door
math » di 12 nov, 2019 16:05
De in het octrooi beschreven versnellingsbak doet erg conventioneel aan: een twee-traps overbrenging met tandwielen en kettingen. Het is niet erg waarschijnlijk dat Shimano daar nog een octrooi op kan krijgen. Een voorwaarde voor het verlenen van een octrooi is een 'uitvinding', dus iets nieuws. Het octrooi gaat dan ook in hoofdzaak over de 'plating' op de kettingschalmen in combinatie met een optimaal smeermiddel, om een zo laag mogelijke kettingwrijving te krijgen. Dat is hun uitvinding.
Omdat de overbrengingen erg conventioneel zijn, is het goed mogelijk om het 'worst case' rendement van het geheel te schatten uit de metingen van Friction Facts en van Prof. Hinzen aan de Hochschule in Trier. Ik heb de indruk dat de meeste commentaarstemmen hierboven niet de moeite genomen hebben om het octrooi door te nemen. Daarom loop ik er stapsgewijs doorheen. Ik verwacht dat deze versnellingsbak niet moeilijk te maken is voor een bedrijf als Shimano en ook niet duur hoeft te zijn. Het grootste bezwaar zal zijn dat hij niet past op een conventionele fiets. Ook de hoog lopende ketting naar het achterwiel zou wel eens praktisch onhandig kunnen zijn.
De eerste trap van de bak is een vaste overbrenging van de trapas naar een hulpas. In het octrooi (Fig. 4) zie je dat het tandwiel op de trapas 20 tanden heeft en op de hulpas 13 tanden. Dat zou erg dom zijn. Het vermogensverlies neemt sterk toe bij een kleiner tandwiel: de ketting moet over een kleinere cirkel gebogen worden. Dezelfde overbrengingsverhouding krijg je met de combinatie 40-26. Volgens de metingen van Hinzen is het rendement daarvan ongeveer 97% bij 100W belasting en 98% bij 200W belasting.
De tweede trap bestaat uit twee cassettes van 7 tandwielen die uitgelijnd tegenover elkaar staan. De tweede cassette staat omgekeerd, dwz het kleinste tandwiel van de tweede cassette staat in lijn met het grootste tandwiel van de eerste cassette. Een kettinggeleider kan de ketting zijdelings verschuiven over deze 7 combinaties. De cassette op de hulpas kan in zijn geheel ook 1 positie verschoven worden. Daardoor krijg je een keuze uit 13 verschillende versnellingen (zie figuur 15 van het octrooi). Bij de beschreven tandwielkeuzes heeft het kleinste verzet een overbrenging van 0,46 en de grootste verzet een overbrenging van 2,16. Deze versnellingsbak heeft dus een overbrengingsbereik van 470%. Vergelijk dat met een Rohloff met 14 versnellingen en een bereik van 525% en de Alfine-11 met een bereik van 409%.
In de tweede trap staan steeds twee tandwielen tegenover elkaar die samen tussen 58 en 62 tanden hebben. Ik vermoed dat je daarvoor geen kettingspanner nodig hebt, maar alleen een kettinggeleider. De ketting loopt steeds in rechte lijn. De meest ongunstige tandwielcombinaties zijn 41-19 en 19-41. Volgens Hinzen kom je dan voor de tweede trap op een rendement van 96,6% bij 100W en 97,6% bij 200W.
De uitvinding van Shimano is een 'gladder' kettingoppervlak en een beter smeermiddel. Je mag dus aannemen dat de getallen van Hinzen 'worst case' zijn. Bij vergelijking van de wrijvingscoefficienten in Figuur 22 van de combinatie nikkel-plated schalmen (SRAM-971 ketting) met conventionele smering en die van tin-plated met een oliezuur-achtig smeermiddel (de beste Shimano-combinatie), zou je een verbetering met een factor 2-3 verwachten. De praktijk zal wel iets minder gunstig uitpakken dan deze lab-metingen en er zijn ook nog andere wrijvingsverliezen. Maar het is niet gek om voor deze versnellingsbak een rendement van ongeveer 94% bij 100W en 96% bij 200W te verwachten.
