Aan deze pagina wordt nog gewerkt. Hier komt informatie over wielontwerp zoals:
  • Gewicht
  • Stijfheid
  • Aerodynamica 
  • Et cetera
Gewicht
Met een lichter wiel klim je sneller. De vraag is alleen hoeveel sneller? Hoeveel mag een paar gram minder kosten? En weegt de tijdwinst op tegen een verminderde levensduur of minder stijfheid. Om deze vragen te beantwoorden moeten we eerst weten hoeveel tijdwinst een lager gewicht oplevert. In de onderstaande grafiek staat het verband tussen tijdwinst en gewichtsbesparing op een buitencategorieklim van 10 km lengte met een gemiddelde stijging van 8%. Uitgangspunten bij de berekening zijn een renner van 75 kg, een fiets van 7 kg en een uitrusting van 3 kg. De renner trapt 300W vermogen. Crr is 0,004 en Cw is 0,35. De mechanische verliezen bedragen 4% en de luchtdichtheid is 1,186 kg/m3
De renner in dit voorbeeld rijdt gemiddeld iets meer dan 14 km/h. Zijn klimtijd is 42:23. Uit de grafiek blijkt dat een paar honderd gram meer of minder slechts marginaal invloed heeft op de klimtijd. Bij het ontwerp van een wielset gaat het vaak om dit soort kleine gewichtsverschillen.

Een van de keuzes is bijvoorbeeld het aantal spaken. Per wiel gaat dit meestal in stappen van 4 spaken. Dus voor en achter een stap omlaag in aantal spaken levert een gewichtsbesparing van 8 x 5 = 40 gram. Dat levert een tijdwinst van ongeveer 1 seconde op een klimtijd van 42:23. Daar staat tegenover dat met minder spaken de zijdelingse stijfheid van het wiel afneemt waardoor het risico groter wordt dat de velg tijdens het klimmen tegen de remhoeven gaat aanlopen. De tijdwinst van 1 seconde zal dan snel verdampt zijn.

Voor de meeste mensen zal een degelijk en stijf wiel belangrijker zijn dan een paar seconden tijdwinst op een lange klim. Als je snel wilt klimmen kun je beter je rol- en mechanische weerstand optimaliseren, je klimvermogen verbeteren en eventueel een paar kilo afvallen. Eventuele gewichtsbesparing op een wielset is zo beperkt dat dit nauwelijks invloed heeft.

 
Sterkte
Volgens Jobst Brandt “staat” een wiel op de onderste spaken. Dit is mogelijk doordat de spaken van het wiel op spanning staan. Wanneer het wiel belast wordt, neemt de spanning in de onderste spaken iets af. Op deze manier kan een kracht via de spaken overgebracht worden van de naaf naar de velg. De spaken houden hun draagkracht zolang deze niet spanningsloos worden. Als de kracht die wordt uitgeoefend zo groot is dat de trekspanning in de onderste spaken volledig wordt opgeheven, bezwijkt het wiel. De velg breekt dan of krijgt de een chipsvorm.  

Dit betekent dat de sterkte van het wiel afhangt van het aantal spaken en de trekkracht die op de spaken wordt aangebracht. Meer spaken in een wiel, betekent meer onderste spaken die de kracht kunnen overbrengen en dus een sterker wiel. Als we een wiel met minder spaken willen bouwen zonder in te leveren op de sterkte van het wiel, dan moeten we de trekkracht per spaak verhogen. Dit is de reden dat in oude wielen met 36 spaken gewerkt werd met een spaakkracht van circa 600N en tegenwoordig in wielen met 24 of 20 spaken gewerkt wordt met een spaakkracht van ongeveer 1000N.

Het werken met een hogere spaakkracht heeft nadelen. Het bouwen van het wiel wordt lastiger en de kans op vermoeiingsbreuk wordt groter. Wanneer een metaal wisselend wordt belast, en met spaken is dat het geval, dan zal uiteindelijk vermoeiingsbreuk optreden. Vermoeiingsbreuk treed eerder op wanneer het materiaal onder hogere statische spanning staat. De breuk treedt meestal op, op een plek waar het materiaal toch al zwakker is. Bijvoorbeeld bij de bocht in een gebogen spaak, of bij het schroefdraad. Door de verbeterde productiemethode voor spaken, kan tegenwoordig met een hogere spaakkracht worden gewerkt dan vroeger en is het dus mogelijk om wielen te bouwen met minder spaken.

Hoeveel spaken minimaal nodig zijn om een voldoende sterk wiel te bouwen weet ik niet precies. In de praktijk zie je minimaal 14 spaken in een voorwiel en 18 spaken achter. Zelf heb ik jaren probleemloos gereden met 16 voor en 20 achter. Wat mij betreft hangt de keuze voor het aantal spaken niet zozeer af de sterkte van het wiel maar meer van de (zijdelingse) stijfheid.

Overigens denk ik dat stelling dat het wiel “staat” op de onderste spaken en dat de bovenste spaken niets doen, iets genuanceerder ligt. Stel je een wiel voor met spaken van elastiek. Als je dit wiel op de grond zet, dan is het mogelijk om de naaf een stukje naar beneden te duwen. De onderste spaken worden dan wat korter, de bovenste spaken worden wat langer. Dat betekent dat de trekkracht in de onderste spaken afneemt en in de bovenste spaken toeneemt. Vervolgens vervangen we het elastiek door stalen spaken.

Als we het wiel nu op de grond zetten en we proberen de naaf naar beneden te duwen dan lijkt de naaf voor het oog op zijn plaats te blijven. Volgens Jobst Brandt (en vele anderen) neemt de trekkracht in de onderste spaken af, terwijl die in de bovenste spaken (nagenoeg) gelijk blijft. Als de trekkracht in de onderste spaken afneemt, dan betekent dit dat deze iets korter worden. Omdat de spanning in de bovenste spaken niet verandert, blijft de lengte hier gelijk. Dat betekent dat de velg iets moet indeuken om het mogelijk te maken dat de onderste spaken iets korter worden.

In de tijd van Jobst Brandt waren velgen gemaakt van staal of aluminium wat relatief makkelijk kan vervormen. Een (hoge) carbon velg is een stuk stijver waardoor indeuken minder makkelijk is. Bij een stijvere velg wordt de kracht daarom meer verdeeld over de onderste en bovenste spaken zoals bij het wiel met spaken van elastiek. Dit betekent dat bij een stijvere velg de kracht wordt verdeeld over meer spaken waardoor het wiel sterker wordt. Voor wat betreft de sterkte zou je bij een stijve carbon velg dus minder spaken nodig hebben voor hetzelfde resultaat.
Deze website gebruikt cookies om het bezoek te meten, we slaan geen persoonlijke gegevens op.