De laatste fietsmysteries

Kun je harder fietsen als je op de trappers staat? Waarom is een stijf frame beter? Fietsingenieur Gerard Vroomen is altijd op zoek naar antwoorden. Michiel van Nieuwstadt

Hennie Kuiper wint Parijs-Roubaix in de stromende regen, ondanks een lekke band. In de Tour de France komt Peter Winnen twee keer als eerste boven op de Alpe d’Huez. En Greg Lemond verslaat Bernard Hinault.

Wielerfan en fietsingenieur Gerard Vroomen beleefde het in de jaren tachtig voor de televisie. “De heroïek van het wielrennen is moeilijk door andere sporten te benaderen”, zegt hij. “Rondjes rennen op een atletiekbaan is toch iets anders dan fietsen in de bergen. Dan krijg je te maken met de natuur, de veranderlijkheid van de omstandigheden.”

Met Cervélo, zijn bedrijf en wielerteam, volgt Vroomen het wielrennen tegenwoordig van dichterbij, maar niet per se met meer plezier. “Als fan hoop je dat het een mooie wedstijd wordt. Dat er veel gebeurt. Maar als we straks meedoen aan de Tour de France dan hoop ik vooral dat we niet nul etappes winnen. Natuurlijk is winnen niet het enige dat telt, maar je zit nu toch met een bepaalde angst. Dat de mensen zullen zeggen: Cervélo, dat was geen succesvol team.”

KOOLSTOF

De Canadese fietsenfabrikant Cervélo werd in 1995 opgericht door Vroomen en zijn studievriend Phil White. In de jaren daarvoor was duidelijk geworden dat de grote merken niet warm liepen voor de vernieuwende aerodynamische modellen van koolstof (carbon) die White en Vroomen tijdens hun studie ontwikkeld hadden. Inmiddels werken er 80 mensen bij Cervélo en nog eens 70 bij het gelijknamige wielerteam dat begin dit jaar is opgericht.

Cervélo is wereldwijd marktleider in tijdrit- en triatlonfietsen. Op een koolstoffiets van Cervélo won de Spanjaard Carlos Sastre in 2008 de Tour de France. En op de Olympische Spelen in Beijing reden drie gouden medaillewinnaars op Cervélo-fietsen.

Vroomen is zojuist in wielerjack en op sportschoenen de stationsrestauratie van Amsterdam Centraal binnengelopen. Cervélo heeft kantoren in Canada en Zwitserland, niet in Nederland. Een dag later vliegt Vroomen naar een fabriek in de Chinese provincie Guangzhou waar de Cervélo fietsframes worden gemaakt.

Vroomen, vorige maand door ingenieursvereniging KIVI-NIRIA uitgeroepen tot ingenieur van het jaar, gelooft in een wetenschappelijke benadering van het fietsen. Cervélo profileert zich als een bedrijf dat liever geld uitgeeft aan testen in windtunnels dan aan marketing – op zichzelf weer geen slechte marketingstrategie. “In het wielrennen vormen renners en ploegmanagement een incestueus clubje van mensen die al sinds hun twaalfde gericht zijn op het winnen van wedstrijden”, zegt hij. “Niet op het ontwikkelen van producten. Als eigenaar van een team kun je duidelijk maken dat feedback op je producten voor jou van cruciaal belang is. Als wij in het lab een nieuw frame of remsysteem ontwikkeld hebben, dan vragen we onze renners om het te testen. Dan kom je er snel achter of er iets te verbeteren valt. Een doorsneerenner gaat niet even met honderd van een berg afzeilen om te kijken of de remmen het goed doen.”

In windtunnels zet Vroomen toprenners op zijn fietsen. “We kunnen precies uitrekenen wat het verschil is als je de Zwitserse wereldkampioen tijdrijden Fabian Cancellara laat rijden op een frame met ronde buizen, of op een aerodynamisch frame. We zetten hem stil op zijn fiets en blazen lucht met een snelheid van vijftig kilometer per uur langs en over hem heen. Met een opstelling die je kunt vergelijken met een horizontale weegschaal kun je de krachten meten die dat oplevert voor verschillende frames en houdingen op de fiets.”

VOORDEEL

Een aerodynamische fiets kan het verschil maken tussen winnen en verliezen, zegt Vroomen, en niet alleen in een tijdrit. In 2007 won Cancellara de derde etappe van de Tour de France. Hij brak los in de laatste kilometer en hield stand met een vol sprintend peloton achter zich. “Je kunt uitrekenen dat Cancellara in een kilometer op een aerodynamische fiets een meter of tien wint”, zegt Vroomen. “Aerodynamisch was zijn voordeel in die etappe misschien nog wel groter, omdat hij in het zadel bleef zitten terwijl de sprinters achter hem uit het zadel kwamen.”

