Een vliegwiel is in feite een mechanische accu. Zou je deze ook op een elektrische fiets kunnen gebruiken?
Wat is een vliegwiel?
De wielen die wij in het dagelijks leven gebruiken, gebruiken we om onszelf, of bijvoorbeeld een mechaniek als een klok, voort te bewegen.
Een vliegwiel doet iets totaal anders, namelijk energie opslaan. Hoe sneller het vliegwiel draait, hoe meer energie het opgeslagen heeft. Deze energie kan je ook weer aftappen. Fijn aan vliegwielen is dat je er heel snel energie er in kan stoppen of eruit kan halen. Ook gaat bij het opladen en aftappen van vliegwielen bijna geen energie verloren.
Maar nadelen zijn er ook. Zo kunnen vliegwielen niet goed energie vasthouden voor langere tijd, vanwege de wrijving. Ook kan je er per kilo niet zoveel energie in opslaan als in chemische accu’s, zoals de lithium ion accu in elektrische fietsen.
Waarom een vliegwiel op een fiets best wel handig is. In theorie
Vooral in het stadsverkeer moet je als je op de fiets zit, vaak remmen en daarna weer opstarten. Bijvoorbeeld voor stoplichten. Deze energie gaat verloren als warmte. Maar wat als je deze energie kan opslaan in een vliegwiel? Dan kan je daarna met vliegende vaart weer vertrekken.
Dat is precies wat er gebeurt met de Flywheel Bicycle van Maxwell von Stein, een student aan de New York City’s Cooper Union for the Advancement of Science and Art. Als je afremt op deze fiets, dan wordt het ingebouwde vliegwiel “opgeladen” met je bewegingsenergie. Springt het stoplicht weer op groen? Dan tap je het vliegwiel af, en stuif je in volle vaart weg. Dit alles puur op jouw spierkracht, zonder dat je een motor nodig hebt.
“In deze vorm scheelt het bijna niets”
Maxwell von Stein gebruikte voor zijn contraptie een 6,8 kg zwaar vliegwiel uit een auto. Dit verdubbelde bijna het gewicht van de fiets, waardoor deze meer energie kost om voort te bewegen.
Uit berekeningen volgt dat de bespaarde energie door het vliegwiel ongeveer opweegt tegen de extra energie die je nodig hebt om de zware fiets voort te bewegen.
Maar daarbij moet je wel bedenken dat de uitvinding van Maxwell nog niet verbeterd is. Zo kan je bijvoorbeeld denken aan een lichter vliegwiel, dat veel sneller ronddraait en op die manier toch evenveel energie opslaat. En een efficiënter systeem dan de fietsketting die de student gebruikte. Ook zou je het vliegwiel lager moeten plaatsen, de ideale plek zou een dubbel vliegwiel rond het achterwiel zijn.
Zo zie je dat je ook met lowtech oplossingen best wel een eind kan komen, al haalt dit het natuurlijk niet bij het comfort en het gemak van een elektrische fiets, bijvoorbeeld een Sparta of een Gazelle.
Hoe zit dat met de giroscopische invloed bij hogere toerentallen?
Goede vraag. In principe betekent een groter draaimoment (dus een hoger toerental x rotationele inertie) inderdaad een evenredig groter gyroscopisch effect. Wat een probleem is bij het besturen van een fiets. Maar dit probleem lost zichzelf grotendeels vanzelf op. Immers, als je remt, neemt de snelheid af tot nul. Dus op het moment dat de fiets tot stilstand is gekomen, is het draaimoment maximaal. Tenzij je bij het stoplicht een kwartslag draait, kan je dan gewoon probleemloos in dezelfde richting accelereren.
Hihi, kun je bij het stoplicht even je veters strikken naast je fiets zonder deze op standaard te hoeven zetten! En iedere bocht voelt weer anders afhankelijk van hoe snel het vliegwiel op dat moment draait. Dat er minder energie verloren gaat in een mechanische overbrenging dan in een elektrische is wel erg lomp gezegd, knappe jongen die dat bruikbaar op een fiets voor elkaar krijgt.
Nice thinking and engineering!
One thing should be considered however: during coupling and decoupling 50% of the energy is dissipated in heat due to the difference in angular speed of the two parts of the coupling.
Great work though!
Twee vliegwielen, vlak naast elkaar, die tegen elkaar indraaien, verminderen het gyroscopisch effect.
En:
Vliegwielen enigszins geveerd ophangen.
Alternatief:
Pneumatische opslag van bewegingsenergie!
Pneumatisch is niet heel efficiënt. Er gaat dan veel energie verloren als warmte.