Carbon Clincher test mei nummer

[roger68]

Met veel interesse heb ik het artikel in het Mei nummer van Fiets gelezen over carbon clincher. Ook omdat ik (binnenkort) zelf eigenaar ben van een setje Bora Ultra’s.
Met stijgende verbazing lees ik dat 6 van de 9 setjes de Stockeu test niet overleven. Hoewel de test zelf zwaar is opgezet (113kg in totaal, 1 rem gebruiken en slepend remmen) is de Stockeu nu ook weer geen zware, lange col (je zult maar de Mortirolo afmoeten). Deze praktijkresultaten vind ik echt ongelofelijk!

Wat niet helemaal duidelijk voor mij wordt, is het exacte faalmechanisme. Er wordt wel gesproken over ‘temperatuur stijging’, ‘slechtere warmte afvoer’, ‘klapband’, etc, maar wat nu wanneer waarom kapot gaat is mij niet helemaal duidelijk. Zeker ook e.e.a. in relatie tot verschil met aluminium velgen.

Zelf vermoed ik dat bij de carbonvelgen tijdens het remmen de temperatuur lokaal hoog oploopt. Meer dan bij aluminium omdat de warmtegeleiding van carbon/epoxy lager is (circa 80 W/mK voor carbon vs 240 W/mK aluminium). M.a.w. bij carbon wordt de velg heel lokaal warm in de cirkel waar het remblokje langs de velg wrijft, bij aluminium wordt de warmte meer verdeeld over de hele velg.
Bij deze hoge lokale temperatuur neemt de sterkte van carbon zeer sterk af, velg vervormt daardoor en uiteindelijk schiet buitenband over velg / binnenband klapt. Aluminium heeft geen last van deze sterkte afname bij temperatuurstijging.
De drukstijging van de binnenband als gevolg van het oplopen van de temperatuur is in mijn ogen dus niet de oorzaak (zorgt er alleen voor dat velg eerder bezwijkt). Ook zouden (de meeste) carbon clinchers een bandendruk van circa 11 bar, bij normale temperatuur, aan moeten kunnen (zie onder).


Voor de volledigheid ben ik ook nog even aan het rekenen geslagen:

Vrijkomende energie a.g.v. remmen.
In geval van snelheidsverlaging, wordt bij remmen bewegingsenergie door middel van wrijving omgezet in warmte. In de Stockeu test, die wordt uitgevoerd met een constante snelheid, is het de zwaartekrachtcomponent die “weggeremd” moet worden (vandaar de constante snelheid). De hoeveelheid energie (warmte) die hierbij vrijkomt, zal voor zowel aluminium- als carbon velgen echter gelijk zijn! Omdat de wrijvingscoëfficiënt van carbon lager zal zijn, zul je wel harder in de remmen moeten knijpen om een zelfde wrijvingskracht te krijgen. De remkracht (de kracht waarmee het remblokje op de velg drukt) legt echter geen afstand af en levert dus ook geen arbeid.
Op basis van de testgegevens, heb ik een schatting gemaakt van de hoeveelheid energie die bij de Stockeu test vrij komt. Deze hoeveelheid energie is overigens vergelijkbaar met de hoeveelheid energie die het kost om naar boven te fietsen met zelfde snelheid (niet helemaaal 100% gelijk agv bv rolweerstand). Eea in lijn met Wet van Behoud van Energie.
Met de aangegeven testcondities:
m = 73+30+10 = 113kg
minder steil: 8% gem, 1000m lang, 28km/h
steil stuk: 13% gem, 1400m lang, 20km/h
Levert dit:
minder steil: 700W, 128 seconde lang
steil stuk: 800W, 252 seconde lang
Dit zijn idd behoorlijke vermogens gedurende lange tijd! Maar, nogmaals, gelijk voor carbon en aluminium.

Temperatuurstijging a.g.v. vrijkomende energie
De temperatuurstijging zal afhangen van materiaaleigenschappen als warmtegeleidingcoëfficiënt en warmte capaciteit.
Een snelle schatting geeft dat bij bovenstaande vermogens/duur (en bij een goede warmte stroming/overdracht) een blok aluminium van 0,5kg circa 650gr C zal opwarmen! Carbon zal iets minder ver opwarmen a.g.v. een hogere warmte capaciteit (880 J/kg K alu vs 1150 carbon/epoxy).
Dat een dergelijke temperatuur in praktijk niet gehaalde wordt, heeft te maken met afkoeling aan de buitenlucht/rijwind. Dus, als gevolg van deze ‘gedwongen convectie’ zal de velg een bepaalde evenwichtstemperatuur bereiken. Een schatting van deze temperatuur is te berekenen via:
Q = A x h x (Tvelg- T lucht)
Met:
Q: warmte transport (bij evenwicht dus gelijk aan de vrijkomende remenergie, in Stockeu voorbeeld dus 800W)
A: oppervlak (velg+band)
h: warmteoverdrachtscoëfficiënt (op basis van internet-gegevens heb ik 25 W/ m2 K genomen).
Met bovenstaande formule kom ik tot een totale stijging van circa 120 gr C. Dus, bij een begin temperatuur van 20 gr C zal na een tijdje (ergens bij Mercxk monument) de velg een temperatuur hebben van 140 gr C. Dit is dus idd vele malen hoger dan de maximale ‘operating temp’ van bv latex (circa 85 gr C).


