Audio en verlichting in m'n ligfiets, deel 2

Door mux op zaterdag 27 oktober 2012 12:26 - Reacties (26)
Categorie: Fietstechniek, Views: 4.535

Afgelopen woensdag vertelde ik jullie over mijn plannen voor geluid en verlichting in m'n ligfiets. Vandaag het tweede en laatste deel. Werkt alles? En hoe vinden jullie mijn flyers? Wat is dat nou weer voor vraag?

Ik doe trouwens ook aan Twitter tegenwoordig: @EfficientElec

Lees verder »

Vervolg 'de ideale fiets'

Door mux op maandag 23 november 2009 10:53 - Reacties (20)
Categorie: Fietstechniek, Views: 6.871

Een eerdere weblog ging al over mijn idee van een ideale fiets. Dat is, kort gezegd, een Flevobike on steroids. Dit keer ga ik plaatjes gebruiken, dus zal het wat duidelijker zijn. De Flevobike is een ligfiets met kantelknikbesturing. Schaamteloos gejat plaatje van de flevobike in zijn geheel:

http://flevofanclub.ligfiets.net/ch1/bike.jpg

De kantelknikbesturing betekent dat op het midden van het frame het balhoofd zit, in plaats van helemaal vooraan, en in feite is de hele voorkant van het frame zo je stuur. Hier zie je de kantelknikbesturing in werking, zodat je een idee hebt van de plek van het balhoofd:

http://www.die-mertins.de/flevomaniac/images/flevo-bike.jpg

Dit lijkt een gekke besturing, maar het is lang niet zo verschillend van elke andere fiets. Het is zelfs uitermate goed vergelijkbaar met een chopper. Als je de as van het draaipunt van het balhoofd zou doortrekken richting wiel zie je dat deze net niet door de as van het wiel gaat, dit heet naloop. Op een normale fiets heb je ook naloop, daarom staat de vork iets naar voren gebogen. Dit zorgt voor stuurstabiliteit: het wiel kan niet zomaar om zijn as draaien, hij blijft op zichzelf automagisch in het midden staan. Voor ditzelfde doel dient de hoek van het balhoofd, deze is zeer extreem bij de flevobike (45 graden). Er bestaan tegenwoordig ook fietsen die dit hebben, maar die zijn bijna niet bestuurbaar. In principe maakt een grotere balhoofdhoek de fiets ook stabieler, maar het zorgt er ook voor dat je fiets langzamer reageert. Bij lage snelheden moet je snel sturen om je zwaartepunt boven het kantelpunt van je banden te houden (en zodanig niet om te vallen) wat ervoor zorgt dat de flevobike inherent ongeschikt is voor lage snelheden. Daarentegen stuurt hij weer extreem rustig bij kruissnelheden (30-35 km/h). De reden dat dit is gedaan is omdat je niet stuurt met je handen, maar met je benen. Door je voeten naar links en rechts te bewegen, precies haaks op de richting van aandrijving dus, kantelt de hele voorkant en stuur je.

Een groot voordeel van de stuurinrichting van de Flevobike is dat de naloop vergroot bij het remmen. Hoe harder je remt, des te meer gewicht komt er op het voorwiel te staan. De voordemper wordt dan ingedrukt, waardoor de voorvork verder ingeduwd wordt en zodanig de naloop en daarmee stuurstabiliteit wordt vergroot. Geen enkele andere soort fiets heeft dit - allemaal worden ze juist veel onstabieler bij hard remmen.

Je benen zorgen op een ligfiets ook voor het houden van evenwicht, en aandrijving, dus feitelijk doen je benen al het werk op deze fiets. Je handen zijn zodanig vrij voor belangrijker zaken, zoals het lezen van een boek of het afschermen van de zon voor je gezicht.

De flevobike heeft voor- en achtervering en voorwielaandrijving. In de originele flevobike zit geen achterrem. Dit is gedaan om het achterdeel gemakkelijk los te kunnen koppelen. Het balhoofd is gemakkelijk los te maken waardoor voor- en achterdeel los van elkaar komen. Je kunt hem dan op 3 compacte manieren opvouwen en in de trein meenemen als vouwfiets, of in een achterbak van een Fiat Panda.

