Dołącz do czytelników
Brak wyników

Aktualności 2019

10 marca 2019

NR 23 (Sierpień 2018)

Ceramic Speed
1% do doskonałości

0 204

Optymalny napęd w rowerze miałby 14 rzędów, jedną przerzutkę i łańcuch z uszczelnianymi ogniwami. Nie, w przyszłym roku jeszcze nie będzie rowerów z takim osprzętem. Ale wyraźnie przeczuwamy poważną rewolucję w dziedzinie stosowanych części transmitujących siłę kolarza.

Po pierwsze pojawiają się całkiem nowe i dobrze zapowiadające się koncepcje odejścia od łańcuchów ale z zachowaniem wydajności najbardziej efektywnego systemu transmisji. Liczba czternaście nie bierze się znikąd. Napęd 2x11 oferuje skok przełożeń o wielkościach, które pozwalają zmieniać biegi bez wyczuwalnej zmiany częstotliwości pedałowania. Wprowadzenie napędów Eagle 1x12 na pewien czas zakłóciło status quo. To skłoniło innych graczy do prób poszerzenia szczeliny. W poniższym materiale pokazujemy gdzie szukać zamienników. Ale ponieważ nie tylko SRAM może poszczycić się kasetą z 12 trybami postanowiliśmy przetestować dwie pozostałe grupy – Campagnolo i XTR. Sir Bradley Wiggins może śmiać się z pojęcia „marginal gains” (marginalnych korzyści lub mikro usprawnień), ale niewielu zaprzeczy, że metoda innego uszlachconego za sukcesy Brytyjczyka Sir Dave Brailsforda, który w 2002 roku został szefem British Cycling przyniosła efekty. Zatem zanim roześmiejesz się na myśl, że można poprawić efektywność napędu o jeden procent pomyśl, że detale, jak szkolenie z mycia rąk i pomalowanie podłogi ciężarówki serwisowej Teamu Sky na biało żeby było widać kiedy ją umyć, to elementy które umożliwiły totalną dominację brytyjskiego zespołu. Rower jest najbardziej efektywnym pojazdem wymyślonym przez człowieka, ale choć jego efektywność w wykorzystaniu mocy znacznie przewyższa wszelkie inne pojazdy nie jest idealna. Ideałem byłaby po osiągnięciu 100%.

Opublikowany w 2013 roku przez ASME International Mechanical Engineering Congress and Exposition artykuł Elizabeth A. Casteel i Marka Archibalda pod tytułem A Study on the Efficiency of Bicycle Hub Gears przedstawił badania wykazujące różnice w efektywności różnych napędów rowerowych. Naukowcy stwierdzili, że efektywność piasty Shimano Alfine wynosi od 90,4% do 96,6%, Rohloff Speed Hub od 95,8% do 99,5%, piasty Sturmey Archer od 84,6% do 99,8%. Efektywność łańcuchowego napędu single speed określili na 99,71%, a paska zębatego na 98,0%, podczas gdy siedmiobiegowy napęd z przerzutką zewnętrzną w zależności od przełożenia miał 97,7% do 99,4% sprawności. Wyniki nie tylko tych badań są kwestionowane. Przedstawiane są przeróżne tłumaczenia, kontestowane teorie i metody badawcze. Jednak wszyscy badacze są zgodni co do dwóch spraw: do ideału jest daleko. Ale choć odsetek 1 – 2% wydaje się być tylko mikro ulepszeniem, to sprawność poprawiona nawet o ułamki procenta jest wyczuwalna przez pedałującego. 

Prezentowane rozwiązanie jest efektem prac nad realizacją zamierzenia jakim było stworzenie napędu, którego efektywność osiągnęłaby realne 99%. Albo inaczej, straty mechaniczne nie przekroczyłyby 1% – powiedział nam twórca konceptu prezentowanego podczas targów Eurobike 2018, Jason Smith z Ceramic Speed. Napędy łańcuchowe mają 97 do 95% efektywności – powiedział Smith, którego poprzednią firmę – Friction Facts trzy lata temu wykupił duński Ceramic Speed. I choć ludzie śmieją się z „marginal gains” to dzięki nim obserwujemy postęp i nieustanne zainteresowanie przemysłem rowerowym. 

