NAVEN EN VELGEN

     Naven zijn er in veel vormen en maten. Ook al zijn twee naven van hetzelfde type (hoge of lage flens), er kunnen millimeters verschil in diameter zijn, en dus in spaaklengte. De breedte van de voornaaf ligt gewoonlijk tussen de 90 en 100mm; de breedte van de achternaaf tussen de 115 en 140mm.      Let op de hartlijnen in FIG.2; we kunnen hier goed zien dat de flenzen t.o.v. elkaar verdraaid zijn!

     De hoogte van de flens varieert van 30mm voor een lage flens tot 120mm voor een trommelrem. Bij de oude types Sturmey Archer trommelrem kwam zelfs een hoge en een lage flens voor (zie FIG.3 boven). Omdat de hoogte van de rem het onmogelijk maakte om het wiel te vlechten, werden hier zgn. lissen gebruikt om de spaken in te haken. Dit was geen fijn systeem; de belasting van de spaakkop was hoog, omdat hij slechts gedeeltelijk gesteund werd door de flens. Het spaken van zo’n wiel was lastig, omdat de kop steeds uit de lissen schoot; gelukkig heeft men nu gekozen voor twee gelijke hoge flenzen. Het is onbegrijpelijk dat Shimano dit idee weer uit de mottenballen haalde voor hun Deore M555 schijfremnaven (zie FIG.3 onder).

     FIG.1                FIG.2          FIG.3 

     De naaf van een wiel heeft twee flenzen waardoor de spaken gestoken worden. De eerste serie spaken wordt van buiten naar binnen gestoken (zie spaak nummer 1 in FIG.1 ; we noemen dit de binnenste spaken). De tweede serie van de binnenkant van het wiel naar buiten gestoken (zie spaak nummer 2 in FIG.1: de buitenste spaken). Dit zijn de sterkste spaken in het wiel. Deze spaken staan verder uit elkaar, waardoor ze extra belasting beter aankunnen. De flenzen op de naaf staan verdraaid t.o.v. elkaar (zie FIG.2). Let op de hartlijn tussen voorste en achterste flens. De spaakgaten in de flenzen verspringen dus; dit is bij het vlechtwerk belangrijk!  N.B. Bij het spaken van een wiel beginnen we altijd met de binnenste spaken.

  De standaard velgdiameters zijn "historisch" gegroeid d.w.z. er ontstonden in diverse landen onderlinge afspraken tussen rijwiel- en bandenindustrie, over de te gebruiken afmetingen. Deze landelijke afspraken zijn de oorzaak van de enorme variëteit in maten en maataanduidingen. Inmiddels staan op vrijwel alle banden ook z.g.n. ETRTO-maten. Een voorbeeld is: 37-590. Het eerste getal geeft de diameter van de band aan, in opgepompte toestand (37mm) het tweede getal de diameter van de hieldraad; de plek waarop de band zich vast klemt op de velg. We kennen deze maat ook als 26x1 3/8. De engelse 28x1 1/2 maat is in ETRTO: 40x635. De franse 28x1 1/4 maat is in ETRTO: 32x622. De engelse 27x1 1/4 maat is in ETRTO: 32x630. Dit wil zeggen dat de diameter van een franse 28 inch velg kleiner is, dan de diameter van een engelse 27 inch velg. Het moet duidelijk zijn dat een engelse 28 inch band niet past op een franse 28 inch velg en omgekeerd! Op veel velgen staat de velgdiameter en de velgbreedte ingegraveerd, bij voorbeeld: 622x18 (voor racebandjes).

