Vraag bandenspanning bij rolstoelatleten

Kort antwoord

Er is nog geen direct onderzoek gedaan naar de prestaties van (rolstoel)wielen met een verschillende bandenspanning en verschillende typen banden op zachte, maar egale oppervlakken zoals een kunststof atletiekbaan. Het is daarom niet mogelijk om op basis van wetenschappelijk bewijs harde uitspraken te doen over de meest geschikte banden of de optimale bandenspanning. In algemene zin lijken een lagere bandenspanning en bredere banden de prestaties op zachtere oppervlakken positief te beïnvloeden. Dit komt ook uit uitroltests uitgevoerd op Papendal, die laten zien dat de optimale druk rond 4 bar ligt.

De optimale bandenspanning voor een rolstoelatleet is het resultaat van een complexe wisselwerking tussen verschillende factoren. Zo moet een zwaardere sporter doorgaans een hogere bandenspanning hanteren, en is in onderdelen met een bocht de stabiliteit ook een prestatiebepalende factor. Hierdoor ligt de optimale bandenspanning bij langere onderdelen hoger dan bij een 100 meter, waar alleen recht vooruitgereden wordt. Tot slot zijn ook omgevingsfactoren, zoals temperatuur, luchtvochtigheid en atmosferische druk van invloed. Het is daarom aan te raden voor iedere individuele atleet te bepalen wat de optimale instelling in een specifieke situatie is.

Uitgebreid antwoord

Bij rolstoel- en wielersporten zijn de breedte van de gebruikte banden en de bandenspanning in belangrijke mate van invloed op de weerstand die sporters moeten overwinnen, en daarmee ook op het vermogen dat zij moeten leveren om zich voort te bewegen. Twee belangrijke manieren waarop energieverlies op kan treden zijn vervorming van de banden en bewegingen die niet direct bijdragen aan de voorwaartse verplaatsing van de sporter en zijn materiaal. Bij het laatste kun je denken aan vibraties of – als het over slecht wegdek of ruw terrein gaat – op- en neerwaartse bewegingen.

Er bestaat een spanningsveld tussen deze twee vormen van energieverlies: enerzijds is het gunstig als er zo min mogelijk vervorming optreedt, want dan gaat er weinig energie verloren. De oplossing hiervoor is een hoge bandenspanning. Anderzijds zal een hoge bandenspanning ervoor zorgen dat de sporter en zijn materiaal meer vibraties en schokken te verwerken krijgen, waardoor er juist meer energieverlies optreedt. Dit is vooral ongunstig bij duurprestaties waar efficiëntie van bewegen belangrijk is. Een lage bandenspanning is dan gunstiger voor schokdemping. De optimale configuratie ligt ergens tussen deze uitersten.

Laboratoriumonderzoek

Er is uitvoerig laboratoriumonderzoek gedaan naar de invloed van bandenspanning op de rolweerstand en energieverbruik tijdens het rijden met rolstoelen en fietsen ^[2,4–8]. In al deze onderzoeken gaat een lagere bandenspanning gepaard met een hoger energieverbruik van de sporter. Bij rolstoelen is de drempelwaarde voor de bandenspanning 50 procent van de aanbevolen druk voor een specifieke band – is de druk in de band lager, dan neemt de weerstand toe en hebben sporters een duidelijk hogere hartslagfrequentie en zuurstofverbruik ^[2,5,7,8]. Dit klinkt logisch: een lagere bandenspanning zorgt voor een groter contactoppervlak, wat op zijn beurt weer resulteert in een hogere rolweerstand, en door die hogere rolweerstand moeten sporters meer vermogen leveren om vooruit te komen.

Vertaalslag

Desondanks zijn er twee factoren die de vertaalslag van het laboratorium naar de praktijk bemoeilijken. Ten eerste voerden de onderzoekers alleen tests uit met relatief dunne banden (22-24 mm) die hard of minder hard opgepompt werden. Daarnaast vonden de tests plaats op zogenaamde ‘drums’ waarbij de wielen ronddraaien over twee gladde ‘vaten’ ^[4,7,8], een loopband ^[2,5] of (in het geval van fietsen) een rollerbank ^[6]. De uitkomsten zeggen dus alleen iets over de eigenschappen van dunne banden op harde, egale oppervlakken. Alleen is de ondergrond juist van wezenlijk belang: de keuze voor een bepaald type band en de gebruikte bandenspanning wordt bepaald door of er op een kunststof of houten baan, de weg of een mountainbike track gereden wordt.

Lagere bandenspanning

Recent is er in de wielerwereld een duidelijke trend aanwezig naar het rijden met een lagere bandenspanning en bredere banden. Het lijkt misschien contra-intuïtief, maar ook hierdoor kan het energieverlies door vervorming beperkt worden: er treedt dan juist relatief veel vervorming op, maar dat kost door de lagere bandenspanning minder energie. In het verlengde hiervan zijn er ook aanwijzingen dat het verband tussen bandenspanning en geleverd vermogen waarschijnlijk in sterke mate wordt beïnvloed door het oppervlak waarop gereden wordt ^[1,3].