Drukstijging binnenband agv temperatuur stijging
Met behulp van de algemene gaswet (p x V = n x R x T) is de drukstijging van de binnenband goed uit te rekenen. Bij een begindruk van 8 bar, zal bij een stijging van 120gr C de druk oplopen naar 11,3 bar. Hoog, maar niet heel extreem. Kijk ik naar de gebruiksaanwijzing van enkele carbon clinchers:
• Zipp: max 8,62bar!
• Campa: geen maximale druk. Wel wordt aangegeven niet de maximale druk van de buitenband te overschrijden. Op bv mijn Vittoria’s staaat een maximale druk van 11bar.

Dus, een beetje samenvattend:
• Vrijkomende remenergie bij carbon en aluminium gelijk;
• Carbon velg zal lokaal (contactcirkel remblokken) warmer worden dan aluminium;
• Na een tijdje zeer intensief remmen kan de temperatuur van velg/band oplopen tot zeker 140gr C;
• Bij carbon zal het iets langer duren voordat de hele velg/banden deze temperatuur bereikt heeft;
• Druk in binnenband kan, bij zowel aluminium als carbon, oplopen tot hoge waarde maar niet heel extreem.

Wil je dus schade voorkomen, zul je moeten zorgen dat temperatuur laag genoeg blijft. Goede remtechniek dus. Het verlagen van de bandenspanning alleen (voor aanvang van afdaling) is onvoldoende. Weliswaar zal in dat geval de band wellicht niet klappen, door de hoge temperatuur zal de velg toch vervormen en in toekomst problemen opleveren (aanlopen ed).

[bw75]

Wat een gave uitleg; ik heb het stuk ook met interesse (en verbazing) gelezen.

Wat ik me als natuurkundige leek afvraag is:

Als ik deze zomer in Italië de Monte Baldo afdaal, ga ik dan risico's lopen met mijn Mavic Cosmic Carbons SLE met 25mm GP4000's (alu-carbon)?


Lengte 20 km Average 5.5%


Ik weeg 80 kg en mijn daaltechniek kan ik wel als belabberd omschrijven. Ik zal niet constant slepend remmen maar ik laat 'm toch ook niet veel harder dan 60 km/u aantikken. Veel meer dan de limburgse heuvels met zo'n 60km/u heb ik niet gedaan.

Daarnaast; hoe doen de pro's dat? Zij remmen natuurlijk niet slepend maar op het laatst wel afschuwelijk hard.
Toch zie je zelden problemen in afdalingen.

[rene-canyon]

Profs rijden op afgesloten wegen en hebben als het goed gaat geen last van tegenliggers.Ik ben zelf ook geen held in het afdalingen nemen, maar vraag me wel af hoe je van de Stockeu af rijdt en daarbij niet slepend te remmen.Het blijft een smalle daling

[koos1978]

Wat een gave uitleg; ik heb het stuk ook met interesse (en verbazing) gelezen.

Wat ik me als natuurkundige leek afvraag is:

Als ik deze zomer in Italië de Monte Baldo afdaal, ga ik dan risico's lopen met mijn Mavic Cosmic Carbons SLE met 25mm GP4000's (alu-carbon)?


Lengte 20 km Average 5.5%


Ik weeg 80 kg en mijn daaltechniek kan ik wel als belabberd omschrijven. Ik zal niet constant slepend remmen maar ik laat 'm toch ook niet veel harder dan 60 km/u aantikken. Veel meer dan de limburgse heuvels met zo'n 60km/u heb ik niet gedaan.

Daarnaast; hoe doen de pro's dat? Zij remmen natuurlijk niet slepend maar op het laatst wel afschuwelijk hard.
Toch zie je zelden problemen in afdalingen.

Je kunt toch af en toe remmen, en dan wat harder? Dan zou t goed moeten gaan.(Bij mij gaan de zero's er onder in juni. Wellicht komen wij elkaar tegen op de Monte Baldo )

[colnagofreak]

Profs rijden op afgesloten wegen en hebben als het goed gaat geen last van tegenliggers.Ik ben zelf ook geen held in het afdalingen nemen, maar vraag me wel af hoe je van de Stockeu af rijdt en daarbij niet slepend te remmen.Het blijft een smalle daling

Ik rij zelf nooit op afgesloten wegen, en rem nooit slepend!
Tegenliggers rijden aan de andere kant van de weg en remmen doe je alleen als het echt nodig is, dus vlak voor de bocht en voor de rest..........laat je de fiets gewoon lopen.