Wielu obserwatorów uznało rozwiązanie Smithsa za dziwaczne i niepotrzebne, bo to, które znamy z seryjnych rowerów działa i jest doprawdy znakomite. Ale Driven, bo tak się nazywa ta koncepcja, nie jest tylko pogonią za ulepszaniem dla samego ulepszania i udziwniania. Pojawienie się wałka napędowego owszem przypomina wał kardana stosowany w rowerach od 1890 roku, ale niewiele ma z tym rozwiązaniem wspólnego. Patent dotyczy przekładni, w której siła przekazywana jest na zęby przekładni poprzez łożysko – tłumaczy Jason Smith. Wysoka sprawność rowerowego łańcucha wynika z często zapominanego faktu, że w każdym jego ogniwie znajduje się swego rodzaju łożysko ślizgowe, dzięki któremu minimalizowane są straty energii przekazywanej z zębatki na jego rolkę i vice versa. Mniejsza efektywność przekładni zębatych wynika właśnie z tego, że przy każdym zazębieniu trybów dochodzi do tarcia. Zmniejsza je ich specjalne ukształtowanie i permanentne smarowanie, gdyż są zanurzone w oleju, ale i on musi mieć odpowiednią gęstość żeby zachować smarność, co także wywołuje opory. Co ciekawe, zwiększając moc, straty systemu przekazania energii maleją. I to jest to powodem, dla którego branża motoryzacyjna nie bawi się łańcuchami. Sekret zmniejszenia oporów w Driven wynika z faktu, że w miejsce zębatki zamontowany jest zespół łożysk. Więc kiedy łożysko opiera się o ząb przekładni, jego bieżnia przekręca się na nim.

Jedyne tarcie poślizgowe generowane jest przez łożyska. Wykorzystujemy łożyska ceramiczne o wyśrubowanych i uznanych parametrach minimalnego oporu. Przeciwieństwem są przekładnie, w których do przekazania momentu używane są tryby i tylko od jakości ich wykonania i wielkości zębów, a także sprawności oleju, w którym są zawieszone, zależy efektywność – opowiedział Smith z Ceramic Speed, dodając:

Kolejną przewagą względem łańcucha jest jeszcze to, że zabrudzenia, brak lub kiepskie smarowanie mogą doprowadzić do pogorszenia efektywności przeniesienia napędu nawet o 25%! W tym modelu wyjąłem uszczelnienia łożysk żeby widzowie widzieli, że w środku są kulki. W produkcyjnych wszystkie będą skutecznie uszczelnione. Ze swojej strony dodajmy, że prace nad uszczelnieniami ogniw łańcucha nie posuwają się i będą coraz trudniejsze wraz ze zwiększaniem ilości przełożeń kasety, zwężaniem łańcucha i zwiększaniem się jego tolerancji na coraz większe przekosy. Entuzjastycznie nastawiony do swojego projektu Jason szybko uzupełnił: Łatwo możemy to rozwiązanie dodatkowo osłonić przed wpływem środowiska i zachlapaniem. Np. dla użytku w przełajach czy MTB. Myślisz że będzie to konieczne? Wszedłem mu w słowo. W błotnistych warunkach uszczelnienie łożysk będzie wystarczające, ale większe zanieczyszczenia – patyki, grudki ziemi mogłyby zwiększać straty. Wprawdzie przestrzenie pomiędzy zębami zaprojektowaliśmy tak żeby praca rozet z łożyskami wypychała zabrudzenie z kłów, podobnie jak ma to miejsce w tradycyjnym łańcuchowym napędzie rowerowym, ale osłony nie zaszkodzą. 

Jason Smith opisując swoje rozwiązanie zwrócił uwagę na specyficzne ukształtowanie kłów przekładni: Mają łukowaty kształt, co skompensowaliśmy specjalnym ułożeniem łożysk na kształt płatków rozwijającego się kwiatu. Łożyska przetaczają się po łuku zęba utrzymując liniowość punktu styku, dzięki czemu uniknęliśmy ślizgania się łożyska, eliminując tarcie inne niż wewnątrz łożyska. Zresztą podczas zazębiania naszego rozwiązania stykają się tylko dwa punkty, co w porównaniu do ośmiu punktów kontaktu w zwykłym łańcuchu także ma znaczenie i kreuje różnice w oporach na korzyść naszego rozwiązania. 

