Over de technische achtergronden van de fiets - the technical background of the bicycle
Home » 31

 MODERNE FIETSTECHNIEK: de momentsleutel

 

  Tot 1990 waren de meeste fietsen van staal. De monteur zette alle bouten en boutjes gewoon voldoende vast. Bij de moderne frames van carbon en aluminium is deze praktijk achterhaald. Om veilig en schadevrij te monteren, moet je met een momentsleutel werken. 

  Het moment dat we gebruiken om een bout vast te zetten, is afhankelijk van de lengte van de hefboom en de kracht die we uitoefenen. Moment is: kracht x arm. Als we een langere sleutel hebben, hoeven we dus minder kracht te zetten voor hetzelfde moment. Als je geen momentsleutel hebt, maar wel een handweger (unster) om het gewicht van het koffer op het vliegveld te bepalen, kun je feitelijk ook het aandraaimoment meten. Stel je moet een bout aandraaien met 10 Nm; je hebt een ringsleutel van 20 cm. Dan moet je dus je handweger tot 50 N (= 5 kg) aantrekken om 50N x 0,2m = 10 Nm te krijgen.

.

FIG.1a De torsie-arm-momentsleutel; een buigende stalen staaf waarbij we op de wijzerplaat het moment aflezen.

 FIG.1b Een variant waarbij de hefboom via drukveren een meetklok bedient.

Er zijn dus meerdere types momentsleutels. Het hefboomtype (torsie-arm, zie FIG.1a) is het meest simpel en blijft vrijwel altijd accuraat. Feitelijk buigt de arm bij het kracht zetten over de totale lengte door. Helaas zijn ze slecht af te lezen en is er bij gebruik veel ruimte nodig; die is er vaak gewoon niet. Bij normaal gebruik blijft deze meter accuraat en kunnen we hem gebruiken  andere momentsleutels te calibreren. Deze hier is geschikt tot 300Nm; bij fietsen komen we dat niet tegen. Bij moderne carbon en aluminium fietsen, liggen de gebruikte momenten voor kleine boutjes tussen de 4-10 Nm. Crankstellen mogen soms wel 50-70 Nm hebben. Let op of de fabrikant aanbeveelt vet of borgvloeistof te gebruiken. Vaak worden voorgeschreven momenten, "droog" opgegeven. Als je vet of lijm gebruikt, gaat het aandraaien makkelijker en komt er een te hoge spanning op de bout te staan.

 

FIG.2  De "klik"-momentsleutel. Door het aandraaien van de veer in het handvat stellen we een waarde in, die bij het bereiken ervan een "klik" geluid geeft.

 

De meeste momentsleutels van het “kliktype”, zoals we dat kunnen zien in FIG.2. Deze sleutels kunnen in de loop der tijd wat afwijken van de af te lezen ingestelde waarde. De oorzaak van dat “verlopen” is gelegen in de constructie van de momentsleutel. Het werkt namelijk met een veer die via het schroefhandvat met nonius, op spanning gebracht wordt. Die veer drukt op een kogel die past in een gaatje van de beweegbare kop van de sleutel. Op de foto zien we onder de kop, het draaiasje met seegerring. Als de kogel uit het gaatje schiet, hoor je een klik. We moeten dan onmiddellijk stoppen met kracht zetten, want de verbinding is niet verbroken, dus we zouden de bout gewoon verder kunnen aandraaien. De kleine sleutel heeft een 1/4" kop en kan tot 25 Nm ingesteld worden. De grote sleutel heeft een 1/2" kop en kan tot 200 Nm ingesteld worden. Met behulp van tussenstukjes kunnen we beide koppen ook voorzien van een 3/8" kop, afhankelijk van de gebruikte doppenset.

Het is de bedoeling dat de veer in het handvat een beetje druk blijft houden. Als de druk wegvalt kunnen onderdelen van het mechaniekje losraken of ontregelen. Dus liever niet terugdraaien naar nul, maar bewaar de sleutel met bijvoorbeeld 10% van de maximale waarde als instelling. Het verdient aanbeveling om bij eerste in gebruik name, een aantal malen (>5) naar de maximale instelling door te trekken, om minimale braampjes of vuiltjes weg te drukken. Daarna is de sleutel ”ingewerkt”.

Als de sleutels veel gebruikt worden, wordt het aanbevolen om ze elke maand eens te vergelijken met een torsie-arm-momentsleutel of elektronische momentsleutel. Zo voorkom je dat de aandraaimomenten langzaam steeds lager komen te liggen.

FIG.3a Een aardig setje met doppen met een momentsleutel.

 

 

FIG.4a Tussenstuk met elektronische meting.

 

Een los meetstuk maakt van een gewone dopsleutel, een elektronische momentsleutel. Deze meting werkt met rekstrookjes en is voor een momentsleutel nauwkeurig. De meeste shops zullen ze niet hebben, maar ze zijn via AliExpress in meerdere varianten leverbaar.

Kies bij voorbeeld een meting tot 15Nm met een 1/4" kop, en een 75Nm met een 3/8"kop. Gebruik je een meter met een groot bereik, dan gaat dit ten koste van de nauwkeurigheid van de lage meetwaardes. Juist die zijn gevoelig en worden veel toegepast.