Anders dan auto’s, waarin onnavolgbare software inmiddels een sleutelrol vervult, behoren fietsen tot de moderne technologie die je met gezond verstand moet kunnen doorgronden. Toch zit ook de fietssport vol wetenschappelijke mysteries. ‘Atleten doen verfijnde dingen om hun prestaties te verhogen’, schrijft fietswetenschapper David Gordon Wilson in het standaardwerk Bicycling Science (2004). ‘Veel van die zaken begrijpen we niet. De timing en de richting van de voetkracht op de pedalen, de keuze voor de lengte van de crank, het moment waarop een renner kiest om uit het zadel te gaan lijken allemaal af te wijken van de eenvoudige logica.’

Wanneer moet een renner nu uit het zadel? Het is een ogenschijnlijk simpele vraag die in de praktijk nog niet zo eenvoudig te beantwoorden is. Vroomen: “In principe kun je in het laboratorium bepalen wat belangrijker is, de grotere power die je levert als je gaat staan of de lagere luchtweerstand die je hebt als je gaat zitten. Maar het antwoord op die vraag zal toch altijd weer andere vragen oproepen. Als je erachter komt dat je vanuit het oogpunt van efficiëntie beter kunt blijven zitten, dan wil dat nog niet zeggen dat het ook de beste methode is voor een sprint op de weg. Misschien kun je toch beter even uit het zadel komen, je tegenstander uit het wiel rijden, en na enige tijd weer gaan zitten.”

Mogelijk, zegt Vroomen biedt gedegen statistiek een alternatief voor laboratoriumtests: “Je zou naar duizend sprints kunnen kijken en bepalen welke methode de meeste winnaars oplevert. Bij mijn weten is dergelijk onderzoek nooit gedaan”

Vroomen gelooft niettemin dat profrenners baat kunnen hebben bij een wetenschappelijker benadering. “Joop Alberda, die per 1 januari is aangesteld als algemeen manager van ons team, heeft het vaak over sporters die onbewust bekwaam zijn. Veel zaken die in de praktijk worden toegepast zijn waarschijnlijk wel nuttig, maar niemand weet waarom. Als sporters bewust bekwaam worden, dan kun je ook gaan uitzoeken wat er nog te verbeteren valt.”

ZITPOSITIES

“Neem het nut van staand of zittend fietsen. We weten dat staand sprinten aerodynamisch niet gunstig is. En ook dat je waarschijnlijk meer explosief vermogen kunt leveren als je uit het zadel komt. Dat blijkt uit ons eigen onderzoek.Als je over dat soort zaken nadenkt, dan kun je mogelijk nog wel een betere manier van sprinten toepassen. Misschien is staand sprinten wel heel goed, maar alleen voor de eerste dertig meter. Of alleen in de laatste twintig. Of alleen als je in tweede positie rijdt. Daar kun je achterkomen met tests in het laboratorium, maar die moeten dan wel zorgvuldig worden uitgevoerd. Ik volg alle wetenschappelijke studies over het fietsen, maar het niveau is vaak matig. Het schort vaak aan de opzet van de experimenten. Als je bijvoorbeeld wilt uitzoeken wat de betekenis is van verschillende zitposities op het vermogen dan een renner kan leveren, dan moet je wel heel goed opletten dat je één hoek tegelijkertijd verandert. Dat gebeurt in de praktijk lang niet altijd.”

STIJFHEID

Ook het wetenschappelijk inzicht in fietsframes laat nog wel wat te wensen over. Koolstofframes, zoals Cervélo die maakt, staan bekend om hun stijfheid in combinatie met een laag gewicht. Elke fiets in de Tour de France is ervan gemaakt en dankzij de prijsdaling van de laatste jaren worden ze ook onder amateurs steeds populairder. “Een Tourfiets mag 6,8 kilogram wegen”, zegt Vroomen. “ Voor de stijfheid bij een laag gewicht heb je grote volumes nodig. Voor de aerodynamica wil je het frontale oppervlak van een fiets zo klein mogelijk houden. Zonder koolstof is het haast niet mogelijk om die zaken te combineren.”De directe betekenis van de stijfheid van fietsframes voor de efficiëntie is volgens Vroomen nooit goed onderzocht. Een frame dat niet stijf is kan energieverspillend zijn doordat het frame bij het trappen op de pedalen verbuigt, met als gevolg dat niet alle kracht resulteert in de aandrijving van het achterwiel. De efficiëntie van stijve frames is nooit goed onderzocht. Duidelijk is wel dat het vermogensverlies niet veel meer kan bedragen dan een paar procent. “Dat weten we”, zegt Vroomen, “omdat er bedrijven zijn die vermogensmeters op de markt brengen. De ene zit op het achterwiel, de andere bij de trapas. Als je die allebei op de fiets zet, dan kun je het verschil meten.”

