Onbalans veroorzaakt trillingen. Dat merk je in het stuur en soms in het zitvlak, vaak zijn er ook onderdelen in het dashboard die mee gaan trillen en vervelende geluiden veroorzaken. Onbalans zorgt ook voor een verhoogde bandenslijtage en een hoger brandstofverbruik. Dat kan ongeveer 2 procent schelen.

Overlap is onbalans

Het is dus op meerdere manieren een ongewenst verschijnsel, dat ontstaat doordat een band of velg een zwaardere of lichtere plek heeft. Banden worden gemaakt doordat matten met weefsel en rubber om een mal worden gelegd, waarna ze worden gevulkaniseerd.

Daardoor is er vaak een plek in de band waar de matten overlappen. Dat geeft een zwaar punt. Datzelfde doen ventielen en bandensensoren.

Bij fabricage van een band worden rubber matten en koordlagen om een mal gewonden. Afhankelijk van de fabricagemethode kan er een overlap ontstaan, die onbalans veroorzaakt.

Bij fabricage van een band worden rubber matten en koordlagen om een mal gewonden. Afhankelijk van de fabricagemethode kan er een overlap ontstaan, die onbalans veroorzaakt.

Centripetale kracht

Een voorwerp waarop geen kracht wordt uitgeoefend, staat stil of beweegt zich met een constante snelheid, aldus de eerste wet van Newton.

Wil je een voorwerp versnellen of vertragen, dan is daar een kracht voor nodig: F = m x a (kracht is massa x versnelling). Wil je een voorwerp een cirkelbaan laten beschrijven, dan is daar een kracht voor nodig, die steeds van richting verandert.

Deze centripetale of middelpuntzoekende kracht is steeds naar het middelpunt van de cirkelbeweging gericht. Het wordt vaak ook centrifugale kracht genoemd. Daarmee bedoelt men de kracht die naar buiten is gericht, maar die bestaat feitelijk niet.

Als er geen centripetale kracht op een voorwerp wordt uitgeoefend, dan beweegt die met een constante snelheid.

Grootte van de kracht

Die grootte van centripetale kracht is: Fc = mv²/r, waarbij v de snelheid is en r de straal van de cirkelbeweging. Daaruit kun je zien dat de snelheid een enorme invloed op de kracht heeft, terwijl de kracht bij een grote straal – een grote bandenmaat dus – kleiner is dan bij een kleine straal.

Dat lijkt misschien tegenstrijdig, maar bij een grotere straal en dezelfde rijsnelheid heeft het wiel een kleinere hoeksnelheid. Als je 80 km/u rijdt met kleine wielen gaan de wielen vaker rond dan wanneer je 80 km/u rijdt met grote wielen.

Rekenvoorbeeld

Dus r is wel groter, maar de hoeksnelheid is veel kleiner. Die staat in het kwadraat, dus is het effect groter. Dat kun je goed zien aan de hand van een rekenvoorbeeld:

Een band met 175/70-14 heeft een straal van 30 cm, dus 0,3 meter. 80 km/uur is 22,22 m/s.
Fc = mv²/r. Dus Fc met een onbalans van 10 gram (0,01 kg) is x 0,01 x 22,22² / 0,3 = 16,5 N.

Een band met 315/70-22 heeft een straal van 50 cm, dus 0,5 meter. Met een onbalans van 10 gram en dezelfde snelheid wordt de onbalanskracht 0,01 x 22,22² / 0,5 = 9,8 N.

Onbalans

Als je een voorwerp of een gewichtje in een cirkel laat ronddraaien, wordt dit steeds door een kracht naar de as van de cirkelbeweging getrokken. Nu is een band in principe symmetrisch, dus is er voor elk deeltje van de band een deeltje aan de tegenoverliggende kant dat ook naar het midden wordt getrokken.

Die krachten heffen elkaar op, dus is het geheel mooi in balans. Tenzij er ergens een plek in de band zit, die zwaarder is dan de tegenoverliggende kant. Het gewichtsverschil zorgt dan voor een verschil in centripetale kracht, die door de wielas moet worden opgevangen.

Die as moet zich daarvoor tegen de wielnaaf afzetten en zo wordt de onbalanskracht elke omwenteling in alle richtingen aan de carrosserie doorgegeven, waarbij de intensiteit van de trilling dus afhangt van de massa, de wielmaat en de snelheid, terwijl de frequentie ook snelheidsafhankelijk is.

