Sepeda Drive Shaft – Untuk efisiensi yang lebih tinggi

Sepeda drive shaft, sepeda tanpa rantai walapun masih asing, tetapi sebenarnya bukan barang baru pada indusrti sepeda. Mekanisme penggerak dengan drive shaft (gardan) banyak dipakai pada otomotif dan industri, karena memiliki kelebihan dan kemampuan yang tidak dimiliki sistem rantai atau drivebelt. Sepeda dengan rantai masih menjadi pilihan yang terpopuler, padahal efisiensinya tidak sebaik drivetrian. Kenapa dan bagaimana sistem kerja dirvetrain dengan shaft pada sepeda?

Kenapa memakai driveshaft?

Sistem driveshaft dipakai sebagai sistem penggerak pada mobil, bisa sebagai penggerak untuk transter tenaga dari tranansmisi mesin ke roda, atau perputaran dari roda kiri ke kanan, atau dari roda depan ke belakang seperti pada mobil 4WD (4 Wheel Drive/penggerak 4 roda).

Sistem penggerak drive shaft atau shaft as atau shaft axle sudah dipakai sejak lama, termasuk pada sepeda dan sepeda motor. Walaupun sistem rantai lebih banyak dipakai pada kendaraan roda dua. Drive shat memiliki beberapa kelebihan, seperti:

• lebih kuat dan kokoh: karena terbuat dari besi padat dan pejal yang susah berubah bentuknya. Dibandingkan dengan unit rantai yang terdiri dari banyak sambungan unit-unit pendek, lebih banyak sambungan.
• lebih efisien. Gesekan pada unit rantai, seperti pada rantai yang kurang pelumas, akan membuat pergerakan yang macet. Tenaga yang dikeluarkan oleh otot kaki ataupun mesin, akan hilang menjadi energi panas, dan tidak semua tenaga tersalurkan menjadi pergerakan roda. Driveshaft memiliki desain dan bentuk yang lebih optimum untuk efisiensi tenaga.
• perawatan lebih mudah, tidak seperti rantai yang harus sering ditambahkan pelumas rantai atau memeriksa tegangan dan renggangan rantai. Perawatan shaft jauh lebih mudah karena komponen lebih kuat, dan lebih sedikit sambungan pada bentuknya.

Tetapi pada sepeda, sepeda listrik, dan sepeda motor kelebihan drive shaft di atas tidak membuat drive shaft menjadi pilihan yang populer, karena driveshaft juga berat dan mahal. Hanya pada motor-motor bertenaga besar yang biasanya memakai driveshaft, tidak pada motor bertenaga kecil. Terutama bagi sepeda yang digerakkan dengan otot kaki, menambah berat sepeda akan memberikan efek yang sangat besar, beda halnya dengan mobil yang tidak terlalu terpengaruh dengan penambahan berat dan beban.

Tetapi perkembangan material dan teknologi, sudah memungkinan mendapatkan material yang ringan, tetapi juga mempunyai kekuatan yang bagus. Sehingga drive shaft pada sepeda juga mulai dikonsep ulang dengan teknologi yang lebih modern.

Pemakaian drive shaft untuk sepeda

Jika sepeda ditemukan pada sekitar 1817, sepeda dengan drive shaft mulai muncul pada sekitar 1880 di Amerika Serikat dan Inggris. Perkembangannya tidak terlalu pesat seperti rantai sepeda ataupun drive belt. Sepeda drive belt sendiri adalah jenis sepeda tanpa rantai, tetapi menggunakan sebuah sabuk tertutup yang terbuat dari bahan nylon, karbon, polyester, yang mempunyai gerigi di bagian dalamnya untuk menghubungkan dua atau lebih gear.

Drivebelt dan drivetrain shaft juga termasuk sistem penggerak sepeda tanpa rantai. Kekurangan keduanya terutama pada multi gear, tidak sefleksible dan semudah rantai sepeda dengan derailleur untuk dibuat sampai 10, 11, 12, atau 13 speed, dengan kombinasi single-double-triple chainring. Walapun sepeda tanpa rantai sekarang ini sudah bisa dibuat sampai 12 speed juga, tetapi harganya masih sangat mahal dan beberapa masih dalam tahap percobaan.

Sepeda Ceramic Speed

Ceramic speed adalah salah satu perusahaan Denmark yang cukup serius untuk mengembangkan teknologi sistem penggerak shaft pada sepeda, dengan teknologi yang disebut driven. Mereka adalah perusahaan yang memakai bahan keramik untuk komponen-komponen sepeda, seperti bearing keramik, bottom brakcet keramik, pulley keramik, pelumas keramik, termasuk untuk industri dan motor. (Lihat katalog dan technical specification Ceramic Speed)

Keramik (ceramic) sendiri adalah bahan yang kuat, bisa mengurangi gesekan (friction) dan lebih tahan panas, sehingga bearing keramik yang bagus bisa mempunyai putaran yang lebih loncer daripada bearing pada umumnya. Sepeda ini mendapatkan penghargaan sebagai Eurobike Design Award, sebuah penghargaan prestisius untuk industri sepeda.

