Waar komen die grote wielen vandaan?

De iconische velocipede

Je vindt het waarschijnlijk vanzelfsprekend dat een fiets grote wielen heeft. Iets in de orde van 27″, juist? Maar heb je je al eens afgevraagd waarom dat precies is? Waarom heeft een fiets grotere wielen dan bijvoorbeeld een motorfiets of een auto?

Voor het antwoord op die vraag moeten we terug naar één van de allereerste fietsontwerpen: de velocipede. Op die velocipede waren de trappers vast verbonden aan het voorwiel. Ook in de 19de eeuw trapten mensen liever geen 150 toeren per minuut en om te zorgen dat je met een comfortabele trapfrequentie toch wat snelheid kon halen, werd het wiel dus erg groot gemaakt. Het achterwiel, dat niet werd aangedreven, kon een stuk kleiner zijn. Dit ontwerp had overduidelijk heel wat tekortkomingen. De rijder zat erg hoog op de fiets, wat er niet alleen voor zorgde dat je met je velocipede snel overkop ging, maar ook dat je een hoge val maakte als je je evenwicht verloor.

00617259 2
Velocipede, ©Kansas Historical Society

De fiets zoals we hem kennen

Als antwoord op de gevaarlijke velocipede werd later een nieuw type fiets geïntroduceerd. De zogenaamde veiligheidsfiets ziet er al heel wat bekender uit. Hij heeft twee even grote wielen, die allebei een stuk kleiner zijn dan het grote voorwiel van de velocipede. Zo zit de rijder lager bij de grond, met alle veiligheidsvoordelen van dien. De veiligheidsfiets was mogelijk door de introductie van de kettingoverbrenging op de fiets. Die maakte het mogelijk om het achterwiel sneller te doen draaien dan de trappers, waardoor het wiel kleiner kon worden gemaakt. Ook die kettingoverbrengingen hadden nochtans hun limieten. Ze konden geen overbrenging maken die groot genoeg was om het wiel veel kleiner te maken dan 26″. En zo zijn we het logisch gaan vinden dat een fietswiel zo groot is als het is. Een weloverwogen ontwerpkeuze, maar misschien niet om de reden die je dacht…

378707 2
Veiligheidsfiets, ©MAAS

Waarom nog steeds grote wielen?

Vandaag zijn er talloze versnellingssystemen die toelaten om het achterwiel kleiner te maken dan 26″. Vouwfietsen bijvoorbeeld maken hier gretig gebruik van. Toch blijven we met het vooroordeel zitten dat een fiets of E-bike voor lange afstanden grote wielen nodig heeft. Waarom precies?

Voor comfort natuurlijk!

De kans is groot dat je zelf denkt aan één van de volgende twee argumenten: comfort en stabiliteit. Comfort is een beperkt argument voor grotere wielen. Je rijdt met een groot wiel inderdaad makkelijker over obstakels heen, maar de impact die je voelt wanneer je eroverheen rijdt is niet zo verschillend van diegene je zou voelen met een kleiner wiel. Alles wordt bepaald door hoe goed die impact wordt geabsorbeerd. Dat doet een dikkere band of een vering veel beter dan de langere spaken van een groter wiel.

Voor stabiliteit dan?

Veel mensen vinden het logisch dat een groot wiel stabieler rijdt dan een klein wiel. Nochtans is dit objectief niet noodzakelijk zo. Er zijn heel wat andere factoren die impact hebben op de stabiliteit, zoals de geometrie, de stijfheid van het frame en de ligging van het zwaartepunt. Worden die elementen correct ontworpen, dan hoeft een kleiner wiel helemaal niet minder stabiel te zijn dan een groot wiel. Dat is zelfs aangetoond door de fietsdynamicagroep aan TUDelft, onder leiding van professor A. Schwab. Hij gaf hierover een interessante TED talk, waarin hij ook uitlegt waarom vouwfietsen niet zo stabiel rijden en waarom dat niet de schuld is van hun wielen.

Waarom kleine wielen?

“Allemaal goed en wel dat kleine wielen kunnen op een speed pedelec, maar waarom zou je het willen doen?”, horen we je denken. Wel, er zijn een heel aantal voordelen aan een kleinere maat wielen.

Alweer stabiliteit

Een eerste voordeel is precies de stabiliteit. In een E-bike of speed pedelec zit heel wat massa geconcentreerd rond de wielassen, zoals de naafversnelling en natuurlijk het wiel zelf. Ook veel andere onderdelen die veel wegen liggen ter hoogte van de wielas of boven het wiel, denk maar aan de bagage die je meeneemt. Door de wielen kleiner te maken kan je dus het zwaartepunt van je E-bike doen zakken. Een lager zwaartepunt heeft een groot effect op de stabiliteit én het rijgevoel.

Ook de wielbasis – dat is de afstand tussen het grondcontactpunt van voor- en achterwiel – speelt een belangrijke rol. Een langere wielbasis maakt je pedelec wat minder wendbaar maar ook een stuk stabieler bij hogere snelheden. Jammer genoeg zorgt een langere wielbasis ook voor een langere fiets. Tenzij je de wielen kleiner maakt, want zo kan de fiets zelfs korter worden wanneer de wielbasis verlengt. In tegenstelling tot wat je misschien dacht kunnen kleine wielen dus zelfs een voordeel zijn voor de stabiliteit van je speed pedelec!

ELLIO ELITE SIDEVIEW FOLDER 20190826
Ellio Elite. Let op hoe laag de twee motoren, de batterij en de bagage zit.

Veel ruimte op een kleine E-bike

Een tweede en eigenlijk evident voordeel van kleine wielen is ruimte. Kijk naar het zij-aanzicht van een fiets met 27,5″ wielen en je ziet vooral heel erg veel wiel. Waar wiel zit, kan je niets anders kwijt: geen batterij, geen bagage, geen motor. Om aan te geven hoe belangrijk dit verschil is hebben we het even uitgerekend. Gaan we uit van een wielbasis van 1,2 meter en een stuurhoogte van 1 meter, dan heeft een E-bike met 20″ wielen een totaal zijoppervlak van 1,7 vierkante meter. 1,3 vierkante meter is nuttig oppervlak. We verliezen dus 23% van het totale oppervlak aan wiel. Doen we hetzelfde met 27,5″ wielen, dan krijgen we niet alleen een veel grotere fiets (1,95 vierkante meter), maar ook minder nuttig oppervlak (slechts 1 vierkante meter). Dat komt omdat we bijna de helft van het oppervlak verloren zijn aan wiel.

Licht, stevig en efficiënt

Daarnaast zijn er nog een heel aantal andere voordelen. Zo is een klein wiel een stuk lichter dan een groot wiel met dezelfde band. Een klein wiel is door de kortere spaken en kleinere velg ook een stuk steviger. Tenslotte heeft een klein wiel ook het voordeel dat het sneller ronddraait. De elektrische motoren die de wielen aandrijven draaien zo ook sneller en dat heeft dan weer het voordeel dat ze efficiënter kunnen werken.

De nieuwe norm?

Ondanks het vertrouwde beeld van de fiets met grote wielen is er dus wel heel wat te zeggen voor een maatje kleiner. Met Ellio zetten we alvast de stap naar wat wij als de nieuwe standaard in E-bike ontwerp beschouwen.