Marcel Crok, Eric Verdult Illustraties



Dovnload 27.18 Kb.
Datum24.07.2016
Grootte27.18 Kb.
Tekst Marcel Crok, Eric Verdult
Illustraties Eric Verdult, Martin de Jong, John Nunumete (AMC), Natuur & Techniek, Raps, Mogema, Leo Veldhuis

De Nederlandse schaatsers laten de laatste innovaties op schaatsgebied links liggen in de jacht op goud in Salt Lake City. Commerciële belangen lijken te prevaleren. De Noren rijden waarschijnlijk in het aan de TU Delft ontwikkelde FlasH pak dat de luchtweerstand verder reduceert. Wennemars wil sneller starten maar weigert desondanks de klapschaatsen met startmechanisme aan te trekken. Denkt dan niemand van de Oranjerijders terug aan 1994 toen Koss met superieur materiaal driemaal goud won in Hamar?


Het is eind december 1993, ruim een maand voor de Olympische Spelen in Hamar. Bewegingswetenschapper dr. Jos de Koning van de VU in Amsterdam wordt gebeld door schaatsfabrikant Jaap Havekotte van Viking. Hij heeft een nieuw schaatsijzer van poeder metallurgisch staal en wil weten hoe dat materiaal glijdt. De Koning belt de toenmalige ijsmeester Jan de Jong van Thialf in Heerenveen en krijgt toestemming om ’s nachts op een lege baan te testen. De Koning: ‘Ik reed wat rondjes op speciale meetschaatsen die de glijcoëfficiënt tussen pm-staal en ijs bepalen. Ik kon mijn ogen niet geloven. De eerste metingen wezen uit dat het staal 30% beter gleed dan de andere Viking-ijzers. De nachten daarna ben ik ook gaan testen met een slee waaronder ik een pm-staal en een conventioneel ijzer had bevestigd. De slee maakte consequent een bocht naar de kant van het traditionele ijzer. Ik belde Jaap Havekotte met de mededeling dat de Nederlanders absoluut op de nieuwe ijzers moesten starten in Hamar. Jaap is onmiddellijk in de auto gestapt en naar Inzell gereden waar de Nederlanders aan het trainen waren. De kernploeg bond ze onder maar na een week kwam Ritsma terug met de mededeling dat ze niet lekker reden. Ritsma is altijd een voorloper dus de rest volgde zijn voorbeeld.

Ondertussen had Johan Olav Koss, die ook op Vikingschaatsen reed, lucht gekregen van de nieuwe ijzers. Havekotte vertelde over de ervaringen van Ritsma c.s. maar wilde de ijzers met alle liefde beschikbaar stellen. Koss die al maanden in een vormcrisis verkeerde beschouwde de ijzers als zijn laatste strohalm. De rest is bekend. Koss won goud op de 1500, 5000 en 10 000 m en de onbekende Noor Storelid die ook op pm-staal reed behaalde zilver op de 10 km.

De Koning: ‘Je zou verwachten dat daarna alle rijders wel overgestapt zijn op pm-staal maar niets is minder waar. Nog altijd zijn er toppers die er niet op rijden wat echt niet slim is.’
Vier jaar later in Nagano waren de rollen omgedraaid. De Nederlanders verschenen op het ijs met vijf zigzag-strips op hun pakken, ontwikkeld door dr. ir. Leo Veldhuis en ir. Nando Timmer van de Faculteit Lucht- en Ruimtevaart van de TU Delft. Een strip op het hoofd en vier strips op de onderbenen. Op de strips van 1 cm breed waren 1,5 mm hoge ribbels aangebracht die ervoor zorgen dat de luchtstroming beter tegen het been blijft plakken. Veldhuis: ‘We testen dat in een Openstraal Windtunnel. De schaatser staat op een beweegbaar schotje voor de ruim twee meter grote opening van het luchtkanon. De windsnelheid is bijvoorbeeld 12 m/s wat overeenkomt met de snelheid van een 10 km. Met rekstrookjes wordt de druk gemeten die de lucht op de schaatser en het schotje uitoefent. Met de strips hield de gladde laminaire stroming langs het been langer stand. Er ontstaat minder turbulentie achter het been en daardoor minder drukverschil wat de luchtweerstand met enkele procenten vermindert.’ De Noren waren woedend en probeerden ’s nachts met lagen plakband de strips te imiteren. Tevergeefs. Gianni Romme won met overmacht goud op de 5 en 10 km. Veldhuis: ‘Maar lang niet alle toppers gebruiken de strips op dit moment. Erg dom, want met de strips ga je iedere ronde enkele tienden van een seconde harder.’ Het plakken van strips is echter wel precisiewerk en bovendien zaten de strips soms in de weg bij het aanspannen van de spieren of het veranderen van de zithouding. Veldhuis en Timmer hebben daarom samen met kledingfabrikant Hunter Sports een nieuw pak ontworpen, het deltapak FlasH, waarin de ribbels in het pak zelf zijn aangebracht, net als bij het haaievinnenpak van de zwemmers. De strips zijn vervangen door ruwe delta’s (driehoekjes). Veldhuis: ‘De strips zijn alleen voordelig op de rechte delen van het lichaam, hoofd en onderbenen. Bij het nieuwe pak zijn de delta’s op meer lichaamsdelen aangebracht. Het basismateriaal is CoolMax, een bekende stof die goed thermische eigenschappen heeft. Het pak bestaat echter uit vier verschillende soorten CoolMax. Op de foto lijkt het dat de delta’s alleen zijn aangebracht op hoofd, billen en bovenbeen. Maar ook de onderbenen en armen zijn van ribbels voorzien die overigens 90 graden ten opzichte van elkaar gedraaid zijn. We verwachten dat het pak 4 procent winst oplevert ten opzichte van een pak met de Nagano-strips en 10 procent ten opzichte van een pak zonder strips. Het pak wordt voor iedere schaatsenrijder op maat gemaakt. Schaatsers met dikke benen hebben er het meeste voordeel van.’

Saillant detail: de Nederlanders hebben een lucratief sponsorcontract gesloten met Nike en rijden in een Amerikaans pak. De Noren die zich geen tweede keer door de TU Delft willen laten verrassen gaan nu waarschijnlijk in het deltapak FlasH rijden.

In Salt Lake City, waar 8 februari de Winterspelen beginnen, zullen we waarschijnlijk minder gekke capriolen zien rondom het materiaal dan in Hamar en Nagano. De Internationale Schaats Unie (ISU) heeft na de strip-affaire besloten dat het materiaal drie maanden voor de Olympische Spelen officieel goedgekeurd moet worden. Maar spannend blijft het uiteraard wel want ook Veldhuis en Timmer weten nog niet hoe groot de winst op de baan zal zijn.
Sneller

Toen Eric Heiden tijdens de Olympische Spelen in Lake Placid goud won op alle vijf afstanden spraken verslaggevers van tijden waar nooit meer een mens aan zou komen. Wetenschappers lachen om dergelijke uitspraken. Heiden reed 14.28 minuten op de 10 km in 1980, het wereldrecord van Romme staat nu op 13.03. Bij de sprinters spat het geweld er helemaal vanaf. Zij halen topsnelheden van boven de 60 km/uur en gaan veel harder dan atleten op de 100 m. Schaatsen is de snelste manier van voortbewegen op de benen. De weerstand die schaatsers ondervinden bestaat voor 80 procent uit luchtweerstand en voor 20 procent uit wrijving met het ijs. De snelheid van de schaatser hangt af van deze twee factoren en uiteraard van de arbeid die het lichaam kan leveren. De grote sprongen in de schaatssport, weerspiegeld in de hoeveelheid wereldrecords, zijn zo gemakklijk te herleiden tot productinnovaties (zie figuur 1): de introductie van het gladde schaatspak van de Zwitser Franz Krienbühl in 1975 (luchtweerstand), de opkomst van overdekte banen vanaf 1984 (luchtweerstand/ijswrijving), de introductie van pm-staal in 1994 (ijswrijving) en tenslotte de komst van de klapschaats in 1996 (meer arbeid).


Klapschaats

De laatste grote klapper in de schaatssport was zonder meer de klapschaats. Tonny de Jong, Barabara de Loor en Carla Zijlstra waagden het in 1996 als eersten en prompt versloeg De Jong de onverslaanbaar geachte Gunda Niemann en werd Europees kampioen. In de seizoenen daarna volgden alle toppers. De klapschaats werd echter al begin jaren ’80 door bewegingswetenschapper prof. dr. ir. Gerrit Jan van Ingen Schenau uitgevonden. Een patent zat er niet in voor de twee jaar geleden overleden Van Ingen Schenau want het concept van de klapschaats bleek al in 1896 keurig in een patent vastgelegd te zijn.

Instrumentmaker Hans Meester van de afdeling Medische Technische Ontwikkeling (MTO) in het AMC in Amsterdam bouwde in 1984 de eerste prototypen voor Van Ingen Schenau en is sindsdien volledig verslingerd geraakt aan het maken van schaatsen. Sinds 1985 rijdt hij zelf op de klapschaats. Samen met zijn zoons heeft hij een eigen bedrijf, Meester Techniek, dat onder andere schaatsen ontwikkelt voor Viking. Meester: ‘Van Ingen Schenau zei het altijd mooi: “schaatsen op gewone schaatsen is als lopen met planken onder je voeten.” Je kunt je voeten er niet goed mee afwikkelen.’ Jos de Koning: ‘We dachten aanvankelijk dat de schaatser op een vaste schaats minder spierkracht kan leveren dan bijvoorbeeld een hardloper omdat hij de enkelstrekking moet onderdrukken om een goede zijwaartse afzet te krijgen en te voorkomen dat de punt van de schaats in het ijs krast. Dankzij het scharnier tussen de schoen en het schaatsijzer kan de schaatser de enkel strekken en toch zijn ijzer op het ijs houden. Het vermogen dat verloren gaat aan ijswrijving zou daarmee afnemen. We ontdekten echter dat het punteren met de vaste schaats de ijswrijving slechts weinig vergroot. De geleverde arbeid per afzet neemt echter wel sterk toe bij de klapschaats. De schaatser levert daarom zo’n 10 procent meer vermogen. Vermogen is echter gerelateerd aan snelheid tot de derde macht, vandaar dat de schaatsers 3 tot 5 procent harder gaan.’
Startmechaniek

De grootste sprong voorwaarts is met de ‘gewone’ klapschaats, waarbij het scharnier recht omhoog klapt, wel gemaakt. De laatste jaren zijn onderzoekers en schaatsfabrikanten bezig om de klapschaats te verfijnen. De Koning: ‘Het gaat dan om fracties van een seconde per ronde. Het enkelgewricht is meerassig en de vraag is daarom of een scharnier dat recht omhoog klapt wel het meest efficiënt is. Uit ons onderzoek blijkt dat de positie van het scharnierpunt bepaalt hoeveel arbeid een schaatser precies kan leveren. Die positie verschilt in feite per schaatser en hangt af van de lichaamsbouw van de schaatser, zijn fysieke gesteldheid en zijn techniek. Het lukt ons met de huidige modellen helaas nog niet om de optimale ligging van het scharnierpunt voor een schaatser te voorspellen. De schaatsers zullen dus zelf moeten zoeken naar hun ideale scharnierpunt.’

Een nieuwe klapschaats die uit het vervolgonderzoek is gerold is de klapschaats met een dubbel scharnier. Marieke Wijsman rijdt al drie jaar met tevredenheid op deze schaats. De Koning: ‘Het eerste scharnier staat dichterbij de enkel dan het tweede. Het idee is dat de voet eerst enkele graden in een licht verzet om de dichtstbijzijnde scharnier roteert waarna het tweede scharnier in werking treedt zodat de kuitspieren op een zwaarder verzet de beweging af kunnen maken. We weten nog niet zeker in welke mate de geleverde arbeid daarmee toeneemt.’