BESTUURBAARHEID

Vast staat ook dat een slappe fiets lastig bestuurbaar is. Vroomen: “Door bepaalde delen van het frame klem te zetten en te vervormen kunnen we de stijfheid precies meten. Tests heben aangetoond dat dit soort metingen een goede correlatie geven met de mening van renners over de bestuurbaarheid van een fiets. Dat oordeel kan per renner wel sterk verschillen. Carlos Sastre bijvoorbeeld, is altijd erg bezig met het comfort van zijn fietsen. Aerodynamica kan hem niet zo veel schelen want hij maakt veel kilometers in een grote groep, van de wind afgeschermd door zijn helpers.” Fabrikanten die reclame maken voor hun zeer comfortabele koolstofframes bedrijven volgens Vroomen vooral gewiekste marketing. Inderdaad houdt het comfort van een fiets verband met de mate waarin een frame doorveert. “Maar uit de stijfheid van het frame kun je niet meer dan 5 of 10 procent verklaren van het totale fietscomfort”, zegt hij. “Als je echt comfortabel wilt rijden dan moet je gewoon wat dikkere banden nemen.”

Ook op het vlak van aerodynamica circuleren veel ‘flauwekulclaims’, zegt Vroomen. “Er zijn wel acht merken die claimen dat ze de snelste fiets ter wereld hebben. Aerodynamische vormen zijn vaak heel simpel, maar om een fiets te verkopen willen fabrikanten er nog weleens een randje aanzetten, of een vleugel, of een verzonken merknaam. Aerodynamisch is dat nadelig. Dave Kennedy, een van onze adviseurs, heeft bedacht dat je dubbele buizen in een frame achter elkaar kunt zetten die met elkaar samenwerken om de aerodynamica te versterken. In theorie is dat een fantastisch idee, maar in de praktijk werkt het niet. Je krijgt te veel interferentie van verschillende luchtstromen. Zo’n idee wordt dan door een andere fietsfabrikant opgepikt. Die zet gewoon twee willekeurige vleugelvormen achter elkaar en klaar. Het werkt niet, maar het kan vanuit marketingoogpunt nog steeds interessant zijn.”

ALUMINIUM

Vroomen: “Je ziet vaak dat een koolstofframe niet licht is, niet stijf óf niet sterk. Dat komt doordat het carbon verkeerd wordt gebruikt, en op de verkeerde plaatsen. Het voordeel van een frame van aluminium is dat een metaal in alle richtingen dezelfde eigenschappen heeft. Met koolstof is dat anders. Dat wordt versterkt met koolstofvezel. In de lengterichting van zo’n vezel is je materiaal sterk, maar dwars erop heb je nauwelijks samenhang, omdat daar alleen de hars de boel bij elkaar houdt. Een carbonframe dat gemaakt is zonder erover na te denken scheurt zo open.”Dit alles betekent dat je goed moet nadenken over het ontwerp van een frame van met vezel versterkte koolstof. Het is belangrijk dat je de vezel op de juiste plaatsen in de juiste richting legt. Dat gaat het beste als je veel stukjes hebt. Een frame dat bestaat uit enkele tientallen grote stukken is vrij snel te produceren, maar dan ligt het koolstof op de meeste plekken in de verkeerde richting. Wij stellen frames samen uit 300 stukken of meer.”

Vroomen maakt zich zorgen over het feit dat koolstofframes forse onzichtbare schade kunnen oplopen: “Een aluminiumframe vervormt als je met een stevige klap tegen de stoeprand oprijdt. Het vervormt vóór dat het breekt. Dat geeft een veiligheidsmarge.”

Koolstof dat een klap vangt kan terugspringen in zijn oorspronkelijke vorm, maar misschien zijn er door de klap wel een paar vezellaagjes losgekomen. Aan de buitenkant zie je daar misschien niks van, maar het is wel gevaarlijk. Vroomen: “Wij zullen de consument duidelijk moeten maken dat je een frame dat aan de buitenkant ongeschonden is, na een ongeluk toch moet worden doorgemeten om te zien of alles in orde is.”