FIG.4        FIG.5        FIG.6

    Westwood velgen (type 4A) hebben meestal geen versterkingsring; ze worden geleverd in voorwiel (14-er nippelgaatjes) en achterwieluitvoering (13-er nippelgaatjes). Bij trommelremmen worden deze velgen vaak gedopt uitgevoerd, d.w.z. het spaakgat bevindt zich in een voorgevormd putje (zie FIG.6), dat reeds wijst in de richting waarin de spaak straks gaat lopen. Dit is met name bij hoge flens naven gemakkelijk, omdat de hoek tussen spaak en velg erg klein kan worden, waardoor de nippel de spaak verbuigt. Dit levert een extra stresspunt op, en kan aanleiding zijn voor spaakbreuk in de nippel. Bij gedopte velgen dienen de spaaklengtes enkele mm's korter gekozen te worden als in gangbare tabellen wordt aangegeven. Dit kan ook het geval zijn als het velgtype afwijkt van het gangbare; een doosvelg zal t.o.v. een Westwood velg van dezelfde bandenmaat, een kleinere velgdiameter hebben (van bodem tot bodem, de hieldraad komt uiteraard op dezelfde plek): kies hier dan ook iets kortere spaken.

                     
                                                                   FIG.7a                 FIG.7b                    FIG.8

De nippelgaten in een velg zitten gewoonlijk uit het midden. Als we naar de binnenkant van het velgbed kijken, ontstaan er t.o.v. het ventielgat twee patronen. Bij FIG.7a staat het nippelgaatje boven het ventielgat LINKS uit het midden. Bij FIG.7b staat RECHTS uit het midden. N.B. Het heeft geen zin de velg om te draaien!  De velgen met het patroon 7a zien we vooral op derailleurfietsen. De spaken in een racewiel die het zwaarst belast worden, zijn de spaken die de aandrijfkrachten overbrengen. Bij het voorwiel maakt het niet uit; bij het achterwiel wel. De tandwielen draaien het wiel rechtsom (met de klok mee). De trekkracht van de ketting zorgt ervoor, dat de buitenste spaken extra krachten krijgen te verwerken! Het patroon 7b zien we in gewone toer- en sportfietsen met een remnaaf.

    De remkrachten van een naafrem of schijfrem zijn groter dan de aandrijfkrachten! Het voorwiel, dat bij velgremmen weinig extra belasting heeft, krijgt nu te maken met het koppel van de rem. De buitenste spaken, die het sterkst zijn, moeten hier de remkracht opnemen: deze draait tegen de klok in (linksom). De binnenste spaken moeten dus de aandrijfkracht opnemen (rechtsom). Dit is de reden waarom de velgen in een toerfiets met remnaven RECHTS worden uitgevoerd en rechtsom gespaakt! Het spaakgat op de velg boven het ventiel zit dan rechts uit het midden (zie FIG.7b). Overigens geven ook de lage verzetten op mountainbikes hogere spaakbelastingen dan de gebruikelijke verzetten op racefietsen.

     De belangrijkste bron van problemen voor derailleurachterwielen, is het feit dat deze paraplu-gespaakt (FIG.8A) worden. De afstand tussen de flenzen is in een achterwiel vaak kleiner dan in een voorwiel, om ruimte te maken voor de tandwielen. Het zwaar belaste achterwiel is daardoor zijdelings minder stijf. Omdat rechts het freewheel zit, en de velg toch in het midden van het frame moet lopen, staan de spaken in het aandrijfscherm veel strakker. Zeker de trekkende spaken rechts werken voortdurend onder hoogspanning.  Een methode om het spanningsverschil te verminderen, is het inbouwen van een asymmetrische velg (o.a. Ritchey velgen en Rolf wielen). Hier liggen de nippelgaatjes allemaal links uit het midden (FIG.8B). Dit is natuurlijk alleen een velg voor achterwielen! Shimano kruist van de spaken in het verticale vlak (zie FIG.8C). Hierdoor is de spaakspanning links en rechts nagenoeg gelijk. De spaakkoppen, helaas nog wel met bocht, verhuizen naar de velg en de nippels komen in de naafflens. De naafflens bestaat dan uit aluminium blokjes waarin de nippels passen.

