Externe lagers
Horrortech, of wat er niet deugt aan moderne trapassen
(c) m gerritsen 2020-23
Sinds
alle grote fabrikanten vanaf 2003 of zo de crankstellen met
externe lagers omarmd hebben is dat wat je tegen komt in de
fietsenwinkel. De voordelen worden groot uitgemeten. Stijf,
licht (70 gram lichter!), maar ook weinig onderhoud
(ze durven wel!) en eenvoudige montage. Veel
wrijving, korte levenduur, hoge onderhoudskosten, kan compleet uit
elkaar vallen en is niet bestand tegen water wordt uiteraard niet
genoemd. Goedkoop te fabriceren en duur te verkopen is uiteraard
ook geen thema. Je merkt het al, ik ben geen fan. Om dat te
onderbouwen is het goed om te kijken wat de alternatieven waren en
waarop het volgens mij nu mis gaat.
De klassieke trapas
Dit is een constructie die het zeker een eeuw zonder grote
wijzigingen heeft volgehouden. Een as van ca 16mm in doorsnede met
twee ingeslepen lagervlakken voor de cup en conus lagers, 2 x 11
kogels van 1/4" en gehard stalen cups met ingeslepen lagervlakken
die in het frame worden geschroefd. Het geheel is vet gesmeerd,
hoewel je tot de jaren 50 nog veel frames tegenkomt met een
smeernippel om er olie bij te druppelen. De cranks worden
vastgezet met een klemverbinding, of met een ingeslagen spie of
door een hoekig taps toelopend uiteinde, meestal vierkant. De
lagers kunnen weer gedemonteerd worden voor reiniging en
smering. De lagers kunnen namelijk vervuilen door water of zand
wat door de ronde spleet rond de as komt, of wat binnen in het
frame naar het laagste punt valt (tenzij daar een gesloten bus
tussen de cups voor extra afdichting zorgt). Om bij de lagers te
kunnen moet je wel eerst de cranks er af halen, en dat kan soms
tegen vallen. Crankspieen hebben zo hun eigenaardigheden en worden
alleen gemist door verzamelaars, en een tapse vierkante trapas kan
ook problemen opleveren. Na montage moet je de lagers weer
afstellen, waarvoor je enig gevoel en extra gereedschap nodig
hebt. En lastig voor iedereen die wat nieuws wil ontwerpen, het is
extra moeilijk om succes te hebben met een ontwerp waar je ook een
ander frame bij nodig hebt. En de diameter van een standaard
bracket is een beperking als je groter of dikker wilt
Boven: gereedschap voor het monteren van de linker en
rechter cup en borgring
middelste rij: vaste cup, gros kogels 1/4", stelcup
onder: trapas met kogelbanen (glimmend) , borgring
En zo zit de crank op de as. Het gat in het midden is om
de crankbout in te schroeven, de zichtbare schroefdraad in de
crank is voor het demontage gereedschap. Het hele verhaal
vindt je hier
De cartridge trapas
De klassieke demontabele trapas is begin 90-er jaren verdrongen
door de cartridge trapas. Voordeel is een snelle montage zonder
geklieder of kans op vervuiling en doorgaans valt er niks aan af
te stellen. Ook zijn ze goed afgedicht tegen vuil van
binnenuit. Valt de smering uit dan moet je ze vervangen, zolang ze
niet vastgeroest zijn is dat niet moeilijk, maar de eventuele
worsteling met de cranks afnemen was gebleven. 20.000 km is niet
raar, en als ze gaan rammelen gaat er verder nog niks kapot.
En voor ~20 euro onderdelen kun je weer verder.
Typische cartridge as: nog steeds 16mm in diameter, maar
de kogels zijn iets kleiner geworden en lopen op een iets
kleinere diameter. En er is een slepende afdichting
gemonteerd, het sleepspoor is nog te zien op de as, net als de
groef in het lagerhuis waar de afdichting in geklemd zat
Nog een variant op de cartridge trapas. In de eerste
folder heette dit de 'multiserated pipe billet spindle', maar
het werd al gauw de Octalink.
