Od základu: Aký materiál rámu je najvhodnejší?

Ponúka karbón bezkonkurenčne najlepšie vlastnosti? Je hliník iba „low-cost“ záležitosťou? V tomto článku sa pozrieme na materiály rámov cestných i horských bicyklov.

Mohlo by sa zdať, že problematika materiálov na výrobu rámu bicykla je pomerne prehľadná a dokážeme sa stretnúť s množstvom stereotypov. Hliník je lacný, no ťažký, karbón zas drahý a ľahký. Titán jazdia len fajnšmekri a oceľ? Tá snáď umrela so zánikom klasických Favoritov. Ako to však býva, celé to nie je až také jednoduché.

Hliník vs. karbón

Dva najbežnejšie materiály, s ktorými sa pri rámoch bicyklov stretneme, sú hliník a karbón. Prvý menovaný kraľuje segmentu „dostupnejších“ bicyklov, druhý zas svetu pretekov a výkonnosti. Nie je však hliník ako hliník a karbón ako karbón. Nie raz sa človek stretne s tvrdením, že kvalitný hliník dokáže svojimi vlastnosťami prevýšiť lacný karbón. Vlajkovou loďou medzi takýmito bicyklami je jednoznačne rad CAAD (Cannondale Advanced Aluminium Design). Aké sú teda plusy a mínusy týchto dvoch silných hráčov?

Hliník

Hliníkové rámy sú v súčasnosti najrozšírenejšie a pravdepodobne aj najjednoduchšie na masovú výrobu. A takisto najvhodnejší materiál, ak s cestnou či horskou cyklistikou ešte len začínate. Prípadne, ak máte stanovený nižší rozpočet. Je relatívne ľahký, odolný voči korózii a pri platbe za bicykel nespôsobí srdcový kolaps. Okrem toho je vzhľadom na svoju hmotnosť pomerne tuhý.


Tuhosť však ústi aj do niekoľkých, nie príliš vábnych vlastností. Prvá z nich sa týka skôr cestných bicyklov. Nebudeme si klamať, cesty na Slovensku sú, aké sú a keď som ich brázdil ešte na staršom hliníkovom cesťáku, neraz som si povedal: „Už aby som mal karbón…“. Jednoducho – keďže je hliníkový rám tuhý, zaniká schopnosť absorbovať vibrácie z cesty (poznámka pod čiaru – ani karbón problém s rozbitými cestami nevyrieši k dokonalosti ).


Čo je však významnejšie negatívum, každý hliník skôr či neskôr praskne a oprava je väčšinou nerealizovateľná. Na ceste ide skôr o výnimky (rámy tu nie sú natoľko namáhané), no ak sa pozrieme na náročnejšie disciplíny ako enduro či downhill, prasknuté rámy sú tu častejším javom. Najmä vtedy, ak ide o objemnejších jazdcov.

Plusy hliníkových rámov

• relatívne ľahké,
• pomerne jednoducho obrábateľné,
• lacné,
• odolné voči korózii,
• v dnešnej dobe už aj pekné – zvary sa dajú zahladiť.

Mínusy hliníkových rámov

• netlmia nerovnosti – tým pádom menej komfortné,
• praskliny znamenajú koniec rámu (