Tekst en foto’s Dick Esselink (Technische Commissie)

De versnellingsbak in een oldtimer kan afbreuk doen aan het rijplezier wanneer bij het schakelen de tanden knarsen of wanneer deze zingt of jankt. Eigenlijk zijn er dan drie opties: ermee leren leven, een andere gebruikte versnellingsbak plaatsen, of de versnellingsbak (laten) repareren.

In mijn geval was de wens om de originele versnellingsbak te behouden en de nieuwsgierigheid naar hoe zo’n bak werkt de reden om zelf aan de slag te gaan. De versnellingsbak van mijn Citroën ID19P uit 1958 wilde bij de aankoop in 2008 niet in de vierde versnelling schakelen. De bak had geen bijgeluiden. Met het deksel van de bak eraf is het binnenwerk bekeken. De tandwielen van de 4e versnelling waren niet zichtbaar beschadigd. Stilstaand schakelde deze versnelling soepel in. Het tandwiel van de 1e op de prise-as was messcherp gesleten. Op het tandwiel van de 1e op de pignon-as waren de flanken van de tanden ingevreten. Ook viel op dat de flanken van het kroonwiel (differentieel) ingevreten waren. Later bleek dat er op de pignon-as 1,5 mm axiale speling zat. Toen ik dat op een beurs aan een Fransman vertelde was zijn conclusie: il est mort.
Reden genoeg om voorlopig een andere gebruikte versnellingsbak te monteren. Deze vervangende bak was dus niet origineel en huilde bij bepaalde snelheden vervelend. Zou het mogelijk zijn om de originele bak toch te repareren? Zou die dan stil zijn? Zijn er nog nieuwe onderdelen te vinden? Is het hulpgereedschap om de versnellingsbak af te stellen nog beschikbaar? Maar eerst iets over de versnellingsbakken die tussen 1955 en 1975 zijn gemaakt.

Verschillen

De versnellingsbakken in de Citroën DS en ID zijn ten opzichte van de versnellingsbak in de Traction Avant een verbetering. De bakken in de Traction staan bekend om de zwakke constructie. De oorzaak was het tijd- en geldgebrek bij de ontwikkeling. De oorspronkelijke bedoeling was, de Traction Avant te voorzien van een automatische transmissie. Met die bak waren problemen. De automaat had de bijnaam Friteuse omdat die de olie steeds aan de kook bracht. Tijdens een praktijktest vanaf de fabriek naar de rand van Parijs, strandden alle drie de auto’s. De ingenieurs van Citroën besloten tot een noodgreep en er werd in een tijd van ongeveer drie weken een handgeschakelde drieversnellingsbak in elkaar gezet die moest passen in het huis van de automaat, zodat Citroën het niet zou merken. Deze versnellingsbak zou tot het einde van de productie een van de zwakste schakels van de Traction Avant blijven, onder meer door de minimale wanddikte van het versnellingsbakhuis. De bakken bleken vooral zwak wanneer er met te weinig gevoel geschakeld werd. Dan kon het versnellingsbakhuis scheuren.
De eerste versnellingsbakken voor de DS en ID waren dus beter, maar beslist niet perfect. Nu zijn ze schaars. Dat is ontstaan toen de hausse van het invoeren van de ID’s en DS’en (einde jaren 70 en begin jaren 80) op gang kwam en er daarmee ook weer oude types op de weg in Nederland verschenen.

Versnellingsbak oud type (links), te herkennen aan de as koppelingsvork en het schroefgat boven op de rand van het koppelingshuis. Rechts het nieuwe type versnellingsbak (korte slagmotor), halfautomaat DS, vanaf september 1965.

