Verschil in NM tussen Bosch en Neodrive

[janster]

In mijn zoek tocht naar een nieuwe fiets zit ik ook te denken aan en e-bike. Ben ook niet meer de jongste. Nu weet ik dat Bosch de meest populaire motor heeft maar ook de Neodrive lijkt me een interessant optie. Grote vraag voor mij is het verschil in NM tussen de Bosch en de Neodrive. Een Neodrive heeft een kracht van 40nm en een bosch motor zit al op 85 en de nieuwe generatie zelfs 100nm. Nu is de Neodrive een achterwiel motor, maar het verschil is wel erg groot. Betekent dit dat de Bosch motor meer dan twee keer zo sterk is als de Neodrive, en dus ook veel meer ondersteuning geeft? Of geldt er bij een achterwiel motor andere krachten mee waardoor de 40nm toch genoeg kracht kan leveren tegenover de 85nm van de Bosch motor?

[Alfred]

De Nm’s van Bosch leggen hun weg af via de nodige inwendige tandwielen, riem of ketting naar het achterwiel waardoor er krachtverlies optreed. De Nm’s van een NeoDrives worden direct vrijgegeven op het achterwiel.
In mijn eigen ervaring heb ik aan een zeer beperkt percentage van de Nm’s van de NeoDrives genoeg om voldoende ondersteuning te krijgen.

[math]

De Nm’s van Bosch leggen hun weg af via de nodige inwendige tandwielen, riem of ketting naar het achterwiel waardoor er krachtverlies optreed. ....

Ik vind de term krachtverlies hier heel ongelukkig, eigenlijk slecht. Iedereen behoort te weten dat een kettingaandrijving, en ook een riemaandrijving, heel efficient is. Er is bijna geen verlies ! Waar het om draait is dat er een krachtomzetting is, die bepaald wordt door de verhouding van de tanden vóór ten opzichte van de tanden achter.

In het onderstaande neem ik voor het gemak aan dat er inderdaad geen verlies is in de overbrenging. Om een middenmotor te vergelijken met een achterwielmotor kun je het beste de vermogens vergelijken die ze kunnen toevoegen aan wat de fietser zelf trapt.

In een ander topic heb ik een formule afgeleid voor de vermogen dat een middenmotor toevoegt.
Vermogen [W] = 0,105 x M x Cadans . Hierin is M (in Nm) het krachtmoment (ook koppel genoemd) van de middenmotor. De Cadans is in trapomwentelingen per minuut.
Een soortgelijke formule kun je afleiden voor het vermogen dat een achterwielmotor toevoegt.
Vermogen [W] = 0,105 x (tanden vóór)/(tanden achter) x Ma x Cadans. Hierin is Ma (in Nm) het krachtmoment van de achterwielmotor.

Vergelijk je de twee motoren bij dezelfde cadans, dan gaat het dus om de verhouding tussen het aantal tanden op het voorste kettingblad ten opzichte van de tanden op het kransje achter. Laten we eens een niet ongebruikelijke verhouding nemen : vóór 48 tanden ; achter 18 tanden. Dan vermenigvuldig je het koppel van de achtermotor met 8/3. Een achtermotor van 40 Nm kan dan net zoveel toegevoegd vermogen leveren als een middenmotor van 100 Nm.

Waarom is het woord krachtomzetting veel beter dan het woord krachtverlies? Het krachtmoment van een motor wordt uitgedrukt in Nm. Dat is de vermenigvuldiging van een kracht [in Newton, afgekort N ; hoofdletter!] en een arm [in meter, afgekort m]. Archimedes heeft al uitgevonden dat bij een hefboom kracht x arm constant is. Een beroemd citaat van hem is geef me een plaats om op te staan en ik breng de aarde in beweging . Met een heel lange hefboom (arm) kun je met een relatief kleine kracht een heel zwaar voorwerp optillen als de arm aan de andere kant van het afzetpunt heel kort is.

250px-Archimedes_lever_(Small).jpg (23.04 KiB) 624 keer bekeken

Wat voor een hefboom geldt, geldt ook voor een kettingoverbrenging : de kracht die aan de pedaalkant wordt uitgeoefend, wordt via de verhouding van het aantal tanden vóór/achter overgebracht naar het achterwiel.

[John Jongerius]

Er zijn al veel mensen die de overstap van Bosch naar Neodrives hebben gedaan en profiteren van de volgende voordelen:

*Een echt 100% stille motor
*Minder slijtage aan je aandrijving als bij een middenmotor.
*Ook met de motor uit of met weinig ondersteuning soepel kunnen fietsen.
*Een motor met een langere levensduur als de gemiddelde Bosch motor.

Ik zou gewoon beide systemen uitgebreid gaan testen in de praktijk.

[Storm]

De Nm’s van Bosch leggen hun weg af via de nodige inwendige tandwielen, riem of ketting naar het achterwiel waardoor er krachtverlies optreed. ....

Ik vind de term krachtverlies hier heel ongelukkig, eigenlijk slecht. Iedereen behoort te weten dat een kettingaandrijving, en ook een riemaandrijving, heel efficient is. Er is bijna geen verlies ! Waar het om draait is dat er een krachtomzetting is, die bepaald wordt door de verhouding van de tanden vóór ten opzichte van de tanden achter.

In het onderstaande neem ik voor het gemak aan dat er inderdaad geen verlies is in de overbrenging. Om een middenmotor te vergelijken met een achterwielmotor kun je het beste de vermogens vergelijken die ze kunnen toevoegen aan wat de fietser zelf trapt.

In een ander topic heb ik een formule afgeleid voor de vermogen dat een middenmotor toevoegt.
Vermogen [W] = 0,105 x M x Cadans . Hierin is M (in Nm) het krachtmoment (ook koppel genoemd) van de middenmotor. De Cadans is in trapomwentelingen per minuut.
Een soortgelijke formule kun je afleiden voor het vermogen dat een achterwielmotor toevoegt.
Vermogen [W] = 0,105 x (tanden vóór)/(tanden achter) x Ma x Cadans. Hierin is Ma (in Nm) het krachtmoment van de achterwielmotor.

Vergelijk je de twee motoren bij dezelfde cadans, dan gaat het dus om de verhouding tussen het aantal tanden op het voorste kettingblad ten opzichte van de tanden op het kransje achter. Laten we eens een niet ongebruikelijke verhouding nemen : vóór 48 tanden ; achter 18 tanden. Dan vermenigvuldig je het koppel van de achtermotor met 8/3. Een achtermotor van 40 Nm kan dan net zoveel toegevoegd vermogen leveren als een middenmotor van 100 Nm.

Waarom is het woord krachtomzetting veel beter dan het woord krachtverlies? Het krachtmoment van een motor wordt uitgedrukt in Nm. Dat is de vermenigvuldiging van een kracht [in Newton, afgekort N ; hoofdletter!] en een arm [in meter, afgekort m]. Archimedes heeft al uitgevonden dat bij een hefboom kracht x arm constant is. Een beroemd citaat van hem is geef me een plaats om op te staan en ik breng de aarde in beweging . Met een heel lange hefboom (arm) kun je met een relatief kleine kracht een heel zwaar voorwerp optillen als de arm aan de andere kant van het afzetpunt heel kort is.
250px-Archimedes_lever_(Small).jpg
Wat voor een hefboom geldt, geldt ook voor een kettingoverbrenging : de kracht die aan de pedaalkant wordt uitgeoefend, wordt via de verhouding van het aantal tanden vóór/achter overgebracht naar het achterwiel.

Math, dank voor deze uitleg.
Ik heb daar nog een vraag over. Stel iemand heeft een Pendix (65Nm) middenmotor met Rohloff en 50x22 tanden. Laten we een cadans aannemen van 80. Als ik je dan goed begrijp is het Vermogen dan 546 W.

Een Neodrives Z20 achterwielmotor heeft een koppel van 40Nm, maar die wordt vaak geleverd met bijvoorbeeld 32x32T of 39x34t. Dan kom je toch op een lager vermogen uit (336 W of 386 W).

Kloppen mijn berekeningen? Heb ik je goed begrepen?

En als het klopt, wat betekent dit dan eigenlijk voor de berijder?

Dank weer voor het uitleggen.

