Techniek: wielen
Hartelijk dank vindingrijke voorouders van ons, voor het genoeg hebben van het moeizame dragen, schuiven en slepen. Zonder de geweldige uitvinding van het wiel waren onze motorfietsen er nooit geweest!
Een as, wat spaken en een velg – en klaar is het wiel. Hoewel…motorfietsen, en zeker snelle sportmotoren, stellen zeer hoge eisen aan deze cirkelvormige onderdelen. Er komen bij hard remmen, accelereren en snel bochtenwerk namelijk veel krachten en buigende momenten op de wielen te staan, dus moeten ze zeer sterk zijn. Tegelijk moeten ze ook luchtdicht zijn, aangezien er binnenbandloze banden (tubeless) omheen komen. De band moet dus ook luchtdicht afsluiten tegen de velgrand en verder moet er een ventiel in zitten dat met verschillende soorten afdichtingen (zie foto) en voldoende sterke ventielveertjes ook luchtdicht blijft afsluiten bij zeer hoge snelheden, wanneer centrifugaalkrachten het ventiel tegen de luchtdruk in willen openduwen. Ook daarom is het belangrijk dat je niet vergeet een ventieldopje te monteren, liefst een metalen exemplaar met goede afdichtring in plaats van de goedkope plastic dopjes.
De afmetingen van de velg bepalen welke bandenmaten er kunnen worden gemonteerd. Bij een genormaliseerde velg worden de volgende parameters vastgelegd (zie foto velgdoorsnede): de binnendiameter van de band in inches, de breedte tussen de velgranden in inches, het type passing/zitting en de uitvoering van de velgranden. De maatvoering van de velgen is voor alle typen wielen hetzelfde, of het nou draadspaakwielen, geklonken wielen of gietwielen zijn. En let op: ook gewoon symmetrische voorwielen hebben een voorgeschreven draairichting, aangegeven met een pijl (zie foto).
Tot begin jaren zeventig hadden zo goed als alle motoren de zowel technisch als esthetisch geniale draadspaakwielen. Geniaal omdat de drie componenten – naaf, spaken en velg – in geval van beschadiging relatief eenvoudig kunnen worden vervangen. Daarnaast geeft het uitgebreide spakensysteem de velg enigszins verende eigenschappen, wat vooral op slechte wegen ook goed is voor het comfort. Dat is tevens een reden waarom tot op de dag van vandaag alle cross- en enduromotoren van draadspaakwielen zijn voorzien. Experimenten met gietwielen en geklonken wielen in de jaren tachtig werden al na luttele pogingen afgeblazen. Het nadeel in de massaproductie was, en is, het relatief hoge gewicht en het vele handwerk nodig om de 36 á 40 spaken te monteren en spannen. De stijfheid, sterkte en duurzaamheid van het wiel zijn afhankelijk van de juiste en gelijkmatige spanning van de spaken. Bij ongelijkmatig gespannen spaken krijgen de meest gespannen spaken het leeuwendeel van de aandrijf- en remkrachten te verwerken, wat breuk kan veroorzaken. Met als gevolg een kromtrekken van het wiel en verdere ongelijkmatige belasting. Eigenlijk was het draadspaakwiel al zo’n beetje uitgerangeerd voor straatgebruik, maar maakt het een enorme come-back, niet alleen door de retro-trend van de laatste jaren. Met nieuwe technieken en hoogwaardige materialen kunnen nu ook zeer brede 6 inch wielen voor hoogvermogende motoren als draadspaakwiel worden uitgevoerd. Door luchtdichte afdichtingen aan de binnenzijde of door de spaken aan de buitenkant van de velg te monteren, kunnen deze wielen nu ook van tubeless banden worden voorzien. Daardoor kunnen zelfs gewone productiemotoren als de ‘klassieke’ Honda CB1100 of de zware Horex VR6 weer af-fabriek met mooie draadspaakwielen worden uitgerust.
NIET BETER, WEL GOEDKOPER: HET COMSTAR-WIEL
Het was Honda dat midden jaren zeventig het voortouw nam en haar motoren voorzag van de zogenaamde Comstar-wielen. Hierbij werd een luchtdichte aluminium velg door middel van geperste plaatdelen aan de naaf gebout en geklonken. Eerst met stalen spaken zoals op de CB400T en CB750F2, later met aluminium spaken zoals op de CB400N of de latere CBX550 en VF750F. Ze waren niet veel lichter en het zag er afhankelijk van uitvoering soms nogal goedkoop uit. Daarnaast zorgden losrakende, niet te repareren klinkverbindingen soms voor ergernis. Het Comstar-wiel vormde bij Honda een overgangsperiode naar het tijdperk van gietwielen. Het principe van het opgebouwde wiel werd nog een tijd in de GP-racerij toegepast op bijvoorbeeld de NR500, NS500 en de eerste NSR500’s, met magnesium spaken en superlichte koolstofvezel velgen, totdat de eerste volledige koolstofvezel (of carbonfiber, naar het Engelse carbon fibre) wielen voor furore zorgden. Furore helaas meer in negatieve zin, trouwens. Onder andere bij Honda-fabriekscoureur Freddie Spencer brak bij testritten een achterwiel in stukken, wat in een enorme crash resulteerde voor de meervoudige wereldkampioen. Tegenwoordig is koolstofvezel enorm ver doorontwikkeld en kan het materiaal probleemloos langdurig enorme belastingen doorstaan. Niet voor niets zie je het in bijvoorbeeld de Formule1 als voornaamste constructiemateriaal van het chassis.