Het noodzakelijk wisselen van versnellingsbakken van oudere modellen was schering en inslag. Vanwege zingen, janken en kraken. Gereviseerd werd er niet, over het algemeen was nog betrekkelijk eenvoudig aan oude bakken te komen. Later werden deze bakken ook geschikt gemaakt voor de Tractions.
De versnellingsbakken in de D-modellen zijn op verschillende manieren in te delen. Er is een onderscheid tussen de bakken voor de lange- en korte slag motoren. Verder zijn er handgeschakelde en half automatische versnellingsbakken. Vanaf december 1971 was de volautomatische Borg Warner versnellingsbak in combinatie met een DS21 motor te leveren. In de beginjaren was het eenvoudig: een DS had een halfautomaat en de ID een handgeschakelde bak. Vanaf februari 1963 werd het al iets ingewikkelder: de DS kon toen met een handgeschakelde ID-bak worden geleverd.
Door de jaren zijn modificaties in de versnellingsbakken aangebracht: een schuin kantje aan een tandwiel, een verbeterde synchronisatiering, een kroon- en pignonwiel met verschillende aantallen tanden, een gesynchroniseerde 1e versnelling (oktober 1962) et cetera. Citroën informeerde de dealers over alle technische wijzigingen in Notes Techniques (NT), informatiebulletins en servicebulletins. Tussen januari 1956 en juni 1961 verschenen al 10 Notes Techniques die betrekking hebben op veranderingen in de versnellingsbak. Ze zijn terug te vinden via www.HD19.net. Op onze site zijn servicebulletins en technische mededelingen uit de jaren 70 te vinden in het archief.
Sommige modificaties waren ingrijpend: begin 1961 ging de tweede versnelling van 18×34 naar 17×33 tanden. Bij reparatie was het noodzakelijk om een set onderdelen, waaronder het tandwiel voor de achteruit, te vervangen. Zo’n wijziging werd doorgevoerd om een technisch probleem op te lossen of om mee te gaan in de ontwikkelingen in de markt. Ook sterkere motoren met een gewijzigde vermogenscurve vroegen om een aanpassing van de versnellingsbak. In de beginjaren werd zelfs een versnellingsbak geleverd die afgestemd was op rijden in de bergen.
Met de introductie van de korte slagmotor in september 1965 kwam er een nieuw ontworpen versnellingsbak. Deze bak bleek een aanzienlijke verbetering. De hoofdopzet van deze bak bleef ongewijzigd tot het laatste productiejaar en had een modulaire opzet. De bak werd voortdurend aangepast aan de motoren die Citroën voerde. Dat leidde tot andere tandwielverhoudingen en differentiëlen, de toevoeging van een 5e versnelling, sterkere lagers en verbeterde synchromesh. Bij de injectiemodellen met een 4-bak werd de drukregelaar met voorraadbol aan de zijkant van de bak gemonteerd.

De originele versnellingsbak: het schroefgat op de rand van het koppelingshuis ontbeekt.

Werking

De versnellingsbak kent vier hoofdonderdelen: de versnellingsbak, het differentieel in het koppelingshuis en de differentieel-assen. De motor levert slechts bij bepaalde toerentallen een maximaal koppel. Het doel van de versnellingsbak is om een optimaal koppel ter beschikking te hebben bij alle snelheden. Eigenlijk is er sprake van een vertragingsbak.
De versnellingsbak heeft twee assen: de prise-as die via de koppeling is verbonden met de krukas en de pignon-as die gekoppeld is met de aandrijfassen (via het differentieel). Op deze twee assen zijn 4 of 5 stellen tandwielen gemonteerd. De tanden van ieder tandwielstel zijn continu met elkaar in verbinding. Van ieder stel tandwielen is één tandwiel vast verbonden met een as, meestal de pignon-as. Op de andere as (meestal de prise-as) kan het bijbehorende tandwiel vrij over de as draaien.
Een versnelling wordt ingeschakeld door dit ‘vrij draaiende’ tandwiel te koppelen met de as. Het soepel koppelen van het vrij draaiende tandwiel aan de as verloopt via synchromesh-ringen. Deze remmen het vrij draaiende tandwiel af zodat de koppeling met de as zonder tandengeknars tot stand komt.

Links de nieuwe synchronisatie-ring; aan de rechterkant een versleten exemplaar.

