Motorwereld May ’04 – In the centre of the wheel

In het HART van het wiel

Bron: Motorwereld, mei 2004 (www.motorwereld.be)

De TESI Milennium heeft de stangen van het stuurstelsel beide aan dezelfde kant, en zelfs op hetzelfde punt van het scharnier zitten. De vooras zit vast in de schetsplaat, maar meteen ook in de onderste draagarm. Daardoor kan de schetsplaat erg licht uitgevoerd worden. Bij de ChiQane is de bovenste draagarm ook uit aluminium uitgevoerd. In tegenstelling tot bij de TESI zit hier de wielas gewoon in de schetsplaat, terwijl er twee veringen voorzien zijn. Hier is geen stangenstelsel voorzien, omdat de besturing via een meer conventionele, in het spatbord ingewerkte brug geschiedt.

Alternatieve besturing, naafbesturing…. Je kent die termen wel. Klin

ken lekker futuristisch en avant-garde, maar eigenlijk is het bestaan ervan meer een volharden in de boosheid om dat eerste echte alternatief, de telescopische voorvork, van de troon te stoten. Dat zoiets gemakkelijker gezegd is dan gedaan, bewijst het matige succes van de reeds ondernomen pogingen op bijvoorbeeld de Yamaha GTS, de Bakker QCS, de Bimota TESI…. Iedereen heeft al eens van deze exoten gehoord, maar je ziet ze zelden of nooit.

DE VOORVORK

Nu, echt verwonderlijk is dat niet: De telescopische voorvork, of ze nu rechtop staat of omgekeerd, biedt een verbazend goed functionerend totaalpakket, dat maar weinig last lijkt te hebben van de problemen eigen aan de telescoopvork. Zo worden alle, maar dan ook alle krachten die meespelen overgebracht via die 4 buizen die twee per twee in elkaar schuiven: nergens zit er dus echt een stevige, vaste verbinding. De frameconstructie waarin de vork opgehangen wordt, zijnde het balhoofd, moet ook voldoende sterk Lees: Zwaar) uitgevoerd zijn. En, erger nog: Alle krachten worden op één grote hoop gegooid. Met name mengen van de remkrachten en de werking van de vering zorgt voor nogal wat problemen: de instelling van de vork moet hard genoeg zijn om aan de gewichtsverplaatsing ten gevolge van het remmen te weerstaan, maar moet anderzijds ook voldoende soepel zijn om de kleine oneffenheden te blijven verteren. Dat de geometrie tijdens het remmen ook nog eens verandert door het inveren van de vork, kan soms een sneller stuurgedrag opleveren, maar wordt in regel toch eerder als ongewenst neveneffect aanzien. De jarenlange ontwikkelingen en het gebruik van speciale materialen en erg complexe constructies binnenin, hebben er echter voor gezorgd dat de nadelen van een voorvork steeds minder invloed hebben op de algemene prestaties van een rijwielgedeelte. Met andere woorden: de kosten/batenanalyse valt positief uit, de nadelen wegen niet op tegen de voordelen.

ALTERNATIEF

De telescopische voorvork zelf was eigenlijk al een alternatief voor de reeds bestaande besturingen: Fuseebesturingen, schommelarmen parallellogramvorken, ze bestonden al veel vroeger, maar de telescopische vork bood een alternatief voor tal van problemen die deze constructies kenmerkten. Vooral de zware bouw, de vele scharnierpunten en de grote omvang werden bij alle bestaande ophangingen als nadelig ervaren, en net op die punten veegde de telescoop de vloer aan met alle bestaande systemen. Het duurde dan ook niet lang voordat de telescopische voorvork de hele motormarkt inpalmde, al kwamen na verloop van tijd ook enkele beperkingen aan het licht, met name toen de remmen alsmaar beter werden, de banden noemenswaardige grip begonnen te bieden en de motoren ook nog eens krachtiger en sneller werden. Tijd dus voor opnieuw een nieuw alternatief..

Nu alweer 20 jaar geleden waren enkele notoire namen met de meest uiteenlopende projecten bezig: Van de ELF-motoren hun automobielachtige fuseebesturing hebben we allemaal al ‘ns gehoord, de GTS met zijn eenarmige fuseebesturing ook. Het nadeel van zo’n enkelzijdige ophanging van het voorwiel is dat het er, in tegenstelling tot een enkelzijdige achterbrug, fragiel en onnatuurlijk uitziet. BMW’s Telelever is ondertussen zelfs al een klassieker geworden. Die Telelever is trouwens ook het enige alternatief voor de telescoop dat het uiteindelijk waarmaakte. Dat die er uitziet als een gewone voorvork en door de ingenieurs zodanig gemaakt werd dat hij aanvoelt als een ‘normale’ vering zal daar wel niet vreemd aan zijn. Eén nadeel dat blijft, is het hooggeplaatste gewicht. De naafbesturing heeft weliswaar ook een brug om het wiel, maar dan wel één langs de twee kanten, waardoor het geheel er stevig en toch min of meer ‘gewoon’ uitziet, terwijl het gewicht ervan letterlijk laag geplaatst is en de krachten netjes van elkaar gescheiden worden. Zowel de Tesi als de ChiQane maken gebruik van deze oplossing, al is de besturing zelf bij alle twee anders uitgewerkt.