ZWAAR, LOMP, MAAR MODERN: DE GIETWIELEN VAN HET EERSTE UUR
Met enige huivering denken we terug aan de lompe en loodzware zevenspaaks gietwielen van de Yamaha XS- en RD-modellen (zie foto), die de ranke machines de lichtvoetigheid van een kreupele olifant gaven. De oorzaak van de overbemeten constructie lag in de toen nog problematische giettechniek. Door luchtbellen (de zogenaamde gietgallen) werd het materiaal verzwakt, waardoor de afmetingen ruim gekozen moesten worden. Controles door ultrageluid of röntgenstraling waren toen in grootschalige serieproductie niet te betalen. Deze kwaliteitscontroles waren destijds in de jaren zeventig voor de vele kleine fabrikanten van magnesium gietwielen wel aan te raden geweest. In vele veredelde tuinschuurtjes werden vederlichte (specifieke massa van magnesium is 1,8 g/cm3, tegen 2,8 g/cm3 van aluminium!), maar evenzo breekbare gietwielen voor de racerij gemaakt. SMAC in Frankrijk (Eric Offenstadt) of KUMA in Duitsland (Helmut Kustermann) waren een paar van de pioniers die de racewereld van soms nogal twijfelachtige lichtgewicht producten voorzagen. Valpartijen en ongelukken door gebroken wielen waren destijds aan de orde van de dag, ook omdat de zeer corrosiegevoelige magnesiumlegeringen al bij de kleinste beschadiging van hun laklaag regelrecht vergingen. In de grootschalige serieproductie probeerde men ondertussen om gewicht en sterkte te combineren middels een doordachte vorm van de spaken. Met dubbele spaken, radiaal (recht naar het midden) of meer tangentiaal (schuin vanaf de naaf) geplaatst, gebogen of recht, in Y-vorm of gekruist, wilden de fabrikanten ook graag een dynamische vorm aan de wielen meegeven. De gewaagde stap naar lichtere en toch voldoende sterke driespaakswielen in de tweede helft van de jaren tachtig werd later weer in een achterwaartse salto gecorrigeerd. Meerspaakswielen, deels als Y-constructie uitgevoerd, hebben de driespaakswielen ondertussen allang afgelost. Groot voordeel is dat door een beter verdeelde belasting de velg een stuk dunner en dus lichter kan worden uitgevoerd. Daar zit niet alleen een absolute gewichtsbesparing in, maar bovendien eentje op de belangrijkste plek: aan de buitenste rand, waar de gyroscopische werking en massatraagheid het grootst is. Door verbeterde materialen en giettechnieken kunnen spaken nu als dunne U-profielen worden uitgevoerd en ook de naven zijn veel ‘holler’ geworden. Het 2.50 x 17-voorwiel van een Honda Hawk 650 van 1988 woog 5,1 kilo, het bredere 3.50 x 17-voorwiel van de huidige CBR600RR weegt 3,8 kilo.
BIJ EEN WIEL TELT HET GEWICHT DUBBEL
Het gewicht in het algemeen is een belangrijk aandachtspunt van de ingenieurs, onafgeveerd gewicht in het bijzonder en roterend onafgeveerd gewicht helemaal. Lichte wielen hebben het voordeel dat ze niet alleen het totaalgewicht omlaag brengen, maar ook de roterende massakrachten bij acceleratie en remmen verminderen. Het wiel moet als het ware twee keer worden versneld, wat de prestaties verslechtert en het verbruik verhoogt. Ofwel: hoe lichter, hoe beter.
Daarnaast verbeteren lichte wielen de werking van de vering, aangezien een licht wiel gemakkelijker inveert en makkelijker onder controle is te houden door vering en demping. Betere vering betekent een betere wegligging, waarbij het lichtere wiel ook nog eens zorgt voor lichter sturen door een kleinere gyroscopische werking (bij dit alles moet het gewicht van de band overigens niet worden vergeten!).
Het is dus niet zo vreemd dat het wiel in de toekomst weliswaar niet opnieuw zal worden uitgevonden, maar dat het wel voortdurend tot in het laatste detail zal worden geoptimaliseerd. Zoals het geval met de magnesium en aluminium smeedwielen, die vooral in de racerij worden gebruikt, of op dure ‘R-‘ of ‘Factory’-versies van Europese superbikes. Hierbij wordt een onder hoge druk gesmede basisvorm van hoogwaardig metaal nauwkeurig nabewerkt op CNC-machines, om elk beetje overbodig materiaal gram voor gram weg te frezen. Wat overblijft zijn zeer slanke, bijna breekbaar ogende meerspaakswielen met zeer kleine wanddiktes van zowel spaken als velgbed. Gesmede wielen zijn dus niet zozeer van lichter materiaal, het is vooral mínder (want sterker en nauwkeuriger) materiaal.