Klachten en storingen

De meeste eigenaren zullen het voor lief nemen wanneer een versnellingsbak een beetje kraakt of zingt. Het alternatief is ingrijpend: de bak uit de auto halen en (laten) repareren. Soms is niet duidelijk wat precies de oorzaak van het geluid of gekraak is. Bij een revisie wordt de bak uit elkaar gehaald, alle onderdelen kritisch bekeken en versleten onderdelen vervangen. Het is jammer dat pas na het inbouwen van de versnellingsbak duidelijk is of alle storende geluiden in de bak zijn verdwenen. In een proefstand kan wel worden bepaald of een bak goed schakelt en onbelast geen vervelende geluiden maakt, maar onder belasting kunnen alsnog ongewenste geluiden optreden. Het kan dus tegen zitten.
De lagers, tandwielen en synchromesh in onze versnellingsbakken slijten door het gebruik. Maar ook door onvoldoende olie verversen, te snel schakelen of verkeerde olie. Soms is het erger, een tand breekt uit een tandwiel of een naaldlager begeeft het, met een grote kans op vervolgschade. Een bekend fenomeen is het knarsen van de tanden bij het schakelen, vooral bij hogere toerentallen. Vaak is dat de tweede versnelling, maar ook andere versnellingen kunnen kraken. Vrijwel altijd is de oorzaak een versleten synchromesh-ring waardoor het te koppelen tandwiel onvoldoende is afgeremd voor een geruisloze koppeling. Voor het tweede type versnellingsbak (korte slagmotor, DS na 9/65 en ID na 9/66) zijn er goede gebruikte en nieuwe synchromesh ringen beschikbaar. Voor het eerste type versnellingsbak (lange slagmotor) is het zoeken naar oude voorraad of goede gebruikte onderdelen.

Links: messcherp afgesleten tanden van de 1e versnelling. Midden: Synchromesh 4e versnelling. Rechts: nieuwe synchromesh ringen 3e en 4e versnelling.

Een andere kwaal is het ‘janken’ van een bak. Dat kan meerdere oorzaken hebben. Versleten kraaglagers aan de voorzijde van de bak veroorzaken vooral gejank in de hogere versnellingen. De remedie is deze lagers te vervangen. Ook hier zijn voor het laatste type versnellingsbak zowel goede gebruikte als nieuwe lagers (die door middel van bussen zijn aangepast) beschikbaar. Veel nieuwe onderdelen (synchromesh, lagers, kroonwiel en pignon-as, prise-as) worden door Harry Martens geproduceerd. Voor het eerste type bakken is het lastiger: deze kraaglagers zijn, zelfs gebruikt, moeilijk te vinden. Een tweede oorzaak van gejank kan het differentieel zijn. In dat geval is het janken (of zingen) in alle versnellingen aanwezig. Tenslotte kunnen de lagers in differentieelassen (direct achter de remschijven) versleten zijn. Iets dat veel voorkomt. Dat veroorzaakt schokkerig remmen doordat de remschijven slingeren.
Tenslotte is de versnellingsbakolie van belang: in deze versnellingsbakken mag uitsluitend olie met de specificatie GL4. Als er met kleine lettertjes op de verpakking GL4 staat en daarbij ook geschikt voor GL5, dan is deze olie niet geschikt. In GL4 zitten geen dopes die de bronzen legeringen (synchromesh) aantasten. In het clubmagazijn wordt de juiste olie verkocht.

Links op de foto het koppelingshuis met differentieel, rechts de versnellingsbak.

Revisie

De eerste stap was klein: het differentieelhuis met daarin de differentieel-as demonteren. Vaak is het lager versleten dat deze as ondersteunt. Voor de demontage is een pijpsleutel van 44 mm nodig om de moer op de differentieel-as los te maken. Nergens te koop, maar eenvoudig zelf te maken: op een stalen pijp een ronde staalplaat lassen waarin een zeshoek van 44 mm is gevijld. Met een kunststof hamer is de differentieel-as uit het huis geslagen.

Het demonteren van de opsluitmoer van de pignon-as, nadat deze is geblokkeerd door 2 versnellingen tegelijk in te schakelen.

Om de opsluitmoer van het differentieel-as lager los te maken is hulpgereedschap nodig uit het magazijn. Het lager is daarna uit het differentieelhuis geduwd. Na schoonmaken van het lager was zichtbaar dat de loopbanen van het lager ingepit waren: totaal versleten. De slijtage is ook hoorbaar door de lagers in de hand rond te draaien: het leek wel een grindpad.

De differentieelas is los van het koppelingshuis (links). Na het verwijderen van de ringmoer kan de differentieel naar buiten geperst of geslagen worden (midden). Pijpsleutel 44 voor het demonteren van de differentieelas (rechts).