Tot zover de voordelen. Nu de nadelen:

- Voorwielaandrijving en een hoop gewicht op het achterwiel zorgen regelmatig voor wielspin bij optrekken. Bergop is bijna niet te doen, je maximumkoppel is zeer beperkt.
- Achterrem (drag brake) is erg handig voor afdalingen en rustig afremmen voor een stoplicht, maar zit er niet op.
- Tandwielen zijn erg groot door kleine wielmaat, lastig te krijgen, duur, gevaarlijk, moeilijk te beschermen.
- Alles wordt vies door lastigheid monteren spatborden
- Lengte-afstelling nog te lastig
- Totaal niet voorbereid op verlichting
- Ook met naafversnellingen nog kettingspanner nodig (=derailleur/OnOne Doofer)
- Stuur zit eigenlijk in de weg en maakt de fiets onnodig breed
- Geen plek voor slot
- Fiets is zwaar (mijn huidige flevobike is 18 kg)
- Opdelen in twee stukken en opvouwen duurt veel te lang voor een drukke trein

Hier wil ik wat aan gaan doen. Hier heb ik eigenlijk grootendeels al wat aan gedaan: ik heb een derailleur gemonteerd voor het spannen van de ketting, een kettingbeschermrand, achterrem (Shimano Rollerbrake), verlichting (2x1W LED). Maar eigenlijk is de fiets nog steeds fundamenteel fout. Zeker de gewichtsverdeling is lastig te fiksen. Dus, hij gaat overnieuw. Het ontwerp is inmiddels uit '90 dus dat mag wel eens geŁpdatet worden.

Hiervoor ben ik nu de oude Flevobike in CATIA aan het tekenen aan de hand van de originele bouwtekeningen (staan online op flevofan.ligfiets.net). Het resultaat tot nu toe is enkel het stalen frame:

http://tweakers.net/ext/f/vJjv3HmcjXQ4WuAwCtEm49q5/full.png

Dit weegt op zichzelf al 6,8kg, wat vrij zwaar is voor een frame alleen. Ik wil namelijk de volgende onderdelen op mijn toekomstige, verbeterde flevobike maken:

- SRAM P5 naafversnellingen met i-Brake voor (vanwege de uitstekende range, 250%, en kleine inbouwmaat)
- SRAM i-Brake achter
- Veer-dempelementen ipv rubber blokken
- Uitschuif-lengteafstelling (ipv klemblok)

De voornaaf alleen is al 2 kg, de achternaaf 1kg. Gezien dit flink grote onafgeveerde massa's zijn moeten er brede banden op, een Big Apple of Marathon Plus bandje weegt ook al 500 gram (op 406-maat). De rest van elk wiel is ook nog 300g, dus dat brengt de wielen alleen al op 4,6kg. In combinatie met het originele frame zit ik dan al op 11.4kg, en dan moet ik nog het stuur, verstellers, stoeltje, lagers, trapas, crankset, ketting, kettingspanner, kabels en verlichting. Dit kan nooit licht worden, dus ik zal echt iets aan het frame moeten doen. Ik wil met het oog op onderhoudsvriendelijkheid en betrouwbaarheid absoluut niet af van de naafversnellingen en -remmen. Er zullen dus ook lichte aandrijfelementen moeten worden gebruikt: een gereduceerde kettingspanner en misschien een Ultegra of Deore LX aandrijfinrichting.

Echter, ik ben ook een elektronica-enthousiast, dus elektriciteit zal er komen:

- Dynamo met magneetjes in het wiel, inductor op het frame (inmiddels wel redelijk bekend, maar ik wil er 5W uit kunnen trekken)
- Compartiment met lader voor 18650 Li-ion cellen (standaard-cellen in laptop-accu's)
- Draadloze communicatie tussen voor- en achterdeel van het fiets
- Voorlicht: 5W witte LED (dimbaar)
- Achterlicht: 1W rode LED (dimbaar)
- Fietscomputer: voorwielsnelheid, achterwielsnelheid, slipindicator, accelerometer, lichtsensor, liefst ook remlichtaansturing (lastig te implementeren), batterijindicatie in uren, standaard-fietscomputerfeatures
- Liefst ook trapkrachtmeting, maar eerder heb ik dit geprobeerd en dit heeft toch meer voeten in de aarde dan ik dacht.
- IP55 (spat- en stromend-waterdicht)

Er zitten een paar dingen in deze wensenlijsten die niet met elkaar stroken. Zo wil ik hem gemakkelijker uit elkaar kunnen halen (snelspankoppeling bijvoorbeeld) maar ik heb ook zowel een elektrische als een remkabelkoppeling nodig tussen voor- en achterdeel. In de koppeling moet dus, zonder dat ik apart zelf wat moet losmaken, een elektriciteitskoppeling en een krachtoverbrengingspalletje zitten. Het is geen optie om met een servo te gaan remmen, dan ben ik het hele voordeel van de geweldige remkrachtmodulatie van moderne naafremmen kwijt. Dit is een van de enige onderdelen waar ik niet zeker van ben of ik die wel kan oplossen.

