De voorvering.

De voorvering. Het ontwerpen van een goede verende voorvork is niet eenvoudig. Door het grote aantal verschillen in omstandigheden, gewicht van de rijders en het verschil in rijhouding is het moeilijk een voorvering te ontwerpen die voor alle omstandigheden en alle rijders geschikt is.

Voor het beoordelen van een verende voorvork zijn de volgende drie kenmerken van belang:

• De veerweg.
• Veerstijfheid.
• De dempende eigenschappen.

De veerweg.

De veerweg bepaalt hoe groot de obstakels zijn die je kunt nemen. Voor fietsen die je op ruig terrein gebruikt is een grotere veerweg gewenst dan voor fietsen die je alleen op klinkers en tegelpaden gebruikt. De afstand tussen de band en het kroonstuk moet altijd groter zijn dan de maximale veerweg, zie afbeelding 44. Een veerweg tussen 50 en 70 mm is gebruikelijk. De veerweg maak je niet te groot, omdat daarmee de geometrie van de fiets te veel varieert.Hoe groter de veerweg is, hoe lager de veerstijfheid van de vork kan zijn.

 

De veerstijfheid.

De veerstijfheid geeft aan hoeveel de vork in veert als er een belasting op uitgeoefend wordt, zie afbeelding 45. Een vork voor een zwaardere rijder zal ook een grotere veerstijfheid moeten hebben. De belasting op het voorwiel nis immers zwaarder terwijl de maximale veerweg meestal niet groter kan zijn. Om eventueel in te veren moet een voorvork voor een zwaardere fietser veren hebben met een grotere stijfheid. Een fiets met slappe vering zal alle oneffenheden op het wegdek goed kunnen volgen.
Het risico van een slappe vering is dat de voorvork snel aan zijn maximale veerweg komt.

Om te zorgen dat de voorvork niet plotseling stopt met veren als die zijn maximale veerweg bereikt, hebben de meeste voorvorken een progressieve veerweg. Dat wil zeggen dat de veerstijfheid toeneemt als de voorvork meer wordt ingedrukt. Bij een veerweg van 50 mm en een belasting tussen de 0 en 2000 N is de veerstijfheid van de voorvork gemiddeld 40 N/mm., dat wil zeggen dat bij een kracht van 40 N de vork 1 mm in veert.

 

De juiste demping

Zonder de juiste demping is een verende voorvork waardeloos. Als een veer wordt ingedrukt zal deze net zo hard terugveren. Het enige effect van een voorvork met alleen vering is dat de trilling vertraagd wordt doorgegeven. De fiets zal echter blijven trillen. De demper zorgt ervoor dat de trilling uitsterft doordat de trilling energie in warmte wordt omgezet. De demper moet zo zijn afgesteld dat die trillingen op een juiste manier dempt, zie afbeelding 46. Hoeveel de demping moet zijn is sterk afhankelijk van de trillingen die gedempt moeten worden.

Een voorvork met weinig demping zal alle oneffenheden goed kunnen volgen. Echter, de kans bestaat dat de trillingen te weinig gedempt worden waardoor de fiets door blijft deinen. De voorvork kan wel te traag worden waardoor oneffenheden in het wegdek niet meer goed gevolgd worden. Het vinden van de juiste demping is een kwestie van zoeken en uitproberen. Wanneer de uitgaande en ingaande demping apart zijn in te stellen moet de uitgaande iets lichter ingesteld worden dan de ingaande. Als de uitgaande demping namelijk zwaarder is dan kan het gebeuren dat de voorvork niet snel genoeg terugveert en daardoor steeds verder in veert.

Gedrag van de verende voorvork

Voor het verend gedrag van de verende voorvork worden drie verschillende principes gebruikt:

De luchtveer

de luchtveer (gasveer), afbeelding 47a. Als op een met lucht gevulde cilinder kracht wordt uitgeoefend veert de cilinder in (denk maar aan een fietspomp en een fietsband). Van deze eigenschap kan gebruikt worden door een met lucht gevulde cilinder als veer te gebruiken. De veerweg van een luchtveer is progressief. Dat wil zeggen dat het steeds meer kracht kost om de veer in te duwen.

Voordeel van een luchtveer is dat de massa laag is en dat de veerstijfheid is te veranderen door extra lucht in de cilinder te pompen. Als er twee keer zo veel lucht in de cilinder gepompt wordt is de veerstijfheid ook twee keer zo hoog. In de technische literatuur van de fabrikant is aangegeven wat de druk moet zijn bij welk gewicht. Nadeel van de luchtveer is dat de cilinder zeer goed luchtdicht moet zijn. Voorvorken met luchtveringen zijn hierdoor gevoeliger dan vorken met andere veersystemen.

