Kerékpáros Blog - Minden, ami kerékpár

Hallotta már a következőket?

- Az alumínium vázak rázósabbak rossz utakon.
- A titán vázak lágyak és hajlékonyak.
- Az acél vázak idővel elvesztik ruganyosságukat, de sokkal kényelmesebbek, mint az alumíniumból készültek.
- Az angol királynő a nemzetközi drogkereskedelem összekötő szála.

A fent példának hozott összes állítás egyformán hamis. A kerékpározás meglepően kidolgozott hiedelemvilággal rendelkezik. Sok az úgymond “hagyományos bölcselet”, és a vázgyártás kiváltképp gazdag az ilyen bugyutaságokban. Ezek széles körben elterjedt hiedelmek, melyeknek az ég egy adta világon semmi alapjuk nincs.

A valóság az, hogy minden anyagból lehet kiváló kerékpárvázat készíteni, és akármilyen tulajdonságokkal fel lehet ruházni őket azzal, hogy megváltoztatjuk akár a vázcsövek átmérőjét, falvastagságát, vagy a váz geometriáját.

Merevség, szakítószilárdság és súly

A merevség és a szakítószilárdság két teljesen más anyagszerkezettani tulajdonság, mégis gyakran összekeverik őket. Ha meg akarjuk érteni a különböző anyagok tulajdonságai közötti eltéréseket, akkor nagyon fontos, hogy megértsük, mi a különbség e két tulajdonság között.

Képzelje el, hogy egy vízszintes pozícióba lévő fém rúd egyik végét befogja a satuba, a másik végére pedig egy nagy súlyt akaszt. A fém rúd valamilyen mértékben meghajlik. Ha a súlyt levesszük, akkor a szabad vég visszaugrik az eredeti állapotba. Különböző anyagok másképp reagálnak erre a kísérletre. Van, amelyik azonos paraméterek mellett jobban meghajlik. Ezt a tulajdonságot hívjuk merevségnek.

Most pedig képzelje el, hogy egy olyan nagy súlyt helyezünk a rúd szabad végére, amitől véglegesen elhajlik, és nem ugrik vissza az eredeti helyzetbe. A rúd elgörbül, tehát megváltoztatja a formáját. A legkisebb terhelés, amitől ez végbemegy, az adott anyag elasztikus határértékét jelenti. Különböző anyagok, más-más terhelésnél érik el ezt a határértéket. Ezt nevezzük az anyag elasztikus határértékének.

A merevség nagyban befolyásolja a kerékpározás szubjektív érzését. De mivel az anyag minden esetben visszaalakul eredeti formájába, ezért semmilyen károsodást nem szenved ettől a mozgástól. A merevséget egy elasztikussági mértékkel határozzuk meg. Az egyes anyagok elasztikus tulajdonságai még akkor is majdnem változatlanok, ha ötvözzük azokat valamilyen más fémmel. Így a legjobb minőségű ötvözött acélnak is ugyan az az elasztikus tényezője, mint a vízcsövekhez használt szénacélnak.

Az elasztikus határértéknek semmilyen hatása nincs a kerékpározás szubjektív érzésére. Ez a tulajdonság csak egy bukás során jön elő, amikor eldől, hogy az adott terhelés a határérték alatt volt, és a váz nem szenvedett semmilyen károsodást, vagy a határérték felett volt és akkor láthatóan elgörbült valahol. Köztes állapot nincs. Ha nem görbült el, akkor nem károsodott. A szakítószilárdságot viszont nagymértékben befolyásolja az anyag ötvözése és az elkészítés utáni hőkezelési folyamat.

A súly a harmadik tényező, amely az adott anyag tulajdonságából fakad. Először is azt kell figyelembe vennünk, hogy mekkora az anyag sűrűsége. Ezt “specifikus gravitációnak” nevezzük. Ez a tulajdonság annyiban hasonlít a merevségre, hogy itt sem számít az anyag ötvözése. A szénacélnak ugyan akkora a sűrűsége, mint az ötvözöttnek. Az anyag nem lesz könnyebb (kevésbé sűrű) attól, hogy ötvözzük. Lehet, hogy a vázon azt a feliratot olvashatjuk, hogy anyaga “könnyű acél”, de ilyen valójában nem létezik.