De opbouw begon met het monteren van nieuwe lagers (standaard in de handel). De oude opsluitmoer zat vrij los. Daarom is het aluminium differentieelhuis verwarmd zodat de moer iets verder aangedraaid kon worden (aluminium zet meer uit dan staal). Het is gebruikelijk om de oliekeerringen te vervangen. Helaas, nergens meer te vinden. Uiteindelijk is de gok genomen en zijn de oude keerringen gebruikt.

Hulpgereedschap voor afstelling pignon-as.

Als ze al lekken, in het differentieelhuis zit een opvang met lekslangetje er aan. Ter controle zijn aan de lekslangetjes kleine kunststof flesjes bevestigd, zo is altijd te controleren of en hoeveel olie er weglekt. De differentieel-as moet door het lager geperst worden. Belangrijk is de binnenring van het lager hierbij te ondersteunen met een passende stalen pijp.
Het koppelingshuis verwijderen was de volgende stap. Het differentieel met kroonwiel en de differentieellagers met stelringen zijn dan zichtbaar. De flanken van de tanden van het kroonwiel en het pignon waren diep ingevreten. Niet meer te gebruiken. Omdat het kroonwiel en de pignon-as bij elkaar horen was het duidelijk: er is een nieuw kroonwiel met pignon-as nodig. In de versnellingsbak was een set van 9×35 tanden gemonteerd. Nergens meer te vinden. Het alternatief was een n.o.s. set van 8×31 tanden, die vanaf september 1959 door Citroën als vervanger werd geleverd. Heel bijzonder omdat er twee versies van deze pignon-as bestaan en dit de juiste was. Herman Jansen had hem liggen. Op de kop van de pignon-as is de afstelling (in honderste millimeters!) gegraveerd. Het hulpgereedschap had Albert-Jan Bulder liggen. Voordat de versnellingsbak uit elkaar werd gehaald is de afstelling van de versleten pignon-as gecontroleerd. Die week 1,5 mm af.

Linksboven: opsluitmoer en kraanlager zijn verwijderd. Rechtsboven: code en afstelling op de oude pignonas. Linksonder: demonteren opsluitmoer van de priseas. Rechtsonder: de prise-as op volgorde gelegd.

Dan blijkt dat voor het verwijderen van de opsluitmoer van de pignon-as zoveel kracht nodig is dat de kale versnellingsbak onvoldoende houvast biedt. Door het koppelingshuis even terug te plaatsen is er meer houvast en lukt het losdraaien van de moer. Dat kan ook door een stalen profiel tussen de tapeinden van de versnellingsbak te schuiven. De oorzaak van de axiale speling was het kraaglager aan de voorzijde van de bak. Het originele lager (SKF) is in een vroeger leven vervangen door een lager ‘made in Italy’. Dat was totaal versleten: vreetsporen in de lagerschalen en 1,5 mm axiale speling tussen de binnen- en buitenring. Dit lager fixeert de pignon-as in axiale richting. Doordat de pignon-as 1,5 mm kon verschuiven was de afstelling van de speling tussen kroonwiel en pignon-as zo groot dat de tanden niet meer over elkaar gleden, maar in elkaar hapten.
De oorzaak van de versleten tandwielen van de eerste versnelling werd ontdekt toen met de hand (via het deksel op de bovenzijde van de bak) de eerste versnelling werd ingeschakeld. Na weer uitschakelen, werd de tweede versnelling ingeschakeld. De bak blokkeerde, alsof er twee versnellingen gelijktijdig ingeschakeld waren. Nadat het tandwiel over de pignon-as iets was opgeschoven draaide het weer soepel. Normaal is dat onmogelijk, maar door de axiale speling van de as lukte het nu wel. Bij de demontage van de pignon-as was het tandwiel van de eerste versnelling nauwelijks te verwijderen. Iets dat normaal een kwestie van schuiven is. In dit geval was de keuze helder. Er zou zowel een nieuwe pignon-as als een nieuw tandwiel komen, dus met enig geweld is de as gedemonteerd.
Daarna werd duidelijk wat er aan de hand was. Het tandwiel van de eerste versnelling draait om de pignon-as, zonder een lager. Gesmeerd door de olie in de versnellingsbak. Op de pignon-as was de rand van het loopvlak gestuikt. Daar heeft iets (vermoedelijk een afgebroken stukje staal) behoorlijk klem gezeten. Het tandwiel draaide met grote weerstand over de as. Alsof deze versnelling half ingeschakeld was. Dat is geen probleem wanneer de eerste versnelling is ingeschakeld. Dan is dit tandwiel gekoppeld. Maar wel als een volgende versnelling wordt ingeschakeld: dan krijgen de tandwielen van de eerste versnelling en de volgende versnelling (en de synchromesh) het zwaar te verduren. Dit was de verklaring voor de versleten tandwielen van de eerste versnelling.

