http://www.bike.pl/wiadomosc/481/

ak dzieje się nie tylko z przedmiotami codziennego użytku, ale również z rowerami. Zaraz, zaraz, ale przecież rower to właśnie przedmiot codziennego użytku. Szczególnego znaczenia nabiera w tym przypadku rama. Jej właściwości zależą nie tylko od geometrii, ale w bardzo dużym stopniu od materiału z jakiego jest wykonana. Rodzaj materiału ma też obok marki niebagatelny wpływ na cenę ramy. Nie ma się co oszukiwać, za kilkaset złotych nie będzie ona wykonana z karbonu, czy tytanu.

Stal
Najstarszym i najtańszym materiałem do budowy ram jest stal węglowa (hi-ten). Ramy z niej wykonane nie są zbyt wytrzymałe, nie amortyzują i są bardzo ciężkie. Rower na takiej ramie zupełnie nie przyda się do poważnego traktowania, ale jako alternatywny środek transportu spełnia swoją funkcję.

Zdecydowanie lepsze są ramy zbudowane w oparciu o stal chromowo-molibdenową (cro-mo) zdecydowanie lżejszą od zwykłej stali, ale jednak znacznie cięższą od aluminium. Do połowy lat 90 był to czołowy materiał wykorzystywany do produkcji ram rowerowych. Ramy z tej stali charakteryzują się większą wytrzymałością i dużą zdolnością pochłaniania niekorzystnych drgań przenoszonych na rowerzystę. Ponadto stal chromowo-molibdenowa odznacza się dużą trwałością i nie zmienia swoich właściwości wraz upływem czasu jak ma to miejsce w przypadku ram aluminiowych. Do ich produkcji nie jest potrzebna zaawansowana technologia, stal daje się łatwo spawać i naprawiać, ale wbrew pozorom zaprojektowanie ramy stalowej nie jest rzeczą łatwą. Do spawania wysokiej klasy ram stalowych wykorzystuje się technologię TIG (Tungsten Inert Gas), spawania elektrycznego w osłonie gazu obojętnego, najczęściej argonu lub helu. W celu wyeliminowania niepożądanych naprężeń wewnętrznych powstałych podczas spawania stosuje się wygrzewanie zespawanej ramy w wysokiej temperaturze. Od wielu lat stalowe ramy szosowe wykonywane są we włoskich wytwórniach, często ręcznie i na zamówienie, przez co maja duszę, ale też i niebagatelną cenę.

W tańszych rowerach można spotkać rozwiązania, w których wykorzystuje się zarówno stal cro-mo jak i stal hi-ten, w droższych rury cro-mo mogą być cieniowane, tzn. że grubość ścianki rury zmienia się i jest większa na końcach i mniejsza w środku. Stosowanie tego zabiegu ma na celu zmniejszenie masy ramy przy zachowaniu jej parametrów wytrzymałościowych.
Niewątpliwą i największą wadą ram stalowych jest ich mała sztywność, która oczywiście można osiągnąć stosując większe przekroje rur, ale kosztem znacznego wzrostu masy. To prawdopodobnie było przyczyna wyparcia ich z rynku przez ramy aluminiowe.

Aluminium
Stopy aluminium to obecnie najpopularniejszy materiał ram rowerowych. Historia ram aluminiowych sięga lat 80, ale w zasadzie pod strzechy trafił w II połowie lat 90. Aluminium tak jak stal jest materiałem tanim i lekkim, a do jego spawania wykorzystuje się podobne technologie jak przy produkcji ram stalowych (TIG i wygrzewanie). Jego ciężar stanowi zaledwie około 35% ciężaru stali, jest odporne na korozję, ale mniej wytrzymałe od stali. Zwiększenie wytrzymałości bez znacznego zwiększenia masy rozwiązuje się poprzez stosowanie cienkościennych, często cieniowanych rur o dużym przekroju zewnętrznym. Procentuje to otrzymaniem ramy nieco lżejszej i nieco mniej wytrzymałej od ramy stalowej, ale zdecydowanie od niej sztywniejszej. Ma to niebagatelne znaczenie w sporcie, gdzie wskazane jest maksymalne przekazanie energii z pedałowania na koła, a nie na „wyginanie” ramy. Wniosek z tego może być tylko jeden. Ramy aluminiowe nie są zbyt komfortowe, nie tłumią drgań tak dobrze jak podobne ramy stalowe nie wspominając o tytanowych, czy karbonowych.

Warto przypomnieć, że ramy aluminiowe tracą swoje właściwości wraz z wiekiem, nawet wtedy, gdy siły na nie działające nie przekroczyły wartości granicznych. Po kilku latach w okolicach spawów mogą pojawić się rysy i pęknięcia, które właściwie nie dają się naprawiać jak w przypadku ram stalowych. Pamiętać należy, że naprawa jakiejkolwiek ramy nie zapewni jej pierwotnych właściwości i tak naprawdę ramy naprawia się niezwykle rzadko.

Tytan
To dobrze znany od lat materiał na ekskluzywne ramy. Z rowerowego punktu widzenia to materiał wręcz doskonały. W stosunku do stopów stalowych i aluminiowych jest zdecydowanie wytrzymalszy, odporniejszy na zmęczenie, korozję i utlenianie, a także w miarę lekki i co chyba najważniejsze, znakomicie tłumi drgania. Jest jednak druga strona medalu. Tytan jest drogi i bardzo trudny w obróbce. Odwdzięcza się jednak właścicielowi trwałością. Powszechnie uważa się, że jedna tytanowa rama starcza na całe życie.

