DE BOUW VAN EEN STALEN FRAME

Echte klassieke stalen frames worden gebouwd met lugs (soldeermoffen). De ouderwetse opafiets werd gebouwd met zware, in zand gegoten lugs en zware buizen. Hierdoor kon men de buizen recht afzagen en hoefden deze niet passend gevijld of gefreesd te worden (zie FIG.1a). Bij gebruik van lichte buizen zullen er scheuren langs de rand van de lug optreden. Als je lichte lugs maakt uit plaatstaal, dat vervormd wordt en aaneen gelast, moet je de pasvorm van de buizen door frezen of vijlen optimaliseren om een goede verbinding te krijgen. Bij lichte buizen en smalle lugs (zie FIG.1b) dient de passing zo perfect mogelijk te zijn; bij de lugloze bouwwijze (zie FIG.1c) nog perfecter! Het fabricageproces voor moderne gegoten lugs is duur. Men noemt dit het verloren-was-procedé (Italiaans: microfusione, in het Engels: investmentcasting). Deze zitten vaak strakker dan de plaatstalen lugs. Als de passing erg nauw is, dient men uitsluitend met zilversoldeer werken; dit laatste geldt ook bij het bouwen met r.v.s. buis en lugs. Met plaatstalen lugs kan men de hoeken 3 tot 4 graden variëren: voor gegoten lugs is dit slechts een graad. Het vakmanschap van de framebouwer zit voor een groot deel in het bewerken van de lugs! 

 Ondanks eventuele mallen zal ikzelf na elke soldering controleren en zo nodig richten. Wie daarmee wacht tot het frame compleet is, zal meer kracht moeten zetten. Bovendien kan het richten van de ene buis de stand van een andere buis beïnvloeden. Natuurlijk zijn er toleranties als je een frame uitlijnt. Zonder dure meetapparatuur, maar met een frameliniaal en een goed gevoel voor symmetrie, kun je tot een halve graad en op ± 1 mm nauwkeurig meten. Zeker bij een fiets met brede banden levert dit geen problemen op. Bij smalle bandjes of tubes kunnen er soms bij kleine afwijkingen al problemen met het weggedrag optreden; met name de shimmy is berucht. Als de fiets echt naar links of naar rechts trekt, is de afwijking al veel groter. Controleer eerst of de wielen goed in het midden gespaakt zijn. Kijk daarna of de wielen een vlak vormen!

  Een stalen buis is in de buizenfabriek als laatste behandeling door een bak preserveerolie gegaan. Voor het bouwen moet de buis ontvet worden. Neem een poetsdoek + ontvetter en maak de buis uit- en inwendig schoon. Een buis uit een frameset van kwaliteit is butted. Van alle versterkingen is aan de buitenkant van de buis niets te zien. De zitbuis zal alleen over het stuk tussen bracket en voorderailleur, verdikt zijn. De buis is bij levering ± 620 mm lang; als we nu een 50cm frame bouwen, zagen we al gauw de hele butt eraf, als we de buis op maat maken. Dat zal u niet meer overkomen nu(?). Bij Reynolds frames is een butt kort (gemerkt!) en de andere lang. De korte kant mag alleen passend gevijld worden! Aan de lange zijde op maat zagen dus.

  Vroeger waren buizen rond. Tegenwoordig zijn er veel geprofileerde buizen, sommige plat (minder luchtweerstand), andere veelvormig (meer framestijfheid). De framebouwer dient hier nauwkeurig te werken, want narichten is moeilijk. Een frame van Reynolds 753 buis is helemaal niet te richten, want die buis heeft geen rekgrens. Het frame dient dus perfect gesoldeerd te worden, anders is het bij fabricage al schrootrijp. Men mag de buis niet boven de 700 °C verhitten. Het frame moet dus met lugs en zilversoldeer gemaakt worden. De voorvork is natuurlijk ook niet te verbuigen. Door een deel van de doorbuiging, die de fabriek voor de veredeling heeft aangebracht, eraf te zagen, bepaalt de framebouwer de sprong van de voorvork. Reynolds voorvorken worden vaak gebogen geleverd; gelieve deze doorbuiging (“rake”) bij bestelling te specificeren. Columbus vorkschedes zijn recht en worden door de bouwer gebogen. Om een frame te bouwen heeft u nodig: bracket en vorkkroon, twee balhoofdlugs, een zadelpenlug, voorvorkpatjes, achterpatten, diverse nokjes en kabelgeleiders, mannetje voor achterrem en indien gewenst ook voor bracket; eventueel pluggen voor de staande achtervork en de buizen natuurlijk.