Az alábbi táblázatban láthatjuk, a három leggyakrabban kerékpárváz gyártására használt fémes anyagok fent említett tulajdonságait:

Anyag	Elasztikusság	Szakítószilárdság-határérték	Sűrűség
Alumínium	10-11	11-59	168,5
Acél	30	46-162	490
Titán	15-16,5	40-120	280

Megfigyelhetjük, hogy az elasztikusság és a sűrűség tényleg többé-kevésbé független a minőségtől, míg a szakítószilárdság terén jelentős különbségek vannak az ötvözésnek és a hőkezelésnek köszönhetően. Akár milyen furcsa, a vízvezetékcsőnek, és a csodálatos Columbus SLX-es vázcsőnek ugyanúgy 30-as elasztikus értéke és 490-es sűrűsége van. Ha tehát valaki azt mondaná, hogy könnyebb, merevebb alumínium, acél vagy titáncsövekből készült a kerékpárja, az nem érti ezeket a fontos összefüggéseket.

Viszont azt is látnunk kell, hogy a szakítószilárdság területén tényleg vannak különbségek az anyagok minőségének függvényében. Ez az érték azt mutatja, hogy ha azonos átmérőjű és falvastagságú csövekből, ugyanakkora kerékpárvázat építenénk a három alapanyagból, akkor az alumínium csak 1/3 annyi terhelést bírna, mint az acél, és a titán se tudna többet, mint az acél értékének felét. Az alu váz sokkal kisebb erőhatásokra elgörbülne, és használhatatlanná válna. Viszont a súlya is csak 1/3-a lenne az acélénak. Természetesen ez az összehasonlítás irreális, mivel egy gyártó sem építene ilyen gyenge alumínium, vagy ennyivel erősebb acél vázat. Mindenképpen változtatna a cső átmérőjén, és/vagy annak falvastagságán. A merevséget legegyszerűbben nagy átmérőjű csövekkel lehet elérni. A szakítószilárdságot a falvastagsággal lehet jelentősen növelni, de az átmérő is szerepet játszik ebben. A súlyt, a két tényező együttesen befolyásolja. A gyártónak engedményeket kell tenni: ha könnyű a váz, akkor nem lesz annyira merev vagy erős. Ha merev és erős, akkor biztos, hogy nem lesz könnyű. Két jó tulajdonságot el lehet érni, de a harmadik mindig megsínyli.

Az acél és a titán

Nézzük meg még egyszer a fenti táblázatot. Láthatjuk, hogy azonos méretezésű vázak esetében a két váz hasonló szakítószilárdsággal rendelkezne, de a titán fele annyit nyomna és kétszer olyan hajlékony lenne. Ha egy ilyen vázat kipróbálnánk, valószínűleg nem éreznénk elég merevnek. Könnyű lenne maga a kerékpár, de sok energiánkat rabolná el a váz állandó deformálása. Csomagos túrákon, ahol jelentősen megnő a terhelés, akár irányítási problémákat is okozhat egy ilyen váz. A vázépítők ebben az esetben egy dolgot tehetnek: meg kell növelni a csövek átmérőjét. Így már elég merev lesz a kerékpár, a szakítószilárdsága is a legjobb acél vázakéval verseng, és a súlya még mindig csak kb. 70%-a lesz annak.

Az acél és az alumínium

Ebben az esetben még nagyobb az anyagok tulajdonságai közti eltérés. Az azonos alu váz csak 1/3 olyan nehéz, mint az acél, de nem csak a merevsége 1/3 annyi, hanem a szakítószilárdsága is. Ezt a vázat már kipróbálni is veszélyes lenne. Az alumínium csöveket jóval nagyobb átmérővel kell gyártani és a falvastagságuk is az acél többszöröse. Mindazonáltal, a megfelelően merev váz könnyebb lesz, mint a hasonló merevségű acél, de a szakítószilárdság érték elmarad a kívánatostól.

