Op YouTube en Facebook gaan filmpjes rond, waarop de crossmotor van Ken Roczen na een landing grote rookwolken uitstoot. Een aantal hobbels later wordt Ken door zijn bucking Bronco uit het zadel geworpen. Bekijk de video hier. Wat gebeurt daar en waarom?
De eerste vraag is eenvoudig te beantwoorden: bij de landing, na een hoge sprong, slaat de achtervering van Kens motorfiets – aan de kleur te zien een Suzuki – met een dermate grote klap door, dat de behuizing van de schokdemper ergens breekt en de demperolie er samen met de onder hoge druk staande stikstof uit spuit. Een deel zal op de uitlaat terecht zijn gekomen, die zo heet is dat de olie verbrandt. Vandaar de dikke rookwolken.
Vering
Voor het gevolg daarvan moeten we kijken naar de constructie en de werking van de achterschokdemper. De vering dient – uiteraard – om hobbels te absorberen en te zorgen dat de achterband zijn noppen zoveel mogelijk in de aarde houdt. Om hobbels te absorberen moet de achterbrug omhoog kunnen inveren en om het wiel een kuil in te drukken, moet ze kunnen uitveren. Logisch. Maar daarmee zijn we er niet. Dat zien we als we in slow-motion bekijken wat er gebeurt wanneer je met een motor tegen een hobbel op rijdt. Het wiel rolt dan de hobbel op. Zonder vering zou de motor met dezelfde snelheid omhoog bewegen en dat zou voelen als een klap. Is er wel vering, dan gaat in eerste instantie alleen het wiel omhoog, de motorfiets zelf beweegt nog niet. Bij de achtervering van een crosser is het gevolg dat de swingarm omhoog beweegt. De swingarm duwt de achterschokdemper in, die bij een crosser vrij dicht bij het scharnierpunt van de swingarm – de swingarmas – aan de swingarm is bevestigd. Dat kan direct, vaak gebeurt dat via een link- of hevelmechanisme. De schokdemper zelf bestaat doorgaans uit een schroefveer, waar de eigenlijke schokdemper binnenin is geplaatst. De veer is ingeklemd tussen een schotel op het schokdemperhuis en een schotel aan het einde van de zuigerstang. Die kant van de demper zit doorgaans vast aan de swingarm, de andere kant steunt af tegen het frame. De indrukking van de schokdemper is door zijn plaatsing vele malen kleiner dan de invering van het achterwiel, ze wordt in feite met een lange hefboom bediend.
Techniek automatisch schakelen: Koppel en schakelassistenten
Ingaande demping
Als de achterveer op de schokdemper door het oprijden van de hobbel wordt ingedrukt, duwt de ingedrukte veer het frame omhoog. Dat gebeurt pas in tweede instantie en dat noemen ze ook wel een ’tweede orde systeem’. Het mooie daarvan is dat het veel langzamer en dus veel comfortabeler gebeurt. De motor krijgt hierbij echter wel een snelheid omhoog. Zou die opgaande beweging niet gedempt worden, dan zou deze voorbij de evenwichtstand van de veer schieten en daarna terugvallen, weer voorbij de evenwichtstand. De motorfiets gaat dus deinen. Dat is slecht voor de wegligging. In de hoogste stand drukt de motor immers minder zwaar op de veer en is er dus minder wieldruk op het asfalt, of in dit geval; op het zand. Daardoor is er minder tractie, bovendien is de vering niet meer in staat om het wiel een kuil in te duwen, omdat de veer al is uitgerekt. En in de laagste stand is de vering niet in staat een flinke hobbel op te vangen omdat er dan minder ‘veerweg’ over is.
