Vering

Onderwerpen:

Algemene werking van het veersysteem
McPherson
Schroefvering
Veerconstante
Bladvering
Luchtvering
Torsievering
Hydropneumatische vering

Algemene werking van het veersysteem:
Het doel van het veersysteem is om de bewegingen van het rijden over oneffenheden in het wegdek zo goed mogelijk op te vangen, zodat het meeste rijcomfort behouden blijft. Ook de wegligging is van invloed op de vering. Wanneer de vering heel erg soepel is (denk aan oude Amerikaanse auto’s) zal de wegligging een stuk slechter zijn dan een auto waarbij de vering stug is. Dat komt doordat een erg soepel verende auto op het moment dat deze inveert (bijv. bij hard remmen of het nemen van scherpe bochten), zijn grip verliest bij het uitveren. De druk van de banden op het wegdek is bij een uitgeveerd wiel vele malen minder dan een ingeveerd wiel en zal dus veel sneller gaan glijden. Ook zal bij het nemen van scherpe bochten met hoge snelheid de kans op uitbreken erg groot worden, doordat de grip van de banden aan de binnenzijde van de bocht minimaal is.
Wanneer een erg soepel afgeveerde auto over een heuvelachtig, verhard wegdek rijdt, zal de auto veel deinen bij het uitveren. Wanneer de auto uitgeveerd is, is de druk op de banden dus minder en kan er niet, of nauwelijks geremd en gestuurd worden op dat moment.
Bij een stug afgeveerde auto, met name sportieve auto’s of verlaagde auto’s, zal de grip bij het nemen van scherpe bochten op alle 4 de wielen zo maximaal mogelijk zijn. Ook hebben de stabilisatorstang en de bandenmaat hier een grote invloed op. Wanneer een verlaagde auto over een heuvelachtig, verhard wegdek rijdt, zal de auto strak op de weg blijven liggen en daardoor ook geen problemen ondervinden bij plotseling hard remmen bij uitgeveerde toestand.

De soepele en stugge vering (bij auto’s met schroefveren) hebben we te maken met een veerconstante. Om een auto optimaal te kunnen laten veren (afhankelijk van de constructie) kunnen er soepele veren voor comfort (lineaire veren), of stuggere veren voor sportiviteit (progressieve veren) worden gemonteerd. Meer hierover in het hoofdstuk Veerconstante, verderop de pagina.

McPherson:
Het grote voordeel van de McPherson wielophanging is dat de vering en de schokdemper gecombineerd zijn. Dit bespaart een hoop ruimte en is bij het ontwerpen van de auto ook makkelijk te construeren. Daardoor zijn ook de productiekosten laag.
De McPherson wielophanging is een doorontwikkeling van de wielophanging met twee dwarsgeplaatste draagarmen (ook wel een double wishbone constructie genoemd). De bovenste draagarm wordt hierbij vervangen door de zuigerstang van de schokdemper, die nu ook de zijdelingse krachten opneemt. Daarom ontstaat er bij een aanrijding tegen het wiel (door een ander voertuig of wanneer er tegen een stoeprand gereden wordt) meestal direct schade aan de zuigerstang. Deze vervormt namelijk erg snel en is dan dus krom. De complete schokdemper dient dan vervangen te worden.
De McPherson wielophanging wordt altijd aan de voorzijde van de auto toegepast. Bij de achteras worden soms ook veerpoten gebruikt, maar deze zijn niet van het McPerson type. Vaak worden bij de achterwielophanging de schroefveren en schokbrekers los van elkaar uitgevoerd.

Bovenop de veerpoot zit het toplager. Het toplager maakt stuurbewegingen mogelijk. De veerpoot zit vaak schroefverbindingen aan de carrosserie onder de motorkap bevestigd. Dit is dus een vast punt. Het toplager, zich daaronder bevindt, zorgt dat de complete veerpoot t.o.v. het bovenste vaste punt soepel kan verdraaien. Dit systeem met dragende functie en een draaipunt met een toplager wordt het McPherson systeem genoemd.

