Wisselbak

Wisselbak

Aandrijftandwiel

Standaard onderhoud
Differentieel
Schakelkogel - oliekeerring
Revisie
Uitgebreide beschrijving
Olie vulniveau
Slijtage

Werking onderdelen
Beoordeling inwendig
Gereedschap
Montagetips


Werkboek Transmissie

Wisselbak - versnellingsbak

Links de wisselbak 4-cilinder van onderen af gezien
Tandwielen op de hoofdas: 4e - 3e - 2e - Achteruit
en de 1e versnelling met de 2 schakelvorken

Standaard onderhoud wisselbak

Zorg er voor dat er voldoende transmissieolie aanwezig is, SAE 75-90.
De transmissieolie na 15.000 km verversen. B.v. Shell Gear Oil HD 75W-90.
Voor de 1000/1200/TT: inhoud 2 liter - verversen 1,75 liter - warm aftappen.
Deze olie smeert de wisselbak, de schakeldelen en het differentieel.
Het oliepeil moet circa 20 mm onder de onderste schroefdraadrand van de grote olie vulplug staan. Als de prise-as en de koppeling is verwijderd, kan de oliekeerring 35 x 52 x 7 gecontroleerd en vervangen worden. Verwijder hiervoor het dekseltje dat met 3 plat verzonken schroeven vastzit. Zorg ervoor dat er geen vuil in de lagers komt.

Differentieel-unit

Controleer de axiale speling van de planeetwielen en de dichting,
de 2 grote oliekeerringen 62 x 80 x 10 en de rubber stofhoezen van de aandrijfassen. Voor meer informatie over het differentieel, zie de speciale differentieel pagina hier...

Schakelkogel en oliekeerring

Als de schakelkogel vervangen moet worden, vervang dan ook altijd gelijk de oliekeerring 15 x 24 x 7 van de schakelas. Zie de pagina voor vervanging hier...

Revisie

Voor revisie van de wisselbak is speciaal gereedschap nodig.
Een uitgebreide revisiehandleiding is beschreven in het Werkboek Transmissie.
Voor nadere informatie klik op de link Werkboek Transmissie...

Uitgebreide beschrijving wisselbak (versnellingsbak) 4-cilindermodellen

Inleiding
De wisselbak is het motoronderdeel dat links onderaan de motor functioneert. Deze is zo geconstrueerd, dat hij makkelijk van de motor gescheiden kan worden voor onderhoud of vervanging. De unit weegt iets meer dan 15 kg en heeft, samen met het differentieel, een eigen hoeveelheid speciale olie. Twee pluggen, aan de onderkant en de achterkant, dienen voor het aftappen en bijvullen van deze olie.
De wisselbak is uitstekend ontworpen; absoluut een winnaar als het gaat om de kleine afmetingen en betrouwbaarheid en hij verraadt de achtergrond en ervaring uit de roemruchte motorfietstechniek. In dit artikel gebruik ik de naam wisselbak. Het is even wennen, maar feitelijk is de naam 'versnellingsbak' niet helemaal toepasselijk want de bak heeft alleen de functie van: vertragen! Het toerental van de krukas wordt gereduceerd in de wisselbak en vervolgens ook nog eens in het differentieel. Met de schakelpook wordt de mate van vertraging ingesteld.

Wisselbak

Dat het doorsmeren en olie-verversen bij benzinestations geschiedenis is weten we. Ik maak het mee (2008) dat ook de verkoop van transmissie-olie bij diverse benzinestations is gestaakt. Kortom, de omzetsnelheid van die olie is absoluut beneden peil voor de gemiddelde benzinekruidenier, zeker met de nu geldende forse prijs van circa 8 euro per halve liter. Binnen een paar jaar verwacht ik deze olie daar niet meer in de schappen. Volgens het NSU boekje moet een transmissieolie SAE 80 MIL-L 2105 gebruikt worden.
Een eigentijds alternatief is een transmissieolie (multigrade) SAE 75 - 90. Deze synthetische olie heeft betere eigenschappen dan de originele SAE 80. De smeereigenschap is nagenoeg gelijk, maar de temperatuureigenschappen van de multigrade zijn beter: bij lagere temperatuur is de olie dunner en bij hogere temperatuur blijft de olie dikker. Bij de minerale SAE 80 was dat juist omgekeerd.

