Techniek: primaire aandrijving

Op weg naar het achterwiel moet het geweld van een verbrandingsmotor langs de primaire tandwielen en de koppeling. Deze beschikken over een paar geraffineerde trucs om al die krachten in toom te houden. Het zijn vaak niet eens de angstaanjagende 200 pk’s van een getunede viercilinder superbike, die de krachtsoverdracht tussen zuigers en achterwiel tot een ware uitdaging maken. Nee, het zijn eerder de zo sonoor klinkende tweecilinders van Ducati of Harley-Davidson die op de tandwielen in hakken en met brute koppelpieken aan de koppeling en versnellingsbakassen rukken. Het is voor iedere ingenieur een ware uitdaging om dit geweld te beteugelen met een stabiele en tegelijkertijd lichte en wrijvingsarme krachtsoverbrenging. De oorzaak van deze extreme belasting: waar bij een viertakt het koppel van een verbrandingsklap heel gelijkmatig na iedere halve krukasomwenteling (180°) op de aandrijving inwerkt, hamert een tweecilinder er met ongeveer dubbele kracht op in. Afhankelijk van de gaswisseling (aanzuigen en compressie) wordt er vervolgens bruut afgeremd, waarna de boel met de volgende verbrandingsklap weer een nieuwe slinger krijgt. Deze ongelijkmatige motorloop zorgt voor een enorm hoge belasting op de complete aandrijflijn en met name in het lage- en middentoerengebied. Bij de constructie van de primaire aandrijving, die het toerental evenredig aan het stijgen van het koppel doet dalen, hebben fabrikanten en ingenieurs jarenlang verschillende wegen bewandeld. Voor de grote motorboom in de jaren zeventig werden in de regel vaak duplex- of triplex-rolkettingen gebruikt, die direct tussen het krukasuiteinde en de koppeling werden gepositioneerd. Deze in een oliebad draaiende kettingaandrijvingen functioneerden weliswaar niet altijd even probleemloos – er werd nogal eens een afgeplatte rol in het carter terug gevonden –, maar hadden als voordeel een goede eigendemping te hebben en bovendien waren ze redelijk eenvoudig te vervangen. Een andere oplossing behelsde een eenvoudige tandwielconstructie, die je tot op de dag van vandaag nog tegenkomt in Japanse één- en tweecilinders. Om te voorkomen dat er te veel spanning op de vertanding van de vaak kleine tandwielen ontstond, werden er vaak tandwielen met schuine vertanding gebruikt. Voordelen: de onder een hoek van ongeveer 20° aangebrachte vertandingen grijpen heel gelijkmatig in elkaar, produceren minder lawaai en kunnen bij een gelijke bouwgrootte meer koppel overdragen dan tandwielen met een rechte vertanding. Nadelen: bij aanvang van het krachtenspel werken er zijdelingse krachten op de schuine vertandingen in en die moeten worden geabsorbeerd door de krukas en de versnellingsbakassen. Deze axiale kracht zorgt bovendien voor lichte wrijvingsverliezen in de aandrijving. Aangezien deze tandwielen met schuine vertanding ook duur zijn om te fabriceren, kom je tegenwoordig eigenlijk alleen nog maar recht vertande en groter uitgevoerde tandwielen tegen. Om de geluidsproductie te reduceren worden vaak voorgespannen, tweedelige tandwielen gebruikt. Er is dan als het ware een schijfje van het tandwiel afgezaagd, dat onder veerdruk iets verschoven is gemonteerd. Die veerdruk zorgt er voor dat de tandwielen continu onder spanning staan, waardoor de bijgeluiden worden gereduceerd, ongeacht de belastingen en of het blok koud of warm is. Toch produceren sommige motoren nog een luid fluitend geluid ter hoogte van het koppelingshuis en dat kan er op duiden dat die krachten niet helemaal geneutraliseerd zijn. Met de komst van de Honda CB750 in 1968, de eerste moderne in grote serie geproduceerde viercilinder, moesten de technici een oplossing bedenken om de forse bouwbreedte