Veervoorspanning is iets wat je ontzettend makkelijk verkeerd kunt begrijpen.
En eerlijk gezegd zijn er nogal wat redenen waarom mensen het verkeerd begrijpen. Je kunt het mensen nauwelijks kwalijk nemen.
Het heet tenslotte ‘voorspanning’.
Tja… wat moet je dan ook denken? Die naam zet je bijna vanzelf op het verkeerde been.
…Snap je wat ik bedoel?
Laatst was ik wat aan het uitzoeken en kwam ik weer eens een artikel tegen waarin de gebruikelijke misvatting over voorspanning opdook.
Het interessante was dat het verhaal op het eerste gezicht heel logisch in elkaar zat. Tijdens het lezen dacht ik zelfs: ‘Die heeft zich hier duidelijk flink in verdiept.’
In het artikel werd uitgelegd dat de veerconstante, strikt genomen, niet over de hele veerweg exact gelijk hoeft te blijven.
Zelfs twee veren met dezelfde opgegeven veerconstante kunnen daardoor kleine verschillen vertonen, afhankelijk van de fabrikant en de constructie.
Zo kan de veerconstante aan het begin van de veerweg iets anders verlopen bij veren met open of gesloten uiteinden.
Ook tegen het einde van de veerweg, wanneer de windingen bijna volledig tegen elkaar aan liggen, kan de veerconstante enigszins verschillen, afhankelijk van de constructie van de veer.
Hmm. Klinkt logisch. Tot zover niets aan de hand.
‘Als je meer voorspanning geeft, gebruikt de veer dus meer van zijn veerweg. Daardoor verandert het beschikbare veerwegbereik, en dát is waarom de auto zich anders gaat gedragen!’
Wow…
Tot zover ging het zo goed. Hoe zijn we hier nou ineens beland?
Eigenlijk denk ik dat iemand die zoiets kan schrijven waarschijnlijk behoorlijk slim is.
Juist daarom denk ik dat die persoon zelf ook zou merken dat er iets niet klopt, als die even afstand neemt en nadenkt over wat voorspanning eigenlijk is.
Volgens mij is het vooral die naam, ‘voorspanning’, die voor verwarring zorgt.
Denk maar eens rustig mee.
Stel dat je een veer hebt met een veerconstante van 10 N/mm, die na 150 mm indrukken volledig op blok gaat.
Als je die veer 50 mm voorspanning geeft, zou hij dan ineens al bij 1000 N op blok gaan?
Nee, natuurlijk niet.
Om een veer van 10 N/mm over 150 mm in te drukken, heb je nog steeds 1500 N nodig.
Die veer gaat niet ineens al bij 1000 N op blok, alleen omdat je hem 50 mm voorspanning hebt gegeven, wat overeenkomt met 500 N aan veerkracht.
En als je 10 mm voorspanning geeft, wordt die veer dan ineens 110 mm ingedrukt? Of 120 mm als je 20 mm voorspanning geeft?
Zo werken veren simpelweg niet.
Probeer maar eens met je vingers het veertje in een balpen in te drukken.
Het maakt niet uit hoe ver dat veertje van tevoren was ingedrukt. Hoe ver het wordt ingedrukt, hangt af van de kracht die je er op dat moment op uitoefent.
Anders gezegd: bij voorspanning gebeurt in wezen het volgende. De demper houdt de veer tegen en voorkomt dat die verder kan uitveren.
Door de afstand tussen de bovenste demperbevestiging en de onderste veerschotel kleiner te maken dan de vrije lengte van de veer, kan de veer niet verder uitveren dan die afstand toelaat.
Maar dat betekent niet dat de veer zelf op de een of andere manier extra kracht opslaat. De demper houdt hem gewoon op zijn plaats.
Stel bijvoorbeeld dat je een demper hebt waarop flink wat voorspanning staat. Als je de demperstang met een haakse slijper doorslijpt, schiet de veer met een flinke knal terug naar zijn vrije lengte.
Wie ooit een originele demper uit elkaar heeft gehaald, kan zich waarschijnlijk wel voorstellen wat ik bedoel.
Het is dus de demper die de veer over de afstand van de voorspanning ingedrukt houdt.
Maar stel dat iemand met bovenmenselijke kracht beide uiteinden van de demper vastpakt en hem gewoon met zijn handen verder indrukt.
Wat gebeurt er dan?
Zodra de demper verder wordt ingedrukt dan de ingestelde voorspanning, hoeft de demperstang die voorspankracht niet meer op te vangen.
Als je op dat moment de stang met een haakse slijper doorslijpt, zal de veer niet plotseling uitveren.
Waarom niet? Omdat het nu jouw handen zijn die de veer samengedrukt houden.