De wisselbak heeft echt voldoende en goede olie nodig en dat betekend, het liefst vanaf nu, dat na elke 7.500 km het oliepeil gecontroleerd wordt en na 15.000 km de olie verversen. Dit lijkt een beetje overdreven, maar dat is het niet helemaal. Voorwaarde is, dat de olie goed schoon blijft, want niet alleen de tandwielen maar ook de lagerassen (2x), naaldlagers (5x) en kogellagers (3x) worden met deze olie gesmeerd. Theoretisch is het zo dat de huidige multigrade transmissie-olie zeer lang kan meedraaien en 60.000 km is helemaal niet zo gek. Het probleem zit meer in de olievervuiling en het vocht die de kogellagers en de naaldlagers kunnen aantasten. Vandaar dat olie verversen deze vervuiling kan voorkomen. De controle van het huidige oliepeil is van groot belang, schade voorkomen is echt veel eenvoudiger en goedkoper dan reviseren. Transmissieolie bijvullen volgens het instructieboekje levert in veel gevallen een te laag olieniveau op en dat werkt het stukdraaien van de wisselbak in de hand. Controleer het huidige niveau en schrijf de kilometerstand van olieverversing op een olie-kaartje.
De eerste wisselbakken hadden een vulplug die veel te laag zat. Vanaf de onderkant van het aluminium huis circa 30 mm naar het hart van de vulplug. Deze wisselbakken zijn waarschijnlijk niet meer in omloop, want het oliepeil was veel te laag waardoor de tandwielen en/of lageringen vastliepen. In de werkplaatshandboeken en (laatste) onderdelenboeken van NSU staat dit oude type wisselbak hardnekkig op foto's of tekening; bij voorkeur niet meer gebruiken dus. De wisselbakbehuizingen werden vrij snel aangepast met een hogere vulplug, nu 75 mm boven de onderzijde van het aluminium huis.
In principe is de wisselbak voor alle typen 4-cilinder motoren gelijk. Alleen op speciale bestelling werden aangepaste tandwielcombinaties geleverd (er waren 3 rally-uitvoering). De verschillen zitten voornamelijk in het 1e en 2e versnellingstandwiel en het torentandwiel. In combinatie met de (speciale) wisselbakken zijn aangepaste differentieel tandwielcombinaties geleverd (TTS).

Het olie vulniveau in de wisselbak

De hoogte van het vulniveau moet minimaal 45 mm vanaf de aluminium onderzijde liggen. Gerekend vanaf de onderste schroefdraadrand van de plug is dat precies 20 mm naar beneden. Maak iets waarmee het oliepeil via de vulplug-opening is te meten en zorg ervoor dat dit kleine peilmaatje niet naar binnen kan vallen. Zet de olieplug met een nieuwe afdichtring los-vast en maak een korte proefrit. Meet het oliepeil na deze klein proefrit (alle ruimten, ook in het differentieel, worden dan gevuld met olie) en vul zonodig weer bij tot die 20 mm en zet de vulplug nu stevig vast (inbussleutel 10).
De juiste olievulhoogte is van essentieel belang voor het goed functioneren van de tandwielen, bussen, kogellagers, naaldlagers, de schakelstangen, het complete differentieel en de geslepen aandrijfkoppelingen van de wielassen. De hoogte van het olieniveau ligt iets onder het hart van de hoofdas. Een hogere oliestand is voor de wisselbak niet zo'n probleem, maar is niet goed omdat er dan olielekkage kan ontstaan bij het differentieel en de rubber stofhoezen van de aandrijfassen. Het bijvullen van de olie vraagt enige handigheid. Gebruik hiervoor een doorzichtige slang met een diameter tussen de 12 en 18 mm en minimaal 50 cm lang. Stop de slang in het olievulgat, dan langs de band en de wielkuip opzij van de auto. Met een klein trechtertje werkt de vulling erg handig en de klus is dan snel klaar.

Wat kan er slijten en waar kan het misgaan

De kleine sterke compacte wisselbak is behoorlijk betrouwbaar, dat is gewoon een feit. Toch is hij niet helemaal onfeilbaar, want er kunnen ook hele nare dingen gebeuren door ondermeer onvoldoende smering, verkeerd schakelen, slijtage of verkeerde montage. Door een ongelukkige samenloop van omstandigheden kunnen kogellagers of naaldlagers finaal stukdraaien waarbij een enorme warmteontwikkeling ontstaat. Onderdelen lopen blauw tot pimpelpaars aan en een vastloper is het resultaat. Dat gaat soms zo ver dat door ruw 'tanden poetsen', alle tanden van de tandwielen worden afgebroken en/of de uitgaande prise-as naar het differentieel afbreekt.
Dan sta je echt stil! De vraag is dan: waar zitten de zwakke delen van de wisselbak (bij onjuiste behandeling).