Een deinende vering is dus niet op tijd klaar voor de volgende hobbel. Daarom moet die opgaande beweging van de motor meteen door de schokdemper worden afgeremd. Dat is de taak van de ‘uitgaande demping’. Die mag echter ook weer niet te straf zijn, want dan is de motor niet op tijd terug op de normale rijhoogte om een volgende hobbel op te vangen. Bovendien moet het wiel wel snel naar beneden kunnen bewegen wanneer je een kuil tegenkomt. De veer moet de motor en het wiel dus snel uit elkaar kunnen drukken. Dat gaat ook beter als het wiel – het onafgeveerde gewicht – licht is. En beter als de motorfiets zelf – het afgeveerde gewicht – zwaar is. Want de kracht werkt beide kanten uit: F = ma (kracht = massa x versnelling).
Uitgaande demping
De uitverende beweging is niet de enige beweging die moet worden afgeremd: ook de inverende beweging moet worden gedempt. Anders zou een wiel, wanneer je een grote hobbel tegenkomt, zoveel snelheid omhoog kunnen krijgen dat het opspringt en het wegcontact verloren gaat. Maar ook deze ingaande demping mag niet te groot worden, want hoe harder je de inverende beweging afremt, hoe harder de motor zelf de klap opvangt. De ingaande demping moet echter wel groot genoeg zijn om te zorgen dat de schokdemper niet helemaal onderin kan slaan als de hobbel erg groot is, of – als je mooie sprongen maakt – wanneer je neerkomt. Maar daarin speelt ook de veerstijfheid weer een rol.
Constructie
Een goed veersysteem is dus een kwestie van evenwicht tussen het onafgeveerd gewicht, het afgeveerd gewicht, de veerstijfheid en de demping van de schokdemper. Die heeft doorgaans veel meer uitgaande dan ingaande demping. Voor de constructie van de demper betekent dat nogal wat. De meeste schokdempers maken gebruik van een systeem, waarbij olie door kleine gaatjes wordt geperst. De demper bestaat dan uit een buis, waarin een zuiger op en neer beweegt. In de buis zit olie, in de zuiger zitten gaatjes. Wanneer de zuiger op en neer beweegt, moet deze de olie verdringen. Die olie, die een beetje stroperig is (viskeus), wordt daarvoor door de gaatjes in de zuiger geperst. Dat kost veel kracht en dat remt de beweging af. De dikte van de olie heeft dus ook een grote invloed op de mate van demping: olie met een hoge viscositeit (stroperige olie) gaat moeilijker door de gaatjes dan een olie met een lage viscositeit en zal dus voor een grotere demping zorgen.
Karakteristiek
Nu moet een demper niet alle bewegingen even hard dempen. Om het comfort te waarborgen moeten kleine bewegingen zachtjes afgeremd worden en harde, snelle bewegingen feller gedempt. Maar ook daar zijn grenzen aan. Daarom heeft de zuiger van een schokdemper extra gaatjes, die zijn afgedekt met een stapeltje verende ringen. Bij een bepaalde druk duwt de olie de ringen van hun plek en kan de olie door de extra gaatjes stromen, zodat er niet nog meer weerstand wordt opgebouwd. De ‘karakteristiek’ van de demper wordt bepaald door de vorm van de ringen en het toegepaste aantal. En natuurlijk zijn er voor de in- en uitgaande bewegingen aparte boringen en eigen ringconfiguraties. Dan is een schokdemper ook nog gevuld met stikstof, dat is om cavitatie door schuimvorming en veroudering van de olie te voorkomen. Vaak zijn er ook nog constructies die zorgen dat de stikstof en de olie gescheiden blijven, om de kans op schuimvorming nog verder te beperken.
Veerweg
De vering moet dus kunnen inveren en uitveren. De verhouding daartussen is ongeveer 2/3 tot 3/4 inveren (positieve veerweg) en 1/3 – 1/4 kunnen uitveren (negatieve veerweg). De achtervering van een sportieve wegmotor heeft doorgaans een slag van 120 mm, dus moet deze zo staan ingesteld dat het wiel 80-90 mm kan inveren en 30-40 mm kan uitveren. Bij een allroad, waarmee je echt offroad kunt, is dat niet genoeg. De achtervering van een KTM 990 Adventure heeft bijvoorbeeld een veerweg van 240 mm, dus 160-180 mm positieve veerweg, 80-60 mm negatieve veerweg. De achtervering van een KTM 450 SX-F crossmotor is 300 mm, die moet dan dus ongeveer 200-225 mm kunnen inveren, 75-100 mm kunnen uitveren. De schokdemper is dus zo gemaakt, dat deze precies zover kan in- en uitschuiven. Niet meer en niet minder. Om te voorkomen dat de schokdemper helemaal onderin slaat, is er vaak een rubberen blokje op de zuigerstang gemonteerd, de zogenaamde bumpstop. Die vangt de klap op.
