+ Plus

Techniek: voorwielophanging

Aangezien een motor maar twee wielen heeft, waarvan er slechts eentje gestuurd wordt, heeft de voorwielophanging een heel belangrijke taak. Meerdere taken zelfs, die lastig te combineren zijn. Constructeurs storten zich met al hun inventiviteit op deze opgave en er zijn veel soorten oplossingen, maar er zijn er maar weinig die voor de rijder echt goed werken.

Als je maar twee wielen hebt, moet je die heel goed onder controle houden. Dit geldt afhankelijk van de situatie soms meer voor achter, zoals bij accelereren, en soms meer voor voor, met name tijdens het remmen. Maar ook bij gewoon rechtuit rijden heeft de voorwielophanging een aantal belangrijke functies. Als rijder stuur je onbewust altijd mee, je houdt je vast aan het stuur, je leidt krachten in de besturing en onbewust ben je het eensporige voertuig voortdurend aan het balanceren. Dat merk je wanneer je met losse handen rijdt. De motor blijft aanvankelijk weliswaar rechtuit gaan, maar op een bepaald moment wijkt hij toch af en dan moet je hem weer bewust met gewichtsverplaatsing terug op koers brengen, of gewoon het stuur weer pakken. Maar zolang de stuurcorrecties heel klein zijn, merk je ze niet eens. Het is daarbij duidelijk: de besturing moet spelingvrij zijn, want anders komt er heel snel ongecontroleerde beweging in het geheel.
Veel groter worden de stuurkrachten in bochtencombinaties, waarbij de motor drastisch van richting moet worden veranderd. Dan moet op hoge snelheid de sterke gyroscopische werking van de draaiende wielen worden overwonnen, wat grote krachten op het stuur betekent. En bij het remmen komen er dan nog flinke remkrachten bij. Tegelijk moet het voorwiel ook nog netjes kunnen veren, en die vering moet dan ook nog twee dingen tegelijk doen. Ten eerste moeten de oneffenheden in het wegdek worden geabsorbeerd, voor het comfort van de rijder en om goed wegcontact te houden. Ten tweede moet de dynamische gewichtsverplaatsing bij remmen of accelereren kunnen worden opgevangen. Bij accelereren kan het voorwiel door gebrek aan gewicht op de voorkant helemaal uitveren, maar tijdens remmen mag de vering niet doorslaan.

Je ziet: de voorwielophanging heeft een hoop verschillende taken te vervullen. Daarom hebben talloze inventieve lieden manieren bedacht om die taken te scheiden. Ten eerste moet er gestuurd worden, ten tweede geveerd en gedempt en ten derde moeten er grote rem- en dwarskrachten worden opgevangen. Zo ontstonden er steeds weer nieuwe constructies, waarvan sommige behoorlijk complex. Zoals bijvoorbeeld de voorwielophanging van de huidige Honda GoldWing 1800. Daarbij wordt de vering en demping gedaan door een schokdemper, maar het sturen en de geleiding van het voorwiel door een stelsel van stijve draagarmen (vergelijkbaar met de BMW Duolever, die weer is afgeleid van de vork van de Brit Norman Hossack). Behalve dat deze constructie duidelijk meer buigstijfheid heeft, wordt door de positie van de scharnierpunten van de twee horizontale draagarmen tijdens het remmen een anti-duik-effect gerealiseerd. De schokdemper voelt het remmen dus veel minder. En doordat de vork tijdens remmen niet sterk inveert, blijft er voldoende veerweg voor het absorberen van oneffenheden. Dat is voor zware toermotoren een groot voordeel, want dan kun je met zachte, comfortabele veren werken. En er is nog een voordeel: de schokdemper voelt tijdens remmen ook geen dwarskrachten, zoals een telescoopvork dat wel doet. De vering blijft dus soepel werken, zonder extra wrijving.
Datzelfde voordeel heeft de vroeger veel gebruikte schommelvork. Daarbij is het voorwiel in een geduwde swingarm gemonteerd, als een soort omgekeerde achtervork, compleet met twee schokdempers. De hele constructie draait verder gewoon in een balhoofd, net als een gewone telescoopvoorvork. Goed voor soepel veren, en ook hier kan een anti-duik-effect worden gerealiseerd. Al kan dat al snel zelfs resulteren in uitveren tijdens remmen – of hij veert juist steeds nadrukkelijker in, het is een delicate balans.