Schroefvering:
De werking van een schroefveer berust op niet op buiging zoals je misschien als eerste zult denken, maar op torsie (wringing). Wanneer de veer ingedrukt wordt, zal de schroefvormige staaf verwrongen worden. Het hele voertuiggewicht wordt door de schroefveren ondersteund. De schroefveer zit opgesloten tussen het toplager en de onderste veerschotel. Wanneer het voertuig inveert, zal het toplager de schroefveer naar beneden drukken. Doordat deze tordeert, wordt er een tegenkracht opgewerkt. Deze tegenkracht is uiteindelijk de verende werking. Hoe meer tegenkracht er door de veer uitgeoefend wordt, des te krachtiger de veer is.

Veerconstante:
De soepelheid van een veer wordt aangegeven door de veerconstante. De veerconstante van een lineaire schroefveer is anders dan die van een progressieve schroefveer. Bij een lineaire veer is de afstand tussen alle windingen gelijk. Bij een progressieve veer zijn deze afstanden niet gelijk; bovenaan of onderaan de veer zullen de windingen dichterbij elkaar geplaatst zijn dan elders. Het verschil tussen deze twee type veren is in de afbeelding te zien:

Bij een lineaire veer zakt de veer altijd een bepaalde afstand in bij een bepaald gewicht. Hieronder volgt een voorbeeld van de veerweg van een lineaire veer:

+100 kg extra belasting zakt de auto 2cm in.
+200 kg extra belasting zakt de auto 4cm in.
+300 kg extra belasting zakt de auto 6cm in.

Er bestaat nu bij deze lineaire veer een verband tussen gewicht en afstand. Hieronder wordt het inveren van een lineaire veer weergeven; hoe groter de kracht op de veer is, des te groter de veerweg is. De lijnen zijn kaarsrecht omdat de afstand tussen alle windingen van de veer gelijk aan elkaar zijn.

Bij een progressieve veer is er geen verband tussen het gewicht en de afstand. Deze veer wordt steeds stugger naar mate deze verder inveert. Het eerste stuk gaat makkelijk, maar bij toename van de belasting veert deze steeds minder ver in. Dat komt doordat aan de bovenkant de windingen dichter bij elkaar liggen. Hieronder volgt een voorbeeld van de veerweg van een progressieve veer:

+100kg extra belasting zakt de auto 2cm in.
+200kg extra belasting zakt de auto 3cm in.
+300kg extra belasting zakt de auto 3,5cm in.

Hieronder is de grafiek van een progressieve veer te zien. In het begin zal bij toenemende kracht van de veer de veerweg toenemen. De lijn is niet kaarsrecht, maar loopt schuin naar boven. Dat wil zeggen, dat als de kracht op de veer verder toeneemt, de veerweg steeds minder wordt. De auto zal dus steeds minder ver inveren bij een toenemende kracht op de veer.

Constructeurs van auto’s zijn altijd op zoek naar de beste verhouding tussen het comfort en de rijeigenschappen van het voertuig. Door de progressiviteit van de veer aan te passen (door meer- of minder wikkelingen dicht bij elkaar te plaatsen) kan de veerweg worden aangepast. Ook de diameter van de winding zelf heeft veel invloed op de hoeveelheid torsie die mogelijk is. Bij iedere auto zal dit dus anders zijn. Ook van dezelfde type auto’s met een andere cilinderinhoud, soort motor (benzine of diesel), sport pakket etc. zijn er allemaal verschillende soorten veren.
Verlagingsveren zakken vaak het eerste gedeelte heel veel in, zodat de auto in de neutrale stand al lager boven het wegdek staat. Daardoor moet het moeilijker zijn om de auto in te laten veren, dus worden de veren extra progressief gemaakt. Anders zou het voertuig veel te snel het wegdek raken. Doordat de veren minder makkelijk inveren, wordt het voertuig stugger; dit door sommige mensen onprettig ervaren.

Bladvering:
Bladveren bestaan uit meerdere bladen die op elkaar gemonteerd worden. Het bovenste blad wordt het hoofdblad genoemd. Hoe meer bladen een veer heeft, hoe sterker en stugger deze wordt. Vroeger werden ze nog wel eens onder personenauto’s gemonteerd. De bladveer bestond toen maar uit enkele bladen, soms zelfs alleen het hoofdblad. Bij bedrijfswagens worden ze nog steeds gebruikt, deze zijn natuurlijk wel een stuk dikker uitgevoerd. Het midden van de bladveren worden aan de as bevestigd en de uiteinden aan de carrosserie of chassis. De verende beweging wordt verkregen door het doorbuigen van de meerdere bladen in het midden van de totale lengte.

