Jaki materiał ramy jest najbardziej odpowiedni?

Czy karbon oferuje bezkonkurencyjnie najlepsze właściwości? Czy aluminium to tylko opcja niskobudżetowa? W tym artykule przyjrzymy się materiałom ram rowerów szosowych i górskich.

Mogłoby się wydawać, że problematyka materiałów do produkcji ramy roweru jest dość przejrzysta i możemy natknąć się na wiele stereotypów. Aluminium jest tanie, ale ciężkie, karbon z kolei drogi i lekki. Tytan to wybór dla koneserów, a stal? Ta pewnie umarła wraz z końcem klasycznych Favoritów. Jak to jednak bywa, całość nie jest aż tak prosta.

Aluminium vs. karbon

Dwa najpopularniejsze materiały, z którymi spotykamy się w przypadku ram rowerowych, to aluminium i karbon. Pierwszy z nich króluje w segmencie „przystępniejszych” rowerów, drugi zaś w świecie wyścigów i wydajności. Nie każde aluminium jest jednak takie samo i nie każdy karbon jest taki sam. Nie raz spotyka się z twierdzeniem, że wysokiej jakości aluminium może swoimi właściwościami przewyższyć tani karbon. Flagowym modelem wśród takich rowerów jest bez wątpienia seria CAAD (Cannondale Advanced Aluminium Design). Jakie są więc zalety i wady tych dwóch silnych graczy?

Aluminium

Ramy aluminiowe są obecnie najbardziej rozpowszechnione i prawdopodobnie najłatwiejsze w masowej produkcji. A także najlepszy materiał, jeśli dopiero zaczynasz przygodę z kolarstwem szosowym lub górskim. Ewentualnie, jeśli masz ograniczony budżet. Jest stosunkowo lekkie, odporne na korozję i przy płaceniu za rower nie spowoduje zawału serca. Poza tym, biorąc pod uwagę swoją wagę, jest dość sztywne.


Sztywność prowadzi jednak również do kilku, niezbyt pociągających właściwości. Pierwsza z nich dotyczy raczej rowerów szosowych. Nie będziemy kłamać, drogi są, jakie są, a kiedy jeździłem na starszej aluminiowej szosówce, nie raz pomyślałem: „Obych już miał karbon…”. Po prostu – ponieważ rama aluminiowa jest sztywna, zanika zdolność do pochłaniania wibracji z drogi (uwaga na marginesie – nawet karbon nie rozwiąże problemu z dziurawymi drogami do perfekcji ).


Co jest jednak istotniejszą wadą, każde aluminium prędzej czy później pęka, a naprawa jest zazwyczaj niemożliwa do zrealizowania. Na szosie są to raczej wyjątki (ramy nie są tu tak bardzo obciążane), ale jeśli spojrzymy na bardziej wymagające dyscypliny, takie jak enduro czy downhill, pęknięte ramy są tu częstszym zjawiskiem. Zwłaszcza jeśli chodzi o cięższych rowerzystów.

Zalety ram aluminiowych

• stosunkowo lekkie,
• dość łatwe w obróbce,
• tanie,
• odporne na korozję,
• w dzisiejszych czasach już również estetyczne – spawy można wygładzić.

Wady ram aluminiowych

• nie tłumią nierówności – przez to mniej komfortowe,
• pęknięcia oznaczają koniec ramy (nie można ich bezpiecznie naprawić).

Czy wiesz, że…?
Każdy stop aluminium ma swoje czterocyfrowe oznaczenie. Podstawowym surowcem ramy jest zawsze (oczywiście) aluminium. Ponieważ jednak jest to dość miękki metal, konieczne jest dodanie innych pierwiastków chemicznych – magnezu, chromu, miedzi, żelaza i tak dalej. To właśnie te domieszki są wyrażone pierwszą cyfrą z czterocyfrowego oznaczenia. Jeśli na przykład weźmiemy pod lupę najpopularniejszy stop 6061, dowiemy się, że do aluminium w największym stopniu dodano magnez i krzem. Pozostałe cyfry oznaczają specyfikę stopu lub konkretny typ.

Karbon

Marzenie każdego zawodnika? Oczywiście rower karbonowy! Może to być zaskakujące, ale najmocniejszą stroną karbonu nie jest jego lekkość. Ramy karbonowe są sztywne, ale jednocześnie komfortowe. W tym różnią się od aluminium, które w większości przypadków jest stosunkowo lekkie i sztywne, ale pozostaje w tyle pod względem komfortu. Aby dowiedzieć się dlaczego, musimy bliżej przyjrzeć się sposobowi produkcji roweru karbonowego i samemu materiałowi.


