Wielbalancers volgen mee technologische evolutie

De sterk evoluerende voertuigtechnologie maakt voor een stuk de wagens gevoeliger voor het ontstaan en doorgeven van ongewenste trillingen. Wielonbalans vormt hierbij een belangrijke bron van ongenoegen. Dit legt de technologische lat voor de balanceermachines steeds hoger, wat tot meer en betere diagnostiek, automatisatie en meetvermogen leidt. Toch blijkt ook de impact van de operator nog steeds een bepalende factor.

Trillingen en performantie

Moderne voertuigsystemen vergen van hun bewegende onderdelen een optimaal prestatievermogen. Vooral de beheersing van ongewenste trillingen is al enkele decennia lang een hot topic. Aan motieven hiervoor geen enkel gebrek: trillingen zorgen onder meer voor onvoorziene, versnelde slijtage, verstoren het rijcomfort en kunnen andere alarmerende geluiden camoufleren.

EV’s en ADAS

De jongste (r)evoluties in de automobielindustrie maken echter dat de trillingen minder en minder te vermijden respectievelijk te negeren vallen. Om te beginnen worden de wagens op zich met de jaren steeds stiller, niet in het minst door de intrede van de EV’s. Dit maakt dat elke bijkomende, lees “ongewenste”, trilling voor de gebruiker des te hoorbaarder zal worden.

Een ander feit is de introductie van rijhulpsystemen (ADAS) als steeds meer standaard geworden uitrusting. Die veronderstellen een veel stuggere ophanging, met onder andere de inzet van merkelijk hardere rubbersoorten dan voorheen. Alleen zo worden immers dimensioneel de toleranties voldoende beperkt om de metrische precisie te halen die dit soort corrigerende systemen vereisen. Alleen: die hardere rubbers betekenen dan weer minder demping, wat trillingen een vlottere doorgang richting stuursysteem, koetswerk en uiteindelijk het hele voertuig biedt.

Wielonbalans als trillingsbron

Tijd om ook naar de wielen te kijken. Ook hier kan je in de evolutie bezwaarlijk een zegen zien richting gunstigere trillingsbeheersing. Leg vandaag maar aan de gemiddelde twintiger uit dat een velgdiameter van 14” écht ooit de norm was. Lang geleden. De wielen worden groter, véél groter, en laat de velgdiameter nu een van de basisparameters zijn die de hoeveelheid onbalans bepaalt.

Want een grotere diameter betekent ook een grotere hefboom, een versterkte onbalans, en hierdoor meer ongewenste trillingen. En wat grotere wielen ten slotte ook betekenen: dat zowel velg als band louter dimensioneel-technisch veel vatbaarder zijn voor variaties dan bij kleinere exemplaren het geval is, omdat de dimensionele toleranties tot op zekere hoogte mee worden uitvergroot. Zo was het heel uitzonderlijk dat bij 14- of 15-duimse wielen echt grote onbalans voorkwam.

De onbalans en haar oorsprong

Een perfect uitgebalanceerd wiel bezit tegelijkertijd twee ideale eigenschappen: enerzijds is het zwaartepunt exact in de rotatieas gelegen, en anderzijds vertoont het ten opzichte van het aanlegvlak een perfect homogene massaverdeling. Op basis van deze criteria onderscheidt men dan ook twee verschillende vormen van onbalans.

Statische onbalans

Deze ontstaat wanneer het zwaartepunt van het wiel niet mooi samenvalt met de rotatieas. Een mogelijke oorzaak is een slechte uniformiteit of massaverdeling van de band-velgcombinatie ten opzichte van haar centrum. Bij rotatie ontstaat er dan een centrifugale kracht die constant probeert om de positie van de rotatieas te verplaatsen, wat uiteraard onmogelijk is. Statische onbalans kan men makkelijk zelf vaststellen: bij een vrij roterend wiel uit ze zich bij uitlopen namelijk in een uitdovende slingerbeweging van het wiel rond het laagste punt, dat meteen ook met de exacte positie van de onbalans overeenstemt.