Statisch balanceren

Het opheffen van onbalans is in feite eenvoudig. Je plaatst een extra gewichtje recht tegenover het zware punt in de band en de krachten zijn weer in evenwicht. Probleem daarbij is dat je het gewichtje niet in het loopvlak zelf kunt aanbrengen, maar op de velg moet plakken.

Het draait dus op een kleinere straal dan de onbalans in het wiel. Dat geeft een kleinere omtreksnelheid. Die staat in de formule in het kwadraat en heeft dus meer effect op de centripetale kracht dan de kleinere straal. Het effect daarvan is dus groter. Het nettoresultaat is dat het gewicht van het balansgewichtje groter moet zijn dan het gewicht van de onbalans.

Bij statisch balanceren draait de band met het zwaarste punt naar onderen. Dan moet recht tegenover die plek – dus op het hoogste punt – een balanceergewichtje geplaatst.

Bij statisch balanceren draait de band met het zwaarste punt naar onderen. Dan moet recht tegenover die plek – dus op het hoogste punt – een balanceergewichtje geplaatst.

Hoe groot en waar het gewichtje moet komen, dat is iets dat de balanceermachine keurig voor je uitrekent, als je dynamisch balanceert. Bij motorfietsen wordt soms nog statisch gebalanceerd. Dan wordt het wiel in een beugel op lagers gehangen en wordt gekeken welk punt naar beneden zakt. Dan wordt bovenin op de velg een gewichtje geplaatst.

Daarna wordt het ‘zware’ punt links of rechts gehouden en wordt gekeken of het punt naar beneden zakt of naar boven gaat. Naar boven, dan is er te veel balanceergewicht geplaatst. Naar beneden, dan was het niet genoeg.

Dynamisch balanceren

Bij een band kan er ook een gewichtsverschil tussen de linker- en de rechterkant van de band optreden. Dit type onbalans geeft tijdens snel draaien een kracht ten opzichte van het midden van het loopvlak, waardoor het wiel wil tuimelen. Dit leidt tot horizontale trillingen.

Bij smalle banden is dat verwaarloosbaar. Bij brede banden is dat effect merkbaar, maar alleen als het wiel snel draait. Met statisch balanceren komt deze vorm van onbalans niet aan het licht.

Bij autobanden is dynamisch balanceren dus de norm geworden. Niet alleen omdat het beter en nauwkeuriger is, maar ook omdat het via zo’n moderne balanceermachine stukken sneller gaat.

Bij dynamisch balanceren wordt de centripetale onbalans gemeten tijdens het draaien van het wiel. De machine geeft aan hoe groot het balanceergewicht moet zijn en waar het geplaatst moet worden. De machine kan zelfs nog onderscheid maken tussen de buitenkant en de binnenkant van de velg.

Andere methoden

Balanceren met plak- of klemgewichtjes heeft enkele nadelen. Ten eerste wordt het wiel vrij draaiend gebalanceerd, dus onbelast, terwijl het in de praktijk met een flinke kracht op het asfalt wordt gedrukt. Daardoor treedt vervorming van het loopvlak op.

Een tweede nadeel is dat de balancering een momentopname is. In de praktijk verandert de balans van het wiel. Er treedt slijtage op, er kunnen inrijdingen plaatsvinden en er kunnen steentjes klem raken in het profiel. Na verloop van tijd kan er dus alsnog onbalans optreden.

Er is echter nog een tweede manier om trillingen van een wiel tegen te gaan: je kunt bij montage een zekere hoeveelheid poeder, granulaat of korrels in de band stoppen, terwijl er ook anti-lek vloeistoffen zijn waarvan de fabrikant claimt dat het trillingen reduceert.

Balanceren of niet?

De poeders en granulaten die je in de band kunt stoppen, worden in de volksmond balanceerpoeders of balanceerkorrels genoemd. In de praktijk voel je ook inderdaad minder vibraties en trillingen in de auto. De korrels en poeders werken dus echt, dat staat buiten kijf.

Over de vraag waarom ze werken, bestaan verschillende theorieën. Wanneer je de sites van deze fabrikanten bezoekt, vind je vaak ook theorieën, die stellen dat het spul daadwerkelijk balanceert.

Zo stelt de site van Magnum+ balanceerkorrels: “Banden met onbalans zijn op sommige plaatsen zwaarder dan op andere. Hierdoor worden tijdens het rijden centripetale krachten opgewekt die trillingen veroorzaken.