In het midden van de jaren 80 werd door diverse constructeurs geëxperimenteerd met een heel ander type voorwielophanging, met fuseebesturing. Hierbij zit het voorwiel op een stuurbare pen die met een kogelgewricht op een scharnierende draagarm is gemonteerd; de fuseepen wordt bestuurd door een verticale arm, die tevens de ‘kantelkrachten’ op het wiel opneemt. Deze verticale arm is vervolgens met een scharnierend hefboomstelsel of een telescopische buis verbonden met het stuur.
Dit uit de autowereld afkomstige idee scheidde niet alleen de functies vering en sturen, het maakte het ook mogelijk om de grote remkrachten en overige dwarskrachten via een grote draagarm rechtstreeks naar frame en blok te geleiden, in plaats van via het balhoofd. Hierdoor werd ook de gewichtsverdeling potentieel beter gecentreerd, omdat het hooggeplaatste balhoofd veel lichter kon worden uitgevoerd. Met de Yamaha GTS1000 verscheen er zelfs een echte productiemotor hiermee. Hij sloeg echter niet aan bij het grote publiek. Deels doordat hij voor een sportieve motor te zwaar en te tam was, en voor een toermotor te sportief, met zijn kettingaandrijving en beperkte actieradius. Maar de GTS deed wellicht ook te futuristisch aan; motorrijders zijn vaak behoorlijk conservatief.
BMW ging daarom in 1992 een andere weg, die de belangrijkste voordelen van de fuseebesturing combineerde met een veel conventioneler uiterlijk van voorvork en frame. Bij de Telelever (gebaseerd op de Engelse Saxon-vork) zit er boven het voorwiel een horizontale draagarm die de remkrachten en dwarskrachten direct afsteunt op het motorblok, terwijl een klein stukje telescoop voor de verbinding met het stuur zorgt. Vering en demping wordt gedaan door een schokdemper op de draagarm. Dit heeft duidelijke voordelen qua comfort en stabiliteit; nadelen zijn de matige feedback en een relatief heftig reageren op lastwisselingen.

Verbazingwekkend genoeg echter blijft tot op de dag van vandaag de telescoopvoorvork in staat om zelfs de krachtigste en snelste motoren ter wereld onder controle te houden. Zijn grote voordeel: de goede feedback, dat zo cruciale aspect op een motor. De veerbewegingen worden gemaakt door twee telescopische buizen, waarin de veren en het dempingsmechanisme zitten. De stuurbewegingen worden van de stuurhelften rechtstreeks op de vorkpoten overgebracht. Dankzij hun ronde vorm kunnen ze belastingen in alle richtingen opnemen, maar door de grote dwarskrachten van met name remmen zijn ze onderhevig aan aanzienlijke buiging. Om de buiging te verminderen, is de diameter van de vorkpoten sinds de iele voorvorkjes van de jaren zeventig sterk toegenomen. Een duidelijke verbetering in stijfheid kwam toen de dikkere aluminium buitenpoten als bovenpoten werden gebruikt, want daar is het buigende moment immers het grootst; voilà, de upside-down-voorvork.
Een ander nadeel is dat de wrijving van de veerbeweging tijdens remmen fors toeneemt, en met de grotere diameters van binnenpoten nam ook de wrijving verder toe – reden waarom er met speciale coatings, zeer nauwkeurige glijbussen en zelfs wrijvingsarmere keerringen wordt gewerkt om dat te minimaliseren. Hierdoor kunnen de huidige dikke vorken toch mooi aanspreken. De nieuwste ontwikkeling is natuurlijk de elektronisch geregelde demping, waarbij de demping razendsnel (in milliseconden) aan de rijomstandigheden wordt aangepast: de zogenaamde semi-actieve of beter gezegd adaptieve veersystemen. De ‘simpele’ telescoopvork is dus het digitale tijdperk ingegaan en heeft tot nu toe alle aanvallen van alternatieve systemen overleefd. Wie had dat gedacht…

Motoplus als app?

Om deze webapp op je telefoon te installeren, klik dan op het icoontje onderaan en klik daarna op Zet in beginscherm.

Om deze webapp op je telefoon te installeren, klik dan op de drie bolletjes rechtsbovenin

en klik daarna op Toevoegen aan startscherm.