Stalen spiraalveer in een voorvork

Een stalen spiraalveer ontstaat door een stalen staaf in een schroefvorm te wikkelen. Door deze constructie ontstaat een veer die in staat is om krachten op te vangen en gecontroleerd terug te veren. Dit type veer wordt veel toegepast in de voorvorken van fietsen, met name bij mountainbikes en trekkingfietsen.

De beweging van een schroefveer is lineair, wat betekent dat de kracht die nodig is om de veer in te drukken evenredig toeneemt met de afstand waarmee de veer wordt ingedrukt. In afbeelding 47b is één van de twee voorvorkpoten te zien, waarin een stalen spiraalveer is geplaatst. Voor de volledigheid: in de andere voorvorkpoot bevindt zich een identieke spiraalveer. Samen zorgen deze veren voor symmetrische demping en veerwerking.

Om te voorkomen dat de voorvork zijn maximale veerweg te snel bereikt — wat zou kunnen leiden tot een harde aanslag of beschadiging — zijn er in veel voorvorken met stalen veren twee veren ingebouwd. De tweede veer, ook wel hulpondersteuning genoemd, komt pas in actie zodra de veerweg gedeeltelijk is benut. Deze progressieve veerwerking zorgt ervoor dat de vering comfortabel blijft bij lichte oneffenheden, maar ook voldoende weerstand biedt bij grotere klappen.

Wil je de veerstijfheid van de voorvork verhogen, bijvoorbeeld omdat je zwaarder bent of sportiever rijdt, dan kun je de stalen spiraalveer vervangen door een stijvere variant. Hiermee neemt de kracht toe die nodig is om de veer in te drukken, wat resulteert in een minder snel inzakkende voorvork en een sportiever rijgevoel.

 

Elastomeer of rubber veer

Elastomeer of rubber veer, zie afbeelding 47c. Door blokjes elastomeer in de vorkpoten te plaatsen wordt deze verend. Met elastomeren is constructief een zeer eenvoudige vork te maken. Elastomeren dempen uit zichzelf enigszins als ze worden ingedrukt.

Voorvorken met elastomeervering kunnen daarom ook zonder aparte demping functioneren. De veerweg van elastomeren is in enige mate progressief. Nadeel van elastomeren is dat ze temperatuurgevoelig zijn. Bij lage temperatuur wordt het materiaal bros. Om de veerstijfheid te vergroten moeten de blokjes vervangen worden door stijvere blokjes. Ook zijn er speciale elastomeren te verkrijgen die geschikt zijn voor lage temperaturen.

Twee verschillende principes

Voor het dempend gedrag worden twee verschillende principes gebruikt:

Demping door het natuurlijke gedrag van het materiaal

Bij veringsystemen die gebruikmaken van elastomeer wordt de demping grotendeels verzorgd door de natuurlijke eigenschappen van het materiaal zelf. Elastomeer heeft van nature een dempende werking doordat het vervormt onder druk en daarna weer terugveert. Dit zorgt voor een eenvoudige en onderhoudsarme manier van vering, waarbij extra dempingselementen overbodig zijn.

Een belangrijk nadeel van deze methode is echter dat de mate van demping relatief beperkt is. Doordat er geen aparte demper aanwezig is, is de werking volledig afhankelijk van het gebruikte materiaal. Hierdoor is de demping niet instelbaar, wat betekent dat de vering niet aangepast kan worden aan persoonlijke voorkeuren of wisselende rijomstandigheden. Dit maakt elastomeer vering vooral geschikt voor eenvoudige toepassingen waar comfort belangrijker is dan prestatiegerichte afstelling.

De oliedemper – werking en afstelmogelijkheden

Een veelgebruikte methode om vering te dempen is via een oliedemper, zoals weergegeven in afbeelding 48. In deze constructie beweegt een zuiger met kleine openingen (gaatjes) door een met olie gevuld vat. Tijdens deze beweging moet de zuiger de olie door de kleine openingen persen. Dit kost energie en zorgt voor een dempend effect: de demper vertraagt en controleert de beweging van de vering.

De snelheid van de zuiger.