W przeciwieństwie do aluminium, które jest formowane termicznie, do produkcji ramy karbonowej potrzebujemy formy. Do niej następnie układane są warstwy karbonu, które są ze sobą łączone spoiwem żywicznym – w ten sposób powstaje kompozyt karbonowy. Sposobem układania możemy uzyskać następujące właściwości:

• sztywność ramy – o ramach karbonowych często mówi się, że są sztywne. Dla ułatwienia zrozumienia wyobraźmy sobie, że na ramę działa określona siła. Jeśli włókna karbonowe nie są układane w kierunku działania siły, rezultatem jest sztywność.
• komfort – w przeciwieństwie do aluminium, karbon jest zdolny do znacznie większego ugięcia. Dobrym przykładem jest znany Ghost Lector. Jego widełki tylnego trójkąta są wygięte (na wzór resorów piórowych, które powszechnie spotyka się w cięższych samochodach ciężarowych czy pick-upach) i w ten sposób przyczyniają się do lepszego tłumienia. Jeśli pożądane jest ugięcie określonej części roweru, włókna karbonowe są układane w kierunku działania siły.

A co jest najlepsze w tym zjawisku, zwanym również anizotropią? Kierunek układania włókien (a także liczba warstw) możemy dobrać według potrzeb. Dzięki temu możemy uzyskać sztywność w miejscach takich jak suport i maksymalizować w ten sposób przeniesienie siły podczas pedałowania. Z kolei, konkretne miejsca ramy mogą uginać się pod innym kątem ułożenia włókien, przyczyniając się w ten sposób do komfortu. Ugięcie karbonu jest pożądane zwłaszcza w ramach MTB z kinematyką jednoprzegubowego zawieszenia z dźwignią (zero-pivot, czyli flexpivot), gdzie część „przejmuje” amortyzator, a część widełki tylnego trójkąta.


Na myśl o ramie karbonowej rozgrzeje serce niejednego „gramofila”. A gdyby tylko na tym się skończyło. Ze względu na sposób produkcji możemy tworzyć najróżniejsze kształty, a tym samym poprawić na przykład aerodynamikę roweru szosowego lub elementy tłumiące roweru górskiego. Ewentualnie, po prostu stworzyć rower o unikalnym designie.


Ciemną stroną karbonu jest jego kruchość przy specyficznych typach uderzeń. Widzimy to od czasu do czasu również na wyścigach World Tour – połamane ramy, kierownice, sztyce… te rowery są jednak obciążane w ekstremalny sposób, bardziej niż gdy będzie „katował” rower hobbysta, a koniec końców? Pęknięcia na ramie karbonowej (w przeciwieństwie do aluminium) można naprawić. Jeśli oczywiście nie jest to „szkoda całkowita”. Na co jednak każdy rowerzysta będzie musiał uważać, to dokręcanie śrub. Wraz z rowerem karbonowym z pewnością warto zaopatrzyć się również w klucz dynamometryczny.

Zalety ram karbonowych

• pożądany stosunek wagi do sztywności,
• wyższy komfort jazdy,
• możliwość kształtowania według potrzeb,
• żywotność materiału.

Wady ram karbonowych

• cena,
• podatność na uszkodzenia przy specyficznych uderzeniach,
• trudna możliwość recyklingu.

Czy wiesz, że…?
Pierwszym komercyjnie udanym rowerem z ramą karbonową był model Kestrel 4000 już w 1986 roku. Absolutne pierwszeństwo ma jednak model Bowden Spacelander z 1960 roku, który miał na tamte czasy dość odważny design – sprzedano jednak tylko kilkaset egzemplarzy. Premierę na Tour de France rower karbonowy miał w 1989 roku w postaci modelu Look TVT, na którym jeździł Greg LeMond.

Stal

Mój pierwszy rower szosowy był, jakżeby inaczej, stalowy Favorit. Dość ciężki, z dość niepraktyczną zmianą biegów, ale mój. Chyba nie muszę dodawać, że nie przejechałem na nim tysięcy kilometrów i wkrótce przesiadłem się na aluminium. Stal jeszcze 40-50 lat temu rządziła światem kolarstwa, aby później zostać wypartą przez aluminium i karbon. Powody proste – cena i waga.


Stal charakteryzuje się przede wszystkim swoją wytrzymałością, ale jednocześnie jest zaskakująco elastyczna. Pamiętam, że swego czasu rozważałem przerobienie Favorita na 10-biegową szosową grupę, a problematyczna była szerokość tylnego trójkąta. Gdzie nie pomoże siła, pomoże większa siła i w razie potrzeby stosunkowo łatwo bym rozciągnął tylne widełki… oczywiście, to dość „barbarzyńska” ingerencja i komponenty pewnie by ucierpiały, ale do zilustrowania idealne. Mocną stroną jest również żywotność, wytrzymałość i łatwość naprawy uszkodzonej ramy.


Tutaj jednak pozytywy się kończą. Rama stalowa = ciężka rama (w porównaniu z konkurencją). Jednocześnie, ponieważ jest to przetworzone żelazo, stal, jako jedyny z materiałów, jest podatna na korozję. Swoje miejsce znajdzie jednak wśród tańszych rowerów fitness. Ewentualnie, biorąc pod uwagę swoją cenę, w segmencie coraz popularniejszych maszyn bikepackingowych. Nie straci na znaczeniu również w produkcji hardtaili trailowych, ponieważ potrafi tłumić nieco więcej nierówności. Czyżbyśmy doczekali się odrodzenia frazy „steel is real”?

Zalety ram stalowych

• wytrzymałość,
• elastyczność (nieco wyższy komfort w porównaniu z aluminium),
• żywotność,
• łatwość naprawy.

Wady ram stalowych

• wyższa waga,
• podatność na korozję.

Czy wiesz, że…? W 1978 roku z linii produkcyjnej w Rokycanach zszedł rower Favorit z numerem seryjnym 1 000 000. Do upadku firmy w 2001 roku wyprodukowano ponad 2 000 000 tych legendarnych rowerów.

Tytan

Rower na całe życie? Zdecydowanie tytanowy. Z poprzednią stalą dzieli wiele wspólnych cech – jest trwały, odporny na uszkodzenia, można go stosunkowo łatwo naprawić – przynajmniej w porównaniu z aluminium. Dodatkowym atutem jest odporność na korozję. A kolejnym bonusem jest to, że po zakupie roweru tytanowego przez co najmniej miesiąc nie będziesz jeść, bo zabraknie pieniędzy. Żarty na bok, prawda jednak pozostaje, że rowery tytanowe utrzymują reputację „tych luksusowych rowerów”. Ten materiał jest ulubionym wśród „garażowych” konstruktorów i są to unikalne egzemplarze.


Podobnie jak aluminium, również tytan jako taki potrzebuje domieszek do perfekcji, takich jak wanad czy aluminium. W ten sposób powstaje stop tytanu, który ma lepszy stosunek wytrzymałości do masy w porównaniu ze stalą, oferuje wiele właściwości podobnych do karbonu i jest niemal niezniszczalny. Do większości ram tytanowych dołączona jest dożywotnia gwarancja.

Dlaczego więc tytan nie jest używany w profesjonalnym kolarstwie, skoro ma takie urocze właściwości? Wszystko odbija się bowiem na końcowej cenie. Przyczynia się do tego również fakt, że wyprodukowanie wysokiej jakości ramy tytanowej jest dość trudne ze względu na kształtowanie i obróbkę materiału. Odmienny jest również sposób spawania – ponieważ tytan, w porównaniu z aluminium czy stalą, gorzej reaguje z tlenem, w procesie spawania wykorzystywany jest argon.

Zalety ram tytanowych

• trwałość,
• odporność,
• stosunek wagi do wytrzymałości.

Wady ram tytanowych

• cena,
• trudność procesu obróbki.

Można by kontynuować z innymi „egzotycznymi” materiałami, takimi jak magnez, bambus czy drewno. Ostatnio na pierwszy plan wysuwa się również druk 3D. W naszych stronach jednak najczęściej spotkamy się właśnie z czterema szczegółowo opisanymi materiałami. Przy wyborze konkretnego materiału należy ostatecznie rozważyć również kilka ważnych pytań:

• ile chcę zainwestować w rower,
• jak długo chcę jeździć na rowerze,
• waga rowerzysty.

Te trzy pytania również pomogą stworzyć lepszy obraz tego, który materiał ramy będzie najbardziej odpowiedni dla danego rowerzysty.