Nagy átmérőjű, vékony falú csövek

Mint láttuk, ezzel a módszerrel könnyen megnövelhetjük a merevséget, de nem sokat teszünk a szakítószilárdság érdekében. Ezt a módszert alkalmazhatjuk az acélnál is, de sajnos hamar akadályba ütközünk. Az 50 mm átmérőjű ötvözött acél cső merevebb lenne, mint akármi, amit ma meg lehet venni , de akkor olyan vékony lenne a falvastagság, hogy könnyen akár kézzel is be lehetne horpasztani. Nem beszélve arról, hogy a vékony falú csöveket nem lehetne biztosan egymáshoz hegeszteni és a kulcstartó szemek is könnyen kiszakadnának az anyagból. Ha viszont nem vékonyítjuk eléggé a fal vastagságát, akkor jóval nehezebb lenne az így megépített váz. (Lehet, hogy csomagos túrázásnál épp egy ilyen vázra lenne szükségünk.)

Merevség és kényelem

Sokan azt gondolják, hogy most az következik, hogy a nagy átmérőjű csövek, kisebb elasztikusságuk (tehát nagyobb merevségük) miatt sokkal rázósabbak. Ez nincs mindig így. Vizsgáljuk meg részletesebben, hogy mit jelent a merevség:

Attól függően, hogy milyen erőhatások érik a kerékpár vázát, beszélhetünk csavaró (torzionális) és függőleges merevségről. Ha az egyik hajtókart lenyomjuk, akkor egyfajta csavarodó mozgást idézünk elő a kerékpár vázában. A középcsapágy egy ívben mozog, melynek a nyergen elfoglalt pozíciónk a középpontja. Ezt könnyű észrevenni, és általában mindenki erre gondol, amikor merevségről van szó. A csavaró mozgás, a közhiedelemmel ellentétben jelentősen nem rontja a hajtás hatásfokát. A váz a rugó szerepét tölti be, és a befektetett energiát majdnem egészében megtéríti. Viszont a legtöbb kerékpáros mégsem rajong egy túlzottan torzionálisan rugalmas vázért. Az állandó hajlítgatás irányítási problémákat okoz, és nagy sebességnél egyenesen veszélyes lehet a kilengésből keletkező oszcilláció. Aki ki szokott állni a nyeregből, az tudja, hogy ez bizonyos “puha” vázaknál egyszerűen lehetetlen. A súlyos kerékpárosok vagy a csomagos túrázók is jobban teszik, ha nem próbálkoznak ilyen vázzal.

A függőleges merevség alatt azt értjük, ahogyan a váz viselkedik az út egyenetlenségeiből származó vibráció továbbítása terén. Itt arról van szó, hogy a kerekes mennyit érez abból a rezgésből, ami a külső gumin, a felnin, a küllőkön, majd vagy a hátsó támvillák és az üléscső, vagy az első villa révén a nyereghez, illetve a kormányfejen és a kormányon át a kezekhez jut. Ebben, mint láttuk a vázon kívül több tényező is szerepet játszik. A vázak függőleges merevségében szinte mérhetetlen a különbség. Ha van is valami eltérés, az ezreléke annak, amit egy három milliméterrel ballonosabb külső gumival (22 helyett 25 mm), 1/10 atmoszférával kisebb nyomással, vagy egy fél fokkal meredekebb üléscső szöggel elérhetünk. És akkor még nem is beszéltünk a nyeregről vagy a kormánybandázsról. Ha mégis érzünk valami különbséget két azonos geometriájú váz között, annak pszichikai magyarázata van és biztos, hogy nem a vázból ered.