Er zijn 2 verschillende soorten bladveren:

Trapeziumveer: De veerbladen zijn verschillend van lengte en ze zijn allemaal overal even dik.
Paraboolveer: De veerbladen zijn allemaal even lang en zijn in het midden dikker dan aan de uiteinden. Tussen de veerbladen zit ook nog ruimte. Paraboolveren zijn soepeler dan trapeziumveren en hebben een kleinere massa.

Luchtvering:
Luchtvering wordt minder vaak als schroefveren op personenauto’s toegepast. Luchtvering is bijvoorbeeld wel te vinden onder een Audi A8, BMW 7serie of X5. Deze auto’s hebben vaak luchtvering bij alle vier de wielen. Sommige auto’s hebben aan de voorkant veerpoten met schroefveren en aan de achterkant luchtvering.

In de afbeelding staat een achterwielophanging met luchtbalgen afgebeeld. In het interieur van de auto (vaak onderin de kofferbak) zit een pomp die lucht in de luchtbalgen pompt. De luchtbalgen zetten uit in lengterichting, zodat het gewicht van de auto er op kan rusten. Vaak zit er een sensor op een draagarm, die registreert hoe ver de auto in is geveerd door de lading (mensen die achterin zitten, of een zware aanhangwagen). Aan de hand van deze meetgegevens kan de luchtpomp de luchtbalgen wat harder oppompen, zodat de auto niet achterover komt te hangen.

Torsievering:
Torsie is een ander woord voor “verdraaiing”. Torsievering werd vroeger (voornamelijk) toegepast op Amerikaanse auto’s. De onderste draagarm van deze constructie is door middel van een torsiestaaf verbonden met de carrosserie. Als het voertuig inveert, zullen de bovenste en onderste scharnierpunten bewegen. De draagarm waar de torsiestaaf in gestoken zit, zal om de torsiestaaf heen willen scharnieren. Dat gaat echter niet, omdat de torsiestaaf een vaste verbinding heeft in de draagarm. De andere kant van de torsiestaaf (in de afbeelding aan de onderzijde) zit vast aan de carrosserie verbonden.

Dat betekent dus dat wanneer het wiel inveert, de staaf op wringing belast wordt. Deze wringing bouwt een weerstand op (hoe verder het wiel inveert, hoe verder de torsiestaaf verwrongen wordt). Het inveren gaat dus naar mate van de torsie steeds zwaarder. De hele vering van de vooras van de auto werkt met dit principe. Dat is ook één van de redenen dat de oude Amerikaanse auto’s zo makkelijk en soepel in- en uitveren.

Hydropneumatische vering:
Hydropneumatiek is een combinatie van hydrauliek en pneumatiek. Dit systeem wordt vanaf de jaren 50 al door Citroën gebruikt en is nu nog steeds in de modellen te vinden.
In de veerbol staat persgas (in de afbeelding blauw) dat samendrukbaar is. De hydraulische vloeistof (geel) is dat niet. Tijdens het inveren zal de rode zuiger door de draagarm omhoog worden gedrukt en wordt de gasruimte gecomprimeerd. De blauwe ruimte wordt daardoor kleiner. Als het wiel weer uitveert en de zuiger naar onderen beweegt, komt het systeem weer in de oude situatie terecht. De verende en dempende werking wordt verkregen door het comprimeren van dit persgas.

Het systeem kan geregeld worden door de oliehoeveelheid (geel) te regelen. Door bij zware belading extra olie in het systeem toe te voegen, wat automatisch gebeurt dankzij de hydro-pomp, zal de rijhoogte toenemen. Het voertuig zal dan hoger op zijn veren komen te staan. Als de belading er weer uit genomen wordt (of de passagiers stappen uit) zal de olie in het systeem via een drukventiel weer in het voorraadreservoir terecht komen. De rijhoogte zal weer afnemen.