Techniek: voorwielophanging

Ontelbaar veel pogingen om de telescoopvoorvork te vervangen door alternatieve voorwielophangingen zijn al mislukt. De simpele telescoop blijkt als ware multitasker zijn taken van sturen, veren, dempen en remmen allemaal zonder echte tekortkomingen uit te voeren.

Geen enkele voorwielophanging, hoe geraffineerd en gecompliceerd ook, voert de vereiste uiteenlopende functies zo goed uit als de telescoopvork. Ook al zegt de theorie dat het duidelijk beter is als je de functies wielgeleiding, vering en demping scheidt, de praktijk wijst uit dat de telescoopvork in de som van zijn eigenschappen nog steeds niet te kloppen is. Onder andere omdat sommige zogenaamde nadelen in de praktijk juist een voordeel blijken te zijn. Zo duikt tijdens hard remmen een telescoopvork (of dat nou een conventionele of een upside-down is) flink in, waardoor de geometrie drastisch verandert in de richting wendbaarheid.
Een rekenvoorbeeld: door het duiken van de voorkant bij het gelijktijdig uitveren van de achterzijde wordt de naloop van een sportmotor verkleind van 100 naar circa 75 millimeter, terwijl de balhoofdhoek verandert van 66 naar 70 graden en dus zeer steil komt te staan. Aangezien de telescoopvork schuin staat, beweegt het wiel bij inveren niet alleen naar boven, maar ook naar achteren. De wielbasis neemt daardoor af van 1.420 naar 1.385 millimeter. Alles bij elkaar krijgt de motor tijdens het remmen dus een uiterst wendbare geometrie, waardoor je al remmend de motor gemakkelijker kunt insturen. En dat is maar goed ook, want door de combinatie van het harde remmen en de naloop van het voorwiel (het ‘zwenkwieleffect’) wordt het voorwiel met kracht in zijn rechtuitstand getrokken! Daardoor zijn antiduiksystemen vooral bij sportmotoren zeer ongewenst; de motor gaat dan tijdens het remmen veel zwaarder sturen.
In de omgekeerde situatie, dus bij maximaal accelereren, veert de telescoopvork uit en de geometrie wordt ‘stabieler’, want de balhoofdhoek wordt vlakker en de naloop groter. De geometrieveranderingen door het in- en uitveren van de telescoopvork passen zich dus bijna perfect aan de desbetreffende rijsituatie aan.

Het probleem van het sterke torderen door de lange telescoopconstructie probeerde men in de jaren zeventig en tachtig onder controle te krijgen met zogenaamde voorvorkstabilisatoren; in feite een lapmiddel. De constructeurs grepen uit nood naar steeds grotere vorkpootdiameters, totdat men eind jaren tachtig de hele zaak op z’n kop zette. Upside-down (afgekort USD) was de truc die een paar beslissende voordelen met zich meebracht. De extreme buigkrachten bij de onderste kroonplaat worden door de veel grotere diameter van de buitenpoten veel beter opgevangen. Daarbij komt nog dat bij inveren de binnenpoten verder in de dikke buitenpoten schuiven, wat bij veel USD-constructies een verdere vergroting van de buigstijfheid geeft door de toenemende afstand tussen de lagerbussen. Deze fundamenteel stabielere constructie van de upside-down-telescoop is één van de redenen dat de diameter van de vorkpoten (die van de binnenpoten om precies te zijn, dat wordt als maatgeving gebruikt) in de afgelopen twintig jaar maar bij weinig fabrikanten is veranderd. In de meeste straatmotoren worden vorkpootdiameters van slechts 41, 43 of in een enkel geval 45 millimeter gebruikt. Kleine diameters zijn gunstig voor het gewicht en verminderen tegelijk de wrijving. Het nadeel van de hoge wrijving tussen binnen- en buitenpoten (vooral tijdens het remmen!) was vaak een belangrijke reden om de telescoop door een alternatieve voorwielophanging te vervangen. BMW maakte met de Telelever een combinatie van telescoop en draagarmen met schokdemper (naar voorbeeld van het SaxTrak-systeem van de Engelse framebouwer Saxon). Radicaler is het BMW-Duolever-systeem, aangezien daar alle relevante onderdelen in wrijvingsarme wentellagers bewegen. De vorkpoten (eigenlijk een soort verticaal geplaatste achtervork) zijn daarbij via twee korte driehoekige, scharnierende draagarmen aan het frame bevestigd (zie foto). Vering en demping worden verzorgd door een op de onderste draagarm afsteunende schokdemper met veer, net als bij achtervering. Door de dimensionering van de geometrie van de draagarmen duikt deze constructie tijdens remmen nauwelijks in. Wie dacht dat BMW daarmee het lot van de telescoop had bezegeld, kwam door de komst van de S1000RR echter bedrogen uit. De Duitse superbike veert aan de voorzijde – na ettelijke pogingen met het Duolever-systeem – namelijk gewoon met een upside-downtelescoop van Sachs.