    Vergelijkbare blokjes vinden we ook bij naven voor conische spaken. Het zwakste punt van het wiel, de spaakbocht, verdwijnt op die manier. De blokjes vreten wel ruimte op de naaf; er kunnen dus minder spaken gemonteerd worden. Dat is niet zo erg; minder spaken besparen gewicht en luchtweerstand. Bij voorwielen valt veel winst te behalen in vermindering van luchtweerstand; het achterwiel zit in het zog van de zitbuis.

    Het aantal spaakgaten varieert van 12 voor een kinderfietsje, tot 48 voor een tandem. Omdat het aantal spaken links en rechts gelijk is, en er evenveel binnenste als buitenste spaken zijn, is het aantal spaakgaten een veelvoud van vier. De standaard is 36 gaats. Begin alle vlechtpatronen steeds vanaf het ventielgat. Anders ontstaat soms er een kruising van spaken boven het ventiel, hetgeen oppompen van de band moeilijk maakt. Het vlechtwerk voor alle spaakpatronen is nagenoeg identiek. Bij een bepaalde spaaklengte + naaf + velg, ligt het spaakpatroon feitelijk vast.

  SPAKEN EN NIPPELS

   Het is vaak moeilijk weinig gebruikte spaakmaten te krijgen; weliswaar is het meeste te bestellen (per 100 of per gros!), maar vanwege levertijd en leverbaarheid, moeten we soms spaken kopen die iets afwijken van de gewenste maat. Tussen te kort en te lang zit 4mm. Als de spaken door de nippels naar buiten komen hadden we 2mm korter moeten nemen, en als we nog schroefdraad op de spaak kunnen zien, 2mm langer. De draad op de spaak is gerold d.w.z. het materiaal uit de "dalen" vormt de "heuvels"; de draad is dus het dikste deel van de spaak! De schroefdraad is engels b.v. 14xWW 1/56 (dus 1/14 inch WhitWorth met 56 gangen per inch). Een spaak nr.14 heeft een dikte van 2mm; een spaak nr.15 heeft een dikte van 1,8mm en spaak nr.13 heeft een dikte van 2,3mm. Veel racespaken hebben dikkere uiteindes, dus 14-15-14 betekent dat het dunste deel (het midden) 1,8mm is en 2mm bij de uiteindes. De schroefdraad is dikker dan 2mm, want die is erop gewalst. Een fijn gereedschapje voor het meten, is het spaakkaliber (pasmaat) #1059 van Parktool. Bij de huidige generatie naven is de toepassing van spaaknr.15 niet zo logisch. De tendens is minder en sterkere spaken. De gaten in de naaf vallen dan groot uit. Als de spaakkop onvoldoende gesteund wordt; is daardoor de kans op breuk achter de kop groter. Met Recordnaven van Campa uit de jaren 70, was dit probleem er niet en heb ik veel gebouwd met de 15-16-15 van Alpina. Let hierbij wel op dat je alleen 15er nippels gebruikt, want het toepassen van 14er nippels leidt tot spaakbreuk in de nippel !

   Omdat veel velgen alleen geschikt zijn voor 14-er nippels, zijn er tegenwoordig ook wel 14-er nippels met een 13-er draad; de wanddikte is echter minimaal; deze nippels raken snel beschadigd. Er zijn ook 13-er spaken waar een 14-er draad op zit, een beetje betere oplossing, mits de spaken niet te lang zijn; deze draad is namelijk gesneden: de nippel loopt vast op de spaak en er is een kans op breuk in de nippel, omdat de schroefdraad het zwakste punt is! De nippels zijn meestal van vernikkeld messing; dure nippels zijn van sterk aluminium. Bij Sapim kunnen we tegenwoordig ook nippels krijgen waar bolletjes borgvloeistof in zitten. Bij het monteren werkt dit als smering en na uitharding als borging. Er zijn ook busjes "Spokeprep" of "Spokefreeze" te koop met eenzelfde werking. Het borgmiddel voorkomt bovendien corrosie in de nippel; zelfs een beetje vasiline aan de schroefdraad van de spaak doet dit (het smeert ook tijdens het op spanning brengen, maar lijnolie werkt hiervoor beter). Zonder smering gaat het aandraaien soms stroef en lijkt het of er al veel spanning op de spaak staat, terwijl eigenlijk de schroefdraad van de nippel of de spaak wat beschadigd is.

