De Harley-Davidson Pan American heeft een quickshifter. Dat is nodig, want de concurrenten hebben het ook. Maar is het behalve de marketingtechnische wenselijkheid ook technisch noodzakelijk? Wat doet zo’n ding en wat heb je eraan?

De motorwereld doet me soms denken aan Obelix & Co, het stripboek van Asterix en Obelix waarin de romeinen het dorp proberen te verzwakken door de invloed van geld en hebzucht. De oplossing: een marketingcampagne voor menhirs. Niemand weet wat je er mee moet maar… de buren hebben er een (en ze zijn er heel tevreden over), dus moet ik er ook een. Onze motoren moeten bluetooth, zodat we thuis op de app kunnen kijken of we een leuke rit hebben gehad en we moeten allemaal een quickshifter. Quartararo heeft er een en die wint, dus het is fantastisch. En dus wordt elke boodschappenfiets nu met zo’n snelschakelsysteem uitgerust. Dan is de vraag, wat doet het, hoe werkt het en is het wel nodig?

Cavitatie: de Kracht van gas

Versnellingsbak

Elke motor heeft een versnellingsbak. Daarin zitten verschillende tandwieloverbrengingen. Dat is nodig, want je kunt het niet met één overbrenging af. Zou je een overbrenging hebben, waarbij de motor zijn optimale topsnelheid heeft, dan draait de motor bij het wegrijden te weinig toeren en kom je niet van de plek. Kies je een overbrenging waarbij je goed van de plek komt, dan draait de motor uit zijn toerenbereik voordat je de topsnelheid hebt bereikt. Je hebt dus meerdere overbrengingen nodig. Hoe meer hoe beter, want hoe meer versnellingen je hebt, hoe beter je de krachtbron in het toerental kunt houden waarin hij het meeste vermogen levert. En dan accelereer je het snelste. In de jaren 70 waren 5 versnellingen normaal, tegenwoordig hebben wegmotoren en doorgaans zes.

Schakelen

De bedoeling van een versnellingsbak is dat je steeds een andere versnelling of “overbrenging” kunt kiezen. Elke versnelling heeft wee tandwielen, een op de ingaande as en een tandwiel op de uitgaande as. Nu lijkt het logisch dat de tandwielen van de verschillende versnellingen elkaar niet raken als ze niet worden gebruikt, maar dat je ze in elkaar schuift als je een versnelling inschakelt. Maar dat kan niet. Doordat de tanden van de tandwielen heel precies in elkaar passen zou je ze, als ze met verschillende snelheid draaien, heel moeilijk in elkaar krijgen. Ook zou de materiaalspanning in de tandpunten tijdens het inschakelen gigantisch worden, met een enorm hoge slijtage tot gevolg. Daarom is er een ander schakelmechanisme bedacht, waarbij de tandwielen van elke versnelling altijd met elkaar in aangrijping zijn. Bij dit “constant mesh”- systeem kunnen een aantal tandwielen vrij draaien op hun as, de andere zitten op spiebanen. Door die spiebanen kunnen ze schuiven, terwijl ze toch aandrijfkracht kunnen overbrengen.

Klauwen

Omdat er van elke versnelling één tandwiel los op de as zit, kunnen de tandwielen van elke versnelling altijd met elkaar in aangrijping zijn, zonder dat dit problemen oplevert. Bij het inschakelen van een versnelling wordt het vrij draaiende tandwiel van die versnelling vastgezet op zijn as, zodat alleen die versnelling kracht kan overbrengen. Dat vastzetten gebeurt door een van de tandwielen, die op spiebanen glijdt. Die schuift over de as tegen het tandwiel aan, dat je wilt gebruiken. Op de zijkanten van die twee tandwielen zitten uitsparingen en nokken – de zogenaamde klauwen – die al draaiend in elkaar haken. Zo nemen ze elkaar mee. Bij het systeem met zijdelingse nokken kun je de nokken met vrij veel speling in elkaar haken, zodat ze gemakkelijk aangrijpen. Ook kun je de nokken lekker dik maken, waardoor ze stevig zijn.