[math]

Goed dat je dit nog een keer navraagt !
Door jouw voorbeelden, ben ik me gaan realiseren dat mijn uitleg niet klopt voor Rohloff- en Pinion-systemen. Beter gezegd: voor deze systemen is een aanpassing nodig. Mijn handicap is dat ik nog nooit op een e-bike heb gereden en er zelfs nog nooit een van dichtbij heb bekeken. Daardoor was mijn voorstelling van e-bikes beperkt tot derailleursystemen met een electromotor.

Mijn uitleg klopt voor een fiets waarbij het voorste kettingblad direct verbonden is met de trapas, dwz het kettingblad maakt hetzelfde aantal omwentelingen als de cranks. Dat is zo voor een derailleurfiets met een Neodrive motor in het achterwiel, zoals de Batavus Mont Blanc. Het klopt niet voor een Pinion aandrijving.
Mijn uitleg klopt ook voor een achterwiel waar het kransje op de cassette direct het wiel aandrijft. Dwz het aantal rotaties van het kransje is gelijk aan het aantal rotaties van het wiel. De uitleg klopt niet voor middenmotor met een Rohloff versnellingsnaaf.
Ik zal hieronder uitleggen hoe de formules dan aangepast moeten worden.

Bij een voorste kettingblad dat direct verbonden is met de cranks, geeft de verhouding (tanden vóór)/(tanden achter) aan hoeveel omwentelingen het achterwiel maakt bij één omwenteling van trappers. Dus bijvoorbeeld bij een kettingblad van 48 tanden vóor en een ketting die achter op een kransje van 18 tanden ligt, maakt het achterwiel 48/18 = 8/3 = 2,67 omwentelingen per trapomwenteling. Het gaat om deze verhouding.

Bij een Pinion aandrijving moet je kijken : hoeveel omwentelingen maakt het achterwiel bij één omwenteling van de cranks. Dat kun je niet afleiden uit het aantal tanden op het voorblad, omdat het voorblad niet dezelfde omwentelingssnelheid heeft als de cranks, maar sneller of trager kan draaien.

Uit de aangepaste formule kun je afleiden dat bij een klein verzet van de Pinion, dus bij een lage snelheid, de achterwielmotor relatief weinig vermogen kan toevoeren.

Ik moet nog beter nadenken hoe het zit bij een middenmotor met een Rohloff naaf. Ik vermoed dat ik op dezelfde aanpassingen uit kom, maar ik heb daar nu en morgen geen tijd voor. Ik hoop dat ik er in het weekend wel tijd voor heb.

[-arnout-]

Wellicht is het volgende ook relevant in deze gezamenlijke zoektocht.

De documentatie van Pendix noemt een maximum koppel van 65 Nm. Dat betekent echter niet dat die motor dat maximum koppel ook onder alle omstandigheden levert. Het vermogen van de motor is immers begrensd tot 250 W. Daarmee kun je vrij eenvoudig uitrekenen welk maximum koppel hoort bij welke omwentelingssnelheid van de motor, ongeacht de lengte van de crank of de tandwielverhouding tussen voor en achter.

[Storm]

Dankjewel math, ik kijk uit naar je bevindingen en uitleg.

[math]

Ik beloofde nog even terug te komen op mijn uitleg hierboven. Het ging om een vergelijking van het vermogen in twee configuraties.

Vermogen met middenmotor
De eerder genoemde formule klopt m.i. voor zowel een derailleuraandrijving als voor een Rohloff-aandrijving. Een Rohloff heeft iets meer verliezen dan een derailleur, maar dat is geen wezenlijk verschil
Vermogen [W] = 0,105 x M x Cadans . Hierin is M (in Nm) het krachtmoment (ook koppel genoemd) van de middenmotor. De Cadans is in trapomwentelingen per minuut.
Door een licht verzet te schakelen kun je de motor voldoende toeren laten maken om optimaal te functioneren over een breed gebied van snelheden.
Terecht werd hierboven door Arnout opgemerkt het vermogen niet eindeloos kan toenemen. Elk systeem heeft een beperking.

