verkeerde versnelling. Volgens de sportgeneeskunde moet de versnellingssprong onder de 15% liggen, zodat de naastgelegen versnellingen zowel naar boven als naar beneden passen — daarom horen bereik en aantal versnellingen altijd naast het rendement te staan. Zie Overbrengingen vergeleken.

4. De meting van Rohloff

Gemeten werd de complete aandrijving — trapas, ketting, kettingbladen, naaf of versnellingsbak — waarbij een sportieve fietser werd nagebootst met ongeveer 160 W en koppelpieken van 50 Nm (285 N op het pedaal):

Grootheid	Waarde
Trapfrequentie	60 omw/min
Remvermogen (constant)	314 W
Aandrijfkoppel	50 Nm

Ter vergelijking werden een derailleur met 24 versnellingen (kettingbladen met 46, 36 en 26 tanden, cassette 11–28) en een SPEEDHUB (46/16) getest, allebei ongeveer 100 km ingereden. De metingen werden meerdere keren herhaald; de tolerantie is ±0,5%.

• Derailleur: gemeten in schone en goed gesmeerde toestand, daarna met een vuile ketting en tandwielen die ongeveer 1.000 km hadden gereden — met de gebruikte onderdelen lag het rendement gemiddeld 1% lager.
• SPEEDHUB: ook gemeten met een ketting en tandwiel van 1.000 km — geen meetbaar verschil.

Het rendement van de SPEEDHUB volgt precies hoeveel planetaire trappen in elke versnelling belast worden:

Versnelling	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12	13	14
Trappen onder belasting	2	2	3	1	3	2	2	1	1	2	0	2	1	1

Het beste scoort versnelling 11 — de directe versnelling, waarin geen enkele trap werkt. Versnelling 1–7 volgt hetzelfde patroon als versnelling 8–14, alleen ongeveer 2% lager, omdat daar ook de derde trap reduceert. Welke trap in welke versnelling werkt: De 14 versnellingen van binnen.

Om te onthouden

• Een meting met constant koppel onder 200 W zegt in de praktijk weinig — in een sportief tempo levert een fietser ruim meer dan 100 W.
• Vergelijk een rendement altijd met zijn tolerantieband, en samen met het bereik en het aantal versnellingen.
• Vuil, smering en slijtage hebben de meeste invloed op open aandrijvingen — op de afgesloten SPEEDHUB nauwelijks.