DE VEER- EN REMKRACHTEN

De eigenlijke ophanging bij een naafbesturing gebeurt door middel van twee parallellogrammen. Eigenlijk kan je die bekijken als twee boven elkaar gemonteerde bruggen of swingarmen, die aan hun uiteinden verbonden zijn door twee schetsplaten. In die schetsplaten zit dan de centrale wielas vast. Beweegt het wiel nu op en neer, dan blijft de balhoofdshoek (de term blijft bestaan, al is er niet echt meer sprake van een balhoofd) constant, dit omdat de beweging van de schetsplaten de kanteling van de gehele motorfiets ten opzichte van de grond bij het inveren compenseert. Het op en neer bewegen gebeurt trouwens alleen maar ten gevolgde van de veerkrachten: Oneffenheden, glooiingen, het verzitten van de piloot… De remkrachten, die veruit de grootste component vormen, worden dankzij de parallellogramconstructie overgezet in trek- en duwkrachten op het frame of op de motor. Een stijf chassis is met andere woorden onontbeerlijk voor een naafbestuurde motorfiets. Daarom heeft dit soort fietsen ook altijd een dik frame, dat daarom niet meteen zwaar is, net omdat het redelijk compact kan uitgevoerd worden: Je hoeft immers geen stevig en goed gestut balhoofd meer te voorzien. Het ‘balhoofd’, of wat daarvoor moet doorgaan, is immers niet meer dan een scharnierpunt dat het stuur op zijn plaats moet houden. Veer- of remkrachten komen er niet op terecht, en dus kan het erg licht en klein uitgevoerd worden.

DE WIELVERDRAAIING

De ophanging van het wiel kennen we dus al: De wielas zit vast aan twee schetsplaten, die op hun beurt vasthangen aan twee parallellogrammen die dan weer aan het frame of het blok hangen. Bij de Tesi bestaat de bovenste helft van die parallellogrammen, oftewel de bovenste brug, uit de twee rode stangen die vasthangen tussen de schetsplaten en het frame. Door de lengte van die stangen te regelen, kan de balhoofdshoek en bijgevolg ook de naloop geregeld worden. Omdat die hoek en naloop niet beïnvloed worden door het remmen of door de vering zelf, kunnen ze redelijk klein gehouden worden, wat een snel en licht stuurgedrag oplevert. Rest de vraag hoe het voorwiel dan zijn hoekverdraaiing moet krijgen teneinde met de motorfiets te kunnen draaien. Welnu, de besturing zit binnenin de naaf zelf, vandaar de naam naafbesturing.

Het is een goede zaak voor het verdere begrip van het systeem om eerst even te kijken hoe een gewoon motorfietswiel vastzit. Bij een gewoon wiel zit de naaf vast aan het wiel via de – al dan niet gegoten – spaken. In de naaf zitten twee lagers, die op hun beurt de vooras vasthouden, die op haar beurt in de voorvork zit. De binnenringen van de lagers en de vooras zitten vast aan de vork, terwijl bij het rijden de buitenringen van de lagers samen met de naaf en het uiteindelijke wiel ronddraaien. De hoekverdraaiing van het stuur wordt trouwens meegevolgd door al die componenten: Niet alleen het wiel en de naaf, maar ook de lagers, de as en de voorvork.

Bij een naafbesturing is het andere koek: Daar zitten de lagers niet tussen de vooras en de naaf, maar wel tussen de naaf en het wiel! De naaf zelf verhuist dus van het omwentelende gedeelte van de constructie naar het vaste, waardoor ze de mogelijkheid biedt om er een extra constructie binnenin in te steken, om zo de hoekverdraaiing van het stuur over te kunnen zetten op het wiel. Hier wordt de hoekverdraaiing van het stuur dus enkel gevolgd door het wiel, de lagers en de naaf, die echter niet langer meedraait met het wiel tijdens het rijden. De remklauwen zitten vast aan de naaf. Laten we het wiel en de lagers voor wat we zijn, en gaan we ons enkel concentreren op de hoekverdraaiing in een bocht. We hadden dus al onze twee bruggen, die samen parallellogrammen vormen, en de schetsplaten die eraan vastzitten. In die schetsplaten zit de vooras vast, die dus bijgevolg ook niet kan draaien ten opzichte van het frame. Zoals gesteld draaien het wiel (gelukkig maar, ahum), de lagers en de naaf mee met het stuur, maar de vooras en de ophanging niet. De verdraaiing gebeurt dus tussen de vooras en de naaf: via de zogenaamde ‘king pin’ of koningspin. Die staat in het verticale middenvlak van het wiel, dus in het centrum, en lichtjes achteruit gekanteld: Hier is onze balhoofdshoek, inderdaad, en bijgevolg ook de naloop. De koningspin en de vooras vormen als het ware een vast kruis. De uiteinden van de king pin zitten via lagers vast in de naaf, die dus de pin als as voor haar hoekverdraaiing gebruikt. Een en ander wordt wellicht duidelijker aan de hand van de tekeningen.

