Primaire aandrijving en koppeling
De primaire overbrenging en de koppeling geven het vermogen van de krukas door aan de versnellingsbak. Een opgave waarvoor een paar geraffineerde trucs nodig zijn.
Bij de constructie van de primaire overbrenging – die van de krukas naar de koppeling een reductie van het toerental geeft en een omgekeerd evenredige toename van het draaimoment – kiezen de fabrikanten verschillende wegen. Voor de grote opkomst van motorfietsen in de vroege jaren zeventig werden vaak duplex- of zelfs triplex-rollenkettingen gebruikt die buitenom van de krukas naar de aangeboute koppeling en versnellingsbak liepen. Deze in een oliebad lopende kettingaandrijving was niet altijd even betrouwbaar, maar had als voordelen de goede dempende werking en gemakkelijke en goedkope vervanging.
Een andere oplossing voor de primaire overbrenging zijn eenvoudige, maar robuuste tandwielen. Om bij de kleine tandwieldiameters de tandflanken niet bovenmatig zwaar te belasten, werd tot het einde van de jaren zeventig veelal schuine vertanding gebruikt (zie eerste foto rechtsboven). Het voordeel daarvan: de ongeveer 20 graden schuin geplaatste tanden grijpen continu aan, lopen daardoor stiller en kunnen bij dezelfde afmetingen meer kracht overbrengen dan rechte vertanding. Het nadeel: door de schuin staande tandflanken wordt een dwarskracht ontwikkeld, waardoor de krukas en aangedreven versnellingsbakas axiale krachten moeten opnemen. Dat geeft wat extra wrijvingsverliezen en kost dus vermogen. Verder is schuine vertanding ook duurder in de productie, redenen waarom tegenwoordig overwegend rechte vertanding wordt gebruikt in iets grotere afmetingen. Het nadeel van de extra geluidsontwikkeling van rechte vertanding wordt vaak door een truc met tweedelige, door veerkracht voorgespannen tandwielen ondervangen. Dit zorgt ervoor dat de speling tussen de tandflanken van twee in elkaar grijpende tandwielen onder alle omstandigheden – koude of warme motor, lastwisselingen – tot vrijwel nul wordt gereduceerd.
Bij de eerste moderne massaproductie-viercilinders moesten de ingenieurs een oplossing bedenken die de brede cilinderrij en krukas netjes combineerde met de relatief smalle vijfversnellingsbak erachter. Om het vermogen simpelweg vanaf het uiteinde van de krukas af te nemen was nu niet meer mogelijk. Daarom werd vanaf het midden van de krukas met kettingen een tussenas aangedreven die vervolgens met een tandwieloverbrenging de koppeling aandreef. Bij de pionierende Honda CB750 uit 1969 was het zelfs nog anders: daar dreef de dubbele primaire ketting wel rechtstreeks de koppeling aan, maar daardoor draaide de secundaire versnellingsbak-as de verkeerde kant op en was er een derde as daarachter nodig (zie tekening ‘duplex-ketting’). Bij een kettingoverbrenging draaien beide assen immers in dezelfde richting, maar bij een tandwieloverbrenging draait de draairichting om.
De constructie werd een stuk simpeler toen men ertoe over ging om één van de krukwangen tussen cilinders drie en vier tevens als tandwiel uit te voeren, waarmee rechtstreeks de buitenkorf van de koppeling wordt aangedreven. Geen wonder dat dit principe, dat Kawasaki al in 1972 bij de legendarische 900 Z1 toepaste, inmiddels de standaard is geworden bij viercilinder-lijnmotoren. Ook standaard geworden is de oplossing met de transmissiedemper in het tandwiel van de koppelingskorf (zie foto ‘transmissiedemper’). De korf zit draaibaar gelagerd op het tandwiel en steunt af op schroefveren of rubberblokken. Daarnaast zal de koppeling zelf boven kritieke waarden licht doorslippen. Dit alles absorbeert krachtpieken in de aandrijving, zodat de primaire aandrijving en de versnellingsbak de geselingen van de praktijk kunnen overleven.