    Goedkope spaken zijn van koolstofstaal, tegen roest beschermd door verzinken, vernikkelen of verchromen. Kwaliteitsspaken zijn van chroomstaal als X30Cr13 (Hoshi) of chroomnikkelstaal zoals X5CrNi18-8 (Sapim en Alpina) en X5CrNi18-10 (DT). Rijke grammenjagers kunnen zelfs titanium spaken kopen bij DT. Voor speciale wielen zijn er kunststof spaken verkrijgbaar o.a. Vectran spaken voor Spox wielen en carbon van het Taiwanese CN-spokes. Mavic gebruikt  voor de Ksyrium SL aluminium spaken van Zicral (AA7075). Al deze speciale spaken zijn duur, soms € 5 tot € 10 per stuk en ze passen vaak slechts in een merk wielen of zelfs slechts in een type wiel van dat merk.

   Een ervaren wielenbouwer weet welke spaaklengte bij een bepaalde naaf/velg combinatie en vlechtpatroon hoort. Bij weinig gebruikte combinaties kan hij tabellen gebruiken, of de spaaklengte berekenen. De spaak kan door rekken en het zetten van de spaakkop in het gaatje van de naafflens, wel 2 mm langer worden, maar door de dikte van de nippel boven het velgbed niet mee te rekenen, compenseert zich dit. Bij de berekening van spaaklengtes gebruiken we ouderwetse meetkunde! Pas de cosinusregel toe in in de blauwe driehoek in fig.9a:  (L´)² =(R1)²+(R2)²-2(R1)(R2)cos α ; pas Pythagoras toe in de rode driehoek in fig.9b: L²=(L´)² +A² ; de spaaklengte L is nu:  √ {(R1)²+(R2)²+A²-2(R1)(R2)cos α }, waarbij  α  afhangt van het vlechtpatroon en het aantal spaken in het wiel. Dit leidt tot de vetgedrukte formule in het kader ( α = Kx720°/N).

        FIG.9a                                 FIG.9b

   Deze formule klopt redelijk, maar niet iedereen wil met de calculator aan de slag. In het verleden heb ik een Basic-programmaatje geschreven voor deze berekening; het werkt met Windows XP ( spaakbasic.zip ), maar niet onder Vista. Voor mensen die met Windows 7 werken: door het starten van het programma "spaakbasic" in XP of 2000 mode uit te voeren, kun je het gewoon gebruiken.

   Verder heb ik het programma omgezet in een spreadsheet in Excel; u ziet het ding hieronder staan. Gewoon de gevraagde maten opmeten en intikken en de aanbevolen spaaklengte rolt eruit. Het werkt helaas alleen online als u Excel 2003 op uw computer heeft staan en ActiveX toestaat. Als u een oudere versie van Excel heeft of met Open Office werkt, kunt u de file als .zip hier downloaden; lukt het niet dan kan ik u de file wel mailen ( contact  ).  

   Zoekt u een programma dat onder Vista werkt, dan kunt U het programma gebruiken dat Piet Paardekam gemaakt heeft: spaken.zip. Dit programma kan bovendien afmetingen van naven archiveren.
Af en toe, vaak rond carnaval, vraagt er iemand om een recept voor een excentrisch wiel. Op www.bikeforest.com/CAD/hulaCAD.html kunt u een spaaklengte berekening hiervoor vinden.

   EXCELPROGRAMMA VOOR BEREKENING VAN SPAAKLENGTES

  FIG.10