Of je nu 20 mm of 50 mm voorspanning hebt ingesteld, zodra de kracht van je handen groter is dan de voorspankracht, heeft die voorspanning zelf totaal geen invloed meer op de veer.
Als de demper onder een auto gemonteerd zit, is het het gewicht van de auto dat hem indrukt.
Zolang de auto niet met een krik van de grond is getild, is de demper normaal gesproken dus verder ingedrukt dan de ingestelde voorspanning.
En in die toestand heeft de voorspanning geen invloed op de veer zelf.
Maar wacht eens even.
Als je de voorspanning daadwerkelijk verandert, merk je toch dat er iets verandert aan de auto?
Dat klopt.
Alleen verandert de veerweg van de veer zelf niet.
Wat er verandert, is de positie van de demper ten opzichte van de carrosserie.
Dit is waarschijnlijk wat lastig uit te leggen met alleen woorden, dus laten we er eens naar kijken.
Als mensen het hebben over ‘meer voorspanning geven’, bedoelen ze meestal dat ze de onderste veerschotel van de demper omhoog draaien terwijl de auto is opgekrikt.
Een auto die op assteunen staat, bevindt zich in een nogal bijzondere situatie: de wielen hangen vrij in de lucht en de ophanging is volledig uitgeveerd.
Maar wanneer je gewoon met je auto rijdt, hangen de wielen normaal gesproken niet in de lucht, toch?
…Wacht eens. Ben je soms WRC-coureur?
Mijn excuses! Ik had niet door dat ik met iemand sprak die de helft van zijn tijd door de lucht vliegt.
(Goed, goed. Terug naar het onderwerp.)
Laten we nu met een animatie bekijken wat er werkelijk gebeurt wanneer je de voorspanning verhoogt terwijl de auto in zijn normale rijpositie staat, met het volledige voertuiggewicht op de ophanging.
(Om het duidelijker te maken, houden we de carrosserie in de animatie op een vaste positie en laten we in plaats daarvan de grond bewegen.)
Laten we ons nu op de demper richten. We maken hem doorzichtig, zodat je kunt zien wat er binnenin gebeurt.
Zie je wat hier gebeurt?
Stel je voor dat je een camera op een vaste plek in de wielkast monteert.
Je stelt eerst 1 mm voorspanning in, laat de auto van de krik zakken en maakt een foto.
Daarna krik je de auto opnieuw op, voeg je nog eens 1 mm voorspanning toe, laat je hem weer zakken en maak je vanaf precies dezelfde plek opnieuw een foto.
Dat herhaal je een aantal keer, totdat je tien foto’s hebt. Als je die tien foto’s achter elkaar zet, krijg je de animatie die je hier ziet.
Zoals je kunt zien, wordt de afstand tussen de bovenste demperbevestiging en het demperhuis groter.
Daardoor verandert de positie van de zuiger binnen in het demperhuis.
Met andere woorden: de beschikbare slag van de demper wordt anders verdeeld tussen inveren en uitveren.
Kijk je naar de hoogte ten opzichte van de grond, dan zie je bovendien dat de onderste veerschotel, waarop de veer rust, omhoog beweegt. Daardoor komt de auto hoger te staan.
En dat is het.
Meer verandert er niet.
We veranderen immers alleen de positie van het demperhuis. Afgezien van de rijhoogte en de verdeling van de demperslag verandert er niets.
Het belangrijkste om te begrijpen is dat je met het verdraaien van de onderste veerschotel de veer in de normale rijpositie helemaal niet extra indrukt.
Als de auto op de krik staat, kan het er wel zo uitzien. Maar dat komt doordat het gewicht van de auto op dat moment niet op de ophanging rust.
Zodra de auto weer gewoon op zijn wielen staat, met het volledige gewicht op de ophanging, veranderen door het verhogen van de voorspanning alleen de rijhoogte en de verdeling van de demperslag.
Toch is er iets wat dit onderwerp behoorlijk verwarrend maakt.
Soms wordt een verandering in die slagverdeling namelijk omschreven als: ‘Je verandert welk deel van de veer je gebruikt.’
En dat is niet helemaal onjuist.
Sterker nog, het is eigenlijk helemaal niet onjuist.
Maar het is wel zo’n formulering die gemakkelijk tot misverstanden leidt.
Weer zo’n klein valstrikje.
Een ingenieur van Team Le Mans, een team dat onder meer in de Super Formula en Super GT succesvol is geweest, legde voorspanning als volgt uit (bron: Damper Lecture No. 101):
—
Heeft voorspanning invloed op het massa-veersysteem?
Het veranderen van de voorspanning verandert niets aan de veer zelf, zolang de veer niet volledig uitveert of op blok gaat, zoals in de afbeelding te zien is.
De veer beweegt simpelweg op en neer rond het punt waarop de veerkracht in evenwicht is met het gewicht van de auto.