Deze versie van de cartridge trapassen is inwendig gelijk aan de
cartridge hierboven, alleen de uiteinden zijn dikker. Er passen
alleen Shimano cranks op (nou ja, ik ken ook een Sugino) en er
zijn 2 versies: boven de race/xtr uitvoering voor gesmede cranks,
de diepere splines onder kwam je bij goedkope cranks tegen. De
trapas bevestiging is in beide gevallen niet super (als ze gaan
kraken gaat dat niet meer over) maar als je zo'n crankstel hebt en
je bent er aan gehecht zou ik nog snel een trapas inslaan, want ik
denk niet dat Shimano ze nu nog kan produceren. Naast Shimano is
er ook nog een open standaard voor splines (Isis = crisis)
trouwens, maar dat werd geen success. Splines waren wel ok, maar
met de dikke as=kleine lagers hebben ze hetzelfde probleem als de
crankstellen hieronder. De spline zelf kom je nog wel tegen in
crankstellen met externe lagers.
Hollowtech2
Dit is het eigenlijke onderwerp van deze pagina, crankstellen met
externe lagers. Bij Shimano heet dat Hollowtech2, maar als Shimano
' rotzooi' kan schuiven is er geen aanleiding voor de andere
aanbieders om het beter te doen. Dus je komt dit principe in vele
gedaantes tegen, maar technisch zijn er niet veel verschillen. De
as kan ev aan de linker crank vastzitten, de spline verbinding kan
anders zijn, soms (SRAM) hebben de twee lagers verschillende
binnendiameters, en assen zijn vaak 24 en soms 30mm dik.
Eerst maar eens een plaatje van de cranks in een Shimano versie:
De holle aluminium *) as is in de crank geperst en is niet
demontabel. Het uiteinde is voorzien van splines, waar je de
linker crank opschuift. Met de plastic schroef regel je de speling
tussen crankstel en lagers, en je fixeert de crank door de 2
klembouten om en om aan te draaien. De as meet 24mm in diameter en
is daarmee een stuk dikker dan de klassieke voorganger met 16mm.
Wil je dit in een normale fiets monteren met een gat van ca 33mm
door het bracket dan hou je (33-24)/2 = 4.5 mm over voor kogels,
cup en lagerschalen. Dat is te weinig, en de oplossing is dus om
de cranks verder uit elkaar te plaatsen zodat er ruimte ontstaat
om de lagers naast het frame te hangen. De lagers en afdichtingen
moeten echter compact blijven, want anders zou je je enkels nog
meer stoten dan nu al het geval is.
En zo zien de lagers er uit: twee losse aluminium cups die je in
het brackethuis kunt schroeven. In de cups zitten afgedichte
lagers, en de afdichting wordt nog extra beschermd door een
plastic bus die ook door de binnenring van het lager steekt. De
twee lagercups worden aan de binnenkant afgedicht door een losse
plastic bus met O-ringen. Heb je een trapasversie voor een MTB dan
is de losse plastic bus langer, en krijg je een er handvol spacers
bij. Er zijn namlijk ook frames met een 73mm brede brackethuls
(normaal 68), en dan laat je twee vulringen weg. Rechts komt dan
nog wel een vulring, ter vervanging van een voorderailleur
montageplaat die ik nog nooit in het wild ben tegengekomen.
Onder zie je een lager in typisch gebruikte uitvoering. De plastic
bus is verwijderd (of was er zelf al uitgevallen) en de primaire
afdichting is los gewipt. Je ziet de binnen en buitenring, de 15
kogeltjes en wat er nog over is van de vetvulling, allemaal bruin
verroest. Daarover later meer.
Montage is simpel: je schroeft eerst de cups tegen het frame met
ev nog wat afstandsringen er tussen. Er zijn zeker drie
verschillende versies voor de benodigde dop, maar dat is niks
bijzonders in fietsenland. Je steekt de trapas door de
lagers (als alles nieuw is moet je hard duwen of een nylon hamer
gebruiken, je zet de linker crank erop, plastic moer aandraaien
met nog een tooltje, en je zet de klembouten op het juiste moment.
Demontage in omgekeerde volgorde, lukt altijd tenzij de klembouten
zijn afgerond.