Het door de motor geleverde vermogen is immers geen mooi glad gestreken krachtstroom, maar een grillig verloop met koppelpieken, vooral bij één- en tweecilinders. Daar waar de sportieve viercilinders nog relatief subtiel en gelijkmatig te werk gaan, daar beuken de sterke tweecilinders van Ducati en KTM met geweld op hun tandwielen en koppelingen. In plaats van vier kleine krachtpulsen van 250 cc per cilinder leveren deze twins twee grote pulsen van cilinders van 600 cc. Tussen de verder gespreide krachtpulsen door remt de krukas ook nadrukkelijker af door de aanzuig- en compressieslagen. Deze ongelijkmatige motorloop geeft vooral in de lagere toerentallen zeer hoge belastingen in de aandrijflijn.
Deze draaimomentvariaties verergeren met name bij sportmotoren nog een ander probleem: het stuiteren van het achterwiel bij remmen en tegelijkertijd terugschakelen. Met de zogenaamde anti-hop-koppeling (AHK) of ‘back-torque limiter’ wordt het remkoppel van het motorblok begrensd; het achterwiel behoudt wegcontact en de motor kan netjes worden ingestuurd. Zodra de remwerking van de motor boven een bepaalde waarde komt, drukt een simpel mechaniekje met oploopflanken de koppelingsplaten tegen de veerdruk in uit elkaar. En dan wel precies zo ver, dat de koppeling doorslipt, maar nog wel een remmende werking op het achterwiel uitoefent, zonder dat het tot stuiteren komt. De dimensionering van de oploopflanken is afhankelijk van het type motorblok en de gewenste remwerking. Vlakke flanken zullen de koppeling eerder en geleidelijker doen doorslippen dan steile. Om de wrijving en slijtage in dit systeem te verminderen, werken de oploopflanken in veel racekoppelingen met rollen of kogels. Deze ‘remkoppelbegrenzers’ kunnen zowel bij natte als droge koppelingen worden toegepast, waarbij de natte koppeling (ofwel oliebadkoppeling) veruit het meest wordt gebruikt.
De voordelen van een oliebadkoppeling zijn een soepeler aangrijpen en de koelende werking van de motorolie, die het oververhitten van de platen bij een staande vollast-start tegengaat. De frictieplaten zijn meestal van een organisch voeringmateriaal voorzien, dat weliswaar hittegevoeliger is dan sintermateriaal, maar waarvan de slijtagedeeltjes geen schadelijke uitwerkingen hebben op de lagers in het motorblok. Aangezien de koppeling bij moderne motoren ver boven het olieniveau in het blok draait, zijn er ook vrijwel geen zogenaamde ‘karnverliezen’ meer (in het geval van de koppeling zou de term ‘klutsverliezen’ ook niet misstaan).
Om bij koude motor en derhalve dikke olie een optimaal vrijkomen van de koppeling te garanderen, rekent men voor de totale lift met ongeveer 0,2 tot 0,3 millimeter speling per frictieplaat. Aanvullend worden vaak dunne schotelveren tussen de frictieplaten geplaatst om de platen bij het intrekken van de koppeling uiteen te duwen en zo het kleven van de koppelingsplaten tegen te gaan.
Het voordeel van een droge koppeling is de grotere wrijving, waardoor hij kleiner en lichter kan worden uitgevoerd, en in mindere mate het lichtere draaien in de open lucht. Daarom zie je ze nog wel in de MotoGP, maar zelfs bij de sportiefste straatmotoren – Ducati stond er nog het meest bekend om – is de karakteristiek rammelende droge multiplaatkoppeling inmiddels nagenoeg verdwenen. Minder gangbare uitvoeringen zijn de droge enkel- of tweeplaatskoppelingen zoals die bij de BMW-boxers (met uitzondering van de allernieuwste versie) en de Moto Guzzi V-twins worden gebruikt.