Tandwiel 4e versnellingEnkele onderdelen zijn gewoon aan slijtage onderhevig: de synchroniseerringen (brons), maar andere onderdelen kunnen door oliegebrek flink opspelen zoals de 2 kogellagers van het aandrijftandwiel boven (prise-as) en de oliekeerring die daar zit, de schakelgaffels, het grote naaldlager van het torentandwiel (bij de aandrijfkant) en de dubbele naaldlagering van het grote 1e versnellingstandwiel. Door het loswringen van de grote moer (hoofdas) ontstaat axiale speling op de hoofdas waardoor wrijving en warmteontwikkeling tussen de afstandsringen ontstaat. In principe gaan de synchroniseerringen erg lang mee; bij het schakelen is gewoon wat tijd nodig om goed in de vertanding te grijpen. Bij het rustig in de versnelling zetten zal de synchronisatie soepel werken en klik je soepel in de versnelling. Bij krachtig in de versnelling duwen is er te weinig tijd voor de synchronisatie en er ontstaat onnodige slijtage in de schakeldelen.

De werking van de hoofdonderdelen

Zie de tekening: Principe NSU wisselbak
De werking van de wisselbak berust op het principe van 'constant-mesh'. Hiermee wordt bedoeld dat alle tandwielen permanent in elkaar grijpen, behalve de achteruit tandwielen. In de wisselbak zitten 4 tandwiel-assen met de volgende eigenschappen.

Om inzicht te krijgen in de werking van de wisselbak, eerst een beschrijving van de afzonderlijke assen.

1.
Het bovenste aandrijftandwiel met 20 schuine tanden draait in 2 grote kogellagers. De aandrijving van de wisselbak vindt plaats door de koppelings-prise-as die met spiebanen in de koppelingsplaat (motorkant) zit én met een spiebaanvertanding in het aandrijftandwiel zit van de wisselbak.

Price-as

Als de motor (stationair) draait, en het koppelingspedaal is niet ingetrapt, wordt het aandrijftandwiel aangedreven en draaien alle overige tandwielen in de wisselbak (behalve de 2 tandwielen van de achteruit).
Tip: trap vóór u de motor start het koppelingspedaal in, hierdoor worden de tandwielen in de wisselbak niet aangedreven en dit kost minder startenergie.
Als de motor draait, het koppelingspedaal langzaam op laten komen.

2.
De torentandwiel-combinatie wordt door het aandrijftandwiel in beweging gezet via tandwiel z= 41. Deze tandwielcombinatie 41 - 36 - 29 - 16A - 16 draait op een holle as op 2 naaldlagers en drijft de 4 uitgaande tandwielen direct aan die op de hoofdas zitten. De axiale speling van het torentandwiel wordt afgesteld met behulp van 2 bronzen ringen.

3.
De hoofdas heeft diverse functies (zie de tekening van de hoofdas hierboven).
De 4 uitgaande tandwielen hebben schuine vertanding, 1e versnelling 34, 2e 34, 3e 27 en 4e 22 tanden, draaien vrij om de hoofdas, waarbij de hoofdas zelf stil staat. Alleen via schakeling op één van de tandwielen, wordt de hoofdas in beweging gezet. De hoofdas zelf draait op een speciaal kogellager en een naaldlager. Op de hoofdas zitten 2 meeneemtandwielen op spiebanen tussen de 1e/2e tandwielcombinatie en de 3e/4e tandwielcombinatie. Doormiddel van 2 springveren worden 3 spieën in positie gehouden die kracht uitoefenen op de binnenzijde van de schakelmof. De 3 spieën nemen ook de 2 synchroniseerringen mee. Zodra de hoofdas draait, draaien de 4 synchroniseerringen in de vrijstand mee. Een afstandsring, circa 4,2 mm dik, zit tussen beide tandwielcombinaties en zorgt voor de axiale speling van de tandwielen van de 2e en 3e versnelling en de juiste inpassing van het hoofdas-naaldlager in de rechter lagerring. Door middel van een schakelmof met binnenvertanding en de bronzen synchroniseerringen (synchomesh) met gedeeltelijke meeneemtandkrans, wordt de feitelijke tandwielkoppeling verzorgt door een meeneemtandkrans dat aan het tandwiel vastzit, met één van de uitgaande tandwielen. Dat uitgaande tandwiel wordt dan via het meeneemtandwiel verbonden aan de hoofdas, waardoor de hoofdas gaat draaien. Binnenin de hoofdas (rechts, differentieelkant) zit een spiebaanvertanding. Via deze vertanding en een prise-as wordt het differentieelrondsel in beweging gezet en via het differentieeltandwiel worden de wielen aangedreven. De linker zijdeksel van de wisselbak dient niet alleen voor de afsluiting, maar is een wezenlijk constructiedeel bij de fixatie van de hoofdas via druk op het hoofdas-kogellager. Door middel van een juiste opvulring wordt de buitenring van het kogellager door de deksel onder voorspanning in de kogellagervatting gedrukt.