Bredere banden

Bredere banden (v.a. 25 mm) hebben een aantal voordelen ten opzichte van dunnere banden. In de eerste plaats is het contactoppervlak van brede en dunne banden bij evenveel druk even groot. Bij brede banden is dit oppervlak echter gunstiger gevormd: in plaats van smal en langwerpig bij dunne banden (waardoor het wiel ‘minder rond’ wordt) is dit bij brede banden breder en korter (Figuur 1) ^[9]. Een brede band heeft bovendien een groter volume: doordat er in absolute zin meer lucht in zit, die zich ook nog eens door een grotere ruimte kan verplaatsen vindt meer schokabsorptie plaats.

Andere sporten

Helaas is er tot nu toe nog geen direct onderzoek gedaan naar welke breedte van banden en bandenspanning het best gebruikt kunnen worden op zachte oppervlakken. Hoe kunnen we dan toch een beargumenteerde inschatting maken van de prestaties van rolstoelatleten op bijvoorbeeld kunststof? Een optie is om te kijken naar het onderzoek naar banden in andere sporten, zoals het mountainbiken en veldrijden; in die sporten is ook duidelijk sprake van een zachte ondergrond. Hoewel de literatuur over deze sporten een stuk schaarser is dan die over wegwielrennen zijn er wel een aantal studies bekend ^[3].

Een studie uit 2012 laat zien dat de rolweerstand op een egaal oppervlak bij een bandenspanning van 2 bar op (hard) zand 2,9 en op gras 5,3 keer zo groot is als op de weg ^[1]. Deze zelfde studie onderzocht ook het geleverde vermogen bij verschillende bandenspanningen op verschillende ondergronden. Het verhogen van de bandenspanning van 2 naar 4 bar zorgde ervoor dat bij dezelfde snelheid het geleverde vermogen op de weg afnam, op het zand gelijk bleef en op het gras toenam ^[1]. Met andere woorden: een hogere bandenspanning is gunstig op een harde, vlakke ondergrond en een lagere bandenspanning op zachtere oppervlakken ^[3].

Rolstoelatleten

In theorie zouden bredere banden in combinatie met een lagere bandenspanning ook voor rolstoelatleten voordelig kunnen werken: de ondergrond wordt minder vervormd dan door harde, dunne banden en de rolweerstand valt lager uit. Dit is ook in overeenstemming met uitroltests die Coen Vuijk een aantal jaar geleden op Papendal uitgevoerd heeft. In die tests scoorde een bandenspanning van 4 bar op zowel de atletiekbaan buiten als op de baan in de hal beter dan 6 of 10 bar; een druk van 3 bar deed het juist minder goed. Op basis van deze gegevens lijkt het dus zo te zijn dat niet alleen een heel hoge maar ook een heel lage bandenspanning voor een toename van de weerstand zorgt, en dat de optimale druk rond de 4 à 5 bar ligt.

Coen Vuijk geeft echter ook aan dat er meer zaken zijn die de keuze voor een bepaalde bandenspanning beïnvloeden: zo zeggen de uitroltests vooral iets over het recht vooruitrijden. Net als bij fietsers is ‘wegligging’ ook voor rolstoelatleten van belang, vooral als ze op hoge snelheid een bocht moeten rijden. Een lagere bandenspanning zorgt voor minder rolweerstand, maar kan ook instabiliteit met zich meebrengen. Bij een kort onderdeel als de 100 meter, waarin geen bocht zit, zal de optimale bandenspanning lager zijn dan bij langere onderdelen, waar stabiliteit in de bochten ook een prestatiebepalende factor is. Ook speelt net als bij wielrenners het gewicht van de atleet en zijn materiaal een rol: bij zwaardere sporters zal de bandenspanning hoger moeten zijn. Tenslotte zijn er natuurlijk omgevingsfactoren die van invloed kunnen zijn, zoals de temperatuur, luchtvochtigheid en atmosferische druk.

Beperkingen

Er zijn wel beperkingen aan de breedte van de banden (en dus ook de bandenspanning) van de wielen van rolstoelen. Vanuit een biomechanisch perspectief moeten rolstoelsporters altijd in zekere mate zijwaarts reiken om kracht te zetten en zich voort te bewegen. Als ze verder van zich af moeten reiken, brengt dit automatisch een minder gunstige momentsarm met zich mee. Ze kunnen dan minder efficiënt kracht overbrengen op hun wielen, waardoor er op die manier energie verloren gaat.

De breedte van de banden, bandenspanning en de ondergrond waarop de sporters rijden zijn niet de enige factoren die van invloed zijn op de weerstand die ze moeten overwinnen om vooruit te komen: het is een ingewikkeld samenspel. Voor iedere sporter zal daarom individueel bepaald moeten worden welke configuratie in een bepaalde situatie tot de beste prestaties leidt.

Dit antwoord is tot stand gekomen met dank aan Coen Vuijk, materiaalexpert paralympisch en embedded scientist bij NOC*NSF

Daarnaast zijn de volgende bronnen gebruikt: