Hasła „obręcze hookless”, “technologia hookless”, czy “opony hookless” robią ostatnio zawrotną karierę i przebojem zdobywają świat sportowych rowerów – najpierw MTB, potem graveli, a od niedawna także szosowych ścigaczy. Jednak wielu zawodników podchodzi do tego tematu z dystansem, głównie dlatego, że nie bardzo wiadomo co miałoby być nie tak z obręczami z tradycyjnym rantem i w czym technologia hookless miałaby być od nich lepsza. Tego typu nieufność i sceptycyzm, który zawsze towarzyszy nowym rozwiązaniom to jedno, a pojawiające się konkretne obawy to drugie. Wiele osób obawia się większego ryzyka zeskoczenia opony z rantu, głównie ze względu na wyższe ciśnienia stosowane w oponach szosowych niż w górskich czy szutrowych. Napisaliśmy ten artykuł aby rozwiać mgłę niepewności wokół tej nieuniknionej rewolucji. A dlaczego nieuniknionej - zapraszamy do lektury.
Mówiąc najprościej jak można - obręcz hookless różni się od obręczy tradycyjnej głównie i przede wszystkim brakiem haków na rantach, o które zaczepia się opona. Konstrukcja rantów obręczy została szczegółowo opisana w normie ISO (International Organization for Starndarization) 5775-2:2021, z której korzystaliśmy projektując nasze obręcze Pulsar 45 ARX.
Większość zawodników już oswoiła się z tematem opon tubeless czyli takich, które zalewa się specjalnym mlekiem uszczelniającym zamiast stosowania tradycyjnej dętki. Już niemal wszystkie koła wyższej klasy mają obręcze z rantami dopasowanymi do takich opon. Trzeba jednak przyznać, że nie wszystkich przekonał ten koncept i wielu pozostało wiernym tradycyjnym dętkom. Ale do rzeczy. Obręcze hookless (określane skrótem TSS, który można odkodować jako Tubeless Straight Side) wymagają stosowania opon tubeless. Wrócimy jeszcze do tego tematu omawiając kompatybilność kół hookless z oponami.
Nie ma się co czarować - technologia hookless i koła hookless nie zrobiłyby takiego zamieszania w rowerowym świecie gdyby nie podążały za nimi konkretne korzyści. A taka konstrukcja rantu pociąga za sobą szereg naprawdę niebagatelnych zalet. Najważniejsze z nich to:
• niższa masa obręczy,
• możliwość jazdy na niższym ciśnieniu,
• zwiększona odporność na dobicia,
• obniżenie oporów aerodynamicznych.
Technologia hookless niesie ze sobą poszerzenie rantów, co jak wspomnieliśmy daje możliwość obniżenia ciśnienia w oponach. To z kolei ma swoje bardzo pozytywne i bardzo odczuwalne konsekwencje. Przede wszystkim obniżenie oporów toczenia. Według ZIPPa oszczędności mocy kolarza mogą wynieść od kilku do nawet 40 watów w zależności od jakości nawierzchni – im gorszy asfalt, tym mniejsze straty mocy. Mówiąc inaczej - koła hookless wyzwalają kolarza od konieczności ograniczenia prędkości z powodu złej nawierzchni. Po prostu można jechać szybciej po dziurach i popękanym starym asfalcie - co jest główną cechą naszych lokalnych dróg. “Smoother is faster” - jak twierdzi Specialized i chyba można im wierzyć zważywszy ilość zwycięstw w wyścigu Paris-Roubaix. Niższe ciśnienie poprawia też komfort jazdy oraz przyczepność, co z kolei pozwala na dłuższe trasy bez fizycznych dolegliwości i jazdę z większą dozą pewności, adrenaliny lub w zmiennych warunkach pogodowych.
Likwidacja haka wymaga dodatkowego wzmocnienia rantu w konstrukcji obręczy hookless, co wydatnie zwiększa odporność kół na uszkodzenie podczas dobicia do podłoża. Gdybyśmy powiedzieli, że kamienie, korzenie, krawężniki i wyrastające nagle pod kołem dziury przestają być problemem to pewnie byśmy przesadzili, ale z pewnością problemy związane z dobiciem znacząco się zmniejszają. Konsekwencją jest wzrost trwałości kół i poprawa bezpieczeństwa.
Obniżenie oporów aerodynamicznych jest udowodnionym i bezspornym sposobem na poprawę prędkości i efektywniejsze wykorzystanie mocy. Technologia hookless daje możliwość lepszego spasowania opony z obręczą. Inżynierowie Zippa opracowali tzw. „Zasadę 105%”, według której dla uzyskania najlepszej aerodynamiki szerokość zewnętrzna obręczy powinna wynosić 105% szerokości opony. Tę zasadę w pełni udaje nam się stosować we wspomnianym już modelu Pulsar 45 ARX przy oponie o nominalnej szerokości 28c.
Korzystanie z dobrodziejstw obręczy hookless wymaga używania ich z właściwymi oponami. Tu jednak zaczynają się schody, ponieważ nie wszyscy producenci opon są równie entuzjastycznie nastawieni do tej technologii, co firmy projektujące i produkujące koła. Podstawowa zasada kompatybilności brzmi następująco: na obręcze hookless można zakładać tylko i wyłącznie opony z oznaczeniem tubeless ready. Nie ma obowiązku jazdy na mleku, można do nich założyć dętki, ale opona musi mieć oznaczenie TLE, TLR, UST lub podobne, które świadczy o dopasowaniu do systemu bezdętkowego. Od tej zasady są jednak dwa wyjątki. Większość opon szosowych Continental posiada ostrzeżenie „mount only on hooked rims”. Dopiero niedawno wyszedł nowy model Continental GP5000 S TR, pierwszy który jest kompatybilny z hooklessami. Drugi wyjątek to opony szosowe Vittoria, które były projektowane dość dawno, kiedy najpopularniejsza szerokość wewnętrzna obręczy wynosiła tylko 15 mm.
Obręcze hookless mają powiększoną szerokość wewnętrzną w stosunku do tych z hakiem przy tej samej szerokości zewnętrznej. Z tego wynikają kolejne wątpliwości co do kompatybilności opon z obręczami hookless. Na straży bezpieczeństwa europejskich użytkowników opon (nie tylko rowerowych), czyli tak naprawdę wszystkich Europejczyków jeżdżących na czymś, co ma koła z oponami stoi organizacja ETRTO (European Tyre and Rim Technical Organization). Co roku wydaje ona aktualizacje szczegółowo określające kompatybilność obręczy i opon. W najnowszym (2022) wydaniu tabela kompatybilności prezentuje się następująco:
Obecnie opony o szerokości 28c w rowerach szosowych to już standard. Co więcej - w najbliższych latach możemy się spodziewać dalszego powiększenia tego wymiaru. Zmiana hamulców szczękowych na tarczowe wyzwoliła opony i obręcze z ciasnych okowów przestrzeni wewnątrz ramion tradycyjnych zacisków szczękowych.
Kolejnym potencjalnym problemem przy przesiadce na hookless jest niższa tolerancja dopuszczalnego ciśnienia. Tu również z odsieczą przychodzi ETRTO, ograniczając w najnowszej normie maksymalne ciśnienie do jakiego mogą być pompowane opony na obręczach hookless do 5 barów. Może się wydawać, że to niewiele. Tu polecamy zajrzeć do naszego poprzedniego wpisu na blogu – Prognozowany spadek ciśnienia, w którym dokładnie tłumaczymy dlaczego optymalne ciśnienie wcale nie jest równe maksymalnemu. Podamy przykład – zawodnik o wadze 75 kg swoje opony 28c założone na koła Pulsar 45 ARX o szerokości wewnętrznej 25 mm powinien pompować do ok. 4 barów. To jest dla niego optymalne ciśnienie pozwalające w pełni wykorzystać możliwości swojego roweru. Tu znajdziesz kalkulator optymalnego ciśnienia.
Jeżeli będziemy się trzymać wytycznych ustalonych przez ETRTO odnośnie doboru opon odpowiedniej szerokości do obręczy, oraz nie będziemy przekraczać maksymalnego ciśnienia 72,5 psi, to nie musimy obawiać się o swoje bezpieczeństwo po przesiadce na koła na obręczach hookless. Według badań Zippa ryzyko zeskoczenia opony z rantu pozbawionego haka nie jest większe niż w przypadku tradycyjnych obręczy.
Czas na odpowiedź na pytanie dlaczego “hooklessowa rewolucja” jest nieunikniona. Według nas niedługo wszystkie wyższej jakości koła na obręczach karbonowych będą mieć ranty hookless, czy się to komuś podoba czy nie. Producenci rowerów ciągle szukają sposobów na ulepszenie swoich produktów, a każde usprawnienie okupione jest jakimiś obostrzeniami. Prawdę mówiąc współczesne koła rowerowe są już tak doskonałe, że branża rowerowa musi się naprawdę nagimnastykować i spocić, żeby wymyślić coś nowego i znacząco lepszego. Nam osobiście podoba się trend związany z technologią hookless, chociaż przyznajemy, że coraz trudniej połapać się w mnożących się jak króliki standardach, a te z kolei komplikują sprawę kompatybilności poszczególnych komponentów.
Jeżeli macie jakiekolwiek pytania lub wątpliwości dotyczące koł hookless Dandy Horse, ich doboru i konfiguracji zapraszamy do kontaktu. Zawsze chętnie odpowiemy służąc radą.
Według nas opony są najważniejszą częścią roweru, ponieważ właściwości ogumienia ma największy wpływ na charakterystykę roweru. Szczególnie odczuwalne jest to na gravelu – ten sam rower na wąskich, mocniej nabitych slickach będzie zachowywał się jak szosa endurance, a na słabo napompowanych szerokich gumach z agresywnym bieżnikiem bardziej jak hardtail do XC. Regulacja samego ciśnienia powietrza w oponach pozwala w pewnym zakresie zmieniać zachowanie roweru. W teorii zależność jest prosta – im więcej barów, tym niższe opory toczenia kosztem komfortu jazdy i przyczepności, a im niższe ciśnienie, tym wyższe opory, lepsza trakcja i komfort. Jednak w praktyce nic nie jest tak proste
Opory toczenia powstają w wyniku odkształcenia opony na styku z nawierzchnią i na skutek tarcia pomiędzy dętką, a oponą. W idealnym świecie, na bezwzględnie gładkiej powierzchni zależność pomiędzy ciśnieniem, a oporami toczenia jest prosta – im twardsze gumy, tym niższe opory. Jednak w realnym świecie nic nie jest idealne. Każda nawierzchnia – nawet świeży asfalt – ma swoją chropowatość. Mocniej napompowana opona gorzej dopasowuje się do nierówności podłoża, a to powoduje straty energii. Dlatego zasada „im więcej, tym lepiej” w tym przypadku nie ma zastosowania.
Dobór odpowiedniego ciśnienia pozwala znaleźć złoty balans pomiędzy oporami toczenia, przyczepnością, a komfortem jazdy. Aby ustalić optymalne ciśnienie w oponach trzeba pod uwagę następujące czynniki:
- Minimalne i maksymalne ciśnienie przewidziane przez producenta opony;
- Maksymalne ciśnienie dla obręczy określone przez producenta kół;
- Konstrukcję rantu obręczy (hookless czy hooked);
- Szerokość opony;
- Szerokość wewnętrzną obręczy;
- Masę zawodnika i roweru;
- Rodzaj nawierzchni;
- Typ opony, oraz sposób jej uszczelnienia.
W obliczeniu optymalnego ciśnienia przyjdzie z pomocą poniższy Kalkulator ciśnienia w oponach.
Jeżeli dla danej konfiguracji opon i obręczy przy Twojej masie optymalne ciśnienie przekracza maksymalną wartość podaną przez producenta któregoś z komponentów, wówczas zalecamy przesiadkę na szersze opony. Nigdy nie należy przekraczać maksymalnej przewidzianej wartości ciśnienia, gdyż jest to równoznaczne z utratą gwarancji.
Regularnie otrzymujemy zapytania w stylu „czy dostanę jedną szprychę?”, a na pytanie jaka szprycha jest potrzebna zwykle dostajemy odpowiedź „standardowa do koła szosowego” (w przypadku użytkowników rowerów niespecjalnie interesujących się technicznymi zagadnieniami) lub „okrągłą, prostą, czarną Sapim” (to zazwyczaj słyszymy od serwisantów z warsztatów dzwoniących z różnych zakątków Polski). Wnioskujemy po tym, że nie wszyscy wiedzą (i nikogo za to nie winimy), że większość producentów ma w ofercie szprychy o różnym cieniowaniu, kształcie i rodzaju gięcia oraz że zamontowanie różnych szprych w jednym kole, obok siebie, może skutkować ich późniejszym pękaniem. Szprychy na pierwszy rzut oka nie różnią się zbytnio, dlatego uznaliśmy, że warto rzucić nieco światła na ten temat.
Szprychy Straight Pull (SP) czyli z prostym łebkiem przestały już być egzotycznym udziwnieniem i na dobre weszły do oferty większości ważniejszych producentów kół. Idea, która przyświecała inżynierom przy ich wdrażaniu jest prosta – eliminacja najsłabszego punktu szprychy, czyli jej gięcia, powinna przełożyć się na niższą tendencję do ich pękania, a więc zaowocować wyższą bezawaryjnością. Połączenie szprych SP z misternie wyfrezowanym kołnierzem piasty, dostosowanym do nich, to konstrukcja technicznie doskonalsza niż dobrze znane szprychy z gięciem (J-bend) przeplecione przez tradycyjny kołnierz. Jednak każdy kij ma dwa końce – zmiana sposobu mocowania szprych w kołnierzach piast pociąga za sobą szereg konsekwencji wpływających na konstrukcję całego koła.
To by było na tyle jeśli chodzi o zalety tego rozwiązania. Przejdźmy do minusów szprych z prostym łebkiem.
Striaght Pulle zdobyły rynek prawdopodobnie głównie ze względu na swój nowoczesny i atrakcyjny wygląd, ale to nie znaczy, że technicznie są lepsze niż J-bendy. Niektórzy producenci piast, jak na przykład Chris King, Onyx czy White Industries nie ulegli trendowi na proste szprychy i twardo trzymają się klasycznych kołnierzy. A straight pull to wcale nie taki nowoczesny pomysł, czego dowodzi zdjęcie piasty poniżej pochodzącej z końca XIX wieku.
Zdarza się, że klienci wymagają od nas, żeby ich koła złożyć na konkretnym modelu szprych uzasadniając to zasłyszanymi od innych zawodników rewelacjami lub bazując na parametrach podanych na stronie producenta. Pierwszy argument oczywiście zamyka wszelkie dyskusje, w tym drugim przypadku natomiast różnice w wytrzymałości wynikają z różnych rodzajów stali użytych do produkcji poszczególnych modeli. Sapim podaje siłę, przy której następuje zerwanie szprychy – przykładowo dla środkowej sekcji szprychy Sapim Laser producent podaje wytrzymałość 1500 N/mm2, a dla szprychy Sapim Strong 1250 N/mm2. Na pierwszy rzut oka wydawać by się mogło, że ta druga jest słabsza, jednak wartości podane są w przeliczeniu na mm2 i porównywać je można dopiero po obliczeniu pola przekroju. Z tej nieścisłości wynika właśnie przekonanie, że szprycha CX-Ray jest „najmocniejszą szprychą na świecie” – dla materiału w środkowej jej sekcji podana jest najwyższa wśród wszystkim modeli Sapima wartość 1600 N/mm2 – oczywiście w przeliczeniu na milimetr kwadratowy. O kilka kwestii zapytaliśmy Marcina, który jest przedstawicielem marki Sapim na Europę Wschodnią:
Dlaczego na stronie podawana jest wytrzymałość środkowej sekcji dla powierzchni 1 mm2 zamiast wartości określającej wytrzymałość danej szprychy?
Podajemy wytrzymałość środkowej sekcji, ponieważ w tym miejscu cieniowane szprychy są najcieńsze. Ma to znaczenie przy obliczaniu pola przekroju szprychy – w przypadku szprych cieniowanych zmienia się ono w zależności od sekcji. To prawda, że skoro podajemy wytrzymałość sekcji środkowej, to moglibyśmy podawać ją w odniesieniu do pola przekroju, jednak jest to powszechnie przyjęty sposób przedstawienia wytrzymałości szprych większości producentów.
Jakie jest pole przekroju środkowej sekcji CX-Ray, a jakie CX-Sprint? (pole koła obliczyć jest łatwiej niż pole owalu)
Pole przekroju środkowej sekcji szprychy CX-Ray jest takie samo jak szprychy Laser, a CX-Sprint takie samo jak Sprint. Półproduktem użytym w produkcji szprych aero są szprychy cieniowane, które spłaszczamy. Pole powierzchni nie zmienia się.
Czy oprócz właściwości aerodynamicznych płaskie szprychy są w czymś lepsze od okrągłych odpowiedników zapewniających porównywalną sztywność?
Sztywność boczna jest mniejsza, ale radialna jest wyższa. Dzięki temu uzyskujemy lepszą transmisję mocy. Ponadto proces spłaszczania szprych zwiększa ich wytrzymałość.
Czy Sapim ma w planach wprowadzenie nowych modeli, jeśli tak to w jakim kierunku będzie rozwijać swoją ofertę?
Nowe projekty są w trakcie badań, jednak nie mogę udzielić żadnych informacji.
Jaka jest Twoja ulubiona szprycha?
Ograniczając się do szprych aftermarketowych, zdecydowanie CX-Ray ze względu na dużą wytrzymałość oraz niską wagę. Również budowanie kół jest stosunkowo łatwe dzięki możliwości przytrzymania szprychy, a więc łatwo zapobiec jej skręcaniu. Następną w kolejności jest D-light, który daje większą sztywność boczną koła i jest mniej podatny na uszkodzenia mechaniczne. Ale lubię też szprychę Strong, idealną dla cięższych riderów i rowerów do „zadań specjalnych” 😉
Poniżej przedstawiamy modele szprych Sapima z obliczonym polem przekroju pomnożonym przez wartość określającą wytrzymałość środkowej sekcji poszczególnego modelu.
Szprychy okrągłe:
Sapim Strong 3,14 mm2 x 1250 N/mm2 = 3925 N
Sapim Force 2,54 mm2 x 1400 N/mm2 = 3556 N
Sapim Leader 3,14 mm2 x 1130 N/mm2 = 3548 N
Sapim Race 2,54 mm2 x 1300 N/mm2 = 3302 N
Sapim Sprint 2,26 mm2 x 1300 N/mm2 = 2938 N
Sapim D-Light 2,10 mm2 x 1370 N/mm2 = 2877 N
Sapim Laser 1,76 mm2 x 1500 N/mm2 = 2640 N
Oraz płaskie szprychy:
Sapim CX-Sprint 2,26 mm2 x 1300 N/mm2 = 2938 N
Sapim CX-Ray 1,76 mm2 x 1500 N/mm2 = 2640 N
Jak łatwo wywnioskować z powyższej listy płaska szprycha CX-Sprint ma takie samo pole przekroju jak jej okrągły odpowiednik – Sapim Sprint, identycznie w przypadku CX-Raya i Lasera. Wynika to z tego, że płaskie szprychy to po prostu rozwalcowane okrągłe, pole przekroju zostaje takie samo, zmienia się jedynie jego kształt.
Dobór adekwatnych szprych o odpowiedniej długości ma bezpośredni wpływ na trwałość kół i w bardzo wielu przypadkach, gdy ktoś sam dobiera komponenty kół i przynosi do złożenia (albo przynosi już zaplecione „tylko do wycentrowania”), jesteśmy zmuszeni odmówić z poniższych względów:
Nawet jeśli pracujemy na dostarczonych częściach chcemy dać gwarancję na odpowiednio wykonaną pracę co jest wykluczone przy nieprawidłowym doborze komponentów. Jeśli posiadasz piasty lub obręcze, których chciałbyś użyć w swoich nowych kołach postaramy się dobrać najbardziej odpowiednie dla Ciebie szprychy i nyple – jest to wliczone w koszt budowy kół.
Na temat wiązania i lutowania szprych krąży wiele domysłów i mitów. Niewielka część zawodników i mechaników – zwłaszcza starszej daty – wciąż uważa, że ten zabieg przynosi szereg korzyści, z których najważniejsza to rzekomy wzrost sztywności koła. W takim razie, dlaczego obecnie jest to tak rzadko spotykana praktyka? Czy w XXI wieku nikt nie ma na to czasu? A może to po prostu … nie ma sensu?
Najważniejsze korzyści, wynikające z wiązania szprych, to:
– zmniejszenie tarcia między stykającymi się szprychami, co przekłada się na wyciszenie uciążliwych zgrzytnięć, kliknięć i skrobnięć obecnych zwłaszcza podczas mocniejszego naciskania na pedały. Zjawisko to występuje szczególnie w kołach ze słabo naciągniętymi szprychami. W czasach, gdy drewno było głównym materiałem, z którego produkowano obręcze, był to powszechny problem;
– w razie pęknięcia jednej ze szprych będą one trzymać się razem, co pozwala dokończyć zawody lub dojechać do celu bez konieczności wydobywania pękniętej szprychy z koła w trasie.
I to by było na tyle, jeśli chodzi o pewniaki. Teraz spróbujemy odpowiedzieć na pytanie czy wiązanie szprych przekłada się na wzrost sztywności. Zainteresowanych tematem sztywności kół odsyłamy do naszego wpisu na blogu pt. Demistyfikacja sztywności kół. Tak się złożyło, że akurat przeplataliśmy koło do zabytkowego tandemu Legnano z lat 70., gdy klient sobie zażyczył, by związać i zlutować szprychy. Wykorzystaliśmy okazję do tego, żeby zmierzyć sztywność boczną przed i po wykonaniu tej czynności. Jest to dość wyjątkowe koło – złożone na 40 prostych szprychach o średnicy 1,8 mm oraz miękkiej jak stary banan niskoprofilowej obręczy. Niemniej zależność, którą możemy tu zaobserwować, jest uniwersalna dla wszystkich kół. Wyniki przedstawione poniżej pokazują wyraźnie, że wiązanie i lutowanie szprych nie zwiększa sztywności bocznej. Jak zostało powiedziane w Demistyfikacji… zbyt niska sztywność radialna oraz skrętna nie są problemem w poprawnie złożonych kołach rowerowych, a zatem – upraszczając – wiązanie i lutowanie szprych nie wpływa na sztywność kół.
Odchylenie koła w miejscu obciążenia i po przeciwległej stronie:
Koło przed lutowaniem szprych - 1,36 / 0,23 mm
Koło ze zlutowanymi szprychami - 1,36 / 0,26 mm
Metodyka badania sztywności bocznej została przedstawiona we wpisie Sztywność zaplotu 16:8 VS 12:12
Współcześnie produkowane obręcze są na tyle sztywne i mocne, że pozwalają na naciąganie szprych do takich wartości naprężenia, że uciążliwe dźwięki wynikające z wzajemnego ocierania o siebie szprych na krzyżach nie są już powszechnym problemem. Natomiast obecnie produkowane szprychy są tak dobrze wykonane, że problem ich pękania (jeżeli koła były starannie składane i naciągane przez profesjonalnego kołodzieja, który umie używać tensometru) nie jest już tak częsty jak kiedyś. Zatem wszystkie benefity wynikające z wiązania szprych są już nieaktualne. Kolejnym powodem sprawiającym, że lutowanie szprych obecnie nie ma większego sensu, jest fakt, że wysokiej klasy szprychy są teraz produkowane z gładkiej stali nierdzewnej, z którą lut niechętnie się spaja. Jedyne dwa powody, dla których ciągle może być sens to robić, to estetyka lub restauracja zabytkowego roweru z dbałością o detale i z szacunkiem do historycznych rozwiązań. Jeżeli, mimo naszej opinii, nadal chcesz związać i zlutować szprychy w swoich kołach, to możesz powierzyć to zadanie nam – choć przygotuj się, że ze względu na pracochłonność tej usługi, nie będzie tanio.
Zwykle, gdy zawodnik bierze do rąk piastę rowerową, odruchowo kręci osią, by sprawdzić czy dobrze się toczy (czytaj: jaki opór stawiają łożyska). Kolarze lubią, kiedy w ich rowerze wszystko chodzi gładko, więc wszelkie opory są zjawiskiem wysoce niepożądanym. Żeby jak najmniej pary szło w gwizdek, czyli żeby cała generowana moc została zmieniona w ruch, zawodnik gotów jest nawet uszczuplić budżet na rodzinne wakacje, by kupić najlepsze łożyska do swojego roweru. Po obejrzeniu kilku sugestywnych filmików, na których koło lub korba po lekkim popchnięciu uparcie kręci się przez kilkanaście minut, zawodnik już wie, że najlepszy wybór to ceramika. Czy rzeczywiście ceramiczne łożyska sprawią, że będziesz szybszy? Czy to, jak piasty się toczą w ręku, ma jakiekolwiek przełożenie na jazdę? Prawda jak zwykle jest bardziej trywialna, niż życzyliby sobie tego marketingowcy firm sprzedających kosztowne łożyska ceramiczne.
Żeby zrozumieć zagadnienia związane z zastosowanymi w piastach łożyskami, trzeba mieć ogólne pojęcie na temat ich budowy. Łożyska używane w rowerach to najczęściej maszynowe łożyska kulkowe z podwójnymi gumowymi uszczelnieniami. Zbudowane są z dwóch stalowych pierścieni – zewnętrznego i wewnętrznego, wyposażonych w gładkie bieżnie, po których toczą się kulki. Stalowe lub ceramiczne kulki zamknięte są w koszyku, który wykonany jest ze stali lub tworzywa. Koszyk ma za zadanie utrzymywać kulki w stałych odstępach, a gumowe uszczelki, którymi łożyska są osłonięte od zewnątrz, zabezpieczać je przed wodą i zanieczyszczeniami. Uszczelki dzielą się na dwa typy: kontaktowe, które szczelnie przylegają do pierścieni, dzięki czemu lepiej chronią wnętrze łożyska kosztem większego oporu, oraz bezkontaktowe, które stawiają dużo mniejszy opór, ale przy tym gorzej spełniają funkcję ochronną. Z kolei to, czy łożysko jest dobrze uszczelnione, ma bezpośrednie przełożenie na jego trwałość.
Istnieje pięć głównych sił, które spowalniają kolarza podczas jazdy. Oto one, w kolejności od najbardziej złośliwej, do najmniej istotnej:
Podczas jazdy po płaskim terenie z prędkością 40 km/h opór aerodynamiczny stanowi około 90% wszystkich oporów, z którymi mierzy się zawodnik. Z kolei opór toczenia opon jest około 95% większy, niż opór łożysk piast i suportu. Nie trzeba być Euklidesem, żeby oszacować, że opór łożysk ma niewielkie znaczenie dla rzeczonego zawodnika. Zastanówmy się teraz, który element łożysk powoduje największe straty energii. Odpowiedź znajdziecie w grafice poniżej, udostępnionej nam przez Hambiniego (którego blog gorąco polecamy).
Źródło: https://www.hambini.com/ceramic-bearings-vs-steel-bearings-an-engineering-analysis/
Okazuje się, że za niemal 90% oporu łożysk odpowiadają uszczelnienie i smar. Aby uszczelki dobrze spełniały swoją funkcję, muszą ściśle przylegać do pierścieni łożyska. Smar zmniejsza tarcie pomiędzy kulkami i bieżniami, więc jest niezbędny do prawidłowej pracy. Kosz trzymający kulki również jest koniecznym elementem łożyska, a więc nie mamy wpływu na opór, który generuje. Odkształcenie się bieżni pod wpływem nacisku kulek – dla uproszczenia – także możemy uznać za stałe. I dopiero teraz dochodzimy do momentu, w którym materiał kulek zaczyna mieć znaczenie. Łożyska, które nazywamy ceramicznymi, to tak naprawdę łożyska hybrydowe, posiadające ceramiczne kulki i stalowe bieżnie. A więc wymiana łożysk w rowerze na ceramikę może w najlepszym razie zmniejszyć całkowity opór łożyska w obrębie pozostałych 3%. Niewiele? Na to pytanie każdy musi sobie odpowiedzieć sam.
W naszych piastach oraz przy wymianie stosujemy łożyska TPI z jedną uszczelką kontaktową (pomarańczowa) i jedną bezkontaktową (czarna).
Opór, jaki generują łożyska, może się znacząco różnić w zależności od zastosowanych uszczelnień, gęstości i rodzaju smaru, konstrukcji kosza i materiału, z którego jest wykonany oraz od kilku innych czynników. Na pewno jednak nie ma zależności między jakością łożyska, a oporem jaki stawia – tańsza piasta nie toczy się gorzej. Można nawet zaryzykować stwierdzenie, że jeżeli piasta w ręku kręci się z wyczuwalnym oporem, to znaczy, że łożyska w jej wnętrzu mają dobre, kontaktowe uszczelnienia, a więc jest spora szansa, że dzielnie zniosą duży przebieg.
Na opór, jaki stawiają łożyska, wpływ mają jeszcze dwie (dość przyziemne) sprawy. Pierwsza z nich to staranność, z jaką zostały wprasowane do korpusu piasty. Niechlujna instalacja łożysk może bardzo znacząco zwiększyć opór, jaki stawiają, a nawet doprowadzić do ich trwałego uszkodzenia. Wykres poniżej przedstawia porównanie piast pod względem generowanego oporu.
Jak widać, od klasy piasty i jakości samych łożysk ważniejsze jest to, czy łożyska zostały starannie osadzone w korpusie piasty. Precyzyjnie wprasowane zwykłe stalowe łożyska mogą pracować z mniejszym oporem, niż fabrycznie instalowana ceramika w kołach Campagnolo Bora. Wymiana łożysk na te wyższej jakości nie ma sensu, jeśli zostanie przeprowadzona przez niekompetentnego mechanika. Staranne wprasowanie łożysk znacząco wydłuża ich resurs. Koślawo wbite łożyska prawdopodobnie padną dużo szybciej, niż gdyby pracowały w optymalnych warunkach. Właśnie dlatego, aby mieć pełną kontrolę nad wrażliwym procesem instalacji łożysk w korpusach piast i bębenkach, zamawiamy piasty od producenta w częściach i sami je składamy. Dzięki temu mamy pewność, że każde koło, które opuszcza naszą pracownię, toczy się tak, jak powinno.
Drugi, również niezbyt romantyczny czynnik, mający znaczący wpływ na opór, jaki stawiają łożyska, to stan ich zużycia. Łożyska z oznakami wyeksploatowania, takimi jak wyczuwalne lub nawet słyszalne szuranie, niezależnie od tego, z jakich materiałów są wykonane i ile by nie kosztowały, będą generować większy opór niż jakiekolwiek nowe. I tutaj znów tradycyjne stalowe łożyska mają przewagę nad ceramiką – łożyska hybrydowe zużywają się dość szybko. Często już po niewielkim przebiegu twarde ceramiczne kulki uszkadzają dużo bardziej miękkie stalowe bieżnie. W niskiej jakości łożyskach ceramicznych zjawisko to widać już nawet po kilkuset kilometrach. Wykres poniżej przedstawia zmianę oporu łożysk w zależności od ich przebiegu. Jak widać, budżetowe ceramiczne łożysko Enduro tylko przez pierwszych 500 km generuje niższy opór od tradycyjnego stalowego łożyska SKF. Natomiast stalowe NTN praktycznie od początku kręci się z niższym oporem od obu pozostałych.
Czytając ten artykuł, możesz odnieść wrażenie, że naszym celem jest zniechęcanie do stosowania łożysk ceramicznych w rowerze. Nic bardziej mylnego. Przede wszystkim zależy nam na tym, żeby zwrócić uwagę na czynniki, które realnie mają wpływ na pracę łożysk w piastach, a także by uczulić Cię na marketingowe brednie, które ochoczo wciskają nam niektóre firmy. Ceramiczne łożyska mogą być niezłym ulepszeniem roweru, pod warunkiem jednak, że są wysokiej jakości i że zostały starannie zainstalowane. Jeśli nadal jesteś zafiksowany na ceramikę, to polecamy łożyska DT Swiss Sinc Ceramic – jest to produkt wysokiej jakości za rozsądną cenę (ten rodzaj łożysk jest montowany fabrycznie w piastach DT Swiss 180).
Niezależnie od tego, czy w twoim rowerze są łożyska stalowe, czy ceramiczne, pamiętaj, żeby regularnie sprawdzać stan ich zużycia. Aby to zrobić, wystarczy chwycić koło za kapsle i zakręcić nim w ręku. Powinno toczyć się idealnie gładko, bez jakiegokolwiek szurania czy chrobotania. Jeżeli jednak wyczujesz nadmierny opór, wynikający ze zużycia, nie czekaj, tylko oddaj koła na wymianę łożysk do dobrego warsztatu wyposażonego w wysokiej jakości prasę.
Bibliografia:
https://www.hambini.com/testing-to-find-the-fastest-bicycle-wheel-hubs/
https://www.hambini.com/ceramic-bearings-vs-steel-bearings-an-engineering-analysis/
https://books.google.pl/books/about/High_tech_Cycling.html?id=msdT4iQ50cgC&redir_esc=y
Mimo postępu technologicznego jaki się dokonał ciągu ostatnich lat problem przegrzewających się powierzchni hamujących w obręczach karbonowych jest ciągle aktualny. Wygląda na to, że prędzej hamulce tarczowe wyprą z rynku szczęki niż uda wreszcie się go ostatecznie rozwiązać. Czy pokrywające się pękającymi bąblami powierzchnie hamujące w obręczach karbonowych to wina producenta obręczy, niewłaściwych klocków hamulcowych, czy ich złego ustawienia? Postaramy się odpowiedzieć na te pytania.
Zgodnie z zasadą zachowania energii ilość energii w układzie izolowanym jest stała – to oznacza, ze nie może ona powstać z niczego, ani ulec zniszczeniu lub dezintegracji. W dużym uproszczeniu kolarz jadący na rowerze tworzy z tym rowerem taki właśnie układ izolowany. Pedałując zwiększa on energię kinetyczną układu kolarz-rower. Żeby mógł zahamować energia kinetyczna układu musi zostać zmniejszona. Aby to było możliwe, trzeba ja przekształcić w inny rodzaj energii. Podczas hamowania energia kinetyczna ruchu zostaje przekształcona w energię cieplną (czasami też akustyczną, kiedy klocki nieznośnie piszczą) dzięki czemu szybkość ruchu ulega zmniejszeniu. W wyniku tarcia klocka hamulcowego o powierzchnię hamującą obręczy powstaje ciepło.
W przypadku obręczy aluminiowych nie jest to wielki problem, ponieważ aluminium posiada wysoką pojemność cieplną oraz dobrze je przewodzą. Dzięki tym właściwościom ciepło powstające podczas hamowania zostaje rozprowadzone po całej objętości obręczy, a potem rozproszone w powietrzu. Temperatura topnienia aluminium to ok. 660 st. C, a temperatury, do jakich rozgrzewają się klocki podczas hamowania rzadko przekraczają 300 st. C, jak widać jest więc bezpieczny margines. W przypadku obręczy wykonanych z karbonu sprawa wygląda gorzej. Karbon jest kompozytem włókien węglowych z żywicą epoksydową. Zarówno żywica jak i włókno węglowe ma niską pojemność cieplną i słabo przewodzi ciepło wewnątrz profilu obręczy. Co więcej karbon jest dużo bardziej wrażliwy na przegrzanie.
Wartością opisującą, do jakiej temperatury dana obręcz może zostać rozgrzana jest temperatura szklenia Tg żywicy epoksydowej użytej do produkcji tejże obręczy. Po przekroczeniu tej temperatury żywica zmienia stan skupienia z ciała stałego w płynny żel. Jest to również temperatura, przy której obręcz ulega zniszczeniu i pojawiają się bąble lub pęknięcia na powierzchniach hamujących. Niestety istnieje niewiele żywic, które łączą wysoką temperaturę Tg z innymi parametrami koniecznymi przy produkcji obręczy rowerowych na wymaganym poziomie, a te które istnieją są bardzo drogie. Większość wysokiej jakości obręczy produkowana jest przy użyciu żywic o Tg mieszczącym się w przedziale 150-200 st C. Według badań Zippa karbonowa powierzchnia hamująca podczas długiego hamowania może się rozgrzewać nawet do 370 st C, a więc nie ma żadnego marginesu bezpieczeństwa. Na razie nie powstały obręcze, które byłyby w stanie znieść takie temperatury.
Uszkodzenie powierzchni hamujących w karbonowych obręczach, zwłaszcza na zjeździe, to nic trudnego. Nie jest jednak tak, że użytkownik kół na karbonowych obręczach jest skazany na jazdę z duszą na ramieniu i nic nie może poradzić na problem przegrzewających się powierzchni hamujących. Pierwszą rzeczą, którą można zrobić jest wybór dobrych klocków hamulcowych. Pamiętaj aby zawsze używać tylko i wyłącznie klocków hamulcowych zalecanych przez producenta kół. Większość producentów kół traktuje użycie klocków innych niż zalecane jako równoznaczne z wygaśnięciem gwarancji. Dobrej jakości klocki mogą pomóc w odprowadzeniu części powstającego ciepła między innymi w formie strzępiących się wiórów. Rozgrzane wióry odprowadzają część powstającego ciepła, dlatego nie należy postrzegać miękkości klocków jako wady.
Druga sprawa, to sposób ustawienia klocków. Nie wszyscy kolarze przywiązują należytą uwagę do tego, czy klocki przylegają do obręczy równolegle całą powierzchnią i naciskają na nią z równą siłą. Są to czynniki, które mogą przyczynić się do zniszczenia obręczy nawet podczas jednego zjazdu. Należy także pamiętać o korygowaniu ustawienia klocków hamulcowych w miarę ich zużywania się. Następny czynnik, możliwe że najważniejszy, to sposób hamowania. Na zjazdach należy hamować pulsacyjnie, przy użyciu obu hamulców. Na każde 3 sekundy zaciskania hamulców muszą przypadać przynajmniej 3 sekundy jazdy z rozchylonymi szczękami. Nie wolno zaciskać hamulców na dłużej niż kilka sekund ciągiem. Kilka minut zjazdu z lekko zaciśniętym tylnym hamulcem to pewna recepta na zniszczenie prawie każdej karbonowej obręczy. Kilka lat temu amerykańska firma Alto Velo przeprowadziła sugestywny test, który miał udowodnić, że ich obręcze są wyjątkowo odporne na powstające ciepło.
Pierwsze, co przychodzi do głowy po obejrzeniu testu, to że obręcze Alto Velo są najlepsze, bo nie uległy uszkodzeniu. Jest to jednak błędny wniosek. Test ten dowodzi przede wszystkim tego, że obręcze Alto Velo mają najmniej chropowate powierzchnie hamujące i podczas hamowania powstaje najmniejsza ilość ciepła. Tak naprawdę obręcze, które poddały się pierwsze mogą pochwalić się najwyższą skutecznością hamowania. W wysokiej jakości obręczach powierzchnie hamujące są bardziej chropowate, dzięki czemu zwiększa się tarcie (siła hamowania), a co za tym idzie, również ilość ciepła jaka wydziela się podczas hamowania w jednostce czasu. Nie będziemy rozwodzić się nad innymi błędami metodologicznymi autorów testu, wierzymy jednak, że są sugestywnym przykładem tego, że jeśli kolarz będzie bardzo chciał, to zniszczy każde obręcze.
Rant obręczy równoważy wiele sił i znosi duże przeciążenia. Innym sposobem na zmniejszenie ryzyka uszkodzenia obręczy na zjazdach jest pompowanie dętek lub opon do niższego ciśnienia. Redukcja ciśnienia przekłada się na obniżenie siły rozpierającej działającej na ranty obręczy, dzięki czemu będą one w stanie znieść wyższe temperatury bez uszkodzenia.
Hamulce tarczowe lub koła na aluminiowych obręczach eliminują problem w zupełności jednak aby zminimalizować ryzyko uszkodzenia powierzchni hamujących w przypadku obręczy karbonowych należy:
Dobór właściwej długości szprych jest kluczową sprawą przy składaniu kół, które mają bezawaryjnie przejechać wiele tysięcy kilometrów. Jest jedną z trudniejszych i bardziej złożonych umiejętności, które rzetelny kołodziej powinien posiadać.
Wpadki na tym polu zdarzają się wszystkim – od małych warsztatów, po największe marki. Niestety nam również. Nie ma bardziej deprymującego momentu w pracy kołodzieja niż ten, kiedy po usilnych próbach patrzenia pod różnymi kątami i naginania rzeczywistości, musi on przyznać, że koło zostało złożone na szprychach niewłaściwej długości. Jedyne słuszne rozwiązanie takiej sytuacji, to rozplecenie koła i ponowne jego zaplecenie na nowych szprychach o odpowiedniej długości przy użyciu nowych nypli. Niestety wielu mechaników w tym momencie postanawia zdradzić fizykę na rzecz magii i zaczyna czarować.
Najczęściej spotykana sztuczka to zastosowanie dłuższych nypli w celu ukrycia wystających gwintów zbyt krótkich szprych. W większości przypadków nyple, posiadają taką samą ilość gwintu niezależnie od długości i znajduje się on w „tylnej” jego części.
Zdjęcie poniżej przedstawia nypel o długości 14 mm z za krótką szprychą - jak widać dłuższa jest tylko sekcja nie posiadająca gwintu, a więc zastosowanie "czternastek" zamiast "dwunastek" jest zabiegiem czysto estetycznym i w żaden sposób nie rozwiązuje problemu zbyt krótkich szprych.
Zabieg ten prowadzi do nieuchronnego pękania nypli, już po niewielkim przebiegu, ponieważ nie sprawdzają się one w roli przedłużenia szprych. Margines akceptowalnego błędu przy doborze szprych jest naprawdę niewielki – cały gwint szprychy musi się pokryć z gwintem nypla. Aby ocenić czy długość szprych jest właściwie dobrana, należy spojrzeć od tyłu nypli pod opaskę lub taśmę. Użycie zbyt krótkich szprych może też powodować pękanie szprych na pierwszych zwojach gwintu.
Zbyt długie szprychy generują znacznie mniej problemów, o ile tylko wystająca część jest nie dłuższa niż milimetr.
Jeżeli szprychy są za długie o dwa milimetry lub więcej, oznacza to, że siła naprężenia szprychy rozkłada się na mniejszej liczby zwojów gwintu. Prędzej czy później będzie to powodować problemy.
Podstawowym narzędziem służącym do obliczania długości szprych są specjalne kalkulatory. Jednak nie biorą one pod uwagę szeregu czynników, takich na przykład przekrój szprych czy sposób, w jaki się krzyżują.
Wartości podane przez kalkulator należy traktować jako sugestie, a nie ostateczne wyniki. Z tego też powodu nie składamy kół na szprychach dostarczonych przez klientów, ani nie udzielamy porad dotyczących ich doboru. Aby mieć pewność co do doboru szprych, musimy mieć wszystkie komponenty w swoich rękach.
Na rynku dostępne są szprychy w długościach następujące po sobie o 2mm – np. 280 mm, 282 mm, 284 mm itd, a wyniki wyliczeń kalkulatora nieraz sugerują użycie np. 281 mm, 283 mm, 285 mm. Oznacza to, że składacze kół często zmuszeni są do godzenia się z kompromisami. Rozwiązaniem tej sytuacji jest skracanie szprych do pożądanej długości z dokładnością co do milimetra. Mamy to szczęście, że posiadamy najlepszą z dostępnych na rynku maszynę Morizumi, która umożliwia szybkie skracanie i gwintowanie szprych. Dzięki temu koła, które składamy, mają zawsze idealnie dobrane długości szprych. Na tym polu nie uznajemy kompromisów.
W zeszłym tygodniu umieściliśmy na naszym fanpage’u zagadkę o następującej treści:
Poniżej przedstawiamy wyniki głosowania:
Znaczna większość z Was sądzi, że zaplot 16:8 jest sztywniejszy bocznie. Czy tak jest naprawdę? Poniżej przedstawiamy odczyty bocznego wychylenia po przyłożeniu obciążnika o masie 12,86 kg wyrażone w milimetrach. Pierwsza wartość to odchylenie w miejscu obciążenia (symulującym miejsce styku koła z ziemią), druga wartość to odchylenie po przeciwległej jego stronie (im większe odchylenie w tym miejscu, tym większa skłonność obręczy do tarcia o klocki).
Koło 12:12 - 3,64 / 0,42 mm
Koło 16:8 - 5,03 / 0,26 mm
Z powyższych odczytów wynika, że koło z symetrycznym zaplotem 12:12 jest dużo sztywniejsze bocznie, w miejscu styku z ziemią, chociaż koło 16:8 będzie mieć mniejszą skłonność do tarcia o klocki. Wychylenie koła z zaplotem 16:8 jest większe o 38%. Zgodnie z prawem Hooke’a odkształcenie ciała pod wpływem działającej na nie siły jest proporcjonalne do tej siły. Możemy więc przyjąć, że wychylenie po założeniu obciążnika jest wprost proporcjonalne do sprężystości (czyli sztywności w nomenklaturze rowerowej) koła.
Nasze wytłumaczenie tej zależności brzmi następująco: kąt wejścia szprych do obręczy po lewej stronie koła jest w większości przypadków dwukrotnie większy niż po stronie napędowej. Co za tym idzie szprychy po lewej stronie mają około dwukrotnie większy wpływ na sztywność boczną.
Zaplot, w którym jest dwukrotnie więcej szprych po napędowej stronie koła zapewnia korzystniejszą relację naprężenia szprych między jego stronami, ale zmniejsza sztywność boczną koła. Z naszego doświadczenia wynika, że tradycyjny zaplot z taką samą liczbą szprych po obu stronach koła i z taką samą liczbą krzyży to pod każdym względem najlepsze rozwiązanie. Zaploty 16:8 i 14:7 i temu podobne wynalazki są lekarstwem na problem odkręcających się nypli, który nie występuje w poprawnie i starannie złożonych kołach. Jedyną realną korzyścią takiej konfiguracji szprych jest zmniejszenie ryzyka pękania szprych po lewej stronie, dzięki ich wyższemu naprężeniu, jednak kosztem obniżenia sztywności.
Równe naprężenie szprych po obu stronach koła jest czynnikiem w znaczącym stopniu wpływającym na jego stabilność oraz podatność na rozcentrowanie. Przednia piasta pod hamulec szczękowy posiada symetrycznie rozmieszczone kołnierze względem osi symetrii koła (przerywana linia A), dlatego szprychy po obu jego stronach (zaznaczone na czerwono i niebiesko) mają taki sam kąt wejścia w otwory obręczy, a co za tym idzie, równe naprężenie po lewej i prawej stronie (przy założeniu, że koło jest centryczne).
Prawy kołnierz tylnej piasty, ze względu na obecność bębenka, jest przesunięty bliżej jej osi symetrii (linia przerywana A), co przekłada się na zmniejszenie wartości kąta natarcia szprych względem obręczy. W efekcie wartość naprężenia szprych po stronie napędu (linia czerwona) jest wyższa, a po lewej (niebieska linia) niższa.
Relacja naprężenia szprych po stronie napędowej, a lewej tylnego koła jest uzależniona głównie od rozstawu kołnierzy piasty oraz ich wzajemnego stosunku wysokości. Rysunek po lewej przedstawia tylne koło złożone na symetrycznej obręczy. Oś symetrii koła (linia przerywana A) pokrywa się tutaj z linią wyznaczaną przez otwory w obręczy. Relacja kąta natarcia szprych po napędowej stronie, do lewej strony koła wynosi ok. 50%, naprężenie szprych natomiast jest odwrotnie proporcjonalne. Na rysunku po prawej przedstawione jest tylne koło szosowe złożone na asymetrycznej obręczy, w której otwory na nyple przesunięte są w lewo o ok. 2,5 mm (linia kropkowana B), względem osi symetrii koła (linia przerywana A). Skutkuje to wyrównaniem kąta natarcia szprych, a co za tym idzie, zmianą wartości naprężenia szprych po lewej stronie koła do ok. 59% wartości naprężenia szprych po prawej. Wyrównanie kąta natarcia szprych ma też inną zaletę – wzrost bocznej sztywności koła. Jednak nie ma róży bez kolców – asymetryczne obręcze mają jedną wadę: odrobinę wyższą wagę. Mimo tego, w naszej opinii korzyści z nawiązką to rekompensują.
Najbardziej znany miernik naprężenia na rynku to Park Tool TM-1. Sekretem jego popularności jest niska cena (ok. 300 zł) i wysoka dostępność. Niestety jakość wykonania tego narzędzia pozostawia wiele do życzenia. Jest bardzo nieprecyzyjny - kilka wykonanych po sobie pomiarów naprężenia jednej szprychy potrafi różnić się nawet o 10-20%. Bez uprzedniej kalibracji nie można uznawać jego wskazań za wartości bezwzględne, bo potrafią one różnić się od rzeczywistych wartości nawet o 60%. W instrukcji możemy znaleźć jedynie informację, że należy go odesłać do centrali firmy w celu poprawnego skalibrowania, co może kosztować więcej niż samo urządzenie.
Nieporównywalnie bardziej precyzyjny jest miernik Sapim, produkowany przez niemiecką firmę P&K Lie. Posiada analogowy wskaźnik zegarowy, którego mechanizm pracuje na rubinowych łożyskach, identycznych jak w zegarkach. Jego wskazania są na tyle precyzyjne, że pozwalają wyrównać naprężenie szprych z dokładnością do kilku procent. Ponadto producent daje możliwość samodzielnego kalibrowania zapewniając niezbędne do tego narzędzia. Inne mierniki warte uwagi w naszej opinii to: DT Swiss Tensio, Centrimaster, Wheelfanatyk oraz Hozan.
Oczywiście lepiej używać jakiegokolwiek miernika naprężenia szprych niż żadnego, jednak w epoce coraz bardziej wylajtowanych obręczy, które mają bardzo precyzyjnie określone górne limity naprężenia szprych, używanie nieskalibrowanego miernika może doprowadzić do uszkodzenia obręczy. Dlatego jeżeli chcesz złożyć lekkie koła (zwłaszcza, jeżeli liczba szprych w jednym kole jest niższa niż 32) lepiej powierz to zadanie warsztatowi, który posiada profesjonalne narzędzia i umie się nimi posługiwać.
Jeżeli jednak składasz i centrujesz koła na 32 lub 36 prostych, niecieniowanych szprychach lub potrzebujesz narzędzie do domowego użytku miernik Park Tool TM-1 może okazać się wystarczającym rozwiązaniem. Jego najsłabszym punktem są pękające sprężyny - jeżeli pękła w twoim, to odezwij się do nas. Możemy ją wymienić i poprawnie skalibrować twój miernik.
Na podstawie artykułu Grega Kopecky’ego.
Czy twoje koła są wystarczająco sztywne? Czy twoje dziarskie nogi pompują tyle kilowatów, że szprychy gną się jak rozgotowany makaron? Czy ze sztywnością kół jest jak z treningami–im więcej, tym lepiej?
Warto na początek zadać z pozoru proste pytanie o to, czym jest sztywność kół. Konia z rzędem temu, kto jednym zdaniem dokładnie to wyjaśni. Dyskusja o sztywności kół nastręcza wiele pytań – pies pogrzebany jest w nadużywaniu tego terminu w niewłaściwym kontekście. O jakim rodzaju sztywności mówimy i w której płaszczyźnie? Która część koła jest niewystarczająco (lub zbyt) sztywna: szprychy, obręcz, piasta? W jaki sposób cechy konstrukcyjne poszczególnych elementów koła decydują o jego sztywności? Nie będzie przesadą powiedzieć, że temat ten jest jak studnia bez dna. Postarajmy się w niej zanurzyć, rozkładając temat na czynniki pierwsze.
Zacznijmy od podstaw. Wyróżniamy trzy rodzaje sztywności koła: skrętną radialną oraz boczną.
Sztywność skrętna związana jest ze „skręcaniem się” koła, na przykład przy gwałtownym przyspieszaniu podczas sprintu (dziękujemy ekipie z MAVIC-a za poniżej przedstawione ilustracje):
Sztywność radialna dotyczy zniekształcenia koła w płaszczyźnie pionowej, na przykład przy napotkaniu wyboju:
Sztywność boczna polega na odgięciu koła na boki pod wpływem przeciążenia bocznego, jakim może być bujanie rowerem podczas podjazdu:
Powyższe jest bardzo podstawowym objaśnieniem rodzajów sztywności występujących w kole. Musi nam ono wystarczyć, jeśli chcemy wyciągnąć praktyczne wnioski, a nie odbywać lekcji fizyki.
Jeśli jesteś świeżakiem w tym sporcie, spróbuję wytłumaczyć o co chodzi kolegom, z którymi jeździsz, gdy mówią o sztywności kół.
Z reguły nikt nic nie mówi o sztywności skrętnej. Prawdopodobnie dlatego, że jest ona praktycznie niewyczuwalna dla rowerzysty. To wszystko co musisz o niej wiedzieć i nie będę już w tym artykule o niej wspominał.
Jeśli ktoś narzeka, że koło jest zbyt sztywne, w dziewięciu przypadkach na dziesięć chodzi o sztywność radialną. Oczywiście może to być spowodowane tym, że ma za mocno napompowane opony i wini koła o własny błąd, jednak odczucie „twardości koła” sprowadza się zazwyczaj do sztywności radialnej.
Jeśli ktoś narzeka, że koło nie jest wystarczająco sztywne, w dziewięciu przypadkach na dziesięć chodzi o sztywność boczną. Koło może trzeć o klocki hamulcowe podczas sprintu lub dawać wrażenie, że jest po prostu „miękkie” (co może być spowodowane niską sztywnością radialną lub niewystarczająco napompowanymi oponami). Niezależnie od rzeczywistej przyczyny sęk może tkwić w zbyt małej sztywności bocznej.
Czy malkontenci słusznie diagnozują problem? Czy nie przeoczają istotnych jego aspektów? Jakie czynniki wpływają na sztywność koła na wszystkich trzech płaszczyznach? Oto one:
Widzisz? Jest dużo więcej niż można by się spodziewać na pierwszy rzut oka. Stwierdzenie, że koło jest „ zbyt sztywne” lub „ mało sztywne” jest dużym spłyceniem.
Jest to temat, którego nie można pominąć a prawie nikt o nim nie rozmawia. Pochylając się nad sztywnością boczną, zauważymy, że wpływ na nią mają dwie rzeczy: sztywność zaplotu oraz sztywność obręczy.
Sztywność zaplotu determinowana jest kilkoma czynnikami. Przede wszystkim jest to liczba szprych, ich grubość i kształt. Zastosowanie grubszych szprych i ich większej liczby podniesie sztywność zarówno boczną, jak i radialną. Poniższy wykres stworzony przez firmę MAVIC obrazuje różnicę w sztywności przy zastosowaniu szprychy o grubości 1.8mm i 2.3mm:
Sztywność zaplotu uzależniona jest również od kąta, pod jakim szprychy wchodzą do obręczy. Wpływ na to mają głównie wysokość profilu obręczy i rozstaw kołnierzy piasty:
Szerzej rozstawione kołnierze piasty oraz wyższy profil zwiększają kąt szprychy w stosunku do obręczy. Trójkąt tworzony przez linię szprych oraz piastę będzie szerszy a jego podstawa dłuższa. Łatwo możemy z powyższego wywnioskować, że mniejsze koła 650c będą bocznie sztywniejsze od 700c (zakładając, że oba porównywane koła będą miały identyczną konstrukcję piasty i obręczy). W dużym uproszczeniu: im szerszy kąt pomiędzy szprychami, tym sztywniejsze koło.
Kąt szprychy uzależniony jest też od wysokości kołnierzy piasty:
Mogłeś usłyszeć obiegową opinię głoszącą, że wyższy kołnierz piasty czyni zawsze koło sztywniejszym. „Moje koło jest o wiele sztywniejsze od twojego, bo u mnie kołnierze są dużo wyższe!”
W odpowiedzi na coś takiego można jedynie popukać się palcem w czoło.
Taka reguła będzie obowiązywać tylko wtedy, gdy rozstaw kołnierzy w obu piastach będzie identyczny. W przypadku bardzo wysokich kołnierzy, które będą miały mały rozstaw, kąt szprych będzie często jeszcze mniejszy niż w przypadku niskich, szeroko rozstawionych. Wysokie kołnierze jednak więcej ważą, dlatego odpowiednie zbilansowanie wszystkich czynników zależy od przeznaczenia kół i warunków, w jakich będą jeździć.
Oczywistym czynnikiem wpływającym na rozstaw kołnierzy tylnej piasty jest kaseta, zajmująca dużą część miejsca od strony napędu. Gra to kluczową rolę w kontekście sztywności bocznej tylnego koła. Dlatego też często kołnierze w tylnej piaście mają różne wysokości (od strony napędu stosuje się wyższy) – producenci kombinują na wszystkie możliwe sposoby, aby choć odrobinę powiększyć kąt szprych.
Na koniec sztywność zaplotu. Jest ona uzależniona – w pewnym stopniu – od naprężenia szprych. Jak można się domyślić, zbyt luźne szprychy sprawiają, że koło jest miękkie jak banan. Przy prawidłowym i równym naprężeniu szprych sztywność koła jest niezmienna.
Teraz, kiedy już mamy pojęcie o sztywności zaplotu, możemy przejść do sztywności obręczy.
Wysokość profilu obręczy i jej szerokość zawsze będą miały wpływ zarówno na sztywność boczną, jak i radialną – niezależnie od materiału, z jakiego obręcz jest wykonana. Zgodnie z badaniami MAVIC-a, wysokość profilu znacznie bardziej oddziałuje na sztywność radialną, szerokość obręczy zaś na sztywność boczną.
W tabeli powyżej uwzględnione zostały obręcze aluminiowe: Open Pro – profil o wysokości 18.4mm, MA4 –16mm oraz CXP30 – 30.5mm. Jak widać, CXP30 jest najsztywniejsza, zarówno bocznie, jak i radialnie.
Kolejnym istotnym czynnikiem wpływającym na sztywność kół jest materiał obręczy. Zazwyczaj do wyboru mamy aluminium lub karbon. Obręcze karbonowe są od aluminiowych sztywniejsze i to zarówno bocznie, jak i radialnie. Zmieniając parametry, takie jak grubość ścianek czy przekrój, zmienimy też właściwości obręczy. Nie zagłębiajmy się jednak w tak drobne detale. Ustalmy, że istnieje bardzo wysokie prawdopodobieństwo, że twoje karbonowe koła startowe mają sztywniejszą obręcz od aluminiowych treningowych.
Potraktuj wszystko, co dotychczas przeczytałeś, jako wprowadzenie. Od teraz rozmowa zaczyna się robić bardziej interesująca.
Jeśli ktoś narzeka na koła, że nie są wystarczająco sztywne, oznacza to najczęściej, że w rzeczywistości ma zbyt sztywną bocznie obręcz w stosunku do niewystarczająco sztywnego zaplotu szprych. Oto cały sekret. Możesz teraz śmiało powiedzieć „Aha!”.
Jak często ktoś jęczy, że koła na niskoprofilowych obręczach nie są wystarczająco sztywne? Nie wiem jak ty, ale ja prawie nigdy o tym nie słyszałem, no może pomijając koła, w których szprychy mają zbyt niskie naprężenie. Powodem, dla którego raczej nie spotykamy się z takimi przypadkami, jest fakt, że większość kół na aluminiowych obręczach ma relatywnie dużą sztywność zaplotu i relatywnie małą sztywność obręczy. Weźmy na przykład koło na 32 szprychach o grubości 2mm zaplecione na obręczy o profilu 20mm – w takim przypadku zaplot będzie bardzo mocny w stosunku do mało sztywnej obręczy.
Poniższa grafika pięknie nam to obrazuje:
Podczas podjazdu na aluminiowych obręczach, mocno bujając rowerem, dolna połowa obręczy będzie mocno pracować w rytm twojego pedałowania. Na górną połowę koła działają dużo mniejsze siły, dzięki czemu obręcz nie wygina się, ocierając o klocki hamulcowe. Większość ludzi mylnie zakłada, że dzieje się tak dzięki dużej sztywności koła lub zarówno sztywności koła i ramy. A tak naprawdę obręcz sama w sobie nie musi być sztywna.
Kiedy w świecie rowerowym pojawiły się karbonowe obręcze, nastąpił niemały przewrót. Spójrzmy na obrazek stworzony przez ZIPP-a:
Podczas podjazdu lub sprintu na kołach karbonowych sztywna obręcz będzie starała się utrzymać swój kształt w stosunku do własnej osi.
To zjawisko jest potęgowane tym, że większość kół startowych jest zaplatana na niewielkiej liczby cienkich szprych o aerodynamicznym kształcie. Na dodatek w ostatnich latach możemy zaobserwować tendencję podnoszenia w obecnie produkowanych obręczach zarówno wysokości profilu, jak i szerokości, co skutkuje wzrostem sztywności bocznej i radialnej.
Oto co otrzymujemy z powyższej kombinacji: cholernie sztywna obręcz zapleciona na zaledwie kilku cienkich aeroszprychach. Zbyt sztywna obręcz w stosunku do zaplotu może potęgować obciążenie szprych, co podczas sprintów będzie skutkować tarciem klocków tylnego hamulca o rant.
Poniższa grafika ZIPP-a przedstawia testy różnych obręczy pod szytkę. Niebieska linia pokazuje pracę 303 Firecrest, zielona 404 Firecrest a fioletowa 808 Firecrest. Wszystkie testowane obręcze były zaplecione na 20 szprychach Sapim CX-Ray.
Jak możesz zauważyć, wyższy profil ma większą sztywność, co sprawia, że koło pracuje mniej w punkcie przyłożenia siły (w miejscu styku z powierzchnią ziemi), za to odchyla się mocniej po drugiej stronie, gdzie zazwyczaj umieszczone są szczęki hamulcowe w szosowych ramach.
ZIPP twierdzi, że w zależności od wysokości profilu dodawanie do pewnego stopnia sztywności redukuje uginanie się obręczy po drugiej stronie. Jednak ta granica jest bardzo cienka, dlatego mylny jest pogląd, że im obręcz sztywniejsza, tym lepiej. Należy dopasować liczbę szprych do sztywności obręczy, aby ograniczyć jej uginanie się w górnej części przy hamulcu.
ZIPP wspomina również, że ruch koła w hakach potęguje uginanie się koła na boki, co zależy nie tylko od konstrukcji samych haków, ale też sztywności całego tylnego trójkąta ramy. Im jest ona niższa, tym bardziej koło będzie się bujać między klockami hamulca.
Natomiast zwiększenie liczby szprych i ich grubości zredukuje ruch boczny koła, zarówno przy miejscu przyłożenia siły, jak i w górnej jego części, niezależnie od profilu obręczy.
Co jeśli masz hamulec zamontowany przy suporcie? Coraz więcej współczesnych ram, szczególnie triathlonowych, ma nisko umieszczony tylny hamulec.
Do przyjrzenia się bliżej temu przypadkowi rozbijmy sztywność boczną na dwie bardziej szczegółowe: poziomą i pionową.
Zgodnie z twierdzeniem speców z ZIPP-a, koło dużo mniej pracuje w okolicy hamulca zamontowanego przy suporcie. Jest to głównie zasługa sztywności ramy, której tylny trójkąt podczas nacisku na pedał wygina się w stronę obciążoną przyłożeniem siły.
Dawniej tarcie koła o klocki było jednym z głównych tematów wśród kolarzy startujących w protourach. Zazwyczaj mechanicy jednogłośnie krzyczeli „to wina niskiej sztywności kół!”. Od razu naciągali mocniej szprychy, myśląc, że to rozwiąże problem. Tak naprawdę rozwiązaniem – stosowanym zresztą przez wielu wheelbuilderów – jest dobranie odpowiedniej konfiguracji spersonalizowanego kompletu kół. Zasadniczą rolę gra grubość szprych i ich liczba.
A jak jest w przypadku przeciętnych użytkowników? Jest bardzo duże prawdopodobieństwo, że „gotowe koła” będą spełniać twoje wymagania, jeżeli mieścisz się środkowym zakresie rozkładu Gaussa: masz 30– 50 lat, 160– 180cm wzrostu, ważysz 50 – 80 kg.
Osobiście nie doświadczyłem sytuacji, w której aluminiowe obręcze tarły o klocki hamulcowe, co jest nagminne w przypadku kół na karbonach. Dla jasności dodam, że mogę się nazwać dobrze zbudowanym zawodnikiem 😉 Zdarzało mi się to także w rowerze zbudowanym na karbonowej ramie z hamulcem zamontowanym przy suporcie. Tylne koło miało karbonową obręcz na 20 cienkich, aerodynamicznych szprychach. Podczas stromych podjazdów obręcz latała od prawego do lewego klocka mimo szczęk rozwartych tak, że hamowały przy zaciśnięciu klamki do samej kierownicy. Co zrobić w takiej sytuacji? Wymieniłem obręcz na taką samą, ale pod 24 szprychy i problem zniknął bez śladu. Sztywność kół i ramy musi być ze sobą zgrana tak, by uzyskać odpowiednią sztywność całego roweru.
Pewne jest, że zwiększenie liczby i grubości szprych podniesie wagę i opór aerodynamiczny kół – „praw fizyki pan nie oszukasz i nie bądź pan rura!”. Z drugiej strony zbyt miękki zaplot będzie powodować ocieranie obręczy o klocki, co może cię hamować jeszcze bardziej. Zapytałem kilku różnych producentów kół czy dodanie 4 szprych w tylnym kole znacznie mnie spowolni. Od wszystkich dostałem tę samą odpowiedź: w kontekście aerodynamiki, jak i wagi, różnice są minimalne.
Dlaczego więc producenci kół nie stosują większej liczby szprych?! Dwa słowa: LANS i WAGA. Koła złożone na zaledwie kilku szprychach wyglądają cool i robią wrażenie na papierze.
W miarę postępu technologicznego i wzrostu cen wszystkich produktów, rynek oferuje coraz mniej sensownych propozycji. Większość producentów składa swoje koła z coraz mniej uniwersalnych komponentów oraz komplikuje ich konstrukcję, co nie ma żadnego uzasadnienia technicznego, a służy jedynie zabezpieczeniu ich interesów.
HED oferuje koła Stallion zaplecione na większej liczbie szprych. ZIPP przez jakiś czas proponował opcję Max, ale wycofał ją z oferty.
MAVIC postawił na ogólną wydajność kół – aerodynamikę, sztywność, wagę i wytrzymałość. Dla przykładu w ich kołach Cosmic Carbon SL zostały zastosowane szerokie płaskie szprychy, by uzyskać sztywność, jakiej nie zapewniały węższe szprychy o aerodynamicznym kształcie:
Odnoszę wrażenie, że MAVIC celuje w nieco cięższą i silniejszą grupę docelową zawodników. Uzyskują to co prawda kosztem aerodynamiki i wagi, ale zyskują na wyższej sztywności i braku problemów z obręczami trącymi o klocki.
Pamiętaj:cudów nie ma – uniwersalne koła spełniające zapotrzebowania wszystkich zawodników nie istnieją.
Które koła są dla ciebie odpowiednie? Niestety nie wiem. Jest zbyt wiele czynników, które trzeba wziąć pod uwagę. Mogę po złożeniu wielu kół i po doświadczeniach z wieloma rowerami z całą pewnością powiedzieć, że minimum, jeżeli chodzi o liczbę szprych dla większości współczesnych karbonowych kół, to 18 na przód i 24 na tył (biorąc pod uwagę koła budowane na najbardziej popularnych szprychach Sapim CX-Ray lub DT Aerolite – jedne i drugie są dość cienkie i mają prawie identyczny przekrój).
Jeżeli chciałbyś zejść z liczby szprych w kołach do, powiedzmy, 16 z przodu i 20 z tyłu, to polemizowałbym czy CX-Ray lub Aerolite są sensownym wyborem dla mocnych zawodników. Jest szansa, że w niektórych przypadkach zagrają, ale w dużej mierze jest to zależne od sztywności ramy, sztywności widelca, ustawienia hamulców, osadzenia koła w hakach itd. itd. Jeśli 16/20 to magiczne liczby dla samej estetyki, to wybór Sapim Race albo CX-Sprint będzie dużo lepszą decyzją.
Dzięki bogu istnieje jeszcze garstka prawdziwych kołodziejów, takich którzy oferują mnóstwo opcji zaplatania na różnych rodzajach szprych i o różnej ich grubości, co pozwala dopasować koła indywidualnie pod każdego zawodnika. Jeżeli „gotowe koła” wydają ci się zbyt zwykłe, skorzystanie z usług kołodzieja będzie strzałem w dziesiątkę.
Jak dyski mają się do tej całej walki o sztywność? Sytuacja ma się w tym przypadku trochę inaczej. Są dwa główne typy dysków: karbonowe dyski strukturalne i wheelcovery. Dysk strukturalny to taki, w którym wcale nie ma szprych – karbonowe boki pełnią funkcję konstrukcyjną. Taką budowę mają przykładowo MAVIC Comete i wszystkie dyski ZIPP-a.
Wheelcovery to odpowiednio wyprofilowane karbonowe talerze przykrywające szprychy. Takie rozwiązanie stosowane jest na przykład w dyskach Jet i Stinger produkowanych przez HED-a, same wheelcovery można kupić między innymi od firmy AEROJACKET.
Dysk z wheelcoverami będzie podczas pracy zachowywać się mniej więcej tak, jak zwykłe koło szprychowe, natomiast dysk strukturalny w przybliżeniu jak koło zbudowane na turbosztywnej obręczy z bardzo mocnym zaplotem. Wyjątkiem tutaj jest ZIPP, który do 2013 roku oferował szczególny model Sub-9, który (bardzo słusznie) miał zredukowaną sztywność radialną i boczną.
Mamy nadzieję, że spodobała ci się ta dogłębna analiza tajników sztywności kół. Przy odrobinie szczęścia, będziesz mógł spojrzeć na „najnowsze i najwspanialsze” startowe koła bardziej krytycznym okiem. Czy twoje szprychy i obręcze są odpowiednio dobrane? Czy ich limit wagowy jest pod zawodnika ważącego zarówno 50kg jak i 90kg? Czy jeden model kół może być „uniwersalny” dla różnych zawodników?
Artykuł jest luźnym tłumaczeniem tekstu Grega Kopecy’ego „Debunking Wheel Stiffness”.