De snelheid waarmee de zuiger door de olie beweegt, is afhankelijk van de uitgeoefende kracht. Bij een grotere kracht zal de zuiger sneller bewegen, waarbij meer olie door de gaatjes wordt geperst. Dit leidt tot een hogere energiewissel en de omzetting van bewegingsenergie in warmte. Deze eigenschap maakt oliedempers bijzonder effectief bij het absorberen van schokken van verschillende intensiteit.

De mate van demping is bovendien beïnvloedbaar. De weerstand, en dus de dempende werking, kan verhoogd worden door de gaatjes in de zuiger kleiner te maken. Bij veel moderne voorvorken is het dan ook mogelijk om de demping nauwkeurig af te stellen door de diameter van deze openingen te veranderen. Hierdoor kan de demping afgestemd worden op het terrein, het rijgedrag of de persoonlijke voorkeur van de fietser.

Een andere manier om de demping te beïnvloeden is door de viscositeit van de olie te veranderen. Een olie met hogere viscositeit (stroperiger) zorgt voor meer demping, terwijl een lagere viscositeit (dunner) juist een soepelere demping mogelijk maakt. Zo kan bijvoorbeeld voor een stugger rijgedrag gekozen worden bij downhill mountainbiken, of voor een soepelere vering bij langeafstandstochten.

Een bijkomend voordeel van het gebruik van olie is dat deze ook dient als smeermiddel voor de glijlagers tussen de binnenste en buitenste vorkpoten. Dit draagt bij aan een langere levensduur en een soepelere werking van het veersysteem.

Sommige oliedempers, zoals weergegeven in afbeelding 49, zijn zo ontworpen dat de demping bij ingaande beweging (compressie) en uitgaande beweging (rebound) verschillend is. Dit zorgt voor een verfijnde controle over het rijcomfort: bijvoorbeeld een snellere invering bij plotselinge klappen en een langzamere uitvering om het nabewegen te beperken.

 

Lucht-, de stalen en elastomeer vering

In de praktijk gebruik je zowel de lucht-, de stalen- als de elastomeervering.
De volgende combinaties pas je toe:

• Voorvorken met elastomeer vering.
• Voorvorken met elastomeer vering en vaste oliedemper.
• Voorvorken met stalen vering en vaste oliedemper.
• Voorvorken met luchtvering en oliedempers in de onderste vorkpoot.

De verende voorvorken bestaat uit 6 hoofdonderdelen. (zie afbeelding 50)

 

 

 

 

De binnen balhoofdbuis.

De binnen balhoofdbuis. Deze is gelijk aan de vorkbuis zoals die op gewone voorvorken te vinden is. De binnen balhoofdbuis is op veel verende voorvorken verwisselbaar. Hierdoor kun je de voorvork aan het type en de maat van de balhoofdlager op het frame aanpassen door alleen de binnenbalhoofdbuis te verwisselen. Let er bij de montage van de binnenbalhoofdbuis op dat je deze goed schoon monteert en met het juiste aanhaalmoment vastzet.

Het kroonstuk. Hierin worden de binnen balhoofdbuis en binnenste vorkpoten geklemd. De binnenste vorkpoten zijn altijd los neembaar, soms is ook de binnen balhoofdbuis verwisselbaar. Het kroonstuk is bijna altijd van aluminium of magnesium.

De binnenste vorkpoten. Deze glijden in de buitenste veerpoten. Hiervoor moet het oppervlak zeer slijtvast zijn. Meestal is dit hard verchroomd staal, soms ook hard geanodiseerd aluminium. Voor de bescherming tegen vuil wordt om de binnenste veerpoot vaak een rubber huls gemonteerd.

De luchtvering, elastomeer vering of stalen vering. Deze zit in de binnenste vorkpoot. Bij luchtveren vormt de ruimte tussen de binnenste en buitenste vorkpoot een luchtdichte kamer die je onder druk zet. Bij vorkpoten met elastomeer of stalen vering schuif je de veer in de binnenste vorkpoot. Door harde of zachte elastomeren of stalen spiralen te gebruiken stel je het karakter van de vork af op de wensen van de rijder en op de omstandigheden. Daarnaast stel je de voorvork nog af door de voorspanning van de veer te verhogen met een stelschroef aan de bovenkant van de vorkpoot.

Glijlagers en keerring.

Glijlagers en keerring. Deze moeten er voor zorgen dat de binnenste vorkpoot soepel in de buitenste vorkpoot glijdt en dat de olie bij losse dempers niet uit de vorkpoot kan lekken. Boven de lagers en keerring zitten nog een borgring om te voorkomen dat je de vorkpoten uit elkaar trekt en een stofkap om binnendringen van vuil te voorkomen. De glijlagers raken zwaar belast doordat er buigkrachten op de voorvork werken. De glijlagers smeer je goed voor een goede werking., zie afbeelding 51.

