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 bepaalt hoe groot de obstakels zijn die genomen kunnen worden. Voor fietsen die op ruig terrein worden gebruikt is een grotere veerweg gewenst dan een die alleen op klinkers en tegelpaden wordt gebruikt. De afstand tussen de band en het kroonstuk moet altijd groter zijn dan de maximale veerweg, zie afbeelding 44. Een veerweg tussen de 50 en 70 mm is gebruikelijk.
De veerweg kan niet te groot gemaakt worden 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 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.

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.

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

• 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, zie afbeelding 47b. Door een stalen staaf in een schroefvorm te wikkelen kan deze als veer gebruikt worden. De veerweg van een schroefveer is lineair. Om te zorgen dat de maximale veerweg niet bereikt wordt zijn in voorvorken met stalen veren meestal twee veren aangebracht. De tweede veer begint te werken wanneer de vork over een bepaalde afstand is ingeduwd. Om de veerstijfheid van de vork te vergroten moet de stalen veer vervangen worden door een stijvere 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.

Voor het dempend gedrag worden twee verschillende principes gebruikt:

• Demping door het natuurlijk gedrag van het materiaal. Dit is alleen toepasbaar bij elastomeer vering. Nadeel hiervan is dat de demping gering is en de demping niet is in te stellen.
• De oliedemper, zie afbeelding 48. Door een zuiger met gaatjes door een vat olie te bewegen ontstaat er een demper. Het kost energie om de zuiger door het vat met olie te bewegen omdat de olie door de gaatjes moet worden geperst. De snelheid waarmee de zuiger beweegt is afhankelijk van de kracht die wordt uitgeoefend. Hoe groter de kracht, hoe sneller de demper beweegt en hoe meer energie er omgezet wordt in warmte. De weerstand en daarmee de dempende werking kan vergroot worden door de gaatjes kleiner te maken. Bij de meeste voorvorken is het mogelijk de demping te regelen door de diameter van de gaatjes te veranderen. De demping is ook te veranderen door olie met hogere of lagere viscositeit te gebruiken. Een hogere viscositeit geeft een grotere demping, een lagere viscositeit geeft een kleinere demping. Voordeel van oliedemping is dat het ook gelijk als smeermiddel werkt voor de glijlagers tussen de binnenste en buitenste vorkpoot. De zuiger met gaatjes kan zo uitgevoerd zijn dat de uitgaande en ingaande demping verschilt. Zie afbeelding 49.

In de praktijk worden zowel de lucht-, de stalen en elastomeer vering gebruikt. De volgende combinaties worden toegepast:

• 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. Deze is gelijk aan de vorkbuis zoals die op gewone voorvorken te vinden is. De binnen balhoofdbuis is op veel verende voorvorken verwisselbaar. Hierdoor kan de voorvork aan het type en de maat van de balhoofdlager op het frame aangepast worden door slechts enkel de binnen balhoofdbuis te verwisselen. Let er bij de montage van de binnen balhoofdbuis op dat deze goed schoon en met het juiste aanhaalmoment gemonteerd wordt.
• 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 bevindt zich in de binnenste vorkpoot. Bij de luchtveren is de ruimte tussen de binnenste en buitenste vorkpoot een luchtdichte ruimte die onder druk gezet kan worden. Bij vorkpoten met elastomeer of stalen vering wordt de veer in de binnenste vorkpoot geschoven. Door harde of zachte elastomeren of stalen spiralen te gebruiken kan het karakter van de vork worden ingesteld op de wensen van de rijder en naar de omstandigheden. Daarnaast kan de voorvork nog afgesteld worden door de voorspanning van de veer te verhogen met een stelschroef aan de bovenkant van de vorkpoot.
• 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 bevindt zich nog een borgring om te voorkomen dat de vorkpoten uit elkaar getrokken kunnen worden en een stofkap om binnendringen van vuil te voorkomen. De glijlagers worden zwaar belast doordat op de voorvork buigkrachten werken. De glijlagers moeten goed gesmeerd worden 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 lagers door de olie constant gesmeerd worden. Bij voorvorken met vaste oliedempers gebeurt dit niet. De glijlagers van deze vork moeten dan ook regelmatig met kogellagervet gesmeerd worden.
• 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 hij in zijn geheel vervangen worden.
• 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 zorgt de stabilisator er voor dat de linker en rechter vorkhelft op een gelijke wijze belast worden.

Voor het onderhoud aan de voorvork is het verstandig om zorgvuldig de handleiding van de fabrikant door te lezen. De volgende handelingen kunnen verricht worden:

• 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 de stelknop van de vorkpoot is gedraaid kunnen de veerelementen uit de buis gehaald worden en vervangen worden. afbeelding 52 laat de verwijdering van een elastomeerveer zien. Elastomeer veren moet altijd met veel vet gemonteerd worden 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 moet de bovenste vorkpoot uit de onderste vorkpoot gehaald worden. Dit kan door de stofkap met een schroevendraaier te verwijderen en de borgring met een veertang, zie afbeelding 53. De binnenste vorkpoot kan nu uit de buitenste vorkpoot getrokken worden. 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. De vorkpoten moeten dan ook regelmatig schoon gemaakt worden.
• Het vervangen van de zuiger voor de demper. Hiervoor moet de binnenste vorkpoot uit de buitenste vorkpoot verwijderd worden. Vervolgens kan de zuiger losgeschroefd worden, schoongemaakt en de versleten onderdelen vervangen worden. Bij vorkpoten met vaste dempers moet de demper in zijn geheel vervangen worden.
• Het vervangen van de olie. Hiervoor moet de vork aan de bovenkant opengemaakt worden, en de oude olie uit de vork gegoten worden. Daarna kan nieuwe olie in de vork gegoten worden tot het voorgeschreven oliepeil. Bij voorvorken met vaste dempers hoeft de olie niet vervangen te worden.

Doordat bij gebruik van een verende voorvork de ruimte tussen de band en vorkkroon veel groter is dan bij gewone voorvorken, kan de gewone voorvork niet zomaar vervangen worden door een verende voorvork omdat hiermee de geometrie van de fiets aanzienlijk wijzigt. Fabrikanten houden hier soms al rekening mee door standaard een vork te monteren met een ruimte tussen de vorkkroon en de band die overeenkomt met de ruimte die gewenst is bij een verende voorvork. Op deze fietsen kan probleemloos een verende voorvork gemonteerd worden. Op fietsen met 622 velgen kan de voorvork vervangen worden door een verende voorvork met 559 velg. De extra ruimte die dan gecreeerd wordt is 622 – 559 = 63 mm. Hierdoor hoeft de balhoofdhoek van de fiets niet te veranderen.