FIG.3b  De zwarte ring is de nonius voor fijnafstelling; de onderste ring is voor de grove instelling en fixering van de gekozen waarde.   

FIG.4b Een volwaardige elektronische momentsleutel. Deze geven een piepje als de ingestelde waarde bereikt is.

De ontwerper schrijft een bepaald aandraaimoment voor. Dit is  afhankelijk van de constructie en de gebruikte materialen; het ligt altijd lager dan het maximum voor die bout.

Op de boutkop is soms met een ISO-code aangegeven wat de staalkwaliteit is, bijvoorbeeld 8.8 of 12.9. Hierbij is het getal voor de punt de 1% van de treksterkte in N/mm². Het getal achter de punt is het tienvoudige van vloeispanning/ treksterkte. Het verdient aanbeveling de bout van de fabrikant te gebruiken; als je een bout vervangt, moet die minstens dezelfde kwaliteitsklasse hebben. Zodra we een bout over de vloeispanning draaien, gaat het draaien steeds makkelijker, tot de breuk.

Het vastklemmen van carbon zadelpennen en sturen is lastig, omdat het onderdeel soms nog beweegt terwijl het maximale moment al bereikt is. Aanbevolen wordt de zaak weer los te halen en gebruik te maken van een montagepasta voor carbon. Hierin zit een fijn schuurmiddel dat de grip verbetert. Bij voorbeeld: https://tacx.com/nl/product/carbon-montagepasta/ 

 

 

MODERNE FIETSTECHNIEK: groefkogellagermontage

 

Het doel van lagers is het ondersteunen van draaiende assen. Deze assen kunnen zowel axiaal ( in de lengte richting van de as) als radiaal (loodrecht op de as), ondersteund worden. Er zijn 2 groepen lagers: glijlagers en wentellagers; in fietsen werken we met wentellagers. De ouderwetse nastelbare "cup en cone" constructie van fietslagers (feitelijk een eenrijig hoekcon-tactlager), is grotendeels verdrongen door gebruik van groefkogellagers. In balhoofden komen we vaak varianten van het kogeltaatslager tegen; soms zitten er naalden in plaats van kogels. 

In FIG.5 zien we dat het groefkogellager krachten uit alle richtingen kan opnemen, dat is bij de andere twee niet zo.

.

 

 

FIG.5 Lagers en krachten erop kunnen werken.

FIG.6 Een SKF slagset.

FIG.7 Een lagerpers met veel bussen.

De keuze voor groefkogellagers is kostenbesparing; montage en vervangen ervan is makkelijker en vergt minder tijd, maar er is een wat andere manier van werken en ander gereedschap bij nodig. In het algemeen gebruiken we een lichte perspassing, door via een hulpbus druk uit te oefenen op de binnenste en/ of de buitenste ring van het lager. Het uitoefenen van die druk kan via een pers (FIG.7) of een hamer bij voorbeeld uit de slagset van SKF (FIG.6); in deze holle kunststof hamer zitten losse korrels. Dit geeft een prettige, terugslagloze en doseerbare tik.  

FIG.8 Montage lager met behulp van een bus.

FIG.9 Demontage lager met hulpstukken als lagertrekker en trekplaat.

  De plaatjes van FIG.8 en 9 laten zien, dat de druk op de lager ringen moet komen die tijdens het persen met wrijving te maken krijgen. Voorkomen moet worden dat de uitgeoefende druk via de kogels doorgegeven wordt naar de andere ring. Helaas houden de ontwerpers van bij voorbeeld naven, zich niet altijd bezig met onderhoudsproblemen. Bij demontage (eruit tikken) moeten de lagers in elk geval goed gecontroleerd worden, en zonodig vervangen.

  De passing van het lager op de as en in het huis, moet een lichte perspassing zijn. Afhankelijk van de diameter, in de orde van duizendsten of honderdsten van een millimeter.

  De belangrijkste maten van het lager , zijn buitenringafmeting, binnenringafmeting en lagerbreedte. De kwaliteit van de gebruikte materialen, en daarmee de levensverwachting, is niet altijd goed in te schatten. Grote namen als SKF, geven meer zekerheid en er zijn kwaliteitsklassen; de prijzen van de betere klassen lagers zijn helaas beduidend hoger. De hoogste klasse is iets voor ruimtevaarttechniek, waar het meesturen van een monteur geen optie is; de prijs is vaak navenant.

Kwaliteitsnormen voor lagers hangen samen met het passingstelsel, maar de aanduiding is niet identiek. Standaard lagers worden aangeduid met ISO-0. Bepaalde constructies vereisen een hogere nauw­keurigheid b. v. voor hoge toerentallen. Hiervoor zijn dan lagers verkrijg­baar met een hogere precisie. Voor maat- en loopnauw­keurigheid zijn ook weer ISO normen in tabellen vast­gelegd. Tolerantieklassen vindt u hier ook, zowel in ISO-(0,6,5,4) als in de Duitse DIN-(P0, P6, P5, P4) en Amerikaanse AFBMA-norm (gegeven als ABEC-1-3-5-7). De norm P5, ISO-5 en ABEC-5 zullen we hooguit in het topsegment van de markt tegenkomen. Soms zien we bij AliEpress wel ABEC-12 opduiken; een fantasie norm zonder specificatie.