Sepeda dengan driveshaft dari CeramicSpeed:

• Tidak memakai derailleur dan pulley
• Gigi chainring dan roda diputar/didosorng dengan bearing keramik
• Secara friksi (gesekan) 49% lebih efisien dibandingkan groupset high level sepeda balap

Kelebihan utama sepeda ini adalah efisiensi tenaga/power dan aerodinamis. Dengan tenaga yang sama pada sepeda dengan rantai, kita bisa memacu sepeda lebih cepat atau lebih jauh, karena efisiensi dari drvetrian yang lebih baik.  Ceramic speed mengkaim kalau efisiesni tenaga bisa sampai 99%, alias hanya 1% tenaga yang hilang karena drivetrainnya. Sedangkan pada rantai sepeda yang paling bagus dan kondisi prima, seperti Shimano DuraAce (groupset sepeda balap tertinggi Shimano) efisiensinya sekitar 94%, dan untuk pemakaian rantai biasa sekitar 80%.

Sepeda drivetrain model lama, memakai gear dengan bentuk yang memiliki alur untuk mentransfer tenaga, tetapi bentuk gear seperti ini mempunyai tingkat friksi yang cukup tinggi. Ceramic speed sebagai produsen bearing, membuat desain baru untuk mentransfer putaran pedal ke dive shaft dan dari drive shaft ke sprocket/cassette roda belakang, dengan memakai 21 buah bearing keramik (12 bearing di sprocket dan 9 bearing untuk chainring). Teknologi ini meminimalkan adanya gesekan dan memaksimalkan perputaran roda. Chainring dan sprocketnya mempunyai bentuk yang berbeda, didesain dengan bentuk bearing. Sehingga bearing bearing yang berputar juga sekaligus mendorong sprocket untuk menggerakkan roda.

Sprocket belakang multigear tidak terdiri dari susunan atau banyak sprocket, tetapi hanya terdiri dari satu buah gear besar, tetapi memiliki banyak diamater yang berbeda, yang akan menentukan gear ratio sepeda ini.

Untuk perpindahan giginya, pada shaft dipasang servo motor listrik, yang bisa mendorong gear bearing untuk berpindah dari satu lingkaran gigi ke lengkaran gigi lainnya secara wireless. Bearing akan berpindah bertahap, sebelum seluruh bearing berpindah ke gear yang lain, untuk memastikan shifting yang mulus dan tanpa hentakan. Untuk yang dikeluarkan sekarang memiliki gear ratio 376%, yang mirip dengan gear ratio pada sepeda doubel chainring 53/39 dengan cassette 11-28T.

Selain efisiensi karena menghilangkan rantai, tidak adanya derailleur dan pulley juga mengurangi berat sepeda, sekaligus menghilangkan kemungkinan gesekan tambahan. Shifting pada derailleur juga akan mengikis gear karena rantai didorong untuk berpindah sprocket, tidak jarang kita lihat goresan pada sprocket/cassette sepeda yang sudah lama terpakai. Drive shaft ceramic speed bisa mengurangi friksi, atau pada sepeda drive shat multi gear lainnya, gearingnya diatur dengan internal gear, yang juga lebih baik untuk masalah efisiensi.

Tidak adanya casette juga membuat hub roda menjadi lebih simetris. Jika kita perhatikan jari-jari roda belakang sepeda multigear, sudut jari-jari sepeda sebelah kiri dan kanan, sudutnya tidak sama, karena ada satu sisi yang harus tergeser untuk mengakomodir tempa cassette pada hub roda. Hub roda Boost, dan SuperBoost dikembangkan untuk sepeda multigear untuk hub roda yang lebih lebar, sehingga bisa menampung cassette yang lebih banyak dan besar, dan sekaligus membuat jari-jari roda yang lebih simetris. Sepeda drivetrain shaft ini tidak mempunyai banyak cassette, sehingga jari-jari roda belakang bentuknya lebih simetris, untuk ekuatan roda yang lebih bagus dan seimbang.

Berawal dari prototype, sepeda ceramic speed sudah menjadi full bike yang telah dicoba dipakai pada lintasan sepeda, berhasil mendapatkan sepeda dengan kecepatan di atas 45km/jam. Dan Ceramic Speed juga sudah mengeluarkan 3 model sepeda tanpa rantai The Hero (sepeda Time Trial/TT), The Venge (sepeda balap), dan The Lux (sepeda gunung). Tetapi belum diperjual belikan, masih dalam tahap penyempurnaan untuk produk yang aman pakai.

Pada frame sepeda dipasang juga cover atau pelindung untuk menutupi gearing agar lebih aman dan aerodinamis. Faktor berat juga menjadi kendala, karena harus memakai material yang lebih ringan, tetapi cukup kuat untuk menahan beban yang berat. Shaft berbahan karbon  yang hollow (kopong) dipakai untuk sepeda ini, tetapi bahan karbon mempunyai batas kekuatan yang lebih kecil dari bahan metal lainnya. Sampai saat ini sepeda ini masih mampu untuk menahan beban 200-250 Watt, untuk beban power yang lebih tinggi lagi masih memerlukan pengembangan tambahan.

Ceramic Speed juga masih mencari partner yang bisa lebih mengoptimalkan teknologi drivetrain shaft ini, untuk pemasaran an pengembangan dan aplikasi teknologi ini pada sepeda listrik atau sepeda kota (city bike). Belum ada merk sepeda Indonesia yang memakai sistem penggerak ini, merk sepeda luar juga masih seidikit sekali, karena permintaan pasar juga tidak signifikan.

Teknologi drivetrain shaft untuk sepeda ini patut kita hargai, tidak hanya untuk alternative teknologi, tetapi juga pasti akan membuat industri rantai sepeda akan mengejar dan membuat sistem yang lebih efisien lagi. Efisiensi yang lebih baik saja belum tentu menjamin sepeda ini bakal diterima oleh pengguna, harga dan kompatibiliti sepeda biasanya lebih menjadi faktor apakah sebuah sepeda bakal menjadi pilihan yang lebih baik.