MTB Anatomy #3: zo werkt onze verende MTB-voorvork

Nadat we het eerder over de remmen hebben gehad, is het tijd om de verende MTB-vorken aan te pakken. Waar de werking van de remmen ongeacht het merk min of meer hetzelfde bleef, is dat voor de voorvorken een heel ander verhaal. Het zou erg pretentieus van ons zijn om de werking van alle vorken op de markt in één artikel samen te vatten, dus zullen we het houden bij de werking van vorken met een luchtveer en een cartridge.

In dertig jaar tijd is de bediening van onze MTB-vorken enorm geëvolueerd, waarbij geleidelijk aan de betrouwbaarheid en de prestaties zijn toegenomen. Ze hebben in hun eentje het mountainbiken getransformeerd. Toen ze begin jaren 90 arriveerden, elimineerden ze geleidelijk de vaste voorvorken. Hoewel sommigen in het begin een beetje terughoudend waren gezien het gewicht van deze nieuwe vorken, was het comfort dat ze boden allesbehalve verwaarloosbaar.

Sommigen herinneren zich misschien de RS1 nog, de allereerste verende voorvork van RockShox. De werking ervan werd in 1990 gepatenteerd en was gebaseerd op een oleo-pneumatische vering. Met zijn veerweg van 49 mm had de RS1 een totaalgewicht van 1,5 kg, of 500 g meer dan een vaste vork. Tegenwoordig weegt een SID SL Ultimate met twee keer zoveel veerweg amper meer dan 1,3 kg.

In dezelfde periode zagen we ook de komst van elastomeervorken. Deze stukjes rubber – die bijvoorbeeld aanwezig waren in de RockShox Judy SL uit 1995 – konden, vaak gecombineerd met een kleine veer om de gevoeligheid te verbeteren, alleen of parallel worden gebruikt met een hydraulische cartridge die het terugkeren van de vork bediende. We realiseerden ons echter al snel dat hun prestaties vrij beperkt waren gezien het extra gewicht, en dat ze na verloop van tijd vaak inzakten.

Zoals we in de animatie kunnen zien, waren sommige vorken toen al uitgerust met een cartridge om de rebound en compressie van de vork te vertragen (hier zullen we later in dit artikel op terugkomen).

Begin jaren negentig zagen we ook de eerste omgekeerde vorken verschijnen die waren uitgerust met velgremmen. Hoewel het eenvoudiger was om velgremmen op een ‘klassieke’ vork als de RS1 te monteren, wilden sommige merken ze toch op upside down vorken monteren. Dit is bijvoorbeeld het geval bij de Halson-vorken. Hiervoor werd door de vorkpoten geboord om de remmen direct aan de binnenste vorkpoten te bevestigen. Pas halverwege de jaren negentig kwamen de eerste hydraulische schijfremmen op de markt.

Tegenwoordig is de architectuur van de vorken “gestandaardiseerd”. We zien twee poten die stevig aan de vorkkroon geperst worden en in de buitenste vorkpoten schuiven, die op hun beurt steunen op de wielas. Binnenin bevindt zich een veer gedeelte dat meestal aan de zijde van de remschijf is geplaatst en een hydraulisch gedeelte aan de rechterkant van de vork (ofwel de kant van de aandrijving). Natuurlijk zijn er altijd uitzonderingen, bij Öhlins is dat bijvoorbeeld het tegenovergestelde.

Sommige merken hebben geprobeerd het op een nog andere manier te doen, zoals Cannondale dat deze twee systemen combineert in een omgekeerde éénpotige vork: de Lefty. Bij Bright, een Italiaans merk, is alles op dezelfde plek gegroepeerd als bij Cannondale, met het verschil dat we hier met een ‘normale’ omgekeerde vork te maken hebben, met twee binnenste en twee buitenste vorkpoten.

Hoe het luchtgedeelte van een vork werkt?

Elke vork is uitgerust met een veer die mechanisch (spiraalveer) of pneumatisch (lucht) kan zijn. Deze veer biedt aanvankelijk weerstand tijdens de compressiefase en brengt de vork vervolgens terug naar zijn oorspronkelijke positie tijdens de terugkeerfase. Waar de werking van een spiraalveer heel eenvoudig te begrijpen is, is die van de luchtveer iets complexer.

Een luchtveer bestaat uit drie verschillende elementen: de positieve kamer, de negatieve kamer en de zuiger. Wanneer de vork samendrukt en de zuiger in de vorkpoten beweegt, neemt het volume van de positieve kamer af en neemt de druk in die positieve kamer toe. Omgekeerd neemt het volume van de negatieve kamer toe en neemt de druk af.

