Hoe fietsremblokken werken: de wetenschap achter remkracht

Heb je je ooit afgevraagd hoe kleine remblokjes op je fiets je fiets snel tot stilstand kunnen brengen?

De meeste mensen weten wat remblokken doen : ze stoppen je fiets. Maar weinigen begrijpen hoe ze eigenlijk werken. Onder elke soepele stop en gecontroleerde afdaling schuilt een mix van natuurkunde, techniek en slimme materiaalkunde!

Laten we de wetenschap achter remblokken eens nader bekijken en uitleggen waarom sommige beter presteren dan andere.

1. De basis: beweging omzetten in warmte

Weet je nog dat we in de wetenschapsles leerden dat energie niet kan worden gecreëerd of vernietigd, maar alleen kan worden omgezet van de ene vorm in de andere? Dat is wat er gebeurt tijdens het remmen!

Wanneer uw fiets rijdt, heeft deze kinetische energie : de energie van beweging.

Kinetische energie kan worden berekend door:

0,5 x massa van het systeem x kwadraat van de snelheid.

We zien dus dat de totale kinetische energie afhangt van twee variabelen:

1) de massa van de berijder en de fiets

2) de snelheid (hoe snel je gaat).

Hoe zwaarder de systeemmassa en/of de snelheid, hoe groter de energie. Snelheid heeft echter een enorme impact op de totale energie, omdat kinetische energie een functie is van het kwadraat van de snelheid.

Elke keer dat je snelheid verdubbelt, verviervoudigt de totale kinetische energie! Daarom is stevig en betrouwbaar remmen cruciaal voor lange afdalingen op de fiets!

Bij hydraulische schijfremmen, die tegenwoordig veel voorkomen op de meeste fietsen, zorgt het indrukken van de remhendels ervoor dat remvloeistof naar:

1. De remklauw die de remblokken tegen de remschijf drukt
2. De wrijving tussen het remblok en de rotor zet kinetische energie om in thermische (warmte) energie, en mogelijk zelfs geluidsenergie (piepende remmen) 😖
3. De rotor en de lucht eromheen voeren de warmte af.

Het is een nauwkeurig omzettingsproces: beweging (kinetische energie) > wrijving > warmte (thermische energie) > fiets stopt.

Te weinig wrijving = slecht remmen.

Te veel hitte = remmen vervagen, glazuur van de remblokken en zelfs kromtrekken van de remschijf!

Daarom ligt bij het ontwerp van remblokken de nadruk op het beheersen van wrijving en hitte, en niet alleen op het creëren ervan.

2. Wrijving: de basis van remkracht

Remblokken stoppen uw fiets door twee soorten wrijving:

Adhesieve wrijving

Terwijl je remblok tegen de remschijf drukt terwijl de remschijven in beweging zijn, zorgen wrijving en warmte ervoor dat een laag remblokmateriaal op de remschijven wordt overgebracht . Dit wordt een overdrachtslaag genoemd - denk aan het wegdek wanneer een auto doorbrandt of drift.

Deze transferlaag is de reden waarom het zo belangrijk is om je remschijven goed in te remmen ! Elke fietser met een schijfremfiets kan beamen hoe zwak de remkracht van schijfremmen is totdat ze goed zijn ingeremd.

Bij het remmen hecht deze overdrachtslaag zich tijdelijk en remt af, waardoor uw fiets langzamer wordt. Bovendien is dit veel minder schadelijk dan het andere type wrijving dat we zullen bespreken: schurende wrijving.

Schurende wrijving

Dit gebeurt wanneer het oppervlak van het remblok zachtjes tegen de remschijf schuurt . Hierbij wordt telkens een klein laagje materiaal verwijderd, waardoor energie wordt omgezet in warmte. Dit leidt tot snellere slijtage van de remblokken en schade aan de remschijf, maar dit is de onvermijdelijke prijs die je betaalt voor het stoppen van je fiets! De energie moet ergens naartoe...

3. Hitte: de verborgen vijand

Bij hard remmen kunnen de temperaturen op het raakvlak tussen remblokken en rotor oplopen tot 250 °C !

Voorbeeld:
Een fietser van 75 kg en een fiets van 9 kg die 40 km/u rijdt, hebben een kinetische energie van ongeveer 5185 J. Bij één remmanoeuvre van 40 km/u tot stilstand, zo hard mogelijk, zouden de twee remschijven ongeveer 47 °C opwarmen. Dit wordt berekend met behulp van de fundamentele warmteoverdrachtsvergelijking.