Zo’n twintig jaar geleden probeerde Yamaha met fuseebesturing op de GTS1000 en Bimota met naafbesturing op de Tesi om voor een doorbraak te zorgen. De sporttoerder van Yamaha kon de theoretische voordelen in de praktijk niet echt waarmaken en de GTS verdween na vijf jaar van de markt. De grote nadelen van beide constructies: duur en gecompliceerd, te kleine stuuruitslag voor dagelijks gebruik, vaag gevoel in het stuur. Ontelbare experimentele constructies met alternatieve wielophangingen in de racerij (waarvan de Elf wel de bekendste is) bewezen telkens weer: voor een race- of supersportmotor is er tot op de dag van vandaag geen betere oplossing dan de compacte en tegelijk goedkoop te produceren telescoopvoorvork. Wanneer je een nadere blik werpt op de stijfheid van moderne wielophangingen in de praktijk, dan wordt duidelijk dat een zekere flexibiliteit doorgaans een voordeel is.
Zo worden storende invloeden vanuit het wegdek, zoals langsrichels of kort op elkaar volgende oneffenheden, door een flexibel systeem geabsorbeerd, terwijl extreem stijve constructies deze krachten ongedempt schuin op vering en rijwielgedeelte overbrengen, wat vervolgens tot tankslappers of chattering (hoogfrequente trillingen in het voorwiel) kan leiden.

Daarnaast is de richting van de inveerbeweging van de telescoop bijna ideaal. Alle andere systemen die er momenteel zijn, inclusief de BMW-Duolever, veren ten dele tegen de rijrichting in, wat het veercomfort op scherpe hobbels tegenwerkt. Wie wel eens met een Telelever of Duolever een stoeprand is opgereden, weet precies wat we bedoelen.
Een voorbeeld van de gericht ingebouwde flexibiliteit van een telescoopvork is de vorm van sommige kroonplaten op fabrieks-racemotoren (zie foto). Daar zitten de vorkpoten ingeklemd in op het eerste gezicht willekeurig uitgefreesde kroonplaten. De uitsparingen geven echter een bewuste, gerichte flexibiliteit. Dit verklaart ook waarom de indrukwekkende, extreem massieve onderste kroonplaten (zie foto) zowel in de racerij als op straat nauwelijks meer worden toegepast. Alleen enkele tuningsbedrijven passen ze vandaag de dag nog toe, maar dan vanwege het stoere uiterlijk.
Extreem grote diameters van de vooras, zoals bijvoorbeeld op de MV Agusta F-modellen (zie foto), zorgen voor zoveel mogelijk torsiestijfheid van de vorkpoten. Ook hier hebben de constructeurs inmiddels een grens getrokken en tegenwoordig houden ze het bij relatief bescheiden diameters van 30 tot 35 millimeter.
In de loop der vele jaren zijn de inherente nadelen van de telescoopvork systematisch geëlimineerd of ten minste geminimaliseerd. Met wrijvingsarme oppervlaktebehandelingen, zoals TiN (titaniumnitride) en DLC (diamond-like carbon, ofwel een hele harde koolstofverbinding), is de wrijving in de teflon-gecoate glijbussen enorm afgenomen, terwijl ook de benodigde afdichtingen (de voorvorkkeerringen) nu veel lichter lopen dan vroeger.

Bij cartridge-voorvorken zit het gehele instelbare dempingsmechanisme ondergebracht in stalen buizen binnenin de vorkpoten. Door hun geringe diameters hebben ze relatief kleine en moeilijk af te stellen dempingszuigers. De Japanse veringfabrikant Showa ontwikkelde daarom de zogenaamde Big Piston Fork (BPF), waarbij de dempingszuigers dankzij een slim olie-omloopsysteem direct in de binnenpoten kunnen lopen. Daardoor zijn de zuigers aanzienlijk groter en kunnen ze een meer gecontroleerde en stabielere dempingskarakteristiek geven, vooral in het low- en midspeed-bereik (circa 10 tot 150 mm/s). Daardoor kan een mooier aanspreekgedrag worden gecombineerd met stevige demping en goede feedback.
Een eenvoudigere manier om grotere dempingszuigers te gebruiken is het opdelen van de dempingsfuncties over de twee poten: ingaande demping in de ene poot, uitgaande demping in de andere. Dit is goedkoper, maar de grotere zuigerdiameters worden zo wel deels teniet gedaan doordat er nog maar één zuiger per richting is, natuurlijk. De asymmetrische belasting is geen probleem, omdat de upside-downvork inmiddels stijf genoeg is om dat ook bij snelle veerbewegingen te kunnen verwerken.
Een betere, duurdere cartridge-variant is in de racerij al gemeengoed: De closed-cartridge-vork, waarbij in (of naast) de vorkpoten een gasreservoir is ondergebracht. Deze zorgt dat de voorvorkolie niet meer met lucht in aanraking komt en zo geen emulsie kan vormen. Hierdoor geeft de olie een constante demping.