Fietsen & gereedschap

 FREZEN EN DRAADSNIJDERS VOOR FIETSEN

 De internationale standaardiserings-organisatie ISO houdt zich bezig met afspraken en normen. Racefietsen moeten voldoen aan de norm EN 14781. Schroefdraden in fietsframes moeten voldoen aan de ISO-norm voor de fietsenindustrie; hier is de British Standard Cycle thread BSC nog steeds leidend. In Duitsland noemt men deze draad Fahrrad Gewinde FG (DIN 79012) en in Nederland rijwielschroefdraad (NEN 5516) ; het is allemaal identiek aan de Engelse norm BSC.  De Fransen hebben jarenlang aan hun eigen metrische maatsysteem vastgehouden. We komen ze soms ook tegen in oude Spaanse, Zwitserse en Waalse fietsen. De fietsfabrikanten in China werken voor de wereldmarkt; ook in Frankrijk zien we bij nieuwe fietsen alleen nog Engelse maten. Nu werken we dus nog steeds met afmetingen en maten in inches (1inch = 25,4mm). Ook de onderdelen die we gebruiken om van een frame een fiets te maken, hebben deze schroefdraden.  

   De belangrijkste gegevens van een schroefdraad zijn: de diameter van de buitendraad D en de spoed P; verder de diameter van de binnendraad d, en de tophoek ɑ; deze laatste waarde is gewoonlijk 60°, maar in de oude Engelse Whitworth (WW) standaard en in de Italiaanse fietsdraden (F) 55°. De spoed P is in de metrische schroefdraad het aantal mm 's dat de moer of bout per omwenteling opschuift. In een Engelse standaard schroefdraadmaat wordt dat aangegeven in TPI (turns pro inch). Het aantal omwentelingen dat je nodig hebt om een inch af te leggen. De maat 24 TPI is dus vergelijkbaar met onze 1mm spoed, maar feitelijk 1,058mm.

   We zien in de afmetingen van Italiaanse standaard schroefdraad F vaak vreemde mixen van metrische en Engelse maten zoals 36x24F (=36mm x24TPI). De buiten- en binnenmaten worden aangegeven in mm 's en de spoed in TPI; de tophoek is 55°. Montage van een balhoofdstel met Italiaanse draad op een Reynolds voorvork, kan dus kleine beschadigingen opleveren, door de matige passing; gewoonlijk ontstaat er geen probleem. Alleen het aluminium van de schroefdraad op een oude achternaaf, kan  door het veelvuldig wisselen van tandwielblokken met Italiaanse en Engelse draad, schade leiden. Officieel is de Engelse maat 1.370"x 24TPI en de Italiaanse maat is M35x 24TPI. Uiteraard hebben de Fransen hun eigen draad: M34,7x 1. Daar kun je een niet-Frans freewheel op schroeven, maar je trapt de draad gegarandeerd kapot!

  Getallen in inch-breuken komen we veel tegen in de maten van Engelse bouten en moeren, een voorbeeld: 9/16"x20 BSC; in Duitsland praat men dan over FG 14,3 ; de buitendiameter van deze draad is 14,288mm (de spoed is 1,270mm). Deze draad komen we tegen op de pedalen. Metrische draden worden weergegeven met: een M, een millimetermaat voor de buitendiameter, en de spoed in mm 's. M14x 1,25 is een Franse draad voor pedalen. Bij een Franse crank is het gat iets kleiner, en deze kan dus met Engelse draad nagetapt worden. Monteer geen pedalen met Franse draad in 9/16" BSC; dit leidt tot loswerken van de pedalen en vernieling van de schroefdraad.

   De schroefdraad van pedalen is gelijk aan de draairichting van de kogels in het lager; daarom is links een linkse draad en rechts een rechtse; dit voorkomt loslopen van de pedalen. Uit Engeland zal de betekenis van de R en de L op de pedaal wel duidelijk zijn. In Frankrijk is D rechts en G links, in Italië is D rechts en S links, en in Spanje is D rechts en I links (dit voor het geval u eens Zeus pedalen tegenkomt). Even goed opletten, is ook voldoende. In kinderfietsen en in Fauber (one-piece) crankstellen, zit gewoonlijk 1/2"x 20TPI draad.

   Veel BSC draden worden uitgevoerd in 24 of 26 TPI, ook in de grote maten. Dit komt, omdat naast bevestiging, ook het afstellen van de lagering van assen, balhoofden en trapassen, via de schroefdraad verloopt. De maat 1 1/8"x26 BSC is bij voorbeeld een draad voor het balhoofd van tandems en oversize mountainbikes. Gewoonlijk is het balhoofd 1"x24 BSC, maar bij oude Engelse fietsen komt ook 1"x26 BSC voor; in kinderfietsen soms 7/8"x 24TPI. Franse balhoofden zijn uitgevoerd in M25x1, bij tandems soms M28x1; in kinderfietsen komt M23x1 voor.