Een van de leukste ontwikkelingen aan het klapschaatsfront is in de ogen van De Koning de klapschaats met startmechanisme. Het is in feite de eerste schaats die gebruik maakt van elektronica. Hans Meester wist op de afdeling MTO van het AMC de juiste kennis van mechanica en elektronica (in de persoon van ing. Paul Heeman) bij elkaar te brengen. Heeman: ‘De mechanica is leidend en bepaalt de vorm van het systeem. De elektronica is net kauwgom, je kunt het in iedere willekeurige vorm gieten.’

Meester: ‘Starten gaat met klapschaatsen langzamer dan met de vaste schaats. Sprinters geven enorm veel druk bij de start en dat gaat gewoon lastig met zo’n klappend mechaniek. We hebben eerst een mechanisch startmechanisme ontwikkeld maar dat bleek niet altijd betrouwbaar wat uiteraard dodelijk is voor topsporters. Mijn zoon Frank kwam met het idee om er een motor in te zetten dat het klapmechanisme na een instelbaar aantal slagen openklapt. Het startmechanisme zit tussen de beugel en de buis. De schaatser stelt van tevoren met een handbedieningskastje het aantal slagen in dat het klapmechanisme vast moet blijven zitten. Het minimale aantal slagen is één, het maximale negen.’

Voor de start drukt de rijder de vergrendelhaak in. Daarmee wordt de elektronica geactiveerd, mits er tenminste voldoende energie in de batterij zit. De elektronica herkent precies de druk en het ritme dat bij starten hoort. Meester: ‘Bij het starten buigt de schaatsbeugel enigszins door. Dit wordt geregistreerd door een rekstrookje onder de beugel. Je punt in het ijs zetten voor de start geeft ook een signaal bij het rekstrookje maar de elektronica herkent de grootte van deze kracht en weet dat er nog niet gestart is. Na het verstrijken van het ingestelde aantal slagen verandert de schaats weer in een klapschaats. De schaatser merkt daar nauwelijks iets van. Jos de Koning had het nieuwe starten binnen een week onder de knie. Erben Wennemars is de schaats al in augustus gaan testen en zegt nu dat hij de schaats te laat in handen heeft gekregen! Tegelijkertijd roepen de Nederlandse sprinters dat hun start sneller moet. Dan ligt de klapschaats met startmechanisme toch voor de hand.’


Carveschaats

Verreweg de meeste toppers rijden nog altijd op het bekendste schaatsmerk ter wereld: Viking. Toch zijn in eigen land de laatste jaren ook andere bedrijven schaatsen gaan ontwikkelen. Raps heeft de carveschaats en de 3D-schaats op de markt gebracht en Mogema, een bekend skeelermerk, verkoopt de NSX-schaats. Meester: ‘Toen ik 20 jaar geleden begon met het ontwikkelen van schaatsen drukte Jaap Havekotte van Viking mij op het hart dat ik overal aan mocht sleutelen behalve aan de schoen en de buis. Want daar zweren de schaatsers bij, aldus Havekotte. En zo is het eigenlijk nog steeds. De Vikingbuis is van staal en eigenlijk extreem zwak. In de bochten buigen schoen en frame mee en dat vinden schaatsers blijkbaar lekker.’ Hans Veldhuis, schaatscoach van een commerciële juniorenploeg en daarnaast ontwikkelaar bij Raps heeft daarentegen een hele andere filosofie. ‘Als sprinters met hoge snelheid de bocht in gieren dan wordt de punt van de schaats naar buiten gedrukt. De schaats stuurt naar buiten en je ziet rijders dan ook wijd uit de binnenbocht komen. Dat kost tijd. Wij gebruiken juist een extreem stijve buis van aluminium om de afwijking naar buiten tegen te gaan.’

