zondag 8 november 2015

Pendel en massatraagheid.



Posted by Wheel-Tec on donderdag 18 september 2014


Uit de voorgaande berichten en de reacties hebben we vastgesteld dat de massatraagheid bij de pendel een factor is. Maar hoeveel beïnvloedt het de resultaten bij metingen van verschillende banden.
Ik ga mijn standaard voorbanden, de F-lite, vergelijken met de Schwalbe One 23 mm raceband.

Twee op de buitenkant van twee F-lites gebonden Michelin radiaal banden van ieder 675 gram leveren een extra gewicht op van 1350 gram. De pendeltijd neemt toe van 69,3 tot 71,7 seconden ofwel 2,4 seconden. Dit is 3,4%. Per 400 gram verschil dus 1%. Dit betekent dat voor elke 100 gram verschil in gewicht een correctie moet worden toegepast van 0,25%.
Een F-lite weegt 286 gram. Een Schwalbe SV7c weegt 91 gram. Twee F-lites en SV7c binnenbanden wegen samen 754 gram.
Een Schwalbe One 23 weegt 145 gram. Een SV6a weegt 75 gram (geen 65 gram zoals op het doosje staat)
Twee Schwalbe One 23 mm en 2 SV6a wegen samen 440 gram. Een combinatie met F-lites vergeleken met Ones verschilt dus 754 - 440 gram is 314 gram. 314 gram * 0,25% = 0,79%

De Schwalbe One 23 van 2015 pendelde op 10 bar 76,1 seconden. Met een correctiefactor van afgerond 0,8% moet dit dus worden: 76,8 seconden.
Geen groot verschil maar zeker relevant.

Het filmpje van Wheel-Tec laat mooi het verschil in massatraagheid zien.

15 opmerkingen:

Adri Manhave zei

Hi Wim,

Of het aan mij ligt weet ik niet, maar deze tekst is niet te lezen voor mensen zoals mij, die niet bij machte zijn om 100 woorden per seconde te lezen..........
Na 1 seconde verspringt het beeld naar het filmfragment en komt niet meer terug.

Groeten, Adri.

Mick zei

Goed dat je ook eens iets met bewegende beelden doet Wim!
Waarom moeilijke omschrijvingen als je iets op deze manier aan kunt tonen niet?
En als je mijn reactie dan ook weer eens zou plaatsen 2X goed zelfs :-)

Wim Schermer zei

Dag Adri,
Die tekst is reclame van Wheel-tec. Ik zal kijken of ik dit weg kan halen.
Groeten,
Wim

Wim Schermer zei

Dag Adri,
Ik heb in HTML de reclametekst kunnen verwijderden. De tekst is er dus niet langer.
Groeten,
Wim

Clément zei

Hi Wim,

I was also thinking of this aspect. One of my idea to make it even between the tyres/wheels combination, is to use a pull meter in order to pull down the arm of the pendel and to reach for each test the same amount of energy that you putting in the system. For some combinations, you might have to pull down the arm higher than for other combinations.

Greetings, Clément

Wim Schermer zei

Hi Clément,
Now I know the compensation factor it is rather easy to implement. Easier than working with a pull meter and different launching positions.
We work with differences of less than one percent.
Best regards,
Wim

Mathieu van Rijswick zei

Ik heb gezocht naar de formule hoe uit de pendeltijd de rolweerstand wordt berekend, maar heb hem nergens gevonden. Ik heb wel gezien in de tabel van 1-nov-2015 dat als je de pendeltijd vermenigvuldigt met de CR-waarde je een getal krijgt dat tot op 3 decimalen constant is, nl. 0,284 +/- 0,0005. Hieruit leid ik af dat
a) het verband lineair veronderstelt wordt;
b) er géén correctie voor de breedte/hoogte van de band wordt toegepast.

Ik onderschrijf dat hoe langer de pendeltijd hoe lager de rolweerstand, maar zie niet in dat dit verband lineair is. Wat zijn hiervoor de argumenten? In ieder geval heeft het blad Tour er voor gekozen om in hun nieuwe Rollwiderstandsmessung met een pendel de afgelegde weg te meten, wat m.i. de juiste maat is om de rolweerstand uit te berekenen (bij constante start-energie).

Als de video van 27-jul-2012 nog steeds de actuele procedure beschrijft, is de startconditie dat er een vaste afstand is tussen steel van de pendel en de vlakke grond. Bij verschillen in bandhoogten betekent dit dat de starthoek van de pendel verschilt: hoe hoger/breder de band, hoe groter de starthoek en daarmee ook de energie waarmee het systeem van start gaat. Ik kan de grootte van dit verschil niet goed inschatten zonder de maten de kennen. Je zou enkele experimenten kunnen doen waarbij je de afstand steel-grondvlak enkele centimeters varieert om de grootte van dit effect te schatten en er eventueel voor de corrigeren.

Naarmate de verschillen kleiner zijn, gaan ook artefacten een belangrijkere rol spelen. Waar de pendel héél sterk afwijkt van een gewone fiets of velomobiel is de lineaire snelheid. Die ligt bij fietsen tussen 5-15 m/sec, en bij de pendel vermoedelijk lager dan 1 m/sec, in de eindfase zelfs beneden 0,1 m/sec. Je krijgt dus sterk te maken met wat sticking friction heet: het gevoel dat als je je schoen op een vloer zet je hem bijna niet meer kunt draaien ; oorzaak van veel sportblessures! Het omgekeerde bestaat ook : lage wrijvingsweerstand bij lage snelheid en hogere bij hoge snelheid. Ik weet niet of sommige bandfabrikanten hier al op inspelen als ze pendeltests laten doen...

Wim Schermer zei

Hi Mathieu,
Er wordt wel een correctie voor de hoogte van de band toegepast. Bij iedere te testen band wordt met een stapel drinkbekers het vertrekpunt van de verticale stang nauwkeurig waterpas afgeregeld.
Nu ik weet met welk percentage de massatraagheid de pendeltijd beïnvloedt is er voor de verschillende banden vrij eenvoudig een correctiefactor toe te passen.
Of de toename van de massatraagheid lineair verloopt is niet moeilijk uit te vinden.
Ik plak gewoon nog een tweede stel Michelin banden op de pendel en kijk dan met welk percentage de pendeltijd langer wordt.

Sticking friction is naar mijn idee geen grote factor. De pendel gaat bij heel kleine amplitudes nog tientallen malen heen en weer. Als de pendel voor het oog al even stilstaat, blijkt deze met de laserprojectie op 5 meter afstand nog duidelijk te bewegen. Opvallend is ook dat bij testen op de vlakke tegelvloer er totaal geen verschil in pendeltijd is tussen een droge vloer en een kletsnatte vloer. De verwachte microslip bij grotere gladheid treedt niet op.

Fabrikanten volgen met argusogen mijn resultaten en zowel Continental als Vredestein geven aan dat zij de pendelmethode betrouwbaarder vinden dan testen op een rollenbank.
Neemt niet weg dat het altijd beter kan. Jouw inbreng m.b.t. de massatraagheid is zeer relevant, ook al zijn de daardoor veroorzaakte verschillen tussen de banden die ik test minder dan een procent.
Groeten,
Wim

Mathieu van Rijswick zei

Correctie op a): verband wordt omgekeerd lineair verondersteld (CR x pendeltijd = 0,284, dus CR = 0,284/pendeltijd

Bedankt voor de toelichting op de startprocedure. Een constante starthoek is inderdaad de goede methode.

Ik zie ook grote voordelen van de pendelmethode, zoals het eenvoudig kunnen meten van de rolweerstand op een andere ondergrond. In dit artikel wordt de pendel gebruikt om het 'comfort' van verschillende wegdekken te vergelijken: http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1877705812016955 . Daarom des te belangrijker om goed de meetcondities in de gaten te houden.