4.
Het tussentandwiel (rechte tanden) voor de achteruit zit op een aparte schakelas. Bij inschakeling van de achteruit wordt het tussentandwiel in zowel het torentandwiel als op het tandwiel dat aan de schakelmof zit, geschakeld. De 4 uitgaande tandwielen draaien linksom (gezien vanaf de distributiekant) en het achteruittandwiel draait rechtsom en nemen bij inschakeling de hoofdas mee.
Het 4e tandwiel draait direct op de hoofdas, die daar ter plaatse van oliegroeven is voorzien, het 3e en 2e tandwiel draaien op bussen die uitwendig van oliegroeven zijn voorzien en het 1e tandwiel draait op een afstandsbus (zonder oliegroeven) met twee naaldlagers. Tussen deze laatste afstandsbus en het kogellager zit een afstandsring (platte kant naar het tandwiel).

5.
BlokkeerinrichtingDe schakelassen en de blokkeerinrichting. Voor het schakelen zelf zijn 3 lange assen aanwezig die links in een verende blokkeerinrichting lopen en rechts, vrij door het aluminium huis. De compacte blokkeerinrichting zorgt ervoor dat altijd maar 1 tandwiel kan worden ingeschakeld. Binnenin dit onderdeel zitten 3 drukveren, 3 kogels en 3 blokkeerpennen. De aansturing wordt verzorgt door een schakelvinger die op een holle as vastzit. Door deze holle as wordt een schakelstang vastgezet met een borgbout M8 slw10.
Montagevolgorde in blauwe cijfers en de assen-versnelling in zwarte cijfers.

Beoordeling inwendige werking (olie is afgetapt en wisselbak is losgenomen)

Als de deksel van de onderzijde van de bak en de linker zijdeksel zijn verwijderd, kunnen we de tandwielbewegingen goed volgen.
Als de 2 schakelmoffen in de vrij-stand staan en we verdraaien het bovenste aandrijftandwiel, dat zien we alle uitgaande tandwielen met verschillende snelheid draaien; de hoofdas (uitgaande as) en de middelste afstandsring (nr. 17) staan stil.