To be continued. Dit is een langlopend project, ik verwacht er tot en met de komende zomervakantie mee bezig te zijn.

De ideale fiets

Door mux op dinsdag 22 september 2009 23:41 - Reacties (23)
Categorie: Fietstechniek, Views: 5.241

Dit keer eindelijk eens een technische blog, want op een gegeven moment word je toch een beetje ziek van mijn gezever over zweverige onderwerpen. Sorry daarvoor, maar deze weblogs zijn een geweldige plek om je ei kwijt te kunnen over onderwerpen waar je normaal niet zo snel over kunt praten zonder ofwel een flame war in W&L te starten, ofwel een fysiek persoon ernstig te vervelen.

Ik ben een groot fan van de fiets, en mijn redenen zijn zo nerderig als ze maar kunnen zijn: Ik ben absoluut zot op de techniek. Niks modegevoelige argumenten zoals 'het is goed voor het milieu' of 'het is goed voor mijn lichaam'. I don't care! Het is techniek op zijn best. De fiets is van alle vervoersmiddelen de beste op zoveel manieren.

Er is geen middel dat een persoon efficienter vervoert. Als je naar transportefficientie (structurele efficientie) kijkt (dat wordt meestal uitgedrukt als laadgewicht gedeeld door voertuiggewicht) is een fiets beter dan alles behalve de benewagen - een tourfiets haalt meer dan 1000% transportefficientie! Kijk je naar energie-efficientie, dan is het wederom pure winst. Een fiets van 12 kg kan je voortbewegen met 40+ km/h bij een niet onmenselijke inspanning van 200W. Bij diezelfde inspanning ga je lopend niet sneller dan 20 km/h. Verder zijn fietsen de eenvoud zelve!! Natuurlijk zijn er allerlei apparaten bedacht op fietsen zoals derailleurs, dubbele balhoofdlagers en jakkie, hydraulische remmen. Maar in beginsel heb je al vrij snel het concept van een fiets te pakken. Geweldig. Lang niet zo complex als het eerstvolgende op de complexiteitsladder.

Als leek zijn fietsen fietsen. Ohja, er bestaan ook nog mountainbikes maar die fietsen vooral heel zwaar. Makkelijk om de boodschappen mee te doen, maar niet teveel. Niet proberen om ermee naar je werk te gaan want je komt bezweet aan en zult net zien dat je zowel wind als regen tegen hebt. Het leuke van de fietsenthousiasteling is dat zijn enthousiasme daadwerkelijk wordt beloond - je begint in te zien dat de fiets een waardig alternatief is voor veel dagelijkse taken. Sinds een jaartje rijd ik vrijwel exclusief op ligfietsen, en dit type fiets is veel meer dan 'he mama, wat is dat voor een rare fiets?'. Het is nog een prachtige, eenvoudige en efficiente variatie op het fietsthema dat de deuren openzet tot een nog bredere toepassing van de fiets. De nuttige gebruiksradius van de fiets is opeens eerder 20 dan 5 km, je kunt gemiddeld 25 rijden in plaats van maximaal, maar je verliest niet zoals in de auto al je vrijheden. Sterker nog, je lijkt nog een heel stuk vrijer te zijn in zowel je blikveld als je bewegingsmogelijkheden.

In deze trend was ik laatst in de trein aan het nadenken. Wat kan ik nou nog niet met mijn fietsen? Hoe kan ik een fiets verbeteren zodat hij nog functioneler wordt? Wat is, kort gezegd, de ideale fiets? Snel kwam ik al tot de conclusie dat ik noodgedwongen altijd een tweedeling zal moeten maken. De fiets kent namelijk een gigantische beperking, en dat is de persoon die erop zit.

Praktisch: de flevobike
De mens op de fiets kan maar heel weinig vermogen leveren (typisch 100-150W) en is snel moe of anderszins niet in staat door te blijven gaan. Omdat je toch vaak verder dan 20 km moet reizen, moet je een kunstgreep uithalen. De kunstgreep die ik hier voorstel is simpel: gebruik de trein.