Tijdens de rebound zijn de rollen omgedraaid: de zuiger beweegt in de andere richting, waardoor het volume van de positieve kamer toeneemt en de druk afneemt. Omgekeerd neemt het volume van de negatieve kamer af en daarom neemt de druk toe.

Waarom gebruiken we een negatieve veer?

De negatieve kamer, ook wel negatieve veer genoemd, maakt het in eerste instantie mogelijk om de activeringsdrempel van de vork te verlagen.

Stel je voor dat we deze kamer (links in de animatie) verwijderen en dat we alleen de hoofdkamer en de zuiger behouden. Om de compressie van de vork op gang te brengen, zou het nodig zijn een kracht uit te oefenen die groter is dan de kracht die door de lucht op de zuiger wordt uitgeoefend. Als dit niet het geval is, werkt de vork niet.

De negatieve kamer wordt vervolgens gebruikt als tegenwicht voor de druk die door de lucht in de hoofdkamer op de zuiger wordt uitgeoefend. Daarom volstaat het om een ​​simpele druk op het stuur uit te oefenen of dat het wiel een obstakel tegenkomt, hoe onbeduidend ook, om de vork in te drukken. Uiteraard blijft dit erg theoretisch.

Omdat elke rijder anders is, oefent niemand dezelfde druk uit in de vork. Het is daarom noodzakelijk een manier te vinden om de druk in de negatieve kamer in evenwicht te brengen met de druk in de positieve kamer. Hiervoor hebben veel merken zoals Fox, RockShox, SR Suntour, DT Swiss … een kleine “uitsparing” in de wand van de binnenste vorkpoten gemaakt. Zoals we kunnen zien in de animatie van de Fox 36, kan de lucht tussen de twee kamers circuleren wanneer de zuiger voor deze uitsparing passeert, waardoor een identieke druk aan elke kant van de zuiger mogelijk is wanneer de vork volledig in de beginpositie staat.

Sommige fabrikanten zoals Bright, DVO of Fox gebruiken op sommige van hun oude vorken een spiraalveer in plaats van een negatieve kamer, terwijl andere, we denken vooral aan EXT of DT Swiss, de twee combineren om de gevoeligheid van hun producten te verbeteren.

In werkelijkheid bepaalt de luchtveer alleen niet de triggerdrempel van de vork. De verschillende afdichtingen die in de voorvork aanwezig zijn genereren bijvoorbeeld wrijving, wat de bewegingen van de zuiger tegenwerkt en de activeringsdrempel van de vork verhoogt. De kwaliteit van deze elementen speelt ook een rol bij de gevoeligheid van een verende voorvork.

De negatieve kamer bepaalt ook de stijfheid van de luchtveer aan het begin/midden van de slag. In tegenstelling tot een spiraalveer wordt de luchtveer gekenmerkt door een aanzienlijke stijfheid aan het begin van de veerweg. Om deze karakteristieke “bult” glad te strijken, proberen sommige fabrikanten een grotere negatieve kamer te gebruiken (vergeleken met dezelfde positieve kamer). Sommigen herinneren zich misschien de Intend Bandit, een vork die in 2020 werd uitgebracht en werd aangekondigd als “de meest gevoelige vork ter wereld” dankzij de “oversized” negatieve kamer die in de beroemde anderhalve vorkkroon is gehuisvest.

Er zijn maar weinig fabrikanten die toestaan ​​dat je het volume van de negatieve kamer wijzigt (we kunnen ook hier Öhlins citeren dat specifieke tokens voor deze kamer aanbiedt). Omdat je nooit nooit moet zeggen, heeft het Canadese merk Vorsprung verschillende alternatieven ontwikkeld zoals de Luftkappe of de Secus, om zo het volume van de negatieve kamer te vergroten.

Hoe de progressie van de luchtveer wijzigen?

Als de luchtveer zichzelf heeft gevestigd als referentie op onze verende MTB-vorken, ten koste van de spiraalveer, dan is dat onder meer vanwege zijn progressiviteit aan het einde van de slag en zijn gemakkelijke aanpassing. Aan de voorkant profiteren we niet van een kinematica om de demper te bedienen, zoals aan de achterkant, zodat het hele beheer van de progressiviteit op de vork rust.

