De tandriemaandrijving in een auto is één van de belangrijkste systemen die niet alleen
de juiste controle van de onderdelen die de brandstoftoevoer naar de motor regelen en het verwijderen van de uitlaat, maar ook de juiste synchronisatie van de kruk-zuiger en de kleppentrein. Inadequate synchronisatie kan leiden tot ernstige en kostbare gebruikersproblemen.
Inhoudsopgave
Vermogenoverbrenging kleppentrein
Voor een goede werking van de kleppentrein moeten alle onderdelen betrouwbaar werken. Momenteel zijn de meest gebruikte onderdelen om het vermogen van de krukas naar de tandwielaandrijving over te brengen:
- Tandwielen zijn lawaaierig, zwaar en duur voor de fabrikant, wat als een nadeel wordt gezien bij de huidige trend om voertuigen “slanker” te maken. Vanwege de wrijvingsweerstand tussen de wielen moet een dergelijk systeem voortdurend worden gesmeerd. Het voordeel van dit systeem is de duurzaamheid.
- De distributieketting is een betrouwbare en duurzame oplossing. In sommige motoren kan hij zelfs een kilometrage van 300.000 – 500.000 kilometer aan. Voor de gemiddelde voertuiggebruiker betekent dit dat er gedurende de gehele levensduur van het systeem praktisch geen vervangingskosten zijn. Anderzijds is hij duurder voor de autofabrikant dan bijvoorbeeld een tandriem.
- De distributieriem is een compromisoplossing. Hij is goedkoop te produceren, licht van gewicht, stil in gebruik en vereist geen smering. Het ontwerp van riemen wordt voortdurend verbeterd om de levensduur ervan te verlengen.
Tegenwoordig zijn de meeste moderne motoren uitgerust met een distributieriem, al valt niet te ontkennen dat een steeds groter deel van de tandwielaandrijvingen met een ketting wordt uitgevoerd.
Aanvullende componenten kleppentrein
De kleppentrein bestaat niet alleen uit de krukas, nokkenassen met tandwielen of transmissieonderdelen. Het omvat ook alle aanvullende componenten die met het systeem werken, zoals
- spanrollen (spanners)
- geleiderollen
- waterpompen
- injectiepompen
- schuifrails (bij kettingaandrijvingen), enz.
Een systeem met bovenstaande onderdelen kan een kleppentrein worden genoemd.
Door een riem aangedreven klepaandrijving
Hieronder staat een voorbeeld van een door een riem aangedreven klepaandrijving (fig. 1).
- distributieriem
- krukas tandwiel
- spanrol (spanner)
- waterpomp
- geleiderol
- inlaat nokkenas tandwiel
- inlaat nokkenas aandrijfriem uitlaat
- tandwiel van de uitlaatnokkenas
- spanrol (spanner) van riemaandrijving uitlaat nokkenas aandrijfriem
- g geleiderpoelie
Bespreking afzonderlijke elementen van de tandriemaandrijving
Hieronder bespreekt een ContiTech-expert de afzonderlijke componenten van de tandriemaandrijving.
Distributieriem
De distributieriem is één van de belangrijkste onderdelen van dit type tandriemaandrijving. Zijn taak is niet alleen om de aandrijving van de krukas naar de nokkenas(sen) over te brengen, maar ook om andere onderdelen zoals de waterpomp of de injectiepomp aan te drijven. De riem moet stil, soepel en probleemloos lopen.
De componenten waaruit de distributieriem is samengesteld, zorgen voor een adequate levensduur en duurzaamheid. Fig. 2 toont de basisstructuur van een riem.
1 – riem rug
2 – glasvezelkoord
3 – riemtanden
4 – Teflon of stof die de tanden versterkt
Synthetisch rubber achterkant riem
De achterkant van de riem is gemaakt van synthetisch rubber. Dit materiaal wordt gekenmerkt door zeer goede elasticiteit. Hij is ook zeer glad, zodat er geen hoge weerstand (wrijving) is op het contactpunt tussen de riemrug en bijvoorbeeld de afbuigpoelie of spanpoelie. Wrijving genereert namelijk een aanzienlijke hoeveelheid warmte, waardoor de riem of poelie zelfs kan smelten als het loopvlak van kunststof is. Helaas is het synthetische rubber waarvan ook de riemtanden zijn gemaakt, niet bestand tegen chemicaliën, met name die op basis van koolwaterstoffen (oliën, vetten, brandstoffen, oplosmiddelen, enz.) en siliconen. Deze verbindingen veroorzaken afbraak van de band. Dit betekent dat de onderdelen van de riem zich scheiden en de riem begint te “zwellen”, met als gevolg dat de sterkte afneemt. Gebruik daarom nooit een chemische stof om “piepende banden” te verwijderen. Vaker wel dan niet eindigt dit in een ernstige motorstoring en wordt een claim niet geaccepteerd.
Glasvezelkoord
In de riem zit een glasvezelkoord. Het geeft de riem een hoge treksterkte (hij is vrijwel onrekbaar bij bedrijfstemperatuur van de motor) en is bestand tegen hitte (geen thermische uitzetting). Dit voorkomt het risico van springen of breken, wat zou kunnen leiden tot een verslechtering van de motorprestaties of een defect. Helaas heeft glasvezelkoord een fundamenteel nadeel. Het is niet bestand tegen overmatig knikken. Het risico bestaat dan dat het breekt, waardoor de treksterkte sterk afneemt. Daarom mogen distributieriemen nooit onnodig uit de fabrieksverpakking worden getrokken om de riem niet te beschadigen, zelfs niet per ongeluk. Als een riem is verwijderd, probeer deze dan niet terug te plaatsen in de verpakking. Zelfs dan is er een risico van beschadiging. Als in de riem glasvezelkoord wordt gebruikt, plaatsen de fabrikanten een speciale waarschuwing, meestal in het Engels en/of Duits, op de achterkant van de riem: “Nicht knicken”, “niet vouwen”.
Tanden
Een ander element in de constructie van de riem zijn de tanden. Zoals eerder gezegd, zijn ze meestal gemaakt van synthetisch rubber. Natuurlijk is het niet alleen rubber. Er worden ook speciale additieven geïntroduceerd, zoals UVA- en UVB-filters, anti-verouderingsadditieven en additieven om de temperatuurbestendigheid te verbeteren. De taak van de riemtanden is de aandrijfkrachten van de krukas over te brengen op alle aangedreven onderdelen van de kleppentrein.
Er kunnen drie basistandprofielen (vormen) worden onderscheiden (fig. 3):
1. halfrond,
2. trapeziumvormig,
3. omgekruld/involuut
Bij sommige banden met trapeziumvormige tandprofielen zijn speciale groeven over de gehele lengte van het tandvlak te zien. Deze dienen om bij hoge en zeer hoge toerentallen de lucht tussen de tanden volledig te verwijderen. Deze oplossing resulteert in extra demping van de riem en de kleppentrein.
Het laatste onderdeel van de tandriem is een speciale stof of teflon, waarmee de tanden zijn bekleed. Deze oplossing is bedoeld om de tandstructuur verder te versterken (te verstevigen en te verstijven) en de wrijving tussen de riemtand en het tandwiel (Teflon) te verminderen. In sommige gevallen wordt het weefsel vóór het vulkaniseren genaaid of overlapt.
Vulcanisatie/onderwerping aan warmtebehandeling
Om alle onderdelen van de band doeltreffend en duurzaam met elkaar te verbinden, worden zij gevulkaniseerd, d.w.z. onderworpen aan een warmtebehandeling bij de juiste temperatuur en druk. Deze behandeling leidt tot een verhoging van de sterkte, bijvoorbeeld tegen temperatuur of scheuren.
De meeste fabrikanten plakken ook een speciale gevulkaniseerde sticker op de achterkant van de tandriem, waarop de meest voorkomende gegevens staan:
1. de naam van de fabrikant,
2. onderdeelnummer
3. land van productie
4. productiedatum
5. waarschuwing “Niet vouwen”.
- Naam van de fabrikant,
- Onderdeelnummer,
- Land van fabricage,
- waarschuwing “Niet vouwen” in het Engels en Duits,
- Fabricagedatum in het formaat “ddmmrrrr”.
Markering op verpakking
Voor autogebruikers en monteurs is de productiedatum van de riem zeer belangrijke informatie. Volgens de aanbevelingen van de meeste riemfabrikanten mag de maximale houdbaarheid van een gordel (onder passende opslagomstandigheden) niet meer bedragen dan vijf jaar vanaf de fabricagedatum. Na het verstrijken van deze termijn moet de strook worden geutiliseerd. Zoals eerder gezegd mogen de distributieriemen echter niet uit de verpakking worden gehaald om de glasvezelkoorden niet te beschadigen. Dus hoe komt u aan deze informatie. Welnu, er zijn speciale markeringen aangebracht op de door ContiTech geproduceerde dozen of kits met dit type riem, zodat zowel de dealer als de koper onmiddellijk weten of deze riem/kit nog kan worden gebruikt of niet.
Markeringen op de distributieriemverpakking Continental ContiTech CT909
- Onderdeelnummer
- Maximale levensduur (houdbaarheid (Installeer ˂ Installeer tot …)
- Land van productie
- Aantal tanden
Bij de keuze van een distributieriem is het belangrijk rekening te houden met het beoogde gebruik ervan voor de specifieke auto en het specifieke motormodel, waarbij bijvoorbeeld ook rekening moet worden gehouden met de fabricageperiode van de motor of het carrosserienummer. Het is dan raadzaam gebruik te maken van de relevante gordelselectiecatalogi, zowel op papier als elektronisch, bijvoorbeeld online op de website van de fabrikant.
Spanrol, of spanner
Het is een onmisbaar onderdeel van de tandriemaandrijving. Het is de spanner die de juiste spanning op de distributieriem handhaaft, ongeacht het motortoerental of de belasting. Bovendien heeft het de functie om riemtrillingen te dempen; daarom wordt het vaak als volgende element achter de krukas geplaatst en brengt het de riem onder de juiste hoek naar het dichtstbijzijnde tandwiel, zodat het juiste aantal tanden het vereiste koppel overbrengt.
Soorten spanners
Er zijn 2 soorten spanners, afhankelijk van de wijze van spannen:
- automatisch – de spanner handhaaft automatisch de juiste riemspanning, bijvoorbeeld door middel van een veer of een hydraulische cilinder, waarbij het niet nodig is de spanning af te stellen of de riemspanning te controleren na een vervanging (een uitzondering is bijvoorbeeld de Fiat 1.2i motor (type 188 A4), waarbij het verplicht is de riemspanning te controleren vóór de waterpomp);
- en niet-automatisch (handmatig), waarbij de riemspanning meestal door de monteur wordt bepaald door de spanner dienovereenkomstig af te stellen. In het geval van niet-automatische spanners is het zeer gebruikelijk dat motor- of autofabrikanten de gebruikers verplichten de tandriemaandrijving periodiek te controleren en zo nodig de spankracht bij te stellen. Een storing in dit onderdeel van het systeem veroorzaakt problemen met de riemspanning, wat kan leiden tot riembreuk, beschadigde tanden of overslaan op de tandwielen, met dure reparaties aan de motor tot gevolg.
Fig. 6. Verbrande distributieriem (a) als gevolg van een geblokkeerde spanpoelie (b).
Fig. 7a, b en c tonen typische soorten schade aan de spanner.
Waterpomp
De waterpomp zorgt voor een constante circulatie van koelvloeistof in het systeem met de juiste druk. Als de vloeistof niet goed wordt gecirculeerd, loopt de motortemperatuur in korte tijd op en kan de motor zelfs vastlopen. Het is dan ook niet verwonderlijk dat de efficiëntie van de pomp en het koelsysteem de spreekwoordelijke “oogappel” is voor de meeste bestuurders en monteurs. Heel vaak wordt dit onderdeel aangedreven door de tandriem, hetzij door middel van tanden, hetzij door een overeenkomstig versterkt ruggedeelte van de riem. Uitval van de pomp kan ook leiden tot schade aan de tandwielaandrijving en vooral aan de riem. Vastzittende/beschadigde pomplagers, defecte poelies of lekken zijn de meest voorkomende soorten schade die de levensduur en de werking van de riem beïnvloeden. Branden, rubberverstijving, gebroken tanden of de hele riem zijn typische beschadigingen die gepaard gaan met defecten aan de waterpomp.
Figuur 8 toont enkele typische storingen van waterpompen.
Fig. 8a Gebroken pomprotor door ouderdom of oververhitting
Fig. 8b Beschadigde pomplager, bijv. door te hoge riemspanning
Fig. 8c Corrosie
Geleiderollen
Geleiderollen hebben tot taak de riem onder de juiste hoek naar de juiste spanrol te geleiden (zoals een spanner), maar hebben geen spanfunctie. Heel vaak zijn deze riemschijven ook voorzien van speciale loopbanen met zijdelingse aanslagranden, die de riem extra axiaal in het systeem geleiden. Het falen ervan leidt meestal tot een verandering van de riemspanning of tot verbranding (in het geval van vastzittende rollagers). De gevolgen zijn nu gemakkelijk te voorspellen.
Andere onderdelen – injectiepompen, tandwielen, bevestigingsbouten, dichtingen, tandwielkasten, enz. zijn ook van invloed op de kleppenaandrijving. Elke vorm van schade, scheuren, overmatige slijtage, ouderdom of lekken kan het systeem verzwakken en bijdragen tot versnelde slijtage of vernietiging van de tandwielaandrijving.
Figuur 9 hieronder toont voorbeelden van versleten tandwielen
Hoe vaak moet u de tandriemaandrijving vervangen?
De timing van de vervanging van de distributieriem wordt bepaald door de voertuigfabrikant en de ASO. Maar hoe vaak moet u de riemen van de tandwielaandrijving vervangen? Het is moeilijk een definitief antwoord op deze vraag te geven, omdat er vele factoren zijn die de levensduur van de tandriemaandrijving beïnvloeden:
- De wijze waarop de bestuurder het voertuig gebruikt
- Het doel van het voertuig
- Plaats van gebruik van het voertuig (stad, lange reizen, enz.)
- Slijtage van motoronderdelen (bijv. tandwielen)
- Lekken
- Onvolledige vervanging van aandrijfcomponenten
- Kwaliteit van de gebruikte onderdelen
Levensduur distributieriem bepaald door monteurs
Automonteurs bepalen heel vaak, na analyse van de bovenstaande omstandigheden, het veilige aantal kilometers of de levensduur van de aandrijving tot de volgende vervanging of het door de autofabrikant aangegeven verplichte onderhoud. Dit is meestal het geval wanneer bijvoorbeeld de kilometerstand tot de volgende vervanging van de aandrijving veel lager is dan de gegevens in bijvoorbeeld het onderhoudsboekje van het voertuig. De autofabrikant geeft heel vaak alleen een maximaal, niet te overschrijden kilometerstand of levensduur voor de aandrijving op. Waar komen zulke verschillen tussen autofabrikant en monteur vandaan? Het antwoord is eenvoudig – uit ervaring.
Rij-omstandigheden en veilige levensduur
De voertuigfabrikant weet niet onder welke omstandigheden een bepaalde auto zal worden gebruikt. Of het nu de spreekwoordelijke zondagsrijder is die alleen op zondag naar de kerk rijdt, of een koerier of vertegenwoordiger. Of er in de stad mee wordt gereden (files, korte ritten, woon-werkverkeer, bijv. naar school of boodschappen) of op snelwegen. Maar deze informatie kan door monteurs worden verzameld naar aanleiding van een gesprek met de gebruiker van de auto.
Daarom moet u niet verbaasd zijn dat een monteur automatisch de kilometerstand verlaagt als u alleen in de stad rijdt. Hij weet namelijk heel goed dat de kilometerstand op de kilometerteller van de auto niets te maken heeft met de kilometerstand van de motor en de tandriemaandrijving, omdat niemand de motor uitschakelt (afgezien van het Start-Stop systeem) tijdens verplichte stops in de file en deze continu draait, terwijl de kilometerteller niet beweegt. Anderzijds veroorzaakt dit bij frequent opstarten (Start-Stop-systeem, werk van een koerier, bezorger, taxichauffeur, enz.) een snellere slijtage van de systeemcomponenten dan zelfs bij werking zonder overmatige belasting.
Invloeden en vervangingsfrequentie
Ook ernstige problemen die van invloed zijn op het uitvalpercentage van het systeem of de vervangingsfrequentie:
Het niet vervangen van alle passende riemonderdelen
- Het komt vaak voor dat de monteur, op aandringen van de klant, slechts enkele onderdelen van de tandriemaandrijving vervangt en niet alle onderdelen die onder meer in de reparatiedocumentatie van het voertuig staan vermeld. Typische argumenten zoals: we vervangen niet omdat: “de poelie maakt geen lawaai”, “de pomp lekt niet”, “de bouten zijn nog goed”, “zo’n lek is helemaal geen lek”, “ik verkoop de auto morgen en wil niet investeren”, zijn slechts een trigger voor grotere problemen, vaak al in de nabije toekomst. Als de schade niet met het blote oog zichtbaar is, is het moeilijk om de levensduur van een onderdeel te bepalen, d.w.z. hoe lang het nog naar behoren zal werken. Het kan blijken dat iemand vandaag bijvoorbeeld 200 euro bespaart op een reparatie an de tandriemaandrijving, en later minstens het tienvoudige van het bespaarde bedrag moet uitgeven om de motor te repareren. Iedereen neemt natuurlijk de beslissingen die hij wil. Maar is zo’n besparing op de tandriemaandrijving de moeite waard? Dit is een vraag die iedereen voor zichzelf moet beantwoorden.
Het starten van de motor als gevolg van slepen of duwen
- Een ander probleem is het starten van de motor door het voertuig te slepen of te duwen, d.w.z. wanneer de accu van de auto “leeg” is. Helaas kan dit ook nadelige gevolgen hebben voor de klepaandrijving. Wat kan er gebeuren? Wanneer de motor op deze manier wordt gestart, is er een zeer sterke ruk van de riem door het tandwiel op de krukas. Helaas is de spanner vaak niet in staat deze belasting volledig te dempen. Wanneer de riem in de dichtstbijzijnde tandriemschijf komt, wordt deze niet volledig gemaasd. In dat geval breken de tanden van de riem af of verspringt de riem (in dat geval wordt de synchronisatie van de krukas en de nokkenassen gewijzigd) of breekt de riem volledig af. Het kan ook gebeuren dat de riem slechts licht beschadigd is, bv. dat de tanden van de riem aan de basis lichtjes ondergesneden zijn. De levensduur en duurzaamheid van de riem nemen daardoor snel af. Als gevolg daarvan “verliest” de riem plotseling zijn eerder beschadigde tanden of breekt hij op het minst verwachte moment, bijvoorbeeld bij wegrijden, snel optrekken of terugschakelen. Het is belangrijk te bedenken dat bij dit type riemschade de monteur zeer snel de oorzaak kan vaststellen, vanwege de karakteristieke manier waarop de riem en zijn tanden zijn beschadigd. En de gevolgen, vooral financieel, voor de eigenaar van het voertuig zijn ernstig.
Conclusie
De tandriemaandrijving is één van de belangrijkste motoronderdelen die rechtstreeks van invloed is op de goede werking van het hele distributiesysteem. Daarom moet de tandriemaandrijving en zijn systeem zorgvuldig worden onderhouden. Voor een storingsvrije werking van de motor moeten de basisregels voor een correcte vervanging in het tandriemaandrijvingssysteem en de werking van het voertuig in acht worden genomen, d.w.z:
- Vervanging van alle aandrijfcomponenten overeenkomstig de voorschriften van de motorfabrikant en de ervaring van de monteurs. D.w.z. niet alleen de riem, maar ook span- en geleiderollen, waterpompen, bouten, moeren of pennen
- Het verwijderen van alle soorten lekken (olie, koelvloeistof) die de levensduur van de riem negatief kunnen beïnvloeden
- Geen reserveonderdelen monteren van onbekende oorsprong, die niet in hun oorspronkelijke verpakking zitten of waarvan de houdbaarheidsdatum is verstreken
- De motor niet te starten door slepen of duwen
- Geen gebruik te maken van chemische stoffen die zogenaamd bedoeld zijn om de kwaliteit van de werking van de band te verbeteren of “piepjes” te verwijderen.