Linksboven: lege versnellingsbak en koppelingshuis, hat het schoonkaken. Rechtsboven: met een mestrekker verwijderen van oude differentieellagers. Linksonder: slijtage kroonwiel; de flanken zijn ingevreten. Rechtsonder: nieuwe onderdelen.

De vierde versnelling

Bij het inschakelen van de tweede, derde of vierde versnelling moet de synchromesh-ring het vrij draaiende tandwiel afremmen om de koppeling tot stand te brengen. Als dan de eerste versnelling nog ‘ingeschakeld’ is door het zwaar lopende tandwiel, moet de synchromesh-ring forse krachten opvangen. Die is daarop niet gebouwd. De schade is vrij uniek. Normaal is het glijvlak van de synchromesh-ring versleten. In dit geval was het even zoeken: er zijn drie sleuven waarin pallen de synchromesh-ringen met enige speling vasthouden. Die sleuven waren door de grote krachten links en rechts vervormd (gestuikt). Daardoor kon de synchromesh-ring teveel ronddraaien en de koppeling blokkeren in plaats van faciliteren. Ook bij de synchromesh-ring van de 3e versnelling waren deze sleuven gestuikt. Het synchroniseren van de tweede versnelling werkt niet met ringen, maar met pennen. Daar was op het oog geen schade te zien.
Ook voor een oude versnellingsbak zijn nieuwe onderdelen met enige moeite te vinden. Ze zijn onder andere gevonden bij Herman Jansen: een kroonwiel en pignon-as, een eerste versnelling tandwiel, de synchromesh ringen 3e en 4e versnelling, een stelring voor de pignon-as, een lager voor de prise-as en een gebruikt kraaglager voor de pignon-as. Alle overige lagers zijn standaard in de handel verkrijgbaar en zijn uit voorzorg vervangen.

Van links naar rechts: bepalen vulringen in voordeksel van de versnellingsbak; dikte stelring meten; de pignon-as is gemonteerd met stel- en vulring in het deksel. Nu kan de afstelling van het pignon gemeten worden; pignon-as; meten van de afstelling pignon-as.

Alle assen gemonteerd.

De pignon- en prise-as opbouwen is eenvoudig: op volgorde van demontage de tandwielen, stelring et cetera op de assen plaatsen. In het garage handboek is ervoor gewaarschuwd: let erop dat de schuifring van de synchronisatie er niet afgeschoven wordt: dan vliegen de pallen en kogeltjes in het rond. Tot drie keer toe overkwam het me, de laatste keer was één kogel onvindbaar. Gelukkig is de maat (6,35 mm) standaard. Een dag later had ik 50 kogeltjes in huis. Het plaatsen van de assen in het versnellingsbakhuis leek eenvoudig. Eerst de pignon-as, dan de achteruit en tenslotte de prise-as plaatsen. De pignon-as zat er snel in, de lagers meteen geplaatst: dat draaide mooi stil! Daarna lukte het niet om de prise-as te plaatsen. Net te weinig ruimte. Na wat puzzelen zijn de lagers van de pignon-as eruit gehaald, zodat deze as iets kon zakken. Daarna is de prise-as geplaatst, inclusief de lagers, en tenslotte de lagers van de pignon-as. Een volgende keer gaat dat sneller.

Het differentieel met nieuwe lagers.

Vloeibare pakking als afdichting.