  De draad in het derailleuroog is meestal M10x1; Simplex had een 9mm gat zonder draad (dit is met M10x1 makkelijk na te tappen); de doorgang van de stelschroefjes in de achterpatten is M3x0,5 ; behalve bij Huret, die had M3x0,6. De bidonhouders zijn M5x0,8; spatbordoogjes meestal ook, maar soms M6x1.

De standaard voor trapassen is 1.370" x24 BSC; in oude fietsen hebben we nog wel eens een 1 3/8"x24TPI (vrijwel identiek), maar in oude Raleighs of Humbers kan ook wel  1 3/8"x26TPI voorkomen, bij Raleigh soms zelfs tot begin jaren zeventig. Men was bij Raleigh niet zo consequent in maatvoering en onderdelen. 

 De schroefdraad van trapaslagercups is bij Engelse cups voorzien van linkse en rechtse draad. De Franse en Italiaanse trapassen kennen alleen rechtse draad en dienen aan de aandrijfkant zeer strak gemonteerd te worden, om loslopen te voorkomen. In Franse frames is de draad M35x1; als de tandwielzijde voorzien is van een linkse draad M35x1 praten we over een "Zwitserse" schroefdraad. Bij gebrek aan onderdelen worden deze draden vaak in Engelse maat nagetapt (een bruikbaar paardenmiddel). De Italiaanse maataanduiding is 36x24F (=36mm x24TPI), met alleen rechtse draad. Als Engelse of Franse draad te ver beschadigd is, kan men deze met een ruimer verwijderen en met een Italiaanse tap opnieuw snijden. Ook oudere fietsen met soldeerdelen van BSA, Chater Lea, Haden enz., hebben Engelse maten. 

De huidige frames in carbon en aluminium zijn beter afgewerkt dan de ouderwetse stalen frames. Veel afmetingen van frames en onderdelen zijn in de loop der jaren gewijzigd. 

Cyclus levert voor moderne frames ook tientallen hulpstukken met moderne maten, die helaas nodig zijn bij de hedendaagse variaties van afmetingen bij het bracket en balhoofd; o.a. leverbaar via Holland Bikeshop ; zie FIG.3 en 4 ;  bij Parktool vinden we ook een verhaal over schroefdraad : https://www.parktool.com/en-us/blog/repair-help/basic-thread-concepts 

Parktool heeft een uitgebreid balhoofd overzicht : https://www.parktool.com/blog/repair-help/standardized-headset-identification-system 

Parktool over bracketmaten: https://www.parktool.com/blog/repair-help/bottom-bracket-identification    Nog meer over brackets:  https://wheelsmfg.com/bb-standards  

FIG. 3 Cyclus montage gereedschap voor trapassen                                                                               FIG.4 Cyclus frezen/ ruimers, voor moderne balhoofdlagers. 

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. In balhoofden komen we vaak varianten van het kogeltaatslager tegen; soms zitten er naalden in plaats van kogels. De ouderwetse nastelbare "cup en cone" constructie van fietslagers (feitelijk een eenrijig hoekcontactlager), is grotendeels verdrongen door gebruik van groefkogellagers. Deze zijn niet nastelbaar en dat betekent, dat ze bij slijtage vervangen moeten worden. De montagetijd in de fabrieken is korter en goed te automatiseren (de belangrijkste voordelen).

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

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.  

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. Kwaliteit heeft een prijs en we zien steeds vaker namaak; zie SKF filmpje hieronder.

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.

Er zijn dus meerdere types momentsleutels. Het hefboomtype (torsie-arm, zie FIG.1a) is het meest simpel. 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.

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/ 

GEREEDSCHAP VOOR FIETSWIELEN 

De richtbok, de nippelspanner en de wielnaafuitlijner vormen het gereedschap voor de wielenbouwer. De nippelspanner is het goedkoopste onderdeel, maar bezuinig hier niet op. Als het staal niet hard genoeg is, mol je de nippels. Spokey is goedkoop en bruikbaar voor 14er nippels. De naafuitlijner is het minst kritisch; ik ben erg tevreden over mijn Minoura. 

Ik heb jarenlang goedkope wielrichters gebruikt (zie FIG.1). Daarna heb ik mijzelf eens getrakteerd op een tweedehands Preciray (zie FIG.2 en https://www.youtube.com/watch?v=H7b2ZXAZwVw&t=102s ); dat had ik misschien eerder moeten doen. Tegenwoordig zijn er nog mooiere, bij voorbeeld van P&K Lie; wel erg prijzig: https://www.wheelfanatyk.com/blog/category/pk-lie-truing-stand/ , zie FIG.3b

Via Wheels2build is ook gereedschap te bestellen, waaronder een Chinees model, geïnspireerd door de P&K Lie richtbok, voor ruim 200 euro (FIG. 3a), ook te vinden bij AliExpress.

