Nanotechnologiczny kot Leonarda

Ekwipunek: test piasty Fallbrook Technologies NuVinci
Nanotechnologiczny
kot Leonarda
Potwór dotarł do mnie tuż przed starosłowiań- Historia
Nad tematem przekładni planetarnych pracował już
skim świętem Halloween. Przyniósł go kurier
renesansowy geniusz Leonardo da Vinci (ten od kodu).
On też wymyślił łożysko kulkowe, a omawiana piasta jest
z UPS Express, popatrzył na mnie dziwnie
czymś pomiędzy przekładnią planetarną, a dużym łożyi uciekł. Gdybym napisał, że w tym momencie skiem kulkowym, stąd nazwa - NuVinci. Cztery wieki po
Leonardzie pojawiły się liczne przekładnie, umożliwiające
na zewnątrz rozszalała się burza z piorunami, płynną zmianę przełożeń. Stosowane były w maszynach
i samochodach, jednak żadna z nich nie nadawała się
to bym jednak trochę przesadził…
do roweru.
Potwór był zapakowany w solidne pudło wyłożone sztywną pianką polietylenową, aby w czasie podróży nie zdemolował otoczenia. Ostrożnie otworzyłem
pudło i długo na niego patrzyłem, zastanawiając się, czy tak będzie wyglądać przyszłość… Czekałem na ten moment od ponad dwóch lat, kiedy to
w internecie, na witrynie „Howstuffworks”, przeczytałem o planach produkcji
przekładni bezstopniowej do roweru. W przeciwieństwie do dziesiątek (jeśli
nie setek) modeli wcześniejszych, ta miała szansę naprawdę działać.
W swoją ocenę zacząłem nieco wątpić po rozmowie z panem Rohloffem na
targach IFMA 2006. Twierdził, że temat przekładni bezstopniowej pojawia się
w rowerach regularnie niczym czkawka i równie regularnie znika, gdyż to, co
działa wspaniale jako makieta, po zainstalowaniu w rowerze i skonfrontowaniu z rzeczywistością, a dokładniej - z momentem obrotowym, zbliżonym do
wytwarzanego przez silnik małego samochodu, działać przestaje.
Jednak na targach IFMA Cologne 2007 firma Hercules zaprezentowała na
swoim stoisku rower Leonardo, wyposażony w piastę NuVinci. Co więcej, drugi
egzemplarz tego roweru znajdował się na torze próbnym i można było go dosiąść. Ze względu na rozmiar toru i liczne dzieci ujeżdżające wszystko, co miało koła, nie można się było rozpędzić, ale zyskałem pewne pojęcie o działaniu
piasty w praktyce, a mój apetyt na jej posiadanie wyraźnie się zwiększył…
56
bi k eB oar d #3 mar zec 2008
Dopiero pod koniec lat 90. Donald C. Miller, entuzjasta
pojazdów o napędzie mięśniowym, zainteresował się
zbudowaniem najszybszego roweru na świecie. Stwierdził, że jednym z czynników ograniczających prędkość
jest system napędowy. Przeanalizował koncepcję znanych przekładni bezstopniowych, i kolejne eksperymenty
doprowadziły go do opracowania całkowicie nowego
rozwiązania - bezstopniowej przekładni planetarnej.
Przy okazji okazało się, że potencjał techniczny nowej
przekładni jest znacznie większy, niż sądzono początkowo. Badania przekładni wykazały, że technologia jest
wprost rewolucyjna - zapewnia uproszczenie konstrukcji i wzrost niezawodności w stosunku do przekładni
konwencjonalnych. Stwierdzono, że system może
znaleźć zastosowanie wykraczające daleko poza rowery,
w niemal wszystkich urządzeniach wymagających zmiany
przełożeń. Może znaleźć zastosowania w dziedzinie
energii wiatrowej, zapewniając stałe obroty generatora
niezależnie od prędkości wiatru, jak i w pojazdach elektrycznych, maszynach rolniczych, robotach itp.