DE STUURBEWEGING ZELF

Rest ons nog de overbrenging te beschrijven van de beweging van het stuur naar het wiel. Daarin verschillen de twee motoren uit deze tekst grondig van elkaar! Beginnen we met de ChiQane: Die heeft twee normaal ogende kroonplaten rond zijn fijne balhoofd zitten, die verbonden zijn met twee buizen, waarop de clip-ons zitten. Een klassieke constructie inderdaad. Over het voorwiel staat een soort brug, die aan de twee kanten vaststaat op de naaf. De kroonplaten en de brug over het wiel zijn tenslotte aan elkaar verbonden via twee driehoeken, die op hun punt onderling kunnen scharnieren. Daardoor kan de op- en neergaande beweging van het wiel opgevangen worden via een schaarwerking van de twee driehoeken, terwijl de hoekverdraaiing toch perfect overgebracht wordt van het stuur naar het wiel. Melden we nog even dat bij de ChiQane de vooras gewoon in de schetsplaten vastzit, die op hun beurt aan de binnenkant van de twee parallellogrammen opgehangen zit. Bij de Tesi is het andere koek: Daar zit de vooras om te beginnen in de schetsplaten op hetzelfde punt vast als dat waar de schetsplaten mee vastzitten aan de onderste brug. Daarom is de onderste brug ook net iets zwaarder uitgevoerd dan bij de ChiQane, terwijl de schetsplaten zelf veel lichter zijn, net als de bovenste brug, die gewoon uit twee stangen bestaat. De functionaliteit van het systeem is echter dezelfde. De hoekverdraaiing wordt bij de Tesi overgebracht via een stangensysteem: aan de onderste kroonplaat zit een stang vast, die een scharnier aan het frame doet verdraaien. Aan dat scharnier zit een andere stang die op haar beurt aan één kant van de naaf vastzit, en deze zo doet draaien om de king pin. Door de bevestigingspunten van de twee stangen aan het scharnier op het frame te verzetten kan er op die manier een soort overbrengingsverhouding ingebouwd worden: er kan voor geopteerd worden om het wiel meer, dan wel minder te laten verdraaien dan het stuur. Praktijktesten in de beginjaren van de Tesi hebben echter uitgewezen dat er niets boven een 1:1 verhouding gaat… Het enige verschil tussen de nieuwe en de oude Tesi in de ophanging zit ‘m dan in het feit dat de twee stangen (die van het stuur naar het scharnier en die van het scharnier naar de naaf bij de nieuwe aan dezelfde kant van de motor zitten, terwijl dat bij de oude Tesi’s niet het geval was. Toen bestond het scharnier uit een as die dwars door het frame liep. Zoals gezegd biedt de Tesi het theoretische voordeel om een stuurverhouding in te bouwen, terwijl het gewicht ook nog eens extra laag gepositioneerd is dankzij de lichte bovenbrug constructie. Een nadeel is dan weer de overvloedige aanwezigheid van scharnierpunten en kogelgewrichten, die het gevoel in de band, de feedback en de spelingvrijheid serieus hypothekeren.

SUCCES VERZEKERD?

Het is niet gemakkelijk om een wijdverspreid en flink doorontwikkeld concept zomaar te vervangen door iets nieuws, ook al is dat in theorie duidelijk beter. Het Operating System van Mac is dan misschien op heel wat punten beter dan het soms instabiele Windows, maar daarvan nemen we de fouten voor lief, net omdat iedereen het kent. Hetzelfde gaat op voor de voorvork: Elk alternatief dat wordt voorgesteld wordt uiterst kritisch bekeken, en dus ook deze naafbesturingen. De Tesi maakte het uiteindelijk nooit waar omdat de hele stangenconstructie niet meteen vertrouwenwekkend te noemen is, maar ook omdat er echt wel wat schortte aan het geheel: Oneffenheden die op hellingshoek moesten verteerd worden, vertaalden zich nogal eens in licht zwalpende stuurbewegingen (het zogenaamde bump-steer) terwijl ook de keuze voor een uiterst extreme naloop en balhoofdshoek het rijgedrag op lage snelheden destabiliseerde. De reden van die keuze was vooral om de voordelen bij hoge snelheden in de verf te zetten, wat ook wel lukte, maar je kan nu eenmaal niet snel rijden zonder eerst langs de lage snelheden te passeren, nietwaar.

De ChiQane biedt op die vlakken blijkbaar iets betere oplossingen, niet in het minst omdat er voor wat conventionelere waarden geopteerd is wat de naloop en balhoofdshoek betreft. Het nadeel van de ChiQane is dan weer dat het een kleinschalig project is, dat (nog) niet rechtstreeks van een gereputeerde fabrikant komt. Hebbedingen zullen het altijd wel blijven, dit soort motoren, en als je de kans hebt om er eens mee te rijden, moet je dat zeker eens doen!

Tekst Steven Casaer
Foto’s: Bimota, Kyoichi Nakamura