Versterking van de handkracht.

Versterking van de handkracht.

De meeste remmen worden bediend met de hand. Omdat de kracht die de remschoenen op het wiel moeten uitoefenen vele malen groter is dan de knijpkracht van de hand moet de knijpkracht versterkt worden.

Bij het versterken van de kracht van de hand naar de remschoen, moet op de volgende punten gelet worden:

• Hoeveel de totale versterking van de kracht is.
• Hoeveel de verliezen zijn in de rem door wrijving in lagers, kabels en veren.
  De uitgaande kracht is:
  Ingaande kracht x de versterking – verliezen
  F remblokken = F hand x versterking – F verliezen.
• Hoeveel de verplaatsing van de kracht is. Deze is omgekeerd evenredig met de versterking. Omdat de verplaatsing van de hand beperkt is (ongeveer 3 cm) en de remschoen vrij moeten lopen is de mate waarin de handkracht versterkt kan worden beperkt.
• Hoeveel de rek is in de rem. De verplaatsing van de remblokken is
  V remblok = V hand X 1/krachtversterking – rek
  hoe groter de rek, hoe kleiner daardoor de verplaatsing van de remblokken is.
  Rek bij remmen treedt vooral op in de kabel, de handgreep en lange remhoeven.

De kwaliteit van de rem is vooral afhankelijk van de verliezen die optreden in kracht en verplaatsing. Het realiseren van een goede overbrengingsverhouding is geen probleem.

Krachten in een rem kunnen op de volgende manieren versterkt worden:

• Met behulp van een hefboom
• Door krachtontbinding
• Door de kracht twee keer te gebruiken (ook de reactiekracht benutten)
• Door hydraulische versterking
• Door het benutten van de bewegingsenergie van de fiets
• Met behulp van een wig
• Met behulp van bewegingsschroefdraad

Het meest bekende principe om een kracht te versterken is de hefboom. Wanneer een balk in het midden scharnierend is bevestigd en hij is in evenwicht, dab zijn de momenten aan beide kanten even groot. De grootte van een moment is afhankelijk van de kracht die op de balk werkt en de afstand van de kracht tot het scharnierpunt. Hoe verder de kracht, hoe groter dus het moment. In afbeelding 4 is duidelijk gemaakt wat dit betekent. Een balk is scharnierend opgehangen en op 1 cm van de ophanging voorzien van een veer. Op 10 cm van de andere kant wordt met een kracht van 100 N op de balk geduwd. De veer zal nu een kracht uitoefenen van 1000 N om te zorgen dat de balk in evenwicht is. Immers, het moment van de kracht is 100 N x 10 cm = 1000 N/cm. De kracht van de veer x 1 cm moet dus 1000 N/cm : 1 cm = 1000 N. de kracht in de veer is met een factor 10 versterkt. Deze hefboom heeft een overbrengingsverhouding van 1 op 10. Doordat de veer uitrekt zal de balk scharnieren. Als de veer 1 mm uitrekt zal de balk aan de andere kant op 10cm afstand 10 mm gezakt zijn. De kracht aan de andere kant verplaatst zich dus veel meer dan de veer. De versterking van de kracht heeft dus ook gevolgen voor de weg die afgelegd wordt. Deze wordt juist verzwakt. Een verplaatsing van de kracht met 10 mm heeft tot gevolg dat de veer maar 1 mm uitrekt. Het product van de versterking van de kracht en versterking van de verplaatsing is altijd 1. Een versterking met een factor 10 van de kracht heeft dus als gevolg dat de verplaatsing 1/10 versterkt is, dus met een factor 10 verzwakt. Hefbomen worden gebruikt bij de remgrepen en remschoenen zelf. De vorm van de hefboom is niet van belang voor de overbrengingsverhouding. Het gaat om de afstand tussen het scharnierpunt en de werklijn van de kracht.

Krachten kunnen ook versterkt worden door krachtontbinding. Zie afbeelding 5. Deze methode wordt gebruikt bij de cantilever remmen en midden-optrekremmen. De kabel grijpt in het midden van de verbindingskabel aan. De trekkracht in de verbindingskabel is groter naar mate de hoek van de verbindingskabel vlakker is. Bij 90° is de versterking 1.4, bij 120° is de versterking 2 en bij 150° is de versterking 3.9. De verplaatsing is hierbij evenredig verkleind. Nadeel van deze methode bij cantileverremmen is dat de hoek waaronder de kabels staan verandert bij het aantrekken van de kabels. Daarmee verandert ook de versterking sterk als de verplaatsing groot is.