Zębatki w płynie
Przekładnia NuVinci CVP (Continuous Variable Planetary - bezstopniowa przekładnia planetarna) łączy zalety
bezstopniowej przekładni toroidalnej (takiej, w której
płaszczyzny robocze mają kształt torusa) z najlepszymi
cechami przekładni planetarnej. Przenoszenie momentu
zapewnia w niej toczenie, jednak - w przeciwieństwie do
większości przekładni toroidalnych - rozkłada się on na
wiele kul, znajdujących się w stałym położeniu względem
siebie (jak w łożysku). Obniża to nacisk w punktach styku kul z bieżniami oraz znacząco poprawia wytrzymałość,
możliwość kontroli i wielkość przenoszonego momentu. Dzięki temu również
części są łatwe w produkcji, a sama przekładnia ma zwartą konstrukcję.
NuVinci jest jedyną piastą, łączącą w sobie możliwość płynnej zmiany prędkości obrotowej, typową dla przekładni bezstopniowych, z zaletami przekładni
planetarnej. Uzyskiwany moment może być obniżany lub zwiększany, podobnie jak w zwykłej przekładni epicyklicznej, jednak nie skokowo, lecz płynnie.
Kule stykają się z dwiema bieżniami - napędzającą i napędzaną. Gdy oś
obrotu kul jest równoległa do osi piasty, przełożenie wynosi 1:1. Dzięki przemieszczaniu wodzików, nachylenie osi obrotu kul względem osi piasty może
się zmieniać (astronom określiłby to zapewne mianem precesji). To z kolei
powoduje płynną zmianę punktów styku bieżni z kulami, a w konsekwencji
zmianę promieni styku, a zatem - obwodów roboczych.
Kule-planety w przekładni NuVinci
CVP stanowią rodzaj napędu ciernego. Każdy napęd cierny, aby działać,
wymaga nacisku (np. koła lokomotywy nie ślizgają się dzięki wielkiemu
naciskowi wywieranemu na szyny).
Siła ta zwana jest „siłą normalną”
lub nacisku (clamp force) i zapobiega poślizgowi kul wobec bieżni.
Jednak przekładnia NuVinci działa
nie tylko dzięki naciskowi, ale przede
wszystkim - dzięki zębatkom wirtualnym, a raczej… zębatkom w płynie.
Na zlecenie firmy Fallbrook Technologies, producenta NuVinci, firma
Valvoline wyprodukowała specjalny
olej, zawierający nanocząsteczki.
W wielkim powiększeniu widać,
że mają one kształt bumerangów.
W stanie swobodnym unoszą się
one osobno, a pod naciskiem, występującym pomiędzy kulą a bieżnią,
łączą się z sobą, scalając na
moment kulę z bieżnią. Dzięki temu
efektywność całkowita NuVinci jest
porównywalna z efektywnością przekładni konwencjonalnych, a w sytuacjach wymagających częstych zmian
biegów - przewyższa ją.
Ponieważ wewnątrz piasty nie ma
żadnych zapadek, sprężynek itp.
elementów ulegających zużyciu
i awariom, nie wymaga ona serwisowania. Olej według instrukcji należy
wymienić co 2,5 roku lub co 10 tysięcy kilometrów. Po prawej stronie,
od czoła, pomiędzy osią a kołnierzami, znajduje się śruba imbusowa,
stanowiąca korek do wymiany oleju
(cykliści ze skłonnością do majsterkowania powinni powstrzymać się
i nie ruszać jej).
Jazda
Choć teoretycznie system NuVinci
może obsługiwać przełożenia w zakresie do 700%, obecna piasta do
rowerów ma zakres 350%. Porównując SRAM i-Motion 9 ma o 10%
mniej, bo 360%, a Shimano Nexus
Inter-8 i Sturmey-Archer Phoenix-8
mają o 45% mniej, bo 305%.
Napęd z korb na piastę przenosi
się przy pomocy zwykłego, jednorzędowego wolnobiegu. Jest
to rozwiązanie eleganckie i tanie
- wewnątrz piasty nie ma zapadek,
które by się wykruszały. Producent
zaleca, aby przełożenie korby-wolnobieg nie przekraczało 2:1, czyli
np. wolnobieg o 22 zębach można
skojarzyć z kołem łańcuchowym
o 44 zębach, lecz nie mniejszym.