Feit is dat de meeste topschaatsers hun ijzers met de bocht meebuigen (ze noemen het benden) op de banken in de kleedkamer. Handmatig. ‘Een waanzinnige situatie’, aldus ir. Diederik Hol, productontwikkelaar bij Mogema. ‘Zeer primitief en de vraag is altijd of de winst in de bocht opweegt tegen de problemen die je op het rechte eind ondervindt. De rechter schaats blijft mooi dichtbij het standbeen zodat de rijder lang druk kan geven, maar het linkerbeen loopt juist weg. Bij de NSX-schaats hebben we het midden van de buis extreem verzwakt. Op het rechte eind staat de schaats gewoon recht, in de bocht geeft de buis mee. Roel van Hest won dit jaar de eerste wedstrijd op natuurijs op de NSX-schaats en Caspar Helling reed er een prima World Cup op in Den Haag. Die mazzel moet je ook een beetje hebben als ontwikkelaar.’

De carveschaats van Raps is drie jaar op de markt. Het ijzer is aan de uiteinden 1,1 mm dik en in het midden over een afstand van 62 mm slechts 0,9 mm dik. Uit recent onderzoek dat Ralph Bekers van de Haagse Hogeschool in Calgary uitvoerde blijkt dat schaatsers met de carveschaats het hardst kunnen afzetten. Veldhuis: ‘Bij het zijwaarts afzetten op het rechte eind wordt de binnenkant van de schaats het meest belast. Door de inkeping stuurt de carveschaats aan beide zijden iets terug waardoor de rijder lang druk kan geven. In de bochten zorgt de carve voor beter insnijden net als bij de carveski. Ongeveer hetzelfde trucje halen we uit met de 3D-schaats, een klapschaats die 10 graden omhoog klapt maar tevens 14 graden naar binnen. De schaats stuurt daardoor naar binnen en de rijder houdt wederom langer contact met het ijs.’

Het ziet er een maand voor de Spelen niet naar uit dat de Nederlandse medaillekandidaten op een van de nieuwe klapschaatsen zal starten. De Koning: ‘De commercie in de schaatssport houdt ontwikkelingen tegen. De belangen zijn te groot.’ Maar vroeg of laat zal de technologie wel weer zegevieren. De klapschaats heeft er tenslotte ook 100 jaar over gedaan om te zegevieren.

(OPENINGSFOTO MARTIN DE JONG)

Hiroyasu Shimizu, de piepkleine katachtige Japanner die de afgelopen jaren domineerde op de 500 m, benut zijn lage zwaartepunt optimaal in de bochten. De arm op de rug vermindert de luchtweerstand. FOTO MARTIN DE JONG
(FIGUUR + SCHARNIERPUNT)

Het aantal wereldrecords per jaar vertoont duidelijke pieken die te herleiden zijn tot technologische verbeteringen. Het piekje rond 1994 is te wijten aan de introductie van pm-staal. Daaronder staan de wereldrecords voor vrouwen en mannen uitgedrukt in de gemiddelde rondetijd gedurende de race. De snelste volle ronde ooit (24,71 s) werd onlangs gereden door Jeremy Wotherspoon op de Olympische baan in Salt Lake City. De tijd komt neer op en gemiddelde snelheid van 58,3 km/uur.


Oranje = 10 000 m (alleen heren) zwart = 1500 m

Paars = 5000 m rood = 1000 m

Groen = 3000 m blauw = 500 m
Kleiner verzet

De positie van het scharnier van de klapschaats ten opzichte van de enkel is van cruciaal belang voor de hoeveelheid arbeid die de schaatser kan leveren tijdens de afzet.

ILLUSTRATIES NATUUR & TECHNIEK

(KADER IJSWRIJVING)