Rozwiązanie powstało w Colorado i jest wynikiem współpracy z tamtejszym uniwersytetem a konkretnie jego wydziałem budowy maszyn. Opatentowano je dla Ceramic Speed, a prace realizowano w formacie Skunk Works, czyli wysoce niezależnym dziale wewnątrz dużej organizacji. Pozwoliło to pominąć część procedur ekonomiczno-zarządczych właściwych korporacjom, ponieważ mogłyby powstrzymać tempo prac.

Testowaliśmy model – brzydki, toporny, jednobiegowy i wykonany ze stali. Ale to nie jest fantasmagoria. Tylko rama z podniesioną rurką łańcuchową [ech ta nomenklatura sprzed wieków – przyp. red.] jest niestandardowym elementem. W prezenterze użyliśmy przemalowanych korb Campagnolo, do których przykręciliśmy obrobioną CNC rozetę z kłami, ale na klasycznym pająku. Z tyłu znajduje się normalne koło z bębenkiem. Model pozwolił określić jak rozwiązanie sprawdza się w realnym świecie. Kiedy wreszcie włączyliśmy go do testów na naszej platformie testowej do badania oporów napędu i wreszcie zaczęły spływać cyfry, wszyscy byliśmy oszołomieni rezultatami. Powiedziałem „o kurcze naprawdę mamy to!” – mówi szczerze podekscytowany Jason Smith i dopiero zaczyna się rozkręcać: W tym prezenterze zastosowaliśmy trzynaście koncentrycznych rozet. Ale ich ilość nie jest niczym ograniczona – przecież mogłoby być ich nawet tyle – w tym momencie pokazuje, że mogłyby wypełnić całą przestrzeń w kole i dalej snuje wizje: Wałek mógłby zawierać serwomotor z baterią i sterownikiem zmieniającym długość drążka i przesuwającym rozetę z łożyskami na tarczy zębatej i w ten sposób można by zmieniać przełożenia! Moglibyśmy umieścić w nim pomiar mocy i w ten sposób stworzyć kompletny system. Kiedy rozmawiam z ludźmi podrzucają inne, dalej idące pomysły – a co gdybyście tarczę zębatą skonstruowali tak, żeby jej skrajna część tworzyła tarczę hamulca? Absolutnie! Genialny pomysł. Kiedy go słucham mam wrażenie, że przecież stąd już tylko krok do zautomatyzowania przekazania napędu i stworzenia zintegrowanej jednostki automatycznie dobierającej przełożenia do potrzeb i prędkości kolarza. Ceramic Speed twierdzi, że ma dowody na to, że rozwiązanie Smitha wywołuje 49% mniej tarcia niż w napędzie Dura Ace. Ciekawe ile to byłoby sekund?

Sir Bradley Wiggins może śmiać się z pojęcia „marginal gains” (marginalnych korzyści lub mikro usprawnień), ale niewielu zaprzeczy, że metoda innego uszlachconego za sukcesy Brytyjczyka Sir Dave Brailsforda, który w 2002 roku został szefem British Cycling przyniosła efekty. Zatem zanim roześmiejesz się na myśl, że można poprawić efektywność napędu o jeden procent pomyśl, że detale, jak szkolenie z mycia rąk i pomalowanie podłogi ciężarówki serwisowej Teamu Sky na biało żeby było widać kiedy ją umyć, to elementy które umożliwiły totalną dominację brytyjskiego zespołu.

Rower jest najbardziej efektywnym pojazdem wymyślonym przez człowieka, ale choć jego efektywność w wykorzystaniu mocy znacznie przewyższa wszelkie inne pojazdy nie jest idealna. Ideałem byłaby po osi...

Pozostałe 70% treści dostępne jest tylko dla Prenumeratorów

Co zyskasz, kupując prenumeratę?
  • 10 wydań czasopisma "bikeBoard"
  • Dodatkowe artykuły niepublikowane w formie papierowej
  • Dostęp do wszystkich archiwalnych wydań magazynu oraz dodatków specjalnych...
  • ...i wiele więcej!
Sprawdź

Przypisy