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

klassieke bracketlagering

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



square taper

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.

cartridge trapas

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


octalink
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:

hollowtech2

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.

externe lagers, nieuw en gebruikt

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.

lagerring

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.

beschadigde as
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