Przy najniższym przełożeniu, jakie
zapewnia piasta, umożliwia to przejechanie za jednym obrotem korb
odległości równej obwodowi koła.
Biegi (a raczej przełożenie) zmie-
58
bi k eB oar d #3 mar zec 2008
nia się, pokręcając manetką obrotową. Na jej obudowie znajduje się okienko,
w którym widoczny jest wskaźnik, przesuwający się w poziomie, oraz… robal. Robal
(po angielsku - inchworm, po polsku - gąsienica miernikowca), to pomarańczowy
pasek tworzywa, który może wygiąć się, tworząc górkę (co pozwala się domyślić, do
jakiej jazdy służy określone tak przełożenie), lub rozciągnąć się do stanu zupełnie
płaskiego. Kręcić manetką można nawet dwoma palcami, a zmiana przełożenia nie
powoduje wyczuwalnych oporów - za wyjątkiem momentów zwiększonego nacisku
na korby, kiedy to nanoolej utwardza się i uniemożliwia zmianę przełożenia. Jednak
gdy korby są w pionie i nacisk maleje, zmiana biegów następuje natychmiast i bez
przeszkód. Przy jeździe na długich dystansach przełożenie można dobrać idealnie do warunków jazdy i uniknąć częstej sytuacji, że bieg niższy jest zbyt miękki,
a wyższy - zbyt twardy. Co więcej, przełożenie można regulować ciągle, nie puszczając manetki i natychmiast reagować na zmieniające się warunki jazdy.
Z manetki, podobnie, jak w piaście Rohloffa, wychodzą dwie linki i prowadzą do
rolki zamkniętej w obudowie nakładanej na tylną oś - przypomina to trochę Clickbox
w piastach SRAM-Spectro, ale nic tam nie klika. Do wymiany dętki ustrojstwo trzeba
odpiąć, co można zrobić bez szczególnych problemów.
Waga do zalet NuVinci niestety nie należy - wynosi ona 4 kg, choć rozpoczęto już produkcję wersji MK-2, ważącej 3,8 kg, a w przygotowaniu są modele jeszcze lżejsze. Jednak o obecności nawet czterokilogramowej piasty łatwo zapomnieć, gdyż znajdując się
w środku tylnego koła nie wpływa ona na prowadzenie roweru (no, może za wyjątkiem
wskakiwania na krawężniki, których ci u nas na drogach rowerowych dostatek…).
Rowery
NuVinci montuje się już do rowerów produkowanych przez kilka znanych firm. W USA
instaluje do swych cruiserów Ellsworth. Batavus Adagio został nagrodzony jako rower
roku 2007. Waży co prawda 25,1 kg, za to jest wyposażony (jak to rowery holenderskie) w pełną osłonę łańcucha, osłony przy błotnikach, lampy, dynamo w piaście,
hamulce rolkowe na oba koła, blokadę tylnego koła (O-lock), amortyzowany wspornik siodła, regulowany wspornik kierownicy, solidny bagażnik, pompkę, komputer
rowerowy i chip umożliwiający wyśledzenie w razie kradzieży. Hercules Leonardo
ma charakter bardziej sportowy i waży 20,5 kg, a najlżejszy z tej paczki jest Raleigh
Carlton - rower z bagażnikiem, nóżką, lampami i dynamem w piaście oraz widelcem
amortyzowanym (SR Suntour CR-940 Magnesium). Waży on z piastą NuVinci nieco
poniżej 17 kg, czyli mniej niż rometowski Wagant!
A sceptykom powinna dać do myślenia jeszcze jedna rzecz - budowaniem rowerów
z piastą NuVinci zajął się Joe Breeze - jeden z ojców rowerów górskich, twórca legenTekst: Marek Utkin, ilustracje: Marcin Wielkiewicz, Fallbrook
darnych Breezerów.
Na naszej stronie www.bikeboard.pl linki do filmów ilustrujących
Technologies
działanie nowej piasty.