maandag 12 april 2010

Waarom draadbanden lichter lopen?

Op de Google ligfiets lijst wordt gediscussieerd over de mogelijke oorzaak van mijn constatering dat draadbanden lichter lopen dan vouwbanden. Mijn verklaring was dat draadbanden een soepeler loopvlak en wangen zouden kunnen hebben omdat zij door de draad makkelijker stabiel te maken zijn. Vouwbanden hebben een niet rekvrije pees en moeten de stabiliteit dus meer uit loopvlak, wangen en schouder halen.
Nou kan ik natuurlijk, net als de meeste anderen, blijven speculeren, het kan ook - al is het niet erg wetenschappelijk - onderzocht worden.
Vanmiddag haal ik twee Kojaks van de zolder, een 20" vouw- en een 20" draadband. Als ik de loopvlakken bekijk en bevoel blijkt mijn eerste gevoel juist, de vouw Kojak heeft een veel 'stugger' loopvlak. Deze stugheid loopt ook verder door in de wangen en is er kennelijk de oorzaak van dat de vouwband minder soepel inveert.
Om dit wat inzichtelijk te maken leg ik de beide banden, eerst ieder apart, later beide op elkaar, op een dikke glasplaat.
Daarop leg ik een waterpas die ik belast met een gereedschap klem.
Ik laat per band de situatie een minuut stabiel worden en meet met een digitale schuifmaat hoeveel de banden door het gewicht worden ingedrukt. Dan blijkt dat de vouwband wordt ingedrukt tot een breedte van 27,50 mm. De draadband evenwel laat zich onder dezelfde omstandigheden, indrukken tot 24,70 mm. Dat is een verschil van 2,8 mm.
Wel is een klein deel van de wang van de vouwband iets dunner dan die van de draadband, maar dat zet blijkbaar weinig zoden aan de dijk.
Niet iedere Kojak is een Kojak. De draad- en vouwversie zijn totaal verschillende banden. Nou hoeft het natuurlijk niet altijd zo te zijn dat draadbanden lichter lopen dan vouwbanden, maar bij alle nu geteste banden, beide Durano's incluis, is dit wel zo.

Ik zal op de Google lijst vanaf nu geen verwijzing meer maken naar deze blog, er zijn daar teveel lange tenen.

Bij de foto's
Bovenaan: de testopstelling
Daaronder: de vouwband
Daaronder: de draadband
Onderste foto: beide banden op elkaar, de vouwband onder.

16 opmerkingen:

Henk zei

Hallo Wim,

Goed dat je een verklaring zoekt voor het verschil in rolweerstand tussen draad- en vouwbanden.
Toch zou ik hier nog wel een paar technische kanttekeningen bij willen plaatsen.

Je gaat uit van de aanname dat het verschil veroorzaakt zou kunnen worden door een constructieverschil dat nodig is omdat de kevlar hieldraad van een vouwband meer zou rekken dan de stalen hieldraad van een draadband.

De breeksterkte van een staalkabel is ongeveer 3600 MPa, van een kevlar draad ongeveer 3000 MPa.
Voor dezelfde sterkte zal een kevlar draad dus ongeveer 10% dikker moeten zijn (in diameter).
De elasticiteitsmodulus (rek bij een gegeven kracht en oppervlakte) van een staaldraad is ongeveer 207 GPa, van een kevlar draad 112 GPa.
Bij dezelfde diameter draad zal kevlar dus iets minder dan 2x zoveel rekken als staal.
Maar een kevlar draad die slechts 36% dikker is dan de staaldraad zal al minder rekken.

Ik denk dus dat de aanname: de hieldraad van een vouwband rekt, die van een draadband niet, niet klopt.

Verder doe je metingen aan de stijfheid van het loopvlak.
Maar wat zegt die over de rolweerstand?
De rolweerstand wordt bepaald door het vermogensverlies in de band als gevolg van de herhaald optredende vervormingen.
De energie die je nodig hebt om de band een klein stukje in te drukken, is gelijk aan de kracht die je uitoefent vermenigvuldigd met de afstand van indrukken.
Als je een grafiek zou maken met horizontaal de indrukking, en vertikaal de benodigde kracht (voor een ideale veer zou dat een rechte lijn zijn) dan is de energie die nodig is om tot een bepaalde indrukking te komen de oppervlakte (het driehoekje) onder deze lijn.
Als je nu de band terug laat veren, dan zul je zien dat de kracht bij een bepaalde indrukking wat kleiner is dan op de heenweg. De teruggaande lijn ligt dus niet precies op de heengaande (wat bij een ideale veer wel het geval zou zijn). De energie die je bij het terugveren terugkrijgt, is dus iets kleiner dan de energie die je er bij het inveren ingestopt hebt.
Dat verschil is precies gelijk aan de oppervlakte van het smalle streepje tussen de heen- en teruggaande weg, en is omgezet in warmte.