   Als de vork na het bouwen nog gebogen moet worden, neem dan 500 mm buis 30X2mm als hefboom; schuif hem over de binnenbalhoofdbuis  Klem de patten absoluut vast op een gefixeerde oude naaf en buig de vork over een ronde blok van hout of metaal met een straal van 200-300mm.

    Voor het hoofdframe kunnen we ook een mal maken (zie FIG.4). Men kan het verschil in dikte tussen bovenbuis (25,4mm) en onder- en zitbuis (28,6mm) opvangen door een latje op de mal onder de bovenbuis te lijmen. Bij het hoofdframe maak ik eerst de balhoofd/ onderbuisverbinding; na het solderen controleer ik de hoeken. Zorg ervoor dat de balhoofdbuis te lang is en minimaal 1 cm door de lug steekt. Dan kan het vloeimiddel makkelijk weg tijdens het solderen; anders loop je kans op insluitingen van het vloeimiddel, halfgesoldeerde verbindingen en framebreuk. Vervolgens komt de brackethuls aan de zitbuis; controleer met een lange liniaal of het bracket perfect haaks op de zitbuis staat. Dan gaan we beide samenstellen duurzaam verenigen. Let op dat er zo min mogelijk soldeer en vloeimiddel in de bracketlug loopt; controleer nu of zitbuis en balhoofdbuis in een vlak liggen. Als laatste verbinding leggen we de bovenbuis erin; ook hier de zitbuis minimaal 1 cm door de lug laten steken.

   Controleer of alles een vlak vormt en of alle maten en hoeken op de tekening kloppen. Zaag de overstekende buis van balhoofd en zitbuis af. Boor 4cm van boven, aan de achterkant, in de zitbuis een gaatje van 2-3 mm. Dit vormt het eindpunt van de zaagsnede voor de zadelklem. Slijp met een dunne slijpschijf voorzichtig van boven naar beneden; vijl de binnenkant van de buis glad i.v.m. krassen op de zadelpen. 

We gaan nu de liggende achtervork maken. Let erop dat de uitsparingen voor banden en voorblad op de goede plaats komen. Als we de juiste lengte bepaald hebben, bevestigen we de patjes. Fixeer nu de patjes met een oude naaf en soldeer het mannetje ertussen, richt de zaak nauwkeurig uit en bevestig de liggende achtervork. Leg een meetlat in het bracket en in de patjes. Lopen ze mooi evenwijdig? Zoniet: richten! Zo ja kan de staande achtervork erin. Ik adviseer pluggen in de buis te solderen (FIG.5a), of de buis direct aan zitbuis (FIG.5b) of zadelklembout (FIG.5c) te solderen. Vergeet niet om ventilatiegaatjes in de buis te boren! De laatste belangrijke soldering is het remmannetje. Bij het afwerken komen er nog veel nokjes aan ons frame: soms een zadelpenklem (als die niet aan de lug zat),  bidonnokjes, voorderailleurnok, kabelgeleiders en stoppers.

 Voor de afwerking hebben we veel speciaalgereedschap nodig. Ga een goede relatie aan met uw fietsenmaker. 1. Met de balhoofdfrees brengen we de binnendiameter van de balhoofd­buis op 30 mm, bovendien frezen we de boven en onderkant perfect haaks. 2. Met de zittingringfrees brengen we de diameter van vorkkroon terug tot 26,4 mm en vlakken we de vorkkroon haaks af. 3. Met de bracketdraadtap snijden we de draad na. 4. Vervolgens draaien we hulpbus in het bracket. Hierop past de vlakfrees, die haaks op de schroefdraad, de buitenkanten van het bracket vlakt. Bij een goed bracket heeft u misschien 3 en 4 niet nodig. Maar 1 en 2 zijn meestal niet te vermijden.