Vermogen met achterwielmotor
Mijn eerdere formule moet als volgt worden aangepast
Vermogen [W] = 0,105 x (aantal rotaties van het achterwiel voor 1 rotatie van de cranks) x Ma x Cadans. Hierin is Ma (in Nm) het krachtmoment van de achterwielmotor.
Bij hogere snelheden kan een achterwielmotor net zo veel vermogen leveren als een middenmotor.
Maar wat je in de formule ziet is dat als het achterwiel weinig rotaties maakt, het vermogen beperkt wordt. Dit wordt duidelijker in het volgende schematische plaatje. Het vermogen neemt eerst ongeveer lineair toe met de rotatiesnelheid (P staat voor Power, Vermogen ; T staat voor Torque, Koppel).

Ik weet te weinig van electromotoren, wat het omslagpunt bepaalt.
Om even de gedachten te bepalen : beneden 5 km/h wordt fietsen instabiel ; je begint te slingeren. Een snelheid van 5 km/h komt overeen met 1,4 m/s. Bij een wielomtrek van ongeveer 2 meter dus 0,7 rotaties per seconde. Dat lijkt me in het lage gebied.
In een publicatie Portescap, een fabrikant van hub-motors, kwam ik het volgende plaatje tegen. Die 0,7 rps komen overeen met ongeveer 40 rpm, dat is dus in het begin van de grafiek.

Ook andere teksten die ik vond, bevestigen dat een achterwielmotor geen goede aandrijving is bij rijden op lage snelheid op steile hellingen.
Wikipedia
" The main advantage mid-drive motors have over hub motors is that power is applied through the chain (or belt) and thus it uses the existing rear gears (either external or internal). This allows for the motor to operate more efficiently at a wider range of vehicle speeds. Without using the bicycle's gears, equivalent hub motors tend to be less effective propelling the ebike slowly up steep hills and also propelling the ebike fast on the flat."

De vergelijking Hub Motors vs Mid-Drive Motors van Amplerbikes lijkt mij eerlijk :
• Hub Motors: Hub motors are generally simpler and less expensive. They do not interfere with the bike's gearing system and provide a smooth and quiet ride. Hub motors are ideal for flat terrains and regular commutes, offering reliability and ease of use. However, they can be less efficient in terms of energy usage and may struggle on very steep hills due to limited torque.
• Mid-Drive Motors: Mid-drive motors are integrated into the bike’s frame, usually around the bottom bracket. They provide power directly to the bike’s chain, improving efficiency and torque. This makes them excellent for hilly terrains and off-road use. Mid-drive motors offer better weight distribution, enhancing the bike's balance and handling. However, they tend to be more expensive, require more maintenance, and can add wear and tear to the bike’s drivetrain components.

Hierboven zijn door anderen een aantal voordelen van 'hub motors' genoemd, zoals lage slijtage van de aandrijving en motorlawaai. Maar uit deze teksten is duidelijk dat het niet de beste keuze is voor lange, steile hellingen.

[Storm]

Dankjewel math voor deze uitgebreide uitleg, ik ga nog eens op m'n gemakje naar je formules kijken. Ik ken een paar mensen die met een pinion en neodrives vrolijk en zonder problemen door de bergen fietsen. Misschien is het probleem van minder geschikt niet een issue in de meeste gevallen? Ik zal het ze nog eens vragen.

[-arnout-]

Bij hogere snelheden kan een achterwielmotor net zo veel vermogen leveren als een middenmotor.
Maar wat je in de formule ziet is dat als het achterwiel weinig rotaties maakt, het vermogen beperkt wordt. (...) Het vermogen neemt eerst ongeveer lineair toe met de rotatiesnelheid (P staat voor Power, Vermogen ; T staat voor Torque, Koppel).
(...)Ik weet te weinig van electromotoren, wat het omslagpunt bepaalt.

Er is iets voor te zeggen dat dat omslagpunt ligt bij de cadans waarbij met het maximale vermogen nog net het maximale koppel geleverd kan worden.

Bij een Pendix motor (max 65 Nm en 250 W) vraagt één omwenteling met max koppel 65*2*pi = 408 Ws aan energie. Met max 250 W vermogen beschikbaar kan de motor die hoeveelheid energie in 408/250 = 1,6 sec leveren. Dat komt neer op een cadans van 60/1,6 = 37,5 omwentelingen per minuut. Bij een lagere cadans is het max koppel van 65 Nm de beperking. Bij een hogere cadans is het max vermogen van 250 W de beperking. Bij een cadans van 75 (2*37,5) is het max koppel bijvoorbeeld slechts 32,5 Nm (65/2).