Zware plekken compenseren

Op basis van de Wet van Newton – als voorwerp A een kracht uitoefent op voorwerp B, dan oefent voorwerp B een even grote maar tegengesteld gerichte kracht uit op voorwerp A – positioneren de MAGNUM+ korrels zich zodanig in de band dat zij de zware plekken van de band compenseren.

Hierdoor wordt de onbalans geneutraliseerd en de trilling weggenomen.” Andere fabrikanten stellen dat de onbalans de band verder naar buiten slingert. De korrels zouden die beweging door hun massatraagheid niet kunnen volgen en zo wegtrekken van de zware plek.

Vragen

Voor een techneut roepen deze theorieën enkele vragen op. Ten eerste worden de onbalanskrachten van het loopvlak op de wang, van de wang van de band op de velg en van de velg op de wielas overgebracht en worden ze niet door de korrels tegengewerkt.

De korrels zullen zich door de centripetale krachten evenredig over het oppervlak van de binnenkant van de band verdelen. Maar of ze door de onbalans ‘weggetikt’ worden en zich dan recht tegenover de onbalans nestelen om het op te heffen? Hoe komen ze daar terecht, het zijn toch geen intelligente nanobots?

Veel vragen

Ook de massatraagheidstheorie roept vragen op. De band moet namelijk de centripetale kracht leveren om de korrels in een cirkelbaan te dwingen. Doet de band dat niet, dan schieten ze rechtdoor. Tot ze de band raken. Ze gaan dan dus alsnog mee met de onbalans.

Of de onbalans moet zo groot zijn dat de uitslag zo groot is, dat de korrels ‘losraken’ en een stukje verder op de band terecht komen, zodat ze wegtrekken van de zware plek. Het zijn theorieën om de werking te verklaren, maar echte wetenschappelijke bewijzen voor die theorieën zijn bij de fabrikanten niet te vinden.

Niet balanceren, maar dempen

De reden, dat de granulaten en poeders trillingen dempen, heeft volgens korrelfabrikant Equal een andere oorzaak. Het zou trillingen eerder dempen dan balanceren. Dit soort korrels dempt de vibraties op het moment dat de band tijdens het afrollen wordt vervormd.

Bij het indeuken van de band worden de korrels omhoog getikt, bij het uitdeuken slaan ze weer neer en vangen zo de klap op, een beetje zoals een terugslagvrije hamer werkt.

Bij het indeuken van de band worden balanceerkorrels omhoog getikt, bij het uitdeuken slaan ze weer neer en vangen zo de klap op, een beetje zoals een terugslagvrije hamer werkt.

Bij het indeuken van de band worden balanceerkorrels omhoog getikt, bij het uitdeuken slaan ze weer neer en vangen zo de klap op, een beetje zoals een terugslagvrije hamer werkt.

“Het effect is, dat de bestuurder de onbalans niet meer voelt”, stelt bandenspecialist Jan Jacobs. “Het woord balanceerpoeder is eigenlijk niet goed gekozen.

Als je een vrij draaiend wiel met poeder of granulaat op een balanceermachine zet, meet je gewoon onbalanswaarden. Deze korrels doen hun werk pas bij een belaste band, liefst met een zo hoog mogelijke bandenspanning. Belangrijk is ook, dat de producten in de band moeten blijven wervelen”, aldus Jacobs.

Op dezelfde plek

Zodra de centripetale krachten te groot worden, blijft het granulaat op dezelfde plek in de band hangen en werkt het niet meer. Daarom werkt het ook niet bij kleine banden, zoals die op de meeste personenauto’s zitten. Bij een kleine straal wordt de centripetale kracht bij gelijke omtreksnelheid te hoog. Daardoor worden de korrels te sterk tegen de binnenzijde van de band gedrukt.

“We hebben het ooit bij een racetruck geprobeerd, die 150 km/uur kon. De vullingen rammelden uit het gebit van de chauffeur!” Aan de andere kant weet Peter de Hoyer van Magnum+ te melden dat je ook geen 80 hoeft te blijven rijden: “In Amerika is Magnum bezig met bussen, die 130 rijden. Daar werkt het nog steeds.”