van de krukas te combineren met de relatief smal bouwende vijfversnellingsbak. Het was niet langer mogelijk om de kracht domweg van krukasuiteinde naar de koppeling over te brengen. Honda gebruikte daarom twee rolkettingen die vanuit het midden van de krukas de koppeling liet roteren. Om de draairichting van de naar voren draaiende krukas weer in de rijrichting te krijgen, was het noodzakelijk om de versnellingsbak als een vrij ingewikkelde constructie met drie assen uit te voeren. Pas bij de volgende generatie viercilinders van Honda werd de kettingaandrijving middels een extra tandwielas aan de koppeling gekoppeld. Waarom zo veel moeite? In tegenstelling tot een primaire aandrijving middels tandwielen, waarbij de draairichting wordt omgekeerd, draaien de beide assen bij een ketting wel in dezelfde richting. Dit werd nog weer anders toen fabrikanten van viercilinder motoren er op over gingen om een van de middelste krukwangen als tandwiel uit te voeren, wat de constructie behoorlijk vereenvoudigde. Niet zo gek dus dat deze vorm van aandrijving, die Kawasaki al in 1972 bij de legendarische Z900 gebruikte, bij multicilinder lijnmotoren nog steeds wordt gebruikt. Ook de transmissiedemper in het koppelingshuis is tegenwoordig een vaste waarde. Het huis zelf is draaibaar gelagerd op de naaf en steunt af op schroefveren of rubberlagers. Iedere koppelpiek die het motorblok richting de aandrijving jaagt, heeft tot gevolg dat het koppelingshuis deze krachtpieken tegen de veerdruk in afbouwt. Bij met name heel sportieve één- en tweecilinders met een geringe draaiende massa worden de pieken in de aandrijfkrachten ook wel gedempt door een lichte mate van slip (tot 100 krukasomwentelingen per minuut bij het maximum koppel) in de koppeling! Alleen op deze manieren zijn de primaire aandrijving en de versnellingsbaktandwielen in staat om de brute krachten van een verbrandingsmotor duizenden kilometers achtereen te overleven. [BU’s] [p. 111, linksboven] Het koppel van de krukas wordt door het kleine tandwiel (rood) op het grote, achterwaarts draaiende tandwiel (blauw) overgebracht in een verhouding van ongeveer 1 : 2. Dat betekent dat het toerental wordt gehalveerd en dat het koppel wordt verdubbeld. Bij de krachtoverbrenging naar de uitgaande versnellingsbakas (groen) wordt de draairichting nogmaals omgekeerd. [p. 111 rechtsboven] Bij tandwielen met een schuine vertanding ontstaan er door het motorkoppel (groen) zijdelingse krachten (rood) op de krukas en versnellingsbakassen. [p. 111 linksonder] Duplex-rolkettingen worden nog steeds gebruikt bij Harley-Davidson, klassiekers en oldtimers. Door de grote afstand tussen de assen wordt de ketting meestal geleidt door glij- of spanrails gebruikt. [p. 112 linksboven] Twee sierlijke rolkettingen zorgden bij de Honda CB750 uit 1968 voor de krachtsoverbrenging op de ingaande versnellingsbakas. Het was één van de weinige zwakke punten van dit concept. [p. 112 rechtsboven] De robuuste ketting met een voor de versnellingsbak liggende extra as van de Honda Bol d’Or zorde voor een verandering van de draairichting van de koppeling en ingaande versnellingsbakas, waardoor een derde versnellingsbakas kon vervallen. [p. 112 linksonder] De krukaswang is steeds populairder geworden als primair tandwiel. Daardoor werd een efficiënte krachtsoverbrenging werd. Alleen de diameter van de beide tandwielen werd wel groter, met name het tandwiel achter het koppelingshuis vraagt nogal wat ruimte. [p. 112 rechtsonder] Een transmissiedemper in het koppelingshuis (over het algemeen korte stevige drukveren) zorgt er voor dat de koppelpieken worden ‘geabsorbeerd’ om de primaire aandrijving en de versnellingsbak te ontlasten.