Een andere methode om de kracht te versterken is om de kracht dubbel te gebruiken. Zie afbeelding 6. Als we in het voorbeeld van de hefboom het scharnier vervangen door een veer dan zien we dat deze wordt ingeduwd. De kracht hiervoor hoeft niet verhoogd te worden. Bij zij-optrekremmen en v-remmen wordt hier gebruik van gemaakt door een rem-arm aan te laten trekken door de binnenkabel en een rem-arm af te steunen op de buitenkabel.

Bij trommelremmen wordt de kracht versterkt doordat het wiel de remblok zelf tegen de trommel trekt. Op het moment dat de remschoen aangrijpt wordt deze door de draairichting van het wiel tegen de trommel getrokken. Bij trommelremmen wordt dus de bewegingsenergie van de fiets gebruikt om de rem te bedienen.

Als dit te goed gebeurt zal het wiel in een keer blokkeren. Goede trommelremmen zijn zo geconstrueerd dat deze versterking wel optreed maar dat de mate van oplopen wel te regelen is met de remgreep.
(zie afbeelding 7)

Krachten kunnen hydraulisch versterkt worden door gebruik te maken van cilinders van verschillende doorsnede die gevuld zijn met vloeistof. De beste manier om te zien dat hiermee versterking optreed is om te kijken naar de verplaatsing. Wanneer we een cilinder met een oppervlakte van b.v 10 mm² verbinden met een cilinder met een oppervlakte van 20 mm² zal bij een verzakking van 10 mm in de kleine cilinder de vloeistof in de andere cilinder met 5 mm stijgen. De hoeveelheid vloeistof is namelijk verdeeld over een twee keer zo grote oppervlakte. De overbrengingsverhouding van de verplaatsing is dus 0.5. Er geldt echter dat het product van de verplaatsingen en de kracht altijd 1 is. De overbrengingsverhouding van de kracht is dus 2. Als in de kleine cilinder een kracht drukt van 100 N, dan moet in de andere cilinder een kracht drukken van 200 N om de cilinders in evenwicht te brengen. Hydraulische krachtoverbrenging wordt gebruikt voor velgremmen en schijfremmen.(zie afbeelding 8)

Bij terugtrapremmen en bij de rollerbrake wordt gebruik gemaakt van een wig om de kracht te versterken (zie afbeelding 9). Deze versterker is te vergelijken met de versterking door kabelontbinding. Door de wig leidt een horizontale duwkracht tot een veel grotere verticale duwkracht. Bij een versterking van de kracht met een factor 10 zal de verplaatsing weer verzwakt worden met een factor 10. De wig duwt tegen remsegmenten. Een bijzondere uitvoeringsvorm van de krachtversterking met de wig is het mechanisme met cilindrische pallen.

Bij het palmechanisme met cilindrische pallen zitten cilinders tussen een buiten- en binnenring.
(zie afbeelding 10).
De afstand tussen de ringen is niet op alle plaatsen gelijk. Op het moment dat de ringen ten opzichte van elkaar draaien, worden de cilinders in het nauwe gedeelte geduwd (de wig) en duwen de cilinders met grote kracht naar buiten. Dit mechanisme wordt toegepast in terugtrapremmen, rollerbrake, freewheelmechanismes van terugtrapremmen en silent clutch cassette naven. De wigvorm is zo gemaakt zijn dat de pallen maar bij een draairichting tussen de ringen geduwd worden. Bij een andere draairichting liggen de pallen los.

In sommige terugtrapremmen word gebruik gemaakt van bewegingsschroefdraad. (zie afbeelding 11). Hiermee wordt een moment omgezet in een horizontale kracht, net zo als bij gewoon schroefdraad. Door de vorm van het schroefdraad is de wrijving tussen de binnen en buitendraad veel kleiner dan bij bevestigingsschroefdraad en klemt de schroefdraad zich niet vast. Door wrijving in het schroefdraad kunnen grote verliezen optreden. Bewegingsschroefdraad moet dan ook zeer goed gesmeerd worden. De bewegingsschroefdraad in de terugtraprem wordt bediend door het kettingwiel. Op het schroefdraad is een wig bevestigd die naar links of rechts schuift als het schroefdraad draait. Deze wig duwt vervolgens de remmantel tegen de naafhuls of koppelt de drijfkop met de naafhuls.