Egyébirányt a külső gumi a legjelentősebb tényező az út okozta regések csillapításában. A második a nyereg. Ha már itt tartunk, akkor megállapíthatjuk, hogy akinek hosszan kiáll a vázból a nyeregcső, az mind torzionálisan, mind vertikálisan sokkal kevésbé merev kerékpáron ül, mint az akinek csak egy néhány centi látszik ki. A váznak ehhez nincs semmi köze. A jó minőségű kerekek nem nagyon csillapítják a rezgéseket. Egyesek azt gondolják, hogy a vékony hátsó támvillák, melyek az acél vázú országúti kerékpárokon szoktak lenni, csillapítanak a rezgéseken. Ez megint csak téves elképzelés, mivel pont a rezgés vonalában futnak, és így a merevségük lényegében 100%-os. Többek között Tom Ritchey próbálkozott hajlított támvillával, de sajnos ez sem segít sokat a vertikális merevség oldásában. Tehát megállapíthatjuk, hogy csak a hosszan kinyúló nyeregcső az egyetlen vázhoz tartozó elem, amely csökkentheti a vertikális merevséget. Esetleg, bizonyos esetekben, a nyeregcső függőleges síkon hátracsavarhatja egy keveset a váz üléscsövét, de ez a csillapítás se jelentős a többi tényezőhöz képest. Ha viszont a vázkészítő megváltoztatja a láncvilla hosszát, akkor kényelmesebb lesz a kerekezés, de nem azért, mert függőlegesen elasztikusabb lesz a váz, hanem mert a hosszabb láncvillával kevésbé ülünk a kerék felett, és így kisebb amplitúdójú rezgéseket érzünk.

Szénszálas vázak

A szénszálas anyagok nem fémek. A kerékpár vázgyártásban manapság éppen ezért kapnak egyre nagyobb szerepet. A különbség abból adódik, hogy a szálak teljesen más tulajdonságú “szemcsékből” állnak, mint a fémek. A szálakat úgy lehet irányítani, mint ahogy az a fa szerkezetében is megtalálható, így a kívánt irányban merevvé tehető a váz, míg más irányban elasztikus tulajdonságokkal lehet felruházni. Még visszatartja a szénszálas technológiát, hogy még nem egészen kiforrott az alkalmazási technológiája. Csöveket nem érdemes belőle építeni, mivel így nem lehet kihasználni az előnyös tulajdonságait. A kerékpár vázát viszont eddig pontosan azért építették csövekből, mivel ez tud legjobban ellenállni a különböző helyekről érkező terheléseknek. Bizonyos terhelések olyan kiszámíthatatlanok és erősek lehetnek, hogy még számítógépes modellezéssel sem lehet teljes biztonsággal meghatározni őket. Sajnos ma még a szénszálas vázak nem olyan megbízhatók, mint a fémes anyagokból készült kerékpárvázak. A leggyengébb pontok nem is a szénszálas részek, hanem ahol a fémekkel találkoznak. Ilyen például a középcsapágy beágyazott menete, a sarúk, bilincsek és a kormánycsapágy csatlakozása, ahol gyakran korrózió, kopás vagy szakadás történik.

Mint ahogy említettem, a kettős háromszögben elrendezett csövek adják a legerősebb vázat. Már több milliárd ilyen kerékpárt gyártottak az elmúlt száz év során, és okos kerékpárosok több milliárd órát töltöttek a nyeregben, hogy tökéletesítsék a technikát. Megfelelő tapasztalatokkal rendelkezünk azzal kapcsolatban, hogy a lehetséges erőhatások miként veszik igénybe a szerkezetet. Ma, ez a technológia már lényegében tökéletes. Ha tényleg valami áttörést érünk el a vázkészítés területén, az biztosan valamilyen új technológiával történik. A formázott szénszálas technológia manapság a legfejlettebb alternatíva.

Megbízhatóság

Az említett anyagok közül mindegyik megfelelően megbízható. Az alumíniumnak elméletileg végleges a ciklikus kifáradása (minden egyes határérték alatti erőhatást megjegyez és összegez), de a gyártók annyira figyelnek a tartósságra, hogy még kis mértékű súlytöbblet árán is biztosítják, hogy évtizedekig használni lehessen a vázat. Az acélnál és a titánnál ez nem kérdés. Ezek az anyagok lényegében örökké tartanak, ha nem éri a szakítószilárdság határértékénél nagyobb terhelés. A szénszálas technológia még nem mondhatja el magáról, hogy évtizedekben méri a váz hasznos élettartamát. Az acélnak még megvan az a tulajdonsága, hogy az elgörbült csöveket vissza lehet hajlítani, anélkül, hogy befolyásolnák a további szakítószilárdság határértékeket. Forrasztani is könnyebb, így akár a világ végén (vagy házilag) meg lehet javítani.

Forrás: www.sheldonbrown.com