Dynamische onbalans

Wanneer binnen het wiel de massa ten opzichte van het aanlegvlak slecht of niet-uniform verdeeld ligt, krijg je dynamische onbalans. Het is een ongewenste momentwerking van onbalanskrachten ten opzichte van het aanlegvlak van het wiel. Concreet betekent dit dat het wiel bij elke rotatie diagonaal van links naar rechts probeert te slingeren. Dit komt omdat de positie van het onevenwicht bij elke halve slag telkens verandert. Je kan ook zeggen dat de theoretische rotatieas niet langer haaks op het aanlegvlak ligt. De impact onder de vorm van schadelijke vibraties treedt hierbij op bij zeer specifieke rotatiesnelheden waarbij een resonantie-effect wordt gegenereerd.

Grotere velgdiameters vergroten de hefboomwerking en versterken zo de effecten van wielonbalans

Statisch uitbalanceren

Het wegwerken van louter statische onbalans bestaat erin om op de velg, diametraal tegenover de positie van de onbalans, ter compensatie een gewichtje aan te brengen. Idealiter doet dit balanceergewicht het zwaartepunt van het wiel weer perfect naar de rotatieas verschuiven.

Een zuiver statische onbalans komt echter zelden voor; in de meeste gevallen is de onbalans een combinatie van tegelijkertijd een dynamische en statische component. Alleen bij zeer geringe velgbreedtes wordt de dynamische factor minder relevant, omdat de momentwerking van de onbalans er links en rechts van het aanlegvlak minder belangrijk of zelfs onbestaande is. Typische, extreme voorbeelden zijn smalle motorfietswielen, waar de totale onbalans op elk moment vrijwel zuiver statisch blijft.

In de praktijk balanceren we voertuigwielen echter dynamisch uit. Dit betekent dat we in principe (er bestaan ook éénpuntsbalanceringen) twee gewichtjes aanbrengen, die elk onafhankelijk van mekaar hun referentievlak uitbalanceren: één vlak stemt overeen met de zichtzijde van de velg, één vlak met de velgbasis.

Voorbereiding uitbalanceren

Elke balanceermachine, hoe geavanceerd ook, is voor een correcte werking volledig afhankelijk van de operator. Een goede voorbereiding en opspandiscipline zijn daarom allesbepalend.

Staat velg en band

Men dient bij al gebruikte wielen vooraf het loopvlak van de band te controleren op onder meer steentjes en andere vreemde voorwerpen. Dan de velg van aanslag en modder ontdoen, en uiteraard alle bestaande balanceergewichtjes wegnemen. Vervolgens kort zowel velg als band op schade of anomalieën controleren, zeker ook bij nieuwe velgen en banden.

Correcte centrering op de balancer is cruciaal om nauwkeurige resultaten en rijcomfort te garanderen

Opspannen en centreren

Heel courant gebeurt de wielcentrering via het centrale gat van de velg door middel van een spanconus of cilinder op maat, maar ook penboutcentrering via de boutgaten en pneumatische centreringen wordt toegepast. Het doel van om het even welk centreersysteem is in alle gevallen hetzelfde: het wiel even correct op de balanceeras centreren als op het voertuig het geval zou zijn.

Het succes van elke balancering valt of staat met een correcte centrering op het balanceerapparaat, en is daarom een allesbepalend aandachtspunt. Klassieke centreerfouten zijn het onvolledig aandraaien of fixeren van het wiel tegen de conus, maar ook een versleten conus kan de pret bederven.

Balancers

De huidige markt van balanceermachines biedt een ruime diversiteit aan machines die men op basis van meerdere criteria zou kunnen classificeren.