De flevobike - of exacter: de Flevobike Bike - is een ligfiets, maar een hele rare. Hij heeft geen conventioneel stuur, maar knikt in het midden van het frame. Je stuurt door je benen naar links en naar rechts te 'schuiven'. Gezien je op een ligfiets je benen ook doorgaans voor voortstuwing en balans gebruikt betekent dat dat dit een fiets is die je simpelweg niet zomaar gebruikt, je hebt ruwweg een maand oefening nodig voor je hem doorhebt. Langer zelfs dan een conventionele (diamant-frame) fiets. Echter, je krijgt er *zoveel* voor terug:

Je hebt enkel je benen nodig, je handen zijn vrij behalve bij remmen en schakelen. Je kunt zwaar materieel op je buik vasthouden, een boterham eten, telefoneren (niet legaal in nederland!), mensen twee middelvingers tegelijk laten zien ter vergelijking van de anatomie, wat je maar wil. Maar belangrijker: in tegenstelling tot een normale fiets heb je geen shimmy (tankslapper) als je 40 km/h met handen los rijdt. Het is daadwerkelijk veilig en 'de bedoeling' om deze fiets zo te gebruiken. Maar dat is nog maar ťťn voordeel. Ik noemde eerder al de trein: de flevobike is deelbaar en als zodanig een vouwfiets. Hij kan gratis mee in de trein. Verder is hij dubbel geveerd, dus vergeleken met alles behalve diepgeveerde mountainbikes uiterst comfortabel.

Echter, er zitten enkele nadelen aan mijn flevobike. Veruit het zwaarst wegende nadeel is... het gewicht. Hij weegt 19 kg zoals ik hem heb gebouwd, en dat is te zwaar om zomaar door iedereen de trein in gedragen te kunnen worden. Andere nadelen zijn de slechte vorklagers (kraak... kraak elke keer als je vering ingedrukt wordt), beperkte verstelling en missende mogelijkheid voor bagage. Persoonlijke keuzes die niet al te best zijn: Voor het spannen van de ketting gebruik ik een volledige derailleur terwijl ik enkel een naafversnelling heb, dat is een hoop nutteloos extra gewicht. Mijn naafversnelling zelf is een oude Sachs 3-speed van meer dan 1,5 kg en moderne Shimano en SRAM 3-speeds zijn prima onder de 800g te krijgen. Ook gebruik ik Schwalbe Marathon Plus banden van 800 gram per stuk (20"). Dit kan allemaal beter.

Een ideale flevobike zou ongeveer 10 kg wegen. Dat valt te bereiken door:
- smallere velgen met lekbestendige smallere banden (maar uiteraard geen racebanden)
- lichtere naafversnellingen
- Crankstel te integreren met een uitschuifbare stelbuis in plaats van de constructie die nu voorop zit
- ronde gebogen (niet gelaste) buizen te gebruiken
- spaceframe voor de vorken te gebruiken met een veer+dempelement ipv rubber (niet zozeer lichter, maar wel een stuk minder jumpy)
- lichtere afwerkrand om het stoeltje (wordt vaak overheen gekeken, maar de afwerkrand om het stoeltje weegt bijna 500g)
- Minder heavy-duty crankstel, kleiner voorblad en kleiner pignon op de naafversnelling
- On one doofer of vergelijkbare kettingspanner ipv derailleur
- Veel meer rudimentair stuur, je gebruikt hem toch alleen om de remhendel aan op te hangen
- plastic spatbord in plaats van metalen framedeel, verlichting kan aan de wielas.

En een algemene toevoeging die nuttig zou zijn is bijvoorbeeld een Radical backpack oid - dat is een bagagebox die ook dienst kan doen als rugtas. Uiteraard wel een groter model waar een laptop in past want wat moet je in je leven zonder laptop?

Snel: een betere velomobiel dan nu verkrijgbaar
Als je ergens wilt komen en je bent volledig op eigen vervoer aangewezen, dan wil je dat eigen vervoer zo snel mogelijk maken. Er is fysisch niet echt een reden waarom fietsen niet 80 km/h gaan - nouja, je hebt die vervelende luchtweerstand. Daar is echter een prima oplossing voor.