En dit is wat er van een lagerring overblijft als je mazzel
hebt. De ooit glimmend gepolijste
lagerbaan in omgevormd in een hotseknots knollentuin.
De speling is zo groot dat je de binnenring er met de hand
uitduwt, wat in nieuwstaat niet lukt. Een andere faalmodus is
dat er een rand uitbreekt en het lager uit elkaar valt. Dan
sta je aan de kant. De klassieke 1/4" (6.35mm) kogel
dient voor de schaal.
Kettinglijn
Kettinglijn heb je niks meer over te vertellen, want de as zit
vast aan de crank. Dus als je een crankstel voor een wegfiets
hebt is de aslengte en de plaatsing van de bladen zo
uitgedoktert dat die netjes uitgelijnd staan ten opzichte van
de 130mm brede achternaaf. Het je een MTB met een 135mm
brede achternaaf dan is de bijbehorende as van het crankstel
ook langer (bv 120mm ipv 110 bij Shimano). Dat kan dus een
probleem worden als je een MTB crankstel met
kleinere bladen wil monteren in bv een Gravelbike waar ze gemeend
hebben de racefiets dimensies aan te moeten houden (of de
voorderailleur lager wil is uiteraard ook een dingetje) Heb
je een MTB frame met steekas, dan kan de achternaaf ook nog
'Boost' zijn. De achternaaf is nog weer breder, de cassette gaat
weer 3mm verder naar buiten en het crankstel moet dus ook weer
volgen. Dat kan met of een aparte spider (veelal bij 1x) of met
een ander crankstel, nog iets om rekening mee te houden.
De praktijk
In de praktijk blijkt dat de lagering van deze cranks eerder
problemen geeft dan een klassieke constructie. Een nare
bijkomstigheid is bovendien dat als de lagers slecht worden ze ook
de as van de crank beschadigen. In plaats van alleen een nieuwe as
zit je dan vast aan een nieuw crankstel met lagering, en een
nieuwe ketting plus cassette is dan ook meestal verstandig. De
lagers gaan minder lang mee omdat ze niet tegen water kunnen wat
er toch inkomt. Ze zijn wel afgedicht, maar in de praktijk komt
dat er op neer dat water er wel in wil, maar niet meer uit. Geen
probleem voor de fabrikant, want lagers zijn uitgesloten van de
garantie.
De lagers kunnen niet tegen een beetje water omdat de kogels zo
klein zijn. De vetruimte tussen de kogels is dus ook minimaal, en
een beetje water is gelijk heel veel afgezet tegen de totale
hoeveelheid vet. Het vet dat het lager moet beschermen is dus gauw
overvraagd. Je wil dus geen water in dit lager maar de kans daarop
is bij deze constructie echter vergroot. De lagers zitten
ver naar buiten, de totale spleet (lengte) van de afdichting is
door de grote diameter veel groter net als het snelheidsverschil
tussen de asomtrek en de stilstaande afdichting. De draaiende as
sleept dus makkelijker water naar binnen. En zit de as in je luxe
fiets die je alleen in het weekend gebruikt, dan kan dat water een
week zijn gang gaan.
De beschadigde lagers zullen niet zo fijn meer draaien, maar niet
iedereen zal dat direct in de gaten hebben. We krijgen nu het
volgende probleem, namelijk dat de lagerpassingen niet deugen. In
de machinebouw is het standaard dat de lagerring op de draaiende
as goed vastgeklemd zit, de stilstaande lagerring (hier de
buitenring) juist losser zit zodat de boel zich kan zetten. Hier
zit de binnenring om de montage te vereenvoudigen met een losse
passing op de as (er zit een plastic bus tussen lagerring en as
die zelfs iets vervormen kan) , en de buitenring zit klem met een
perspassing. Als het lager slecht wordt ontstaat er nog meer
walsbeweging tussen de as en het lager als normaal, en de as zal
snel inslijten. De aluminium as verliest zijn coating en krijgt
een diepe groef, en kan daardoor zelfs afbreken. De versleten as
terugplaatsen met nieuwe lagers is ook niet zinvol, als er eenmaal
extra veel ruimte tussen lager en as zit gaat de boel gelijk weer
bewegen, slijten, kraken enz.