Δ T =V/( m × c) , waar:

• $Q$ is de thermische energie (de kinetische energie van 5185J),
• $m$ is de massa van de rotor (aangenomen dat deze 110 g bedraagt), en
• $c$ is de specifieke warmtecapaciteit van het rotormateriaal (uitgaande van roestvrij staal).

We gaan er ook vanuit dat de remkracht uiteindelijk verdeeld wordt over twee identieke rotoren en dat er geen warmteoverdracht plaatsvindt tussen het lucht- en rotorsysteem.

Als we het andersom doen, laten we zeggen dat we remmen met 50 km/u onder dezelfde omstandigheden als voorheen, dan zouden de individuele remschijven met 88 °C opwarmen! Let wel, hierbij is geen rekening gehouden met de omgevingstemperatuur.

We merken hoeveel de remschijven en remblokken te verduren krijgen, vooral bij lange en snelle afdalingen of bij zwaardere systemen zoals e-bikes.

Uiteraard moeten de remblokken en de rotor deze warmte goed kunnen verwerken. Anders beginnen de problemen:

• Remfading: Bij oververhitting verliest het materiaal van de remblokken aan wrijving, wat resulteert in een plotselinge afname van het remvermogen. Daarom voegen remblokfabrikanten zoals Shimano koelribben toe aan de achterkant van de remblokken.
• Glazuren: Hierbij smelt de pad enigszins, wordt hard en glad, waardoor de grip afneemt.
• Vervorming van de rotor: Ongelijkmatige warmte-uitzetting zorgt voor vervorming van de rotor, waardoor pulserende bewegingen of wrijving ontstaan.

Als u ooit stalen rotoren geel/bruin/paars/blauw ziet worden, is dit een teken dat het staal begint te oxideren. Dit wijst op temperaturen ruim boven de 200 °C.

4. Alles in balans: warmte, tractie, controle

In de praktijk bepalen zowel wrijving als warmtebeheer hoe goed het remsysteem van een fiets presteert. Maar net als bij auto's kunnen fietsremmen niet onbeperkte kracht genereren of extreme temperaturen eeuwig verdragen.

Zelfs de beste remblokken en remschijven hebben hun beperkingen. Als je ze te hard belast, raken ze oververhit, glazig of verkleuren ze. Maar er is nog een andere beperking: grip .

Hoe krachtig uw remmen ook zijn, ze kunnen slechts zo effectief stoppen als uw banden grip hebben op de weg of het pad . Als de remkracht groter is dan de grip, zullen de banden slippen of grip verliezen, wat de controle vermindert en de remweg vergroot.

Daarom draait een goed remsysteem niet alleen om pure remkracht. Het gaat om de balans tussen:

• Genoeg wrijving genereren om snel en veilig te stoppen
• Het beheersen van de warmte zodat de remmen consistent blijven en
• Dat vermogen moet worden afgestemd op het vermogen van de band om grip te behouden.

Vanuit ontwerpperspectief draait het bij moderne fietsremmen allemaal om deze afweging. Het doel is om maximale remprestaties te leveren zonder in te leveren op controle of stabiliteit , ongeacht de omstandigheden - droog asfalt, los grind of natte afdalingen.

5. Remblokmaterialen

Omdat de situaties waarin iemand met zijn fiets terecht kan komen, zo groot zijn, hebben fabrikanten een assortiment remblokken ontwikkeld met verschillende samenstellingen. Elk type is geschikter voor een bepaalde rijeigenschap dan de andere.

Remblokcomponenten kunnen worden samengesteld uit een zeer grote verscheidenheid aan bestanddelen. Daarom bewaakt elke remblokfabrikant zijn eigen unieke recept!

Klik hier voor meer informatie over de verschillende gebruikte verbindingen!

6. Laatste gedachten

Remmen draait niet alleen om kracht, maar ook om controle, consistentie en vertrouwen . Achter elke soepele stop schuilt een balans tussen natuurkunde en materiaalontwerp.

Je remblokken zorgen voor die balans, elke keer dat je rijdt. Dus als het tijd is om ze te vervangen, kies dan voor remblokken die zijn ontworpen met echte wetenschap achter de rug. Want als het om remkracht gaat, heb je remmen nodig waarop je kunt vertrouwen.

Ontdek TracEdge-remblokken : gemaakt door ervaren Taiwanese ingenieurs die betrokken zijn bij het ontwerpen en produceren van remblokken voor de automobiel-, locomotief- en landbouwsector!

Met ❤️,
Tim