In deze sectie gooien we elke praktische overweging in de prullenbak. Dit is een fiets voor snelheid en bagagevermogen - een volledige autovervanger, althans, een eenpersoons-autovervanger. Uiteraard moet je er in de stad wel mee kunnen rondrijden, maar liefst rijd je op lange rechte wegen om snelheid te houden en daadwerkelijk op de plaats van de bestemming aan te komen.

M5 heeft bewezen met hun carbon racekuip dat je met een inspanning van 250W meer dan 70 km/h kunt gaan op een fiets. Echter, als luchtvaartingenieur (nouja, B.Sc.) zie ik fouten in hun ontwerp en anderszins dingen die beter kunnen. Ik weet dat de kuipvorm niet ideaal is omdat ze om de een of andere reden dachten dat hij zo krap mogelijk om de persoon heen moet passen die erin zit. Echter, dat is niet waar.

Er bestaan aerodynamische vormen - en dan heb ik het niet over de duizend keer besproken NACA 0012 vleugelprofielen - die vrij 'dik' zijn en alsnog ongelooflijk lage luchtweerstand geven bij snelheden in de buurt waarvan je zo'n velomobiel wilt gebruiken. De crux zit hem erin dat je een aerodynamisch profiel moet ontwerpen op een bepaalde snelheid en M5 heeft die snelheid te laag genomen. Een profiel dat niet persť uitblinkt in efficientie bij 50 km/h kan een stuk beter dan de concurrentie zijn bij 80 km/h, zeker als - in aerospace termen - het flowregime tussentijds veranderd is (bijvoorbeeld als je van quasi-potential flow naar viscous flow gaat). Nog een belangrijk punt bij M5's velomobiel is dat hij aan de onderkant niet goed is ontworpen op minimale weerstand. Ik voel bij het bekijken van de plaatjes en filmpjes de vortices al shedden vanaf de scherpe randjes onderop. Maar ik ben nu misschien iets teveel in jargon aan het praten.

Waar het op neerkomt is dat ik zeker weet dat het met een beetje aerospace-expertise mogelijk is om een velomobiel te ontwerpen die 80 km/h gaat bij 200W inspanning - ja, ik zei 200W. Een sterveling kan 150W urenlang volhouden, en bij die inspanning zou je dan alsnog 70 km/h gaan (sidenote: als je 30 km/h tegenwind hebt ga je dan nog maar 40, maar dat negeren we even om deze fiets mooier te laten lijken dan hij is, share the enthusiasm!). En dan kun je opeens met de *fiets* van den haag naar utrecht in een uurtje, even snel als de trein! Nog veel leuker is het feit dat je vele automobilisten in de file op die manier voorbij kunt rijden.

Ik heb een redelijk idee van de aerodynamische vorm die nodig is om dat te bereiken en het mooie hiervan is dat - zoals eerder gezegd - deze vorm niet persť bijzonder slank hoeft te zijn. Je kunt best wat bagageruimte hebben. Met een beetje intelligent pas- en meetwerk kun je het frame grootendeels integreren in de huid (stressed skin, sparred skin, wat je wilt) en houd je eigenlijk een zee van ruimte binnenin over. Je kunt er geen ikea-wandmeubel in kwijt uiteraard, maar voor die paar keer dat je dat moet vervoeren kun je prima de auto nemen. De rest van de tijd, de rest van je bagage, het kan allemaal in de velomobiel!

Conclusie
Er is helemaal geen conclusie. Ik heb nu vanuit mijn technisch enthousiasme mijn ideeŽn geuit. Aan de ene kant een zeer transporteerbare fiets waar comfortabeler dan op welke andere fiets dan ook te bewegen valt. Dat niveau van comfort gecombineerd met die snelheid is ongeŽvenaard, en het kan ook nog eens behoorlijk goedkoop ťn licht. Gewoonlijk krijg je in de fietswinkel te horen: cheap, light, fast, comfortable, pick two and I can help you. Deze fiets kan het allemaal.

Aan de andere kant is er het ultieme snelheidsmonster dat nog steeds alles kan vervoeren dat je gewoonlijk mee wilt nemen, en welke ook geschikt is voor mindere weersomstandigheden en langere afstanden. Net als de auto niet iets dat je elke dag nodig zult hebben of gebruiken, maar alsnog ideaal in zijn eigen toepassingsgebied.

Wat vinden jullie? Heb ik het juist, heb ik het fout, mis ik iets? Zijn er conventionele fietsen die eigenlijk even goed of - god verhoede - beter zijn?