De veer wordt niet stijver of zachter. Alleen het deel van de veer dat wordt gebruikt, verandert.
—
Zie je wat hij daar zegt?
‘Alleen het deel van de veer dat wordt gebruikt, verandert.’
Volgens mij ontstaat hier een groot deel van de verwarring.
Mensen vatten dat op als: ‘Aha, dus als ik 10 mm voorspanning toevoeg, wordt de veer 10 mm extra ingedrukt? En bij 20 mm voorspanning dus 20 mm extra?’
Maar dat is niet wat ermee bedoeld wordt.
Interessant genoeg legt dezelfde ingenieur verderop in het artikel het volgende uit:
—
Zelfs wanneer het systeem op een 7-post rig in beweging wordt gebracht, verandert er niets.
Ook mensen uit de racewereld komen soms naar de 7-post rig en vragen: ‘Ik zit eraan te denken om wat extra voorspanning te geven. Wat denken jullie?’
Dan antwoorden we: ‘Dat mag natuurlijk, maar zolang de veer niet volledig uitveert, zal er op de rig niets veranderen.’
Voorspanning is niets meer dan een rijhoogteverstelling waarbij de verdeling van de veerweg verandert. Meer is het niet.
—
Precies!
Dat is nu juist waar het om draait.
Voor wie het niet kent: een 7-post rig is een testopstelling, een bijzonder geavanceerde wegsimulator waarmee je het gedrag van een auto onder gecontroleerde omstandigheden kunt nabootsen en analyseren.
Voorspanning is simpelweg ‘een rijhoogteverstelling waarbij de verdeling van de veerweg verandert’.
Meer niet.
Al moet ik daar, als we echt heel precies willen zijn, nog iets aan toevoegen.
Voorspanning op zichzelf hoeft namelijk helemaal niets met de rijhoogte te maken te hebben.
In de kern gaat het uitsluitend om het veranderen van de verdeling van de demperslag.
Dat we het instellen van voorspanning meestal in verband brengen met een verandering van de rijhoogte, komt simpelweg doordat het verdraaien van de onderste veerschotel de gemakkelijkste manier is om die aanpassing te doen.
Je zou bijvoorbeeld ook de demper kunnen demonteren, een afstandsstuk van 10 mm onder de bovenste demperbevestiging kunnen weghalen en de demper weer kunnen monteren, zonder de stand van de onderste veerschotel te veranderen.
Dan heb je 10 mm extra voorspanning, terwijl de rijhoogte gelijk blijft.
In wezen is voorspanning dus niets anders dan een manier om de verdeling van de demperslag af te stellen.
In de praktijk kan een verandering in die slagverdeling natuurlijk wel invloed hebben op bijvoorbeeld hoe ver het aanslagrubber wordt ingedrukt.
En als de rijhoogte verandert, veranderen ook zaken als de wielsporing en de positie van het rolcentrum.
Het is dus heel begrijpelijk dat iemand denkt: ‘Wow, ik heb de voorspanning aangepast en de auto voelt ineens totaal anders aan! Dat vooraf indrukken van de veer heeft blijkbaar een enorm effect!’
Maar ja, als de rijhoogte verandert, kan het rijgedrag natuurlijk ook flink veranderen.
Veranderingen in de wieluitlijning of de positie van het rolcentrum hebben nu eenmaal invloed op het weggedrag.
Alleen komt dat niet door de voorspanning zelf.
De veer gaat zich niet anders gedragen puur omdat hij van tevoren al een stukje is ingedrukt.
Als je denkt dat de veer door extra voorspanning ook precies zoveel verder wordt ingedrukt, kun je daar bij het afstellen van een auto nog weleens problemen mee krijgen.
Bijvoorbeeld wanneer je een auto afstelt waarbij er nog maar heel weinig ruimte over is voordat de veer op blok gaat.
Dan blijkt de werkelijkheid ineens heel anders te zijn dan je had verwacht.
De werkelijke betekenis van voorspanning is dus niet zozeer ‘de veer van tevoren indrukken’.
Het gaat om ‘de verdeling van de demperslag veranderen’, of om ‘voorkomen dat de veer verder kan uitveren’.
Dát is wat voorspanning doet.
Maar goed…
Het heet nu eenmaal ‘voorspanning’.
Dus eerlijk gezegd kun je mensen nauwelijks kwalijk nemen dat ze het verkeerd begrijpen.
En dat is precies wat ik aan het begin bedoelde met:
‘…Snap je wat ik bedoel?’
Aan die naam kunnen we weinig veranderen, maar ik heb altijd het gevoel gehad dat die naam bijna een valstrik is. Hij maakt het alleen maar lastiger om te begrijpen wat voorspanning nu eigenlijk doet.