In de praktijk van een draaiende band is de zaak nog iets ingewikkelder, maar het blijft hier op neerkomen: de rolweerstand wordt veroorzaakt door het niet ideaal terugkomen na inveren.

Nu is lucht (of een ander gas) een welhaast ideale veer.
Als je er voor kunt zorgen dat de warmte, die bij samenpersen ontstaat, niet naar buiten verdwenen is voor je weer terugveert, dan heb je een veer zonder verliezen.
Rubber is qua verlies een stuk slechter.
Daarom worden ook de wangen van een lichtlopende band zo dun mogelijk gemaakt: daarmee zorg je dat de veerkracht van de band wordt veroorzaakt door de lucht, en niet door het rubber.
Dit zou in principe best gecombineerd kunnen worden met een hard/stug loopvlak.

De metingen die je nu gedaan hebt, zeggen iets over hoe makkelijk het loopvlak in zijwaartse richting ingedrukt kan worden: hoe hard/stug het loopvlak in die zijwaartse richting is.
Een rechtstreeks verband tussen dit en de rolweerstand lijkt mij moeilijk beredeneerbaar.

Wat je dus volgens mij hebt aangetoond, is dat de draadband en vouwband, hoewel ze beide Kojak heten, in feite twee verschillende banden zijn.
Niet meer en niet minder.
Een onderbouwing van de aanname dat draadbanden lichter zouden moeten lopen dan vouwbanden zie ik er echter niet in.

Henk de Leeuw.

Mark-Jan zei

Gewoon linkjes plaatsen hoor - op de mailinglist kun je geen plaatjes posten, en omgekeerd kan niet iedereen op jouw blog over alles en nogwat reageren.

Wim Schermer zei

Hi Henk,
Ik kan je verhaal goed volgen. Toch is de belangrijkste les dat niet iedere Kojak een Kojak is. Per saldo is het een heel andere band al zijn ze rond, zwart en hebben ze dezelfde opdruk. Ik heb met vrij weinig druk getest. Met veel meer druk zou de draadband nog veel verder indrukken dan de vouwband. Ik heb dat ook getest, maar omdat de band onder hoge druk niet goed blijft liggen, heb ik dit niet vervolgd.
Het harde loopvlak van de draadband is veel smaller en gaat al gauw over in soepeler wangen. De vouwband heeft een veel breder stug gedeelte dat tot een flink deel in de wangen doorloopt. En dat is wel een deel van de band dat verliezen noteert omdat het minder makkelijk vervormt.
Ik denk dat ik, nu ik me wat meer heb verdiept in de constructie van de beide Kojaks, hetvmet je eens ben dat in principe draad- of vouw qua materiaalsoort van de hieldraad, staal of kevlar, niet de hoofdrol speelt.
De hoofdreden waarom de Oostduitse ingenieur Rinkowski tot zo'n lage rolweerstand kwam, lag in de radiale inbouw in een band van een groot aantal dunne stalen ringen. Staal veert nogal wat beter dan rubber.
Het is een goede zaak dat Schwalbe nu overlegt met de erfgenamen van Rinkowski.
Dank voor je heldere uitleg.
Groeten,
Wim

Wim Schermer zei

Hi Mark-Jan,
Ik heb er geen zin meer in op de mailinglijst melding te maken van zaken op deze blog. Het wordt gezien als 'ongegeneerd reclame maken'. Omdat degenen die die opmerking maakte niet door anderen werd teruggefloten, ben ik er wel klaar mee.
Iedereen kan overigens op mijn blog reageren.
Wel modereer ik de reacties, er zit soms onzin tussen die ik wil weglaten.
Groeten,
Wim

lighans zei

Terugfluiten kost vaak te veel energie. Lekker posten als het relevant is en in een algemeen belang.

Meestal is je verhaal informatief zoals in dit geval. Als je over een tochtje praat, heet dat tegenwoordig meformatie, en zou ik niet zo snel plaatsen.

Redactie Ligfietsen zei

Henk de Leeuw schrijft:

"De elasticiteitsmodulus (rek bij een gegeven kracht en oppervlakte) van een staaldraad is ongeveer 207 GPa, van een kevlar draad 112 GPa.
Bij dezelfde diameter draad zal kevlar dus iets minder dan 2x zoveel rekken als staal."

Het is juist andersom, een staaldraad wordt 1% langer bij 207/100 GPa, een kevlar draad al
bij 112 GPa. Twee keer zo rekbaar per mm2 dus.

RB

simply red zei

Hoi Wim,

Eigenlijk is de Furious Fred de verrassing voor mij. De Geax en Super Moto zijn zo breed dat ze beter onder een brommer kunnen. (lopen ook aan las ik ). De Durano is snel bij meer dan 8 bar. Alle comfort weg, dat wil je zelf ook niet. Maar de Furious Fred: 50 mm is een hele mooie maat, 295 gram !! en op 3 bar is hij al sneller dan de PM 57 op 6 bar. Ik ben benieuwd waar de band gekomen was als je hem ook 2 bar boven de aanbevolen druk had opgepompt. Ik ga hem maar eens bestellen, met Joe's Super Sealant in de binnenband.
Nogmaals dank, ik hoop echter dat je editors choice van 2008 (PM 406- 47) volgende keer weer gewoon meetest.