Wat kunnen we meten en beoordelen

Elektrisch-contact

Revisievoorbereiding en gereedschap

Als de wisselbak niet goed schakelt (synchroniseert) of verdachte geluiden maakt, kan revisie (of gewoon olie bijvullen tot het juiste niveau) de oplossing zijn. Onderzoek ook vooraf of de schakelpook zelf in orde is, de 2 lagers van de buis die in de tunnel zitten en het haakse uiteinde van de buis en tot slot de kunststof kogel aan de motor die het schakelen verzorgt.
Het komt normaal ook voor dat vanuit stilstand naar versnelling 1 schakelen niet direct soepel gaat; dat is niet altijd handig maar niet echt verontrustend. Er valt vanuit ruststand weinig te synchroniseren. Ook van de 2e versnelling naar 1 heeft wat tussengas nodig of iets langere schakeltijd. Hiervoor is het meestal niet nodig de wisselbak uit elkaar te halen.
Revisie van de wisselbak is geen eenvoudige klus, omdat je meestal niet van tevoren weet waar het eventuele probleem zit en welke onderdelen vervangen moeten worden. Bovendien hebben we enkele speciale gereedschappen nodig om de wisselbak helemaal uit elkaar te halen: een demontageplug (inbus 10) om de aandrijftandwiel-combinatie te demonteren, een speciale trekkerhuls (68 91 00 906) met een kogellager-binnentrekker-combinatie om de as van het torentandwiel verwijderen en een grote binnen-kogellager trekker om de kogellagers te verwijderen en enkele montagedoornen om de kogellagers te plaatsen, een grote momentsleutel (Ma= 100 Nm) met ring 41 mm om de hoofdas-moer vast te draaien inclusief hoofdas blokkeergereedschap en enkele borgveertangen voor binnen- en buitenringen.
Er zijn vroeger weinig garages geweest die zelf wisselbakken hebben gereviseerd; het was eenvoudiger, goedkoper en beter een ruilbak aan te schaffen en te monteren.
Als je besluit om een wisselbak te openen moet je dus eigenlijk alle onderdelen demonteren om vast te stellen wat er vervangen moet worden. Alleen de hoofdas demonteren om bijvoorbeeld alleen de synchroniseerringen te vervangen is half werk, zeker als later blijkt dat de naaldlagers van het torentandwiel of de kogellagers van de aandrijftandwiel vervangen hadden moeten worden. Wil je het goed doen is er dus één methode: finaal uit elkaar.
Omdat de kogellagers (3x) en naaldlagers (5x) helemaal open zijn (geen stofkeringen), moet er heel schoon en nauwkeurig gewerkt worden, omdat de lagers meestal opnieuw gemonteerd kunnen worden. Maak daarom de buitenzijde van de wisselbak altijd heel goed schoon voordat de wisselbak geopend wordt om te voorkomen dat er vuil in de wisselbak komt. Vooral de vervuiling via het aandrijftandwiel bij de prise-as is riskant omdat het vuil makkelijk naar binnen kan in de kogellagers.
Een ingrijpende, soepel lopende revisie, bak van de motorunit losnemen, helemaal uit elkaar halen, schoonmaken, onderdelen vernieuwen en weer compleet monteren, kost al snel circa 8 uur (onderdelen op voorraad...). Het goed reviseren van een versnellingsbak is dus echt niet eenvoudig.
Voor de specialisten of aankomende specialisten verwijs ik voor het uit- en in elkaar zetten van de wisselbak naar het NSU werkplaatshandboek, of nog beter, het Werkboek Transmissie, zie hier... Als aanvulling tot slot enkele montagetips.

Montagetips

Invetten naaldlagers en kogellagers
Als de kogellagers en de naaldlager gemonteerd worden is het raadzaam om deze in te smeren met kogellagervet. Wanneer de wisselbak in bedrijf is, wordt de smering van de naaldlagers en kogellagers verzorgt via de tandwielen zelf (omhoog werken van olie) en door spatsmering. Omdat olie-smering van het torentandwiel en het aandrijftandwiel bij de start niet aanwezig is, is van tevoren invetten dus nodig. Dit invetten is ook praktisch als de wisselbak nog niet direct wordt gemonteerd; roestvorming op de as en lagering wordt hiermee voorkomen.

Afstandsringen hoofdas
Als de hoofdas gedemonteerd wordt, moet er op gelet worden dat de 2 afstandsringen (nr. 6 en 17) nog vlakke zijkanten hebben. Door de montagedruk op de ringen kan een indrukking ontstaan, waardoor de axiale tandwielspeling te klein wordt. De ringen kunnen weer vlak geschuurd worden op een vlakplaat of worden vernieuwd. Let op de juiste montagestand van afstandsring nr. 6. De vlakke kant moet tegen het tandwiel zitten.

Meeneemtandwiel 3e/4e versnelling
Bij montage van het rechter meeneemtandwiel (nr. 11) moet er op gelet worden dat de kleine insparing bij de spiebanen aan de kant zit van het 4e tandwiel.
Voor het andere meeneemtandwiel (1e/2e versnelling) maakt de stand niet uit.

Afdichting aandrijftandwiel - keerring
Ook als de wisselbak niet uit elkaar wordt gehaald is het verstandig om de rechter oliekeerring te vernieuwen (35 x 52 x 7). Ook de O-ring in de afsluitplug aan de linkerkant moet wel eens vernieuwd worden (35 x 41). Deze O-ring is ook meestal de oorzaak van hardnekkige olie-lekkage bij de koelluchtbeplating aan de linkerkant. Als aanvulling kan de afsluitplug met O-ring tevens met rode afdichtpasta (Elring Dirko HT) gemonteerd worden.

Oude wisselbakken
De montage van oude wisselbakken (die een tijdje op de plank hebben gelegen) aan de motor is riskant, omdat door gebrek aan olie in het bovenste deel en de aanwezigheid van vocht, roestvorming kan of is ontstaan. Montage is meestal erg funest voor de bedrijfszekerheid. Onderzoek de wisselbak eerst grondig.
Olie de tandwielen en lageringen in via de gaatjes die in de tandwielen zitten.

Wisselbakken en differentiëlen
Een overzicht van alle wisselbakken in het Werkboek Transmissie...