Framestijfheid

Vorig jaar schreef ik over de highracerhype en waarom ik niet geloof dat hoge racers sneller zijn dan lage. Ik heb naar aanleiding van dat stukje nog wat heen en weer gemeeld met Maarten Sneep en Gert-Jan Weijers. Nog bedankt voor het reageren, trouwens. Telkens weer kwam de discussie uit bij framestijfheid. Het frame van een hora is gemakkelijker stijf te maken dan het frame van een lara. En stijve fietsen zijn sneller dan slappe. Bij sterke rijders zou dit fors verschil maken; volgens Ymte wordt een alu lowracerframe tot centimeters korter als hij flink kracht zet.

Hierin zou ook het succes schuilen van de RazzFazzen; knetterstijve koolstof-epoxy frames met een gunstige lichaamshouding. Menig wedstrijdrijder heeft zijn Jester of Baron ingeruild voor een RF. Alu lara’s zijn bijna niet meer te vinden in het wedstrijdveld.

Echter, hoe meer ik er over nadenk, hoe meer ik betwijfel of framestijfheid er wel toe doet bij een (lage) ligfiets. Ik kan namelijk geen energielek vinden.

Stel je voor wat er gebeurt als je kracht zet op het pedaal. De ketting komt onder spanning, je voet beweegt vooruit. Het grootste deel van deze arbeid wordt door de ketting naar het achterwiel getransporteerd. Een deel van die energie wordt besteed aan het vervormen van het frame. Dat lijkt een verlies. Echter, zolang je doortrapt, is er maar één manier waarop die energie weer uit het frame vrij kan komen. En dat is via de ketting. Wanneer het frame weer uitveert, trekt het aan de ketting. In de goede richting. De opgeslagen energie gaat alsnog naar je achterwiel.

Schematisch gezien ziet het er ongeveer als volgt uit:

In het bovenste plaatje is het frame onbelast. In het middelste plaatje zetten we een moment op het crankstel (rood): de ketting wikkelt een stukje op. Er is een groot moment op het achterwiel, we zijn aan het versnellen, heel steil aan het klimmen of iets anders waardoor het erg veel moeite kost het achterwiel rond te draaien. De cassette (blauw) wikkelt dus minder kettinglengte af dan het voorblad opwikkelt, en het frame wordt korter. Voor de duidelijkheid heb ik alleen het verschil getekend: de cassette heb ik stilstaand getekend, bij het voorblad staat de extra verdraaiing getekend als gevolg van het korter worden van het frame.

In het derde plaatje zijn we over de piek heen. Het frame ontspant zich. We gaan ervanuit dat de fietser doortrapt of op z’n minst de pedalen tegenhoudt. De enige manier waarop het frame zich nu kan strekken, is door de ketting een stukje af te rollen over de cassette. Door de fiets aan te drijven dus. Oftewel, alle energie die je kwijt lijkt te raken op het moment dat je frame inveert, krijg je vrijwel direct terug. Het is alleen tijdelijk opgeslagen in je frame.

Maar krijg je echt alle energie terug? Vrijwel. Ik kan eigenlijk maar drie manieren verzinnen waarop energie verloren zou kunnen gaan:

• Het materiaal vertoont elastische hysterese;
• Er verschuiven onderdelen ten opzichte van elkaar;
• Het achterwiel gaat een hoek maken ten opzichte van de rijrichting

Een ander energiedissiperend systeem heb ik nog steeds niet kunnen ontdekken of verzinnen.

De eerste optie, hysteresis, speelt mijns inziens geen rol. Staal en de hooggelegeerde aluminiumlegeringen waar frames van gebouwd worden vertonen geen meetbare hysterese, zeker niet bij de lage frequenties die inherent zijn aan human power. Kunststoffen vertonen wel hysterese, dus ik kan me voorstellen dat in een slap carbonframe wel enig verlies optreedt. Hoeveel dat is, is een tweede.