Schakelpatroon

Doorgaans zitten er twee schuivende tandwielen op de uitgaande as en een op de ingaande as. Die moeten in een vaste volgorde worden bediend. Het is daarbij heel belangrijk dat er nooit twee versnellingen tegelijk in aangrijping komen, want dan zou de bak vastslaan. Daarom worden de tandwielen volgens een vast “spoorboekje” bediend. Letterlijk. Elk schuivend tandwiel heeft een sleuf, waarin een soort vork valt. Deze schakelvork kan over een geleidingsasje schuiven. De vork heeft aan het andere uiteinde een nokje, dat in een sleuf van een ronde wals valt. Tijdens het schakelen wordt de wals verdraaid. Als het tandwiel moet verschuiven, vertoont de sleuf een bocht, waarmee hij de nok en daarmee de hele schakelvork zijdelings verschuift. De vorm van de sleuven zorgt ervoor dat de versnellingen op het juiste moment worden ingeschakeld en losgekoppeld, zodat er altijd maar één versnelling wordt ingeschakeld, precies in de juiste volgorde. 

Kracht

Wanneer je gas geeft of op de motor afremt, worden de klauwen van de tandwielen met kracht op de wanden van de uitsparingen van de tandwielen geduwd, hetzelfde gebeurt met de oppervlakken van de tandwielen en de spiebanen. Daardoor is de wrijvingskracht groot wanneer je zou proberen op zo’n moment over te schakelen. Lukt het toch, dan is het volgend probleem dat de nokken van de ingeschakelde versnelling “er niet in willen”, met veel gekraak en slijtage tot gevolg. Daarom moet de krachtwerking tussen de tandwielen worden opgeheven als je schakelt. Dat doe je met de koppeling en/of het gas. Met de koppeling verbreekt je de verbinding tussen de krukas en de transmissie, waardoor er geen krachten op de tandwielen en de nokken staan en er dus licht en gemakkelijk geschakeld kan worden. Bij het opschakelen laat het gas daarbij los om te voorkomen dat de motor in toeren omhoogschiet en om te zorgen dat het toerental van de motor weer past bij de snelheid van de ingaande as, die door de hogere versnelling langzamer is gaan draaien. Bij het terugschakelen moet je ofwel heel voorzichtig de koppeling laten opkomen, omdat de ingaande as juist veel harder draait dan de motor en je de motorfiets dan te hard zou afremmen. Je kunt ook een dotje tussengas geven om dat op te vangen.

Gasstromen

De hele procedure van synchroon gas loslaten, ontkoppelen, overschakelen, koppelen en gas geven kost zomaar een paar tienden van een seconden, als je het snel doet. Gemiddeld schijnt het 600 milliseconden te duren, oftewel 0,6 sec. Coureurs probeerden daarom vaak te schakelen zonder te ontkoppelen, gewoon de poot tegen het pedaal, even het gas dicht “blippen” en op het moment dat de aandrijfkracht wegvalt, valt de bak dan in de volgende versnelling. Als het allemaal goed gaat. Maar dan blijft er een tweede probleem spelen. Als je vol gas rijdt, heb je een flinke, bijna constante luchtstroom door je inlaatkanaal naar de inlaatklep. Doe je het gas dicht, dan wordt die luchtstroom geblokkeerd en komt de hele luchtmassa in de inlaatkelk tot stilstand. Doe je even later het gas weer open, dan moet de gasstroom weer op gang komen. Dat probleem is met de huidige injectiesystemen iets kleiner dan met de constant-vacuüm-carburateurs van vroeger, waarbij er ook nog een zuiger met gasnaald omhoog moest worden getrokken, voordat de luchtstroom en de benzinetoevoer weer “gematcht” waren.

Quickshifters

Tienden van seconden, dat is in de racerij soms het verschil tussen winst en verlies. Kun je per schakelbeurt honderdsten of zelfs tienden van seconden winnen, dan win je tienden per seconden per rondje. Sneller schakelen loont dus. En dus vond men in de racerij een andere manier uit om de kracht op de tandwielen kort te onderbreken. De duw/trekstang, die van het schakelpedaaltje naar het schakelasje loopt, wordt uitgevoerd als een cilindertje met een veerbelast zuigertje, met daarin een klein schakelaartje. Zodra je schakelt, wordt de microswitch ingedrukt en krijgt de motormanagementcomputer een spanningspulsje. Dat signaal is voor de computer het teken om de ontsteking en/of de injectie even kort – ongeveer 15 ms – te onderbreken, waardoor de aandrijfkracht wegvalt en je de motor zonder te ontkoppelen snel in de volgende versnelling kunt tikken, terwijl je het gas vol openhoudt. Daardoor wordt de schakeltijd beperkt tot minder dan 50 milliseconden.

Heen en weer

Tegenwoordig zijn er ook quickshifters die niet alleen bij het opschakelen, maar ook bij het terugschakelen hun diensten verrichten. Dat is een stukje gecompliceerder, want daarbij moet het motormanagement een beetje tussengas geven om de afremmende kracht op de tandwielen op te heffen en de ingaande as snel naar het toerental te brengen waarbij de tandwielen van de volgende versnelling een gelijke snelheid hebben, zodat er een soepele overgang plaatsvindt. Zoiets krijg je natuurlijk alleen voor elkaar met ride-by-wire, waar het motormanagement de gaskleppen bedient en ze die even een flipje open kunnen geven. Als ze goed werken, heeft dat grote voordelen. Niet in tijdwinst, want tijdens het afremmen maakt het niet zoveel uit hoelang een schakelmanoeuvre duurt. De winst zit hem in de afstemming van de toerentallen en het soepel tot stand komen van de nieuwe overbrenging tussen motor en achterwiel. Dat zorgt ervoor dat de motorfiets strak en stabiel op de bocht afkomt, zonder dat het achterwiel gaat stuiteren. Dat gebeurt namelijk vaak als je bij het schakelen te abrupt de koppeling laat komen.

Is E10-Benzine schadelijk voor moderne motoren?

Zinvol?

Quickshifters zijn uitgevonden voor de racerij. Je kunt er tienden van seconden per rondje mee besparen. Tegenwoordig vind je ze ook op gewone motorfietsen. Omdat we op Quartararo willen lijken. Omdat de buurman er een heeft. En omdat het kan, niet omdat het per definitie nuttig is. Vaak werken quickshifters alleen goed bij volgas opschakelen of bij het terugschakelen op hoge toerentallen. Het gaat ook vaak mis als je het gas dichtdoet en opschakelt, omdat je je cruise-snelheid hebt bereikt. De motormanagementcomputer snapt dan niet helemaal wat je wilt, gas dicht is immers afremmen en terugschakelen? Vaak onderbreekt hij de ontsteking dan niet en dan kun je niet opschakelen. Ook als je zelf met koppeling schakelt wil de quickshifter nog wel eens conflicterend gedrag vertonen, waardoor het optrekken schokkerig gaat. Algoritmes worden beter, maar in feite blijft het een oplossing voor een probleem dat de rustige toerrijder zeker niet had. Bij een sportieve rijstijl kan het – vooral in de bergen – echter wel degelijk nut hebben, voornamelijk omdat je motor bij het terugschakelen tijdens fel remmen voor een scherpe bocht beter in het gelid blijft. Ook bij offroad rijden is het zinvol, omdat je in ruw terrein soms het stuur gewoon niet los kunt laten maar toch moet schakelen. Voor een allroad als de Harley-Davidson Pan American kan het dus nuttig zijn. Dat hangt van je gebruiksdoel en rijstijl af.