    Bij wielbouw, heb je tegenwoordig ook nog een spaakspanningsmeter nodig. Een betaalbare en veel gebruikte, is de Parktool TM-1 De werking van deze meter (FIG.4) is als volgt: Het apparaatje bevat een veer met een bepaalde voorspanning. Je houdt de spaak op twee plaatsen vast (onderaan bij de stippellijn) en laat de veer los. De veer drukt het derde contactpunt in het midden, (FIG.6) naar buiten over de hoogte h max. 5mm (gewoonlijk is het effectieve meetgebied, spaakspanningen tussen de 500 en 1500N, beperkt tot circa 2mm). De meter zal over een deel van de schaal bovenaan uitslaan ( onderverdeeld in 50 tienden van een mm ).  Het aangewezen getal lezen we af en vergelijken we met een tabel (FIG.5) waarin de spaakdikte en vorm verwerkt is.

Feitelijk is de accuratesse van dit type meters erg beperkt. Om dit iets te verbeteren, lees ik de meetwaarden op 0,5 af (schatting). De getallen op de conversie tabel van FIG.5 middel ik dan.

De veerkracht mag niet te groot zijn, b.v. 10-20N om het resultaat van de meting niet te veel te beïnvloeden.

      De voorraden verkrijgbare spaken zijn steeds verder afgenomen; alles heeft een lange levertijd en is alleen in grotere aantallen verkrijgbaar. Het wordt steeds moeilijker een afwijkende spaakmaat te krijgen. Professionele spaakdraadwalsen als Cyclus, kosten circa 3000-4000 euro. Morizumi is een Japanse variant en zeker even duur; de Amerikaanse fabrikant Phil Wood maakt er een, die nog duurder is. De snijplaten van Phil Wood, Morizumi en Cyclus gaan vermoedelijk wel 50.000 tot 100.000 spaken mee; die van Morizumi kosten rond de €250, die van Phil Wood rond de €500 en die van Cyclus €1200. Ze geven wel een mooie constante draadlengte en draaddiepte, en dat is bij mijn Hozan walsje (FIG.11) veel minder gelijkmatig.

Inmiddels heeft men bij Hozan een elektrische machine in productie, zie FIG.13 (circa €900) met een verbeterde kop (type C-706; €70 via Ebay); die past ook op het walsje C-700 van FIG.11. Maar goed, de kwaliteit van de draad wordt door de walskop bepaald, en die is matig. Het walsje van FIG.11 heeft een beroerde lagering en de spaakklem is bizar vervelend. Inmiddels in hij bij mij vervangen door een eigenbouw, met een geveerde klem die standaard "open" staat, maar met nog steeds de C-706 walskop. Ook Hozan heeft een nieuwe walsje met een verbeterde klem C-702 (€170 via E-bay).  Ik ben bezig een wals te maken op basis van de Morizumi snijplaten; helaas is het moeilijk om de toleranties te halen die nodig zijn om een mooie gelijkmatige draad te krijgen. 

     Hier zien we een aantal hulpmiddelen voor het spaken van wieltjes. De tang links is een spakenkniptang van VAR. Knipt alles, maar knijpt de spaak plat. Als je schroefdraad op de spaak wil walsen, moet de spaak rond geslepen of gevijld worden. Een spaak-liniaal zoals de Cyclus onderaan, is onmisbaar. Het zwarte rolletje links in het midden, bevat allerlei groeven, die een aerospaak vasthouden, om te voorkomen dat de spaak tordeert tijdens het aandraaien van de nippels. Voor dat aandraaien heb ik weer aantal spaaksleutels, zoals je bovenaan ziet.

Wie veel spaakt, zeker als het series zijn, kan met behulp van de schroevendraaier met roterend handvat, tijd winnen. Het blad van de schroevendraaier bevat een extra puntje van 2mm. Zo kun je tijdens het vlechten van het wiel alle nippels even ver aandraaien. Bij een juiste spaaklengte staat er dan nog niet echt spanning op, en drukt de opkomende spaak, het blad van de schroevendraaier eruit. Wie nog verder wil mechaniseren neemt een elektrische schroevendraaier met een bit van Cyclus waar het pinnetje zelfs instelbaar is.

De tang rechtsonder, maakt een bajonet in de spaak. We kunnen zo een spaak op lengte maken, door eerst de kop eraf te knippen en de knik van de bajonet als nieuw eindpunt te gebruiken. Een voordeel is dat deze spaak gemonteerd kan worden, zonder het tandwiel te verwijderen. We kunnen zelfs het wiel in het frame laten zitten; gewoonlijk zijn dit noodoplossingen voor spaakbreuk onderweg. Het is ook een goedkope en snelle manier om oude fietsen weer bruikbaar te maken. Maar men moet niet verwachten dat dit kwalitatief een goede oplossing is.

Bij het bouwen van wielen is het aan te bevelen de nippels te smeren met een drupje lijnolie. Er zijn ook wel speciale producten te krijgen als SpokePrep of SpokeFreeze. Zeker bij spaakspanningen boven de 1000N is gebruik noodzakelijk, om de nippels heel te houden. Fabriekswielen bevatten vaak nippels met een zeskant bovenop, om die kwetsbaarheid te verminderen. Gewoonlijk worden ze robot-gespaakt. Er zijn ook nippels die zijn voorbewerkt met interne micro capsules lijm.

                                  Een stuk over robot gespaakte wielen, is te vinden aan het einde van pagina 17 : Wielen spaken.