Raimo Geel zei

Hallo Wim,

Een mooi filmpje, maar niet helemaal volgens het principe wat er bij de pendel gebruikt wordt. Bij het opgang komen van de pendel duurt het langer voor de snelheid erin zit. Maar bij het stoppen duurt het ook langer voordat de massa is afgeremd.

De pendel zou ook aangepast kunnen worden door het gewicht niet in het midden maar als cirkel ter grootte van een velg (een stalen buis bijvoorbeeld) te hebben. Dan is een band gewicht van 800 gram, maar 1 procent van het totaal gewicht (80kg). Met de onderlinge verschillen in gewicht van de banden zal je onder de 1% blijven.

Maar ook de batterij in je laserpointer zal dan zeer van invloed zijn, deze bevind zich helemaal aan het uiterste van de pendel, dan zou je na vervanging van de batterijen eerst een controle ronde moeten uitvoeren. Een ander merk batterij kan namelijk ook een ander gewicht hebben.

Maar voorlopig is dit nog altijd superieur aan wat de bandenfabrikanten doen. Mooi dat je zo scherp bent op het detecteren van zulke kleine verschillen.

Vriendelijke groet,
Raimo.

Wim Schermer zei

Hi Raimo,
Het filmpje is vooral bedoeld om de massatraagheid te illustreren.
De pendel kan ik natuurlijk veranderen, maar is veel werk voor minder dan een procent verschil. En dit kleine verschil kan ik ook nog makkelijk verrekenen.
De batterij in de laserpointer is een oplaadbaar AAA accuutje. Volgens mij wegen elektronen niks :)
Ik constateerde wel dat het extra gewicht een langere pendeltijd opleverde, maar Mathieu van Rijswick bedacht de verklaring.
Dat is het mooie van de gegevens publiceren, samen worden de resultaten steeds beter.
Groeten,
Wim

Erik zei

Is het niet mogelijk om de pendel niet te starten op een vaste hoek, maar met een vaste hoeveelheid energie? Als je een vaste hoeveelheid energie gebruikt om de pendel te doen uitwijken en je bekijkt de pendeltijd dan krijg je onafhankelijk van wielgroottes en andere fouten een rechtstreekse maat voor de snelheid waarmee energie verloren gaat.
Het probleem is immers dat je nu gebruik maakt van de potentiele energie opgeslagen in het totaal systeem en dat deze kan verschillen tussen verschillende banden.
Ik denk bijvoorbeeld aan: de pendel starten in zijn rustpositie. Met behulp van bv luchtdruk uit een vat met beperkte inhoud en een cilinder de pendel doen uitwijken en dan meten tot hij terug stilstaat. Ik denk dat het met sommige solonoides ook moet kunnen. Of een ingedrukte veer plots laten ontspannen.

Wim Schermer zei

Dag Erik,
Er zijn vele wegen die naar Rome leiden. Een andere werkwijze betekent wel dat alle historische gegevens waardeloos worden.
Met het vertrekken van voor iedere band gelijke positie is de herhalingsnauwkeurigheid uitstekend.
Het mogelijk verschillend gewicht van de banden en dus een andere massatraagheid, kan nu makkelijk worden gecorrigeerd.
Dank voor je meedenken, zo komen we samen tot betere resultaten.
Groeten,
Wim

Mathieu van Rijswick zei

@Erik: Je vergist je. De startenergie van de pendel wordt bepaald door de excentrische massa, de afstand van het zwaartepunt van deze massa tot de pendelas (arm) en de hoek waarbij de pendel wordt losgelaten tov de stand waarin de pendel tot stilstand komt (excentrische massa verticaal beneden de as). De startenergie hangt niet af van de wieldiameter en van de bandhoogte. Starten met een constante hoek is dus de juiste werkwijze.

Deze methode is in 1990 bedacht en beschreven door B.J. Hill, Measurement of the rolling resistance using an eccentrically weighted oscillating wheel.

Erik zei

@Mathieu van Rijswick: inderdaad, ik had toen ik dit schreef verkeerdelijk aangenomen dat er potentiele energie in de wielen zit, maar dat is niet het geval. Dank voor de toelichting.