Groet,

Paul Dijs

Henk zei

@RB:
eh... dat zei ik ook.
Kevlar rekt bij dezelfde diameter bijna (iets minder dan) twee keer zoveel als staal.
Jij zegt precies hetzelfde, dus dat "juist andersom" kan ik niet plaatsen.

Henk.

Redactie Ligfietsen zei

@Henk,

excuus. Lezen is ook een vak, zal
wel '2x minder' op mijn
retina gehad hebben.

RB

Quesjer zei

Hoi Wim,

Ik snap goed dat je er geen zin mee zin hebt om links op de mailinglijst te plaatsen, maar wil je vragen om je er geen *** van aan te trekken wat een enkeling (want dat is het)aan negatiefs meldt. Er zijn er veel die wel iets hebben aan de link. Waaronder ik.

henkdeleeuw zei

Ik had ook het idee dat het bezwaar van de link posten op de mailinglijst voornamelijk was omdat Wim links post naar de blog in zijn algemeenheid, niet naar het specifieke bericht van de test.
Dat maakt het later terugvinden van de tests onnodig lastig.
Ik heb in het verleden de blog al meer dan eens doorzocht op zoek naar de resultaten van een 'oude' test.
Elke keer een link naar de complete blog is dus weinig informatief; de blog op zich weet men nu wel te vinden.
Bij iedere test even een link naar het specifieke blog artikel is juist erg nuttig; dan zijn ook later die afzonderlijke tests makkelijk terug te vinden.

Wim Schermer zei

Hi Henk,
Het verwijt van Van E. was seq:'Je wilt deze lijst ongegeneerd als reclamemedium voor je eigen blog gebruiken?'
Deze nare opmerking werd door iedereen voor zoete koek geslikt.
Niet door mij. Vandaar dat ik het niet meer doe.
Groeten,
Wim

Henk zei

Hallo Wim,

Ik kan me voorstellen de de opmerking van Mars naar over kan komen,maar in feite is het de samenvatting in één regel van de zinnige post van Quemo die er op volgt.
Als je een bandentest gedaan hebt, is dat voor veel mensen interessant. Een berichtje op de lijst met een link _naar die test_ is dan zeker nuttig.
Zeker omdat de lijst ook nogal eens gebruikt wordt om dingen later na te slaan.
Als je elke keer een link post naar de volledige blog, dan zal iedereen die de link niet meteen volgt op het moment dat hij gepost wordt, maar dagen, weken of zelfs maanden later, zich eerst door de hele blog heen moeten worstelen voor hij de bandentest - waarvoor hij op dat moment kwam - gevonden heeft.

De opmerking over het gebruiken van de lijst als reclamemedium voor je blog mag dan niet aardig overkomen, helemaal zonder grond lijkt hij mij niet.
Door in een bericht over een bandentest een link naar de gehele blog te plaatsen, wek je in ieder geval de schijn dat je het belangrijker vindt dat men je blog weet te vinden, en doorleest, dan dat men die bepaalde bandentest kan (terug)vinden.
Ik vind het dan ook niet geheel onbegrijpelijk dat er op deze opmerking geen afkeurende reacties gevolgd zijn.

Ik weet dat je veel mensen een plezier zou doen met een bericht over nieuwe bandentests, met daarbij een link naar die betreffende test.
Ik denk ook dat, als de link naar de bandentest zelf geweest zou zijn in plaats van naar de blog in zijn algemeenheid, dat de desbetreffende opmerking niet gemaakt zou zijn.

Groeten, Henk.

Wim Schermer zei

Hi Henk,
Ik heb niet de bedoeling gehad mijn blog te promoten, al doe ik dat indirect wel met het publiceren van de bandentests.
De opmerking van Van E. ervaar ik als een directe aanval tegen de dingen die ik, ook mede ten behoeve van de ligfietsgemeenschap, doe.
Ik heb geen zin om op eieren te lopen en zal mijn blog niet meer promoten, behalve dan er op te publiceren.
Met de goedbedoelde opmerkingen van Quemo kan ik wat, met de azijnpisserij van Van E. niet.
Groeten,
WIm

Erik Sandblom zei

Hi, please excuse me, I know almost no Dutch.

The wire bead tyres are heavier than the kevlar bead, folding tyres. Maybe that's why the test shows them to roll better. When you make the test cart heavier, it will roll further from the ramp right? In your data table, it seems the heavier tyres roll further.

Sorry if I misunderstood something :)

Wim Schermer zei

Hi Erik,
I don't think the weight makes the difference. The measuring car including driver weighs 120 kg. The wire bead tires weighs 80 grams more. This is a fraction of a percent. De wire bead tire runs 10% lighter.
Best regards,
Wim