Het is waar dat aluminium een zekere mate van kruip en vermoeiing vertoont, en dat is theoretisch een vorm van hysterese en dus energieverlies. Ga je hier aan rekenen, dan blijft er echter weinig van over. De energie die nodig is om het materiaal te vervormen en uiteindelijk te scheuren, wordt verdeeld over tientallen miljoenen trapbewegingen. Niet meetbaar.

De tweede optie zie ik als realistischer, vooral wanneer de neuspijp in z’n voegen wringt. Maar hoeveel is dat? Als het veel is, zou je op z’n minst moeten zien dat er flinke slijtage optreedt. Ga maar eens met twee fietsframes over elkaar heen schuren, dan zul je zien hoe weinig inspanning je nodig hebt om flinke beschadigingen te maken. Of kijk eens wat een simpel remkabeltje in de loop der tijd kan aanrichten, wanneer het slechts in scherpe bochten tegen het frame aankomt. Maar wat ik nog niet heb zien gebeuren, is dat bij demontage van een neuspijp, de lak er af blijkt te liggen. Een paar krasjes, dat is het wel. Als dit een grote verliespost zou zijn, zou je verwachten dat de neuspijp een slijtageartikel was.

De derde mogelijkheid, het kwispelen van het achterwiel, zie ik als het meest realistisch. Waarbij trouwens opgemerkt dient te worden dat er in deze geen verschil is tussen een lara, een hora of wat voor ligfiets dan ook: het moment dat de achtervork naar rechts buigt, ontstaat door het stukje ketting vanaf de kettingrol tot aan de cassette, en gaat het er dus vooral om hoe dicht de kettingrol tegen de hartlijn van de fiets aan ligt. Maar ook hier vraag ik me hoeveel het nu helemaal is. De hele constructie is een driehoek die maar een klein beetje uit het midden belast wordt, zeker bij lage verzetten. Het wiel komt niet zo scheef te staan dat het slipt, en je fietst sowieso licht slingerend om rechtop te blijven. Als het al een meetbaar effect is, is het ver achter de komma. En daarbij durf ik nog wel een gokje te wagen dat de achtervorken van de meeste alu lara’s in deze richting stijver zijn dan de achtervorken van racefietsen.

Al met al heb ik grote twijfels of framestijfheid nou wel zo belangrijk is als altijd wordt beweerd. Ik kan me goed voorstellen dat een stijvere fiets sneller voelt, omdat hij veel directer reageert op je trapkrachten. Maar zolang er niet meetbaar méér energie naar de cassette gaat, is de fiets niet sneller.

Dit verhaal geldt trouwens voor ligfietsen. Bij een racefiets is het een ander verhaal. Als je daar het frame vervormt, is dat hoofdzakelijk omdat je flink aan het stuur trekt en wrikt. Buigt het frame vervolgens weer terug, dan wordt dat niet tegengewerkt door de ketting zoals bij het ligfietsframe. Alleen jouw eigen lichaam zit ertussen. De energie ben je dus kwijt. Daarom moet een racefietsframe wél stijf zijn. En dien je op souplesse te rijden, maar dit terzijde. De ligfiets is dus een uitzondering.

Dacht ik. Vervolgens kwam ik dit tegen. Hoe slap kan een frame zijn! En toch werden er wedstrijden mee gereden. Weliswaar de begintijden van het mountainbiken, maartoch. En hier zitten er twee elementen in het systeem die energie dissiperen: de carbon bladveer en de behuizing van de stalen veer.

Al met al heb ik sterk de indruk dat het belang van framestijfheid op z’n minst sterk wordt overdreven. Geef me één biertje en ik noem het een mythe. Voorlopig geniet ik van mijn Jester, er op vertrouwend dat het beetje flexibiliteit in het frame geen energie kost, maar wel een beetje extra comfort oplevert. Voor een langeafstandrijder als ik, biedt dit een winst die zeker meer dan theoretisch is.