Deze as is aardig dunner geworden!
Stijfheid.
Een modern crankstel is door de dikke as veel stijver dan een
klassiek crankstel, dus dat moet een efficientere
krachtoverbrenging opleveren en maakt alles waard, toch? Het
klopt inderdaad dat deze constructie veel stijver is, en niet een
beetje ook als je er aan gaat meten, dat was echt een eye-opener
voor me. In een fiets merk je daar helaas weinig van, want het
crankstel is slechts een schakel tussen
schoenzool-pedaal-crank-tandwiel-ketting-achtertandwiel,
achtervork, naaf, spaken, velg en band. Je kan de crank wel
oneindig stijf maken, maar in het hele rijtje verende onderdelen
is de invloed maar beperkt. Wat wel trouwens opvalt is dat de
lagers door de slepende afdichting veel zwaarder draaien dan oude
meuk. Daar raak je wel een paar Watt in kwijt.
Schroefdraad
Hoewel er ook constructies zijn waar de lagers direct in het frame
worden gedrukt (en lang niet altijd blijvend kraakvrij) is de
constructie waarbij de klassieke schroefdraad wordt gebruikt het
meest gangbaar. Die schroefdraad wordt nu wel gebruikt op een
andere manier dan voorzien, want de cup hangt naast het frame en
wrikt. Zeker bij korte cups, veel spacers en aluminium
schroefdraad wil de draad aan de tandwielkant wel wegslijten. Ik
mag ze tenminste redelijk vaak repareren. Wat je trouwens niet
tegenkomt is dat de cup niet los te schroeven is, wat bij sommige
cartridges wel voor kan komen. Je hebt gewoon meer grip op de
grote diameter, en bovendien zitten ze er nooit zo lang in ;)
Leven met externe lagers
Zelfs ik heb fietsen met externe lagers, want er valt bijna niet
aan te ontkomen. Er zijn nog wel crankstellen met vierkante
opname, maar de keus is beperkt en de ' voordeligste beste keus'
UN55x trapassen zijn vervangen door een goedkoper ontwerp dat
gegarandeerd veel minder duurzaam is. En de spatiering van de
bladen op deze 'achterhaalde' crankstellen is doorgaans 9-speed,
dus dat moet je misschien ook nog oplossen als je een smallere
ketting hebt. Maar is het frame uitgerust met de standaard
(BSC) schroefdraad dan kun je het nog steeds ombouwen. Zelfs
frames met perspassingen kun je vaak ombouwen dmv een in te lijmen
adapterbus.
De oplossing van de handel is natuurlijk lagers aan te bieden met
fantastische claims en een fantastisch prijskaartje. Ik geloof
alleen nooit dat ze behalve 10 x zo duur ook 10 keer zo lang mee
gaan. En het fundamentele probleem dat de uitgangspunten van het
ontwerp niet deugen kunnen ze niet oplossen. De meest pragmatische
aanpak lijkt mij de lagering van het crankstel in de gaten te
houden, het gereedschap en een reserve setje op de plank te
leggen, en bij de minste sporen van speling of korrelig draaien
(gooi de ketting er af en draai aan de as) de verroeste lagers
direct te vervangen. Met een klassieke trapas had je nog
heel lang kunnen doorfietsen, nu sloop je het crankstel. Voor de
prijs van een wonderlager koop je ook het gereedschap (Campagnolofans
hebben pech) en een boel
reserveonderdelen. Als je een beetje handig bent is deze
klus best te doen.
noot: Shimano gebruikt ook stalen assen in hollowtech
crankstellen, geen idee wat de rationale is en welke crank wat
krijgt. De alu versie heeft een kleiner
inwendig gat en is uiteraard niet magnetisch. De
schroefdop voor de afstelling is uiteraard ook anders van
formaat
naschrift: Campagnolo denkt wat beter na over de juiste
passingen, alleen totaaal niet over hoe je het ooit uit elkaar
moet halen. Dat mag een ander verzinnen en levert wonderbaarlijk
' hadden ze hier geen rekening mee kunnen houden' gereedschap op