Om de luchtveer aan het einde van zijn slag min of meer progressief te maken, bestaan ​​er veel opties. De eerste, zeker de meest klassieke, bestaat uit het gebruik van tokens of volume spacers. Deze kleine wiggen verminderen het volume van de positieve luchtkamer. De druk evolueert echter omgekeerd evenredig met het volume. Begrijp dat wanneer het volume door twee wordt gedeeld, de druk met twee wordt vermenigvuldigd (bij constante temperatuur). Door het initiële volume te verkleinen, verhogen we dus de druk, vooral aan het einde van de slag.

Deze optie is aanwezig op de meeste vorken van de grootste fabrikanten. Hiervoor moet echter het bovenste deel van de luchtveer worden gedemonteerd.

Een tweede optie is het toevoegen van een tweede positieve kamer met een initiële druk die hoger is dan de initiële druk van de positieve hoofdkamer. Wanneer de vork wordt samengedrukt, neemt de druk in de hoofdkamer dus toe totdat deze dezelfde druk bereikt als de secundaire kamer. Op dit moment komt de zuiger in actie die deze twee kamers scheidt.

Dit alternatief voor tokens vereist geen demontage. Een tweede klep is rechtstreeks verbonden met deze secundaire kamer. Dit alternatief, dat we vinden op verschillende merken zoals Öhlins, EXT, Formula, Wren, Manitou of zelfs Chickadeehill (die een aanpasbare kit biedt voor bepaalde Fox- en RockShox-vorken), biedt zeker meer aanpassingsmogelijkheden dan het vorige, maar je moet wel de nodige kennis hebben om die aanpassingen uit te voeren.

Voor degenen die de gevoeligheid van een spiraalveer en de progressiviteit van de luchtveer willen combineren, weet dat het Amerikaanse merk Push, beter bekend om zijn schokdempers, een kit aanbiedt die aanpasbaar is aan bepaalde Fox- en RockShox-vorken.

Overdrukventielen, wat zijn dat juist?

Als we het hebben over de progressiviteit van een vork, denken we in de eerste plaats aan de luchtveer die we je hierboven hebben uitgelegd, maar je moet weten dat een vork zelfs zonder deze al progressief is. Een vork, progressief, zelfs zonder veer?

Zoals we uit de animaties in dit artikel kunnen leren, gebeurt het grootste deel van de werking van een vork in de binnenste vorkpoten. Of het nu de cartridge is (zie hieronder) of de veer, alle systemen zitten ingesloten in de binnenste vorkpoten en de buitenste vorkpoten zijn slechts buizen waarin de binnenste poten glijden. Wanneer een vork wordt samengedrukt, neemt door de komst van de binnenste vorkpoten het in de buitenste vorkpoten aanwezige volume af en wordt de daar aanwezige lucht vervolgens samengedrukt.

Na een lange afdaling of tijdens een rit met aanzienlijke hoogteverschillen varieert de druk van dit luchtvolume, wat een directe invloed heeft op de gevoeligheid en progressiviteit van de vork. Om dit te verhelpen gebruiken Fox, SR Suntour of recenter RockShox overdrukventielen. Deze kleine knopjes, bovenaan de buitenste vorkpoten geplaatst, zorgen ervoor dat je met een eenvoudig gebaar de druk tussen de buitenkant en de binnenkant van de buitenste vorkpoten gelijk kunt maken.

Wat zijn de beperkingen van luchtveren?

Het is bekend dat lucht uit verschillende gassen bestaat en dat de eigenschappen ervan variëren afhankelijk van de temperatuur en de externe druk. Het resultaat: bij dezelfde startdruk – gecontroleerd in jouw garage of woonkamer, die het hele jaar door dezelfde temperatuur heeft – kan het gevoel anders zijn, afhankelijk van of je midden in de winter bij -5°C naar buiten gaat of dat je profiteert van een MTB-tocht in volle zomer.

Bovendien presteert de luchtveer alleen goed als deze regelmatig wordt gecontroleerd en onderhouden. Het komt wel eens voor (hoewel dit vaker voorkomt bij luchtdempers) dat er vuil in de luchtkamer terechtkomt. Na verloop van tijd en zonder onderhoud kan deze indringer bijvoorbeeld de wand van de kamer beschadigen en een tweede uitsparing creëren, waardoor de prestaties van de vork in de loop van de tijd veranderen.

Het komt ook voor dat al het vet (of smeerolie) dat voor de zuigerafdichting wordt gebruikt in de negatieve kamer terechtkomt, waardoor het volume en dus de werking ervan afneemt.

En wat met de cartridge in dat alles?

Als luchtveren ongeacht het merk min of meer vergelijkbaar zijn, is het voor cartridges een heel ander verhaal.