Juiste dosering

Een product als Equal of Magnum+ absorbeert en dempt trillingen dus eerder dan dat ze de trillingen balanceert. Hetzelfde geldt voor een product als Ride-On. “Dat is een bandensealant, die dankzij de hydrodynamische eigenschappen als bijwerking een mate van trillingsdemping biedt, vergelijkbaar met die van de korrels”, stelt Jacobs.

“Het is dus ook geen balanceertechniek, maar het dempt vibraties. De onbalans blijft in stand, alleen voel je het niet meer. Absorptiegel zou daarom een betere naam zijn dan balanceergel, zoals absorptiekorrels een betere naam zou zijn dan balanceerkorrels.”

Blijven niet kleven

De moderne absorptiekorrels zijn trouwens doorgaans glaskorrels of polymeergranulaat. Deze materialen zijn niet gevoelig voor vocht en zullen dus ook niet aan de binnenkant van de band blijven kleven, tenzij de monteur slordig is en bij montage knoeit met bandenvet.

Voor een goede werking is het belangrijk dat de korrels verschillende afmetingen hebben en dat de band met de juiste hoeveelheid korrels wordt gevuld: “Een extra schepje toevoegen voor een stugge band werkt niet. Dat is onzin”, aldus Jacobs. “Het beste is daarom zakjes granulaat kopen, die affabriek zijn gevuld met de juiste hoeveelheid korrels voor de toepassing.”

Korrels in alle banden

Peter de Hoyer voegt daaraan toe: “Vaak wordt alleen de vooras voorzien van balanceerkorrels, omdat onbalans op de vooras het sterkst wordt doorgegeven naar de rijder.

Onbalans in andere assen heeft misschien minder invloed op het comfort, maar het heeft wel effect op bandenslijtage en brandstofverbruik. Magnum+ adviseert daarom om altijd alle banden van een truck van balanceerkorrels te voorzien.”

Problemen

Het komt soms voor dat een truck, waarvan de banden zijn afgevuld met balanceerkorrels, op een gegeven moment toch begint te trillen. Vaak krijgen de korrels dan de schuld: “Dat is natuurlijk onzin. Deze producten hebben geen intelligentie, ze besluiten niet uit eigen beweging dat ze stoppen met werken”, stelt Jacobs.

“Er is dan altijd een ander probleem. Vaak is er een te lage bandenspanning of een ander bandprobleem ontstaan. Of er is een wiellager of stuurkogel defect. Het wiel gaat dan slingeren en het product volgt die slingering. Dat merk je dan aan de stuurtrilling. In feite wordt het defect aan het voertuig door de balanceerkorrels weergegeven”.

Meetfouten en grotere korrels

Balanceerkorrels kunnen in het ventiel doordringen. Bij het meten van de bandenspanning kan het ventielklepje daardoor blokkeren. Het advies is dan ook om bij het meten altijd iets lucht bij te pompen, zodat de korrels worden teruggeblazen.

Een te lage bandenspanning wordt vaak veroorzaakt door fouten bij het meten van de bandenspanning: “Het is belangrijk dat je bij het controleren van de bandenspanning altijd wat lucht bijpompt. Als je alleen maar meet, kan er granulaat in het ventielklepje komen. Dan sluit het ventiel niet goed meer. Als je er iets lucht inblaast, blaas je het schoon. Dat voorkomt problemen.”

Er worden vaak speciale ventielen met filters meegeleverd, die de granulaten buiten houden. Een aantal prominente fabrikanten heeft hun korrels inmiddels echter groter gemaakt, zodat dit probleem niet meer optreedt en andere ventielen niet meer nodig zijn. Dat geldt zeker voor de gehard glazen Magnum+ korrels, die zo groot zijn dat ze in geen geval in het ventiel terecht kunnen komen.

Bewezen

Dat balanceerkorrels, -granulaten en -poeders werken, daar is iedereen het wel over eens. De reden waarom, daar bestaan wat verschillen van mening over. Of dat belangrijk is, daar kun je over twisten.

Bij proeven met trucks met ongebalanceerde wielen bleken deze producten trillingen te reduceren en het brandstofverbruik tot 2 procent te verlagen, terwijl deze producten gedurende de hele levensduur van de band blijven functioneren. Toch lijkt het erop dat het met name voor personenautobanden eenvoudiger en doeltreffender is om met balansgewichtjes te blijven balanceren.

Met medewerking van Peter de Hoyer – Magnum+ en Jan Jacobs – bandenkennis.com

Lees ook: Goed balanceren vraagt perfect opspannen (2011-4)