Chcąc ominąć duże koszty konstruktorzy ram sięgnęli po nowe materiały, stopy z użyciem magnezu, czy włókna węglowe (karbon). Obecnie tytan i jego zdolności absorpcji drgań wykorzystywane są dość powszechnie w postaci prętów do wysokiej klasy siodełek.

Magnez
Materiał stosunkowo nowy na rynku rowerowym. Jego niekwestionowaną zaletą jest tak jak w przypadku tytanu zdolność pochłaniania drgań. Ciężar właściwy magnezu jest o ponad 30% niższy od ciężaru właściwego aluminium. Można powiedzieć, że to kolejna rewelacja. Kto chciałby mieć komfortową i lekką ramę? Pewnie wszyscy. Problem w tym, że stopy z użyciem magnezu są obdarzone niższą wytrzymałością niż tytan i aluminium i wymuszają stosowanie rur o skomplikowanych przekrojach i większych średnicach, co oczywiście niweluje różnicę w masie ramy. Ponadto trochę trudności w procesie produkcyjnym powoduje, że jest to materiał drogi. Czy wygra z kompozytami i czy technologia stanie się tańsza, czas pokaże.

Kompozyty
W przypadku ram z włókien węglowych lepiej zacząć od wad, a właściwie jednej wady, astronomicznej ceny. Jeśli ktoś przełknie tę drogą pigułkę pozostałe wady będą nic nie znaczącym problemem. Śmiało można powiedzieć, że carbon to wierzchołek góry lodowej wśród materiałów. Można pokusić się o stwierdzenie, że w każdej dziedzinie, za wyjątkiem ceny, bije na głowę pozostałe materiały stosowane do konstrukcji ram rowerowych. Jest lekki, wytrzymały, znakomicie pochłania drgania, cechuje go odporność na korozje i co też bardzo ważne nie traci swych właściwości z wiekiem. No i ten wygląd.
Pewne wątpliwości nasuwają się jeśli chodzi o wytrzymałość na uderzenia. W tej dziedzinie carbon nieco odstaje od metali, które pod wpływem uderzenia punktowego ulegną deformacji, natomiast carbon ma tendencję do pękania. I co gorsze proces pękania ramy carbonowej rozpoczyna się od środka, tak wiec nie sposób go zauważyć. Dzieje się tak również na skutek wady fabrycznej ramy. Nie znaczy to oczywiście, że uderzenie kamienia o ramę spowoduje jej pęknięcie, ale uderzenie ramy o kamień może ten proces zapoczątkować.

I tyle właściwie by wystarczyło gdyby nie fakt, że carbon to tylko materiał, z którego trzeba ukształtować ramę. Właśnie proces produkcji ramy jest największym problemem i największą tajemnica producentów. Zasadniczo istnieją dwie metody wytwarzania ram z użyciem kompozytów.

Pierwsza z nich polega na łączeniu gotowych rur przy pomocy łączników (muf), podobnie jak kiedyś tradycyjne ramy stalowe. W dzisiejszych czasach rury karbonowe produkuje się na skale przemysłową, więc problem tkwi tylko w prawidłowym ich doborze i w zastosowanych łącznikach. Te ostatnie są wykonane z materiałów tradycyjnych (aluminium, tytan) jak też z włókien węglowych, co zresztą jest rozwiązaniem najlepszym z punktu widzenia przenoszenia obciążeń, ale też drogim. Tego typu rozwiązania stosuje się w tańszych, choć podkreślam nie tanich ramach.

Drugą metodą jest metoda skorupowa (monocoque). Polega ona na układaniu warstw tkaniny z włókien węglowych na rdzeniu z pianki lub w formie wypełnionej gazem i łączeniu ich przy pomocy żywic epoksydowych. Dzięki tej metodzie powstają ramy i inne elementy, jak łączniki, czy wsporniki kierownicy o dowolnych i wyszukanych kształtach. Trzeba pamiętać, że każdy rozmiar ramy musi być formowany w innej formie, zupełnie inaczej niż w przypadku gotowych rur przyciętych do odpowiedniej długości. Powoduje to, że produkcja tą metodą jest czasochłonna i droga.

O właściwościach rur jak i elementów wyprodukowanych metodą skorupową decyduje zarówno ilość użytych włókien jak i wzajemne ułożenie ich względem siebie. Dzięki temu każdemu elementowi można nadać konkretne właściwości (sztywność) w wybranym jego przekroju, bez konieczności zmiany jego wymiarów, tzn. przy takim samym przekroju element może mieć różną sztywność. Nie jest to możliwe przy zastosowaniu metalu, który jest pod tym względem jednorodny.

Włókna węglowe znajdują w kolarstwie zastosowanie nie tylko w postaci ram, ale również dość powszechne staja się kierownice, wsporniki, a w rowerach szosowych widelce. Komponenty te choć tak jak i ramy nie są tanie, to jednak zdecydowanie bardziej przystępne, a całemu rowerowi na pewno dodają smaczku. Za kilkaset złotych amatorzy szosówek mogą drogą kupna stać się posiadaczami karbonowego widelca, ale wtedy jazda na końcu peletonu już im nie przystoi.

Pozdrowienia z siodełka
Paweł Borowski