Om algemeen te blijven, en omdat het erg ingewikkeld zou zijn om alles samen te vatten wat er op de markt te vinden is, presenteren wij je de eerste cartridge ondertekend door Vojo. De werking ervan omvat de meest gebruikte systemen.

Laten we eens kijken hoe het allemaal in elkaar past. Normaal gesproken is een cartridge verdeeld in vier delen. We vinden een zwevende zuiger, een vaste zuiger die de compressie van de vork vertraagt, een beweegbare zuiger die verantwoordelijk is voor het vertragen van de rebound en de olie, zonder welke dit alles geen betekenis zou hebben. Alles is hermetisch afgesloten om te voorkomen dat er lucht naar binnen komt.

Waar staat IFP voor?

Naarmate de zuiger in de cartridge omhoog gaat, neemt de stang waarop de zuiger is bevestigd een groter volume in de cartridge in beslag. Maar olie is een onsamendrukbare vloeistof. Het is daarom noodzakelijk om een ​​manier te vinden om het beschikbare volume binnenin te vergroten, anders zou de cartridge vergrendeld zijn.

Dit is wanneer we een IFP (voor Internal Floating Piston) gebruiken. Deze is in staat om terug te keren om het volume in de cartridge te vergroten. Tijdens de rebound brengt een veer de zuiger terug naar zijn uitgangspositie. IFP wordt ook gebruikt om de toename van het olievolume te compenseren wanneer de olie begint op te warmen.

Er bestaan ​​echter alternatieven, zoals RockShox met de Charger 2.1 of Fox met de FIT4, die beide een membraan gebruiken dat zich uitstrekt om de olie op te vangen. We kunnen ook Fast Suspension aanhalen, waarbij schuim met gesloten cellen wordt gebruikt, dat tijdens de compressiefase op zichzelf terugtrekt.

Al deze alternatieven worden gebruikt in gesloten cartridges, waarbij de olie niet in direct contact staat met de lucht. Dit vermijdt elk risico op emulsie en garandeert constante prestaties. Bij sommige “instap”-cartridges zijn lucht en olie niet gescheiden. Dit is met name het geval bij de RockShox Motion Control. Wanneer de zuiger beweegt, stroomt de olie door het compressiecircuit en comprimeert een volume lucht.

Hoe kunnen een paar druppels olie en twee of drie ringen de bewegingen van de vork vertragen?

Als de verende voorvork niet was uitgerust met een cartridge, zou hij zich gedragen als een pogostick. Nadat hij een obstakel tegenkomt, blijft hij samendrukken en weer terugkeren totdat hij eindelijk tot rust komt in de beginpositie. Dat is het tegenovergestelde van wat we zoeken: het doel is om schokken op te vangen om het wiel in contact te houden met de grond en vervolgens om de voorvork zo snel mogelijk terug te brengen naar zijn oorspronkelijke positie.

Het basisprincipe van een cartridge is om een ​​onsamendrukbare vloeistof door openingen te dwingen om de bewegingen van de vork te vertragen. De kracht van de vertraging die door de cartridge wordt geproduceerd, hangt uitsluitend af van de compressie- of reboundsnelheid van de vork. We hebben het hier niet over het begin van de slag of het einde van de slag zoals bij een veer, maar eerder over de bewegingssnelheid van de binnenste vorkpoten.

Om een ​​cartridge correct te laten functioneren, moet deze een passend antwoord kunnen bieden op de compressie- of reboundsnelheid van de vork. Om dit te doen, zijn er twee verschillende circuits: één voor lage snelheden en één voor hoge snelheden.

De volgende animaties laten zien hoe compressie op lage en hoge snelheid werkt, het principe is hetzelfde voor de rebound.

Terwijl de vork langzaam wordt samengedrukt, stroomt de olie door de stang en omzeilt de naald erin. Tijdens de rebound passeert de olie de terugslagklep. Deze klep zorgt ervoor dat de olie de tegenovergestelde kant op kan gaan zonder dat de olie daarbij het hele compressiecircuit moet doorlopen, in welk geval het compressiecircuit ook invloed zou hebben op het terugveren van de vork.

Wanneer de vork snel comprimeert, passeert de olie het lagesnelheidscircuit, maar deze raakt snel verzadigd. De olie vervormt vervolgens de kleppen op de zuiger om naar de andere kant te gaan. Als dit tweede circuit niet aanwezig zou zijn, zou de compressie van de vork te veel worden afgeremd en zou de impact direct op de berijder worden overgedragen.

Wat gebeurt er als ik aan een knop op mijn vork draai?