Op de pignon-as is de maat gegraveerd tussen de geslepen kop van de pignon en het hart van het differentieel. De afstelling is geregeld met een vulring. Afstelling niet goed? Kraaglager demonteren en andere vulring gebruiken. Citroën leverde destijds 40 verschillende ringen met een onderlinge verschil in dikte van 0,04 mm! Dan is het fijn als Harry de Bliek een la heeft met envelopjes op volgorde.
Ook het differentieel is afgesteld. De speling tussen de tanden van het kroon- en pignonwiel is tussen de 0,19 en 0,24 mm. Ook weer afstellen met vulringen van oplopende dikte en hulpgereedschap. Bewegen van het kroonwiel, aflezen op een micrometer. Voor je het weet draait het pignonwiel mee. De oplossing is met een houten stokje de pignon-as blokkeren. Na vier keer demonteren van het rechter differentieelhuis en -links- het hulpgereedschap, de stelring vervangen en weer monteren is de afstelling 0,21 mm. Tenslotte is het linker differentieelhuis gemonteerd.

Testen

Dan volgt de eerste test: schakelt de bak in alle versnellingen? Met een oude koppelingsplaat op de prise-as is de prise-as met de hand rondgedraaid. Alle versnellingen doen het. Een paar weken later is de tweede test: is de bak stil in de auto? Eerst het goede nieuws. De lagers, het differentieel en de aandrijfassen zijn stil. Eén van de oliekeerringen is goed, de andere lekt iets. Een paar druppels. Dus eens per jaar het flesje even leegmaken. Verder schakelt de bak soepel en gemakkelijk, ook de vierde versnelling doet het weer. Wel valt op dat bij hoog toerental in de eerste versnelling en warme motor het synchroniseren van de tweede versnelling niet optimaal is. De bak schakelt dan met geluid in. Rustig en tijdig schakelen is de oplossing. Het is een teleurstelling dat de bak niet stil is. Terwijl de motor stationair draait, zingt de versnellingsbak. Het is sterker dan het geluid van de stationair draaiende motor. Als de koppeling is ingetrapt, verdwijnt het geluid. Het lijkt erop dat de tandwielen in de versnellingsbak het geluid veroorzaken. Het differentieel is uitgesloten, dat staat stil bij stationair draaien in de vrijstand. Idem de aandrijfassen. De lagers in de versnellingsbak zijn stil.

Tijd voor een testrit.

Tijdens het rijden en uitrollen zijn het differentieel en de aandrijfassen nauwelijks hoorbaar. Wel is het geluid van de tandwielen in alle versnellingen aanwezig. In de (nieuwe) eerste versnelling op de achtergrond, in de tweede versnelling dominanter, in de derde en vierde minder. Iets luider bij belasting, zachter bij afremmen op de motor. Een verklaring kan de slijtage zijn van de tandwielen van de 2e, 3e en 4e versnelling. Die tandwielen hebben het zwaar gehad toen de eerste versnelling geblokkeerd raakte. Met geweld is toen het geblokkeerde tandwiel van de eerste versnelling over de pignon-as gedraaid. Uiteindelijk was door de slijtage zoveel ruimte ontstaan dat dit tandwiel weer “vrij” draaide. De tanden ervan waren toen ingevreten. Dat geweld is door de tandwielen van de 2e, 3e en 4e versnelling overgebracht. In combinatie met de 1,5 mm axiale speling van de pignon-as hebben die tandwielen onderling een andere positie gehad. En zijn dus in een andere positie ingesleten. Nu alles is gerepareerd, is die positie weer veranderd. Dat zou het geluid kunnen verklaren. Nu is geluid subjectief. Mijn echtgenote hoort het nauwelijks en vindt het bij een oude auto horen. Ik had een een stille versnellingsbak verwacht. Na 350 kilometers is de olie vervangen. De aftapplug had een baard van metaaldeeltjes. Waarschijnlijk slijtage van de tanden. Een reden om een paar keer extra olie te verversen. Na de oliewissel is de bak tijdens het rijden stiller. De praktijk zal leren of deze versnellingsbak gaat voldoen. Het zou mooi zijn als onze Fransman ongelijk krijgt.

De versnellingsbak is gereed voor montage in de Citroën ID19P uit 1958.

Workshops versnellingsbak

De Technische Commissie heeft in haar planning staan een meerdaagse workshop versnellingsbak te ontwikkelen. Daarin zullen de deelnemers zelf demonteren, analyseren, monteren en afstellen uitvoeren. Vermoedelijk zal de eerste workshop in het najaar van 2021 plaatsvinden.