Veerconstante
De veer moet het gewicht van de rijder en de motorfiets dragen. De veer moet soepel genoeg zijn om comfortabel in te veren, maar stug genoeg om niet door te slaan en de motor snel genoeg uit te laten veren. In de autotechniek gaan ze ervanuit dat de veerconstante dusdanig is, dat de vering een eigenfrequentie van 1,5 Hz krijgt voor een comfortabele afstelling, 2 tot 2,5 Hz voor een sportieve afstelling. De formule voor veerconstante is M*(2*π*f)2 = k, waarin M, de onafgeveerde massa van de motorfiets, f de eigenfrequentie en k de veerconstante in N/m. Weegt een crossmotor 100 kg, en gokken we dat dit zonder onafgeveerd gewicht 70 kg is, de wielen en swingarm 30 kg, dan is het afgeveerde gewicht inclusief de 70 kilo van de rijder 140 kg. Rust de helft daarvan op de achtervering, dan is dat 70 kg. Vullen we dat in de formule in met f = 1,5, dan volgt er een veerconstante van 6212 N/m of 6,21 N/mm. Op Google vind ik dat voor de veerconstante van een crossmotor voor iemand met een gewicht van 70 kg 7 N/mm wordt geadviseerd, dus dat klopt redelijk. Natuurlijk hebben we het dan over het veersysteem, nog niet over de stugheid van de veer zelf, want die wordt via een hefboom bediend. Dus moet de veerconstante van de schroefveer zelf ook een stuk stugger.
Veervoorspanning
Wanneer we een veer met de juiste veerconstante hebben, moet die ook genoeg slag kunnen maken. Met het gewicht van de rijder in het zadel moet ze precies zover inzakken, dat die verhouding tussen de positieve en negatieve veerweg perfect is. Zou de veer precies lang genoeg zijn, om tussen de twee veerschotels op de schokdemper te passen wanneer deze volledig uitgeschoven is, dan zou de motor te ver inveren als de rijder erop gaat zitten. Daarom wordt een langere veer gekozen, zodat deze al een stukje is ingeveerd als deze tussen de schotels klem zit. Er is dus al veervoorspanning voordat er iemand op de motor zit. De veervoorspanning is altijd instelbaar, zodat de juiste verhouding tussen de positieve en negatieve veerweg op het gewicht van de rijder, het parcours of de belading kan worden afgesteld. Bij crossmotoren heeft de fabrikant doorgaans ook wel vier of vijf verschillende veren met verschillende veerconstantes beschikbaar, om de motor aan te passen aan de belasting.
De fout
Maar wat ging er mis met Ken? De schokdemper sloeg met kracht door. Als je het filmpje goed bekijkt, zie je dat Ken keurig op de afdaling van de wasbord-heuvel landt, dus de kracht op de vering is niet onverwacht groot. Dan moet de veer te slap zijn geweest, de ingaande demping ondermaats of de afstelling van de veervoorspanning te laag. Het kan ook nog zijn dat de bumpstop niet gemonteerd was. Het gevolg is in elk geval dat er ‘iets’ brak, waardoor de demper zijn olie verloor. Geen olie betekent geen demping en dat betekent dat de vering te hard gaat inveren en veel te hard en te ver gaat uitveren. De motor wordt een bucking bronco. Je ziet ook op de laatste heuvel Kens motor te ver uitveert en dat hij hierdoor uit het zadel wordt gelanceerd. Einde oefening.
Foto’s: Peter Aansorgh, fabrikanten