De overgrote meerderheid van de vorken op de markt heeft ten minste twee externe aanpassingen: één voor compressie (meestal een blauwe knop) en één voor de rebound (vaak een rode knop). Ook hier zijn er uitzonderingen en bij Manitou is het omgekeerd (compressie in het rood en rebound in het blauw), terwijl Öhlins geel gebruikt voor de rebound. Deze instellingen zijn vaak diegene voor de lage snelheid. Maar zelfs als er geen externe aanpassing is voor de hoge snelheden, zijn er binnenin kleppen aanwezig om deze rol te garanderen.

Als algemene regel geldt dat wanneer je de knop met de klok mee draait, je de betreffende aanpassing verder vertraagt. Als we het bijvoorbeeld hebben over compressie bij lage snelheid, gaat de naald naar beneden en wordt de doorgang van de olie beperkt. Afhankelijk van het ontwerp van de vork kan dit ook tot gevolg hebben dat de triggerdrempel voor hoge snelheid wordt verlaagd: naarmate het circuit met lage snelheid smaller is, raakt het sneller verzadigd en kan de olie sneller het circuit met hoge snelheid bereiken.

Let op: in tegenstelling tot wat de animatie doet vermoeden, legt de vork, afhankelijk van het scenario, niet dezelfde beweging af.

Op de meest hoogwaardige vorken is er ook een externe aanpassing voor compressie op hoge snelheid en soms voor de rebound op hoge snelheid. Met deze aanpassing kan je de triggerdrempel voor hoge snelheid verhogen of verlagen, door de inspanning die nodig is om de kleppen te vervormen te wijzigen.

Een hoogwaardige vork is goed, maar een vork die regelmatig wordt onderhouden is nog beter!

We kunnen het waarschijnlijk nooit genoeg herhalen: vorken hebben net als schokdempers minstens één keer per jaar een onderhoudsbeurt nodig. Met onderhoud hebben we het over een volledige demontage met een inspectie en een vervanging van de afdichtingen en de olie, of zelfs een vervanging van de geleidingsringen (het wordt aanbevolen om ze elke twee jaar te vervangen, maar het hangt allemaal af van hoe vaak je rijdt en op welk terrein). Door je verende voorvork goed te onderhouden kun je de prestaties ervan behouden of zelfs verbeteren, in plaats van te veel geld uit te geven aan reparaties als je hem te lang hebt verwaarloosd.

Als je van plan bent het onderhoud zelf te doen, zorg er dan voor dat je dit goed kent en het juiste gereedschap hebt. Voor sommige vorken is specifiek gereedschap nodig, en het is beter om dit te weten voordat je alles al half gedemonteerd hebt. In het andere geval neem je best contact op met jouw fietsenhandelaar of stuur je je vork rechtstreeks naar een gespecialiseerde werkplaats.

Een advies: wees zeer voorzichtig met vorken die tweedehands worden verkocht. Een model dat er aan de buitenkant in goede staat uitziet, kan dat aan de binnenkant veel minder zijn … Aarzel niet om de verschillende instellingen uit te proberen om er zeker van te zijn dat ze werken. Ook is het belangrijk om rekening te houden met het bouwjaar van de vork, aangezien het bij oudere modellen mogelijk is dat er geen vervangingsonderdelen meer worden geproduceerd. Om te voorkomen dat je in de valkuil trapt, kun je de verkoper vragen om, indien mogelijk, facturen te bezorgen van eerder uitgevoerde onderhoudsbeurten.

Te onthouden

Een veer gekoppeld aan een mechanisme om de werking ervan te controleren, zo kun je in een paar woorden de werking van een verende vork voor onze MTB of gravelbike samenvatten. Zoals je echter in dit artikel hebt gezien, worden de zaken heel snel al veel ingewikkelder. De voorvork is de enige schakel tussen het voorwiel en de rijder en moet een grote verscheidenheid aan schokken zo goed mogelijk absorberen en tegelijkertijd een gepaste reactie hebben op zaken als de stijfheid, het sturen of zelfs het remmen (aangezien de remklauw op de vork is gemonteerd). En ze moet ook nog eens zo licht mogelijk zijn. Een lastige evenwichtsoefening en met dit in gedachten begrijpen we beter waarom onze verende vorken van jaar tot jaar complexer worden. We hopen dat dit artikel je heeft geholpen de zaken wat duidelijker te zien, en we zien je snel weer voor een nieuwe episode!

Let op: De animaties in dit artikel zijn bedoeld om elk punt te illustreren, ze zijn niet gebaseerd op de echte afmetingen van de producten.