   De afwerking van het frame is een tijdrovende zaak. Goed schuren met fijn schuurpapier en met sleutelvijltjes de randen nalopen; kleine beschadigingen en oneffenheden wegwerken met wat plamuur of tinsoldeer. Wees voorzichtig met het verwijderen van het vloeimiddel; het gaat prima met een grove vijl, maar als je een keer uit schiet, is wel de helft van de framebuis verdwenen (de buis is in het midden 0,6mm dik). Het is slim om nu de fiets geheel op te bouwen en een proefrit te maken. Controleer of het frame goed spoort. Zit alles op de goede plaats? Rijdt ie lekker? Voor het lakken kunt u nog iets veranderen!

   De fabrikant Columbus maakte in 1982 al een echte aerodynamische buizenset, die ik als basis voor mijn ontwerp ga gebruiken. Ik kies voor lugloos braseren met messingsoldeer als bouwmethode. Het fijne van lugloos bouwen is, dat je volkomen vrij bent  in je keuze van hoeken en vormen. Er zitten wat nadelen aan; het kost meer tijd en je moet van vijlen houden. Hier zien we de keuze van de buizen; de voorvork is een Reynolds 531, oud standaard profiel. De bovenbuis van het frame is sterk afgeplet; het is de bedoeling van Columbus om deze pijp vertikaal te monteren. Oorspronkelijk zat er een normale balhoofdbuis bij de set; ik kies hier voor een stuk vleugelprofiel. De zitbuis en onderbuis zijn identiek; ik zal dus zelf een zadelpen moeten maken. De staande achtervork begint gewoon rond 12mm en gaat over in een aeroprofiel. Bij de liggende achtervork kies ik bewust voor zware buis; dit levert een groter soldeeroppervlak en dus een betere hechting aan de brackethuls. Bovendien verbetert dit de zijdelingse stijfheid; dat is bij deze fietsen altijd een zwak punt. Ik zal ook bij de verbinding van de framebuizen met het bracket nog wat extra versteviging aanbrengen. Het frame zal zeker 2,3kg gaan wegen, zonder voorvork (0,7kg). De vormgeving in grote lijnen: normale balhoofdhoek 72,5˚, zitbuis 73˚ ; bovenbuis en staande achtervork komen vlak onder het zadel bij elkaar. De zadelpen heeft slechts een lengte van 6cm.; de horizontale bovenbuislengte is 55cm en de zitbuis is 67cm.

  De voornaamste soldeerdelen die erin komen zijn: de brackethuls, de patten en de vorkkroon (zie FIG.10b). Met name de vorkkroon (Davis) is veel te zwaar; hiervan slijp ik flink wat weg. Het grootste deel van het slijpwerk is al gedaan voor ik de binnenbalhoofdbuis in de vorkkroon soldeer. Je kunt zien dat de buis iets door de kroon heen steekt; dat slijp ik weer weg. Na solderen en poetsen, weeg ik de combinatie nog eens. De hele actie levert 53 gram gewichtswinst op; de vorkkroon weegt nu 192 in plaats van 245gram. Er komt een gewone balhoofdbuis in het vleugelprofiel; de gaatjes dienen om de lucht uit het werkstuk te laten ontsnappen tijdens het solderen.

   Op de ontwerptafel heb ik de hoeken en maten van het frame al vastgezet. De zitbuis wordt over de volle lengte gebruikt; ik heb een oude aerozadelpen ingekort en aangepast aan de vorm van het profiel van de buis. In de punt van het profiel soldeer ik een busje waar de klembout in komt; onder het busje boor ik een gaatje. Ik zet de haakse slijpmachine in de standaard en met de snijschijf slijp ik de zitbuis tot het gaatje open. De verstelbaarheid van het  zadel is ongeveer 3 cm. Aan de andere kant is de brackethuls eraan gezet.; keurig met de Black&Decker Powerfile de zaak midden en haaks uitgelijnd en gewoon rechtop in de bankschroef gesoldeerd. Het braseren gaat in twee fases; eerst wordt de verbinding echt doorgesoldeerd (1-2 cm).  Dan wordt een soldeerwal opgebouwd, door steeds een beetje soldeer op de "las" te laten vallen  en in te smelten. Als dat mogelijk is, controleer ik dit visueel direct na het solderen; aan de binnenkant van de buis moet overal soldeer te zien zijn.