Warme lucht voor snel ijs

Snelle tijden zijn alleen mogelijk op snel ijs. Van de elf wereldrecords (6 bij de mannen, 5 bij de vrouwen) zijn er vijf gereden in Calgary, vijf in Salt Lake City en een in Heerenveen. De baan in Calgary ligt op 1000 m hoogte, de Olympische baan in Salt Lake City op 1400 m. Tegen de verminderde luchtweerstand op die hoogten lijkt de vroegere recordbaan van Thialf in Heerenveen niet opgewassen. Tachtig procent van de weerstand van een schaatser is tenslotte luchtweerstand. Maar in Heerenveen denken ze daar anders over. De beroemde ijsmeester Bertus Butter moet Thialf weer naar de top brengen. In november 2000 lukte dat met het wereldrecord op de 10 km van Gianni Romme. En dat kwam volgens Butter alleen maar doordat hij de messen van de Zamboni beter had afgesteld waardoor de ijsvloer vlakker is zodat de rijders minder hoeven te corrigeren. Afgelopen zomer is er een nieuwe ijsvloer gelegd in Thialf. Butter: ‘De temperatuurverschillen in het ijs zijn maximaal 0,2 graden Celsius waardoor het ijs zo gelijkmatig mogelijk glijdt. We hebben bovendien een nieuw luchtbehandelingssysteem dat warme zuurstofrijke lucht over de baan brengt. De weerstand van warme lucht is iets lager en zuurstof zorgt voor optimale prestaties van de rijders. Als we straks ons watersysteem op orde hebben en de dweilmachines zijn perfect afgesteld dan verwacht ik mooie tijden.’


(Grafiek ijswrijvingscoefficient)

Lange tijd was niet duidelijk waarom een kristal als ijs eigenlijk zo goed glijdt. Jos de Koning testte de glijeigenschappen van ijs met een speciale meetschaats. Het resultaat was een curve met een minimale weerstand bij –7oC. De Koning: ‘De grenslaag van het ijs vertoont hele andere eigenschappen dan het ijs dat dieper ligt. Er zijn watermoleculen die sublimeren. Watermoleculen hebben daar meer migratie- en rotatievrijheden waardoor het oppervlak enigszins ‘glad’ wordt. Als de temperatuur in de buurt van het vriespunt komt wordt de zachte grenslaag dikker en zakt de schaats enigszins in het ijs. Bij zeer lage temperaturen wordt de grenslaag dunner en het ijs stroever. Het optimum ligt ongeveer bij –7oC.’

(KADER COMPUTERSCHAATS + TWEE FOTO’S)
Schaats met motor

De elektronica van de klapschaats met startmechanisme die bij het AMC is ontwikkeld voor Viking wordt ingeschakeld door de vergrendelhaak met de hand in te drukken. Is de batterijconditie in orde dan wordt de motor van de blokkeerinrichting aangedreven waardoor de vergrendelhaak geblokkeerd wordt. Vervolgens knippert het ledje een aantal keer om aan te geven hoeveel slagen er ingesteld zijn.

De afzetkracht bij de start veroorzaakt een licht doorbuigen van de schaatsbeugel. Deze doorbuiging wordt door een rekstrookje waargenomen. Een rekstrookje is een elektrische weerstand waarvan de waarde verandert onder invloed van een mechanische kracht. Het rekstrookje bevindt zich onder de schaatsbeugel waar hij met het metaal verlijmd is. Het rekstrookje en de elektrische aansluitingen zijn afgedekt met een flexibele vochtwerende laag.

De weerstandsverandering van het rekstrookje wordt omgezet in een elektrisch signaal. Uit dit signaal wordt de krachtinformatie gewonnen (laagdoorlaatfilter) en 1000 keer versterkt.

Door de AD-omzetter in de micro controller wordt dit versterkte signaal omgezet in een digitaal signaal. Behalve de startslagen geeft het staan op de schaats, het lopen, startklaar maken en schaatsbewegingen ook een krachtsignaal. Daarom wordt het krachtsignaal door de micro controller digitaal geanalyseerd, zodat alleen startslagen herkend en geteld worden. Ter indicatie licht bij elke herkende slag het ledje even op.

Bij het bereiken van een vooraf ingesteld aantal startslagen wordt door de micro controller, op het moment dat het schaatsijzer los is van het ijs, een motorsignaal afgegeven. Het motorsignaal wordt versterkt en drijft een motortje aan die de blokkering van de vergrendelhaak opheft. De vaste schaats is nu weer een klapschaats geworden.

(KADER KUNSTIJSBANEN)

volgt nog


(KADER FLASH PAK)

volgt nog


INTERNETBRONNEN

U kunt uw eigen website en eventuele andere interessante sites hier neerzetten



De database wordt beschermd door het auteursrecht ©opleid.info 2017
stuur bericht

    Hoofdpagina