Als ze stroef glijden heeft dit een hinderlijk effect op de voorvork. Bij kleine krachten op de vork zullen deze krachten de wrijvingskrachten in het lager niet overwinnen. De vork veert dan niet. Op het moment dat de kracht op de vork groter is dan de wrijvingskracht beweegt de vork. De wrijvingskracht wordt minder op het moment dat de vork in beweging komt met het gevolg dat de vork plotseling doorschiet. Voorvorken met losse oliedempers hebben het voordeel dat de olie de lagers constant smeert. Bij voorvorken met vaste oliedempers gebeurt dit niet. De glijlagers van deze vork smeer je dan ook regelmatig met kogellagervet.

 

Zuiger met gaatjes.

Zuiger met gaatjes. De zuiger is meestal met een lange schroef verbonden met de bovenkant van de binnenste vorkpoot. Door de schroef te draaien is de diameter van de gaatjes en daarmee de demping in te stellen.

De buitenste vorkbuis. Deze glijdt met glijlagers in de binnenste vorkbuis en duwt tegen de veer aan. De buitenste vorkpoten zijn meestal gemaakt van aluminium. De vorkbuis kan gevuld zijn met olie voor de demping. Ook kan een vast demperelement in de onderste vorkpoot geplaatst zijn. Als deze niet meer werkt, moet je hem in zijn geheel vervangen.

Stabilisator. Deze dient er voor te zorgen dat de linker en rechter vorkpoot niet kunnen draaien in de binnenste vorkbuis. Daarnaast verhoogt de stabilisator de stijfheid van de vork en belast de stabilisator de linker en rechter vorkhelft op gelijke wijze.

Onderhoud aan de voorvork

Voor het onderhoud aan de voorvork is het verstandig om zorgvuldig de handleiding van de fabrikant door te lezen. De volgende handelingen kun je verrichten:

Het vervangen van de veerelementen. Dit kan door de knop aan de bovenkant van de vorkpoot los te draaien. Ga hierbij voorzichtig te werk. De veerelementen kunnen nog onder spanning staan en uit de vorkpoot schieten. Als je de stelknop van de vorkpoot hebt gedraaid, kun je de veerelementen uit de buis halen en vervangen. afbeelding 52 laat de verwijdering van een elastomeerveer zien. Elastomeer veren moet je altijd met veel vet monteren om de levensduur van de veren te verlengen en om wrijving tussen de elastomeren en de vorkpoot te voorkomen. Gebruik geen lithiumvet voor de montage.

 

Het vervangen van de keerring en glijlagers. Hiervoor haal je de bovenste vorkpoot uit de onderste vorkpoot. Dit kan door de stofkap met een schroevendraaier te verwijderen en de borgring met een veertang, zie afbeelding 53. De binnenste vorkpoot trek je nu uit de buitenste vorkpoot. Soms is het nodig de keerring en het lager met een speciale trekker te verwijderen. De keerring en lagers zullen vooral beschadigen door binnendringend vuil. Maak de vorkpoten dan ook regelmatig schoon.

 

Het vervangen van de zuiger

Het vervangen van de zuiger voor de demper. Hiervoor verwijder je de binnenste vorkpoot uit de buitenste vorkpoot. Vervolgens schroef je de zuiger los, maak je hem schoon en vervang je de versleten onderdelen. Bij vorkpoten met vaste dempers vervang je de demper in zijn geheel.

Het vervangen van de olie. Hiervoor maak je de vork aan de bovenkant open, en giet je de oude olie uit de vork. Daarna giet je nieuwe olie in de vork tot het voorgeschreven oliepeil. Bij voorvorken met vaste dempers hoef je de olie niet te vervangen.

Verende voorvork de ruimte!

Een verende voorvork geeft meer ruimte tussen band en vorkkroon dan een starre voorvork. Vervang je een starre vork één-op-één door een verende, dan verandert de geometrie van de fiets aanzienlijk—doe dat dus niet zomaar. Sommige fabrikanten anticiperen hierop en monteren standaard een starre vork met evenveel ruimte als bij een verende vork. Op zulke fietsen kun je zonder problemen een verende voorvork monteren. Rijd je met 622-velgen, dan kun je kiezen voor een verende voorvork die op 559-velgen is afgestemd. Die keuze creëert 63 mm extra ruimte (622 – 559) en houdt de balhoofdhoek gelijk.