Data-invoer

Volledig manueel

De operator voert de drie basisdata (velgdiameter – velgbreedte – offsetafstand, dit is de afstand tot de meetsensoren) manueel in de machine in. Dit vormt uiteraard een mogelijke bron van menselijke fouten.

Semiautomatisch

Met behulp van meetarmen worden zowel de diameter als de offset en de breedte bepaald. De waarden worden automatisch geregistreerd door hetzij op een knop te drukken, hetzij de meetarm even stil te houden. Er bestaan een heel scala varianten die onder de benaming “semiautomatisch” vallen. Zo heeft men toestellen die een meetarm aan de binnenzijde voor diameter en afstand voorzien, maar ook een sonar die aan de rechterzijde de breedte automatisch meet wanneer de kap wordt gesloten.

Volledig automatisch

Deze intelligente balanceertoestellen herkennen het wieltype en meten door middel van lasers en/of sonars de drie maten automatisch bij de aanvang van de meetcyclus. Hier is geen enkele gegevensinvoer meer nodig.

Wielopspanning en centrering

Een belangrijk criterium is de opspantechniek en centrering die de balanceermachine gebruikt. Klassiek werd steeds met een spanmoer en schroefdraadas gewerkt, maar professionelen werken meer en meer standaard met automatische opspanning. Wat centrering betreft, is de set van standaard 35°-conussen nog heel gangbaar. Om het probleem van de betrouwbaarheid van zo’n centrering – de centrering loopt immers over de flinterdunne contactlijn tussen centraal gat en conus – op te vangen, bestaan er ook spantangen aan verlaagde hoek die een veel stabielere centrering garanderen. De markt biedt ook centreerhulzen en specifieke opspankits per merk aan.

Diagnostiekvermogen

Visietechniek, precisie en automatisatie zijn nieuwere criteria die moderne balanceertoestellen karakteriseren. Zo detecteren intelligente toestellen een reeks bijkomende parameters, zoals onder meer de hoogteslag en laterale onbalans, maar ook beschadigingen, vormafwijkingen en asymmetrische slijtagepatronen worden “gezien”. Bovendien zijn de machines in staat om proactief een ongelijke gewichtsverdeling in de velg te detecteren of hogesnelheidsvibraties (harmonische trillingen) op te sporen. Het automatisch aanbrengen van de gewichtjes maakt de uitbalancering haast manipulatievrij, wat de foutenmarge nog verder vermindert.

Road Force-detectie

Men ziet meer en meer balancers die ook met een Road Force-detectiesysteem zijn uitgerust. Vaak komt het voor dat perfect uitgebalanceerde wielen tijdens het rijden nog steeds uitgesproken trillingen produceren. In vele gevallen heeft dit met de vorm, en meer bepaald de rondheid van het wiel te maken.

Road Force-detectie meet vooraf de slag van de velg, en drukt dan een rol bij een kracht van 600 kg tegen het wiel aan. Deze 600 kg simuleert een “normale” belasting op het wiel onder invloed van het voertuiggewicht. Een draaiend, perfect rond wiel levert dan in principe een constante tegendruk af tegen de drukrol. Vormafwijkingen zullen een variërende kracht opleveren, Road Force Variation genaamd, en deze is precies wat de uiteindelijke trillingen veroorzaakt.

Het Road Force-detectiesysteem zal deze krachtvariaties meten en aftoetsen tegen de maximumwaarde, die bij 90 N ligt. Hogere waarden zullen steeds voor trillingen zorgen, ook bij perfect uitgebalanceerde wielen.

Los van deze Road Force Variation kan diezelfde drukrol ook zijdelingse krachten meten en met andere woorden bepalen of de band de neiging heeft om naar links of naar rechts te trekken. Dit is dan niet meer in het kader van trillingsproblematiek, maar van de wieluitlijning, waar soms niet de wielstanden maar wel de band de schuldige is.

Met medewerking van Snap-On Tools en TAE (Techno Automotive Equipement)