[joopi]

De oosterburen van Tour Magazine kwamen in december tot dezelfde conclusie, daar overleefden ook maar 1 of 2 carbon draadband wielsetjes de test met een, toegegeven, vrij hard protocol. Opvallend vond ik dat Lightweight had bedankt voor de eer om mee te doen, die zeiden er zelfs bij dat ze carbon clinchers niet geschikt vinden voor stevig Alpenpassen-werk. En dat hebben we het nog niet over regenachtige omstandigheden.... Mijn klimwieltjes hebben dus een alu-remrand en wegen nog steeds maar amper 1300 gram.

[Campionissimo]

@colnagofreak: in afdalingen zonder veel bochten zit je dan in no-time op 80 km/h. Wat mij betreft veel te snel om nog verantwoord te zijn.

[colnagofreak]

Tja, als je geen vertrouwen in je materiaal heb.
Bij de Otztaler radmarathon op een wel afgesloten weg verschillende malen boven de 90 km/uur gereden, me daarbij nog nooit ongemakkelijk gevoeld. Overigens voor hooggebergte zou ik altijd aluminium kiezen, maar dat heeft verder niets slepend remmen te maken.

[rene-canyon]

Profs rijden op afgesloten wegen en hebben als het goed gaat geen last van tegenliggers.Ik ben zelf ook geen held in het afdalingen nemen, maar vraag me wel af hoe je van de Stockeu af rijdt en daarbij niet slepend te remmen.Het blijft een smalle daling

Ik rij zelf nooit op afgesloten wegen, en rem nooit slepend!
Tegenliggers rijden aan de andere kant van de weg en remmen doe je alleen als het echt nodig is, dus vlak voor de bocht en voor de rest..........laat je de fiets gewoon lopen.

Ik bedoel er mee; dat profs de bochten op een andere manier kunnen nemen omdat ze toch weten dat er geen tegenliggers aan komen.Ik kan me goed voorstellen als je niet goed bekend bent met de bochten dat slepend remmen bijna niet te vermijden is.met name als de weg smal is, en je moeilijk "door" een bocht kan heen kijken.
En Garmin is dan een goede uitkomst.

[zlyrinx]

Wat een gave uitleg; ik heb het stuk ook met interesse (en verbazing) gelezen.

Wat ik me als natuurkundige leek afvraag is:

Als ik deze zomer in Italië de Monte Baldo afdaal, ga ik dan risico's lopen met mijn Mavic Cosmic Carbons SLE met 25mm GP4000's (alu-carbon)?


Lengte 20 km Average 5.5%


Ik weeg 80 kg en mijn daaltechniek kan ik wel als belabberd omschrijven. Ik zal niet constant slepend remmen maar ik laat 'm toch ook niet veel harder dan 60 km/u aantikken. Veel meer dan de limburgse heuvels met zo'n 60km/u heb ik niet gedaan.

Daarnaast; hoe doen de pro's dat? Zij remmen natuurlijk niet slepend maar op het laatst wel afschuwelijk hard.
Toch zie je zelden problemen in afdalingen.

Ik weeg 70kg en heb mijn alu carbon wielen kapot geremd (voor en achter) bij de afdaling van de Col de Parquetout. Mijn daaltechniek is behoorlijk goed, maar de afdeling is erg technisch en stijl en het is onvermijdelijk om dan veel te remmen. De gelijmde verbinding tussen het aluminium gedeelte en de carbon velg heeft op sommige plekken losgelaten.

Vanaf nu ga ik uitsluitend met volledig aluminium de bergen in. Mede omdat je soms wel slepend MOET remmen, als je bijvoorbeeld achter een auto komt te zitten tijdens een afdeling, die over het algemeen een stuk minder hard gaan dan wielrenners.

[colnagofreak]

Ik kan me goed voorstellen als je niet goed bekend bent met de bochten dat slepend remmen bijna niet te vermijden is.met name als de weg smal is, en je moeilijk "door" een bocht kan heen kijken.

Dat is juist wat ik bedoel, waarom zou je slepend gaan remmen, wel of niet bekend met de weg, remmen doe je voor de bocht zeker in het geval dat je er niet door kan kijken.

Slepend remmen is onervarenheid of angst naar mijn mening.

Vanaf nu ga ik uitsluitend met volledig aluminium de bergen in. Mede omdat je soms wel slepend MOET remmen, als je bijvoorbeeld achter een auto komt te zitten tijdens een afdeling, die over het algemeen een stuk minder hard gaan dan wielrenners.

+1 verstandig!

[Campionissimo]

Heeft niets met vertrouwen in materiaal te maken. Ontwijk maar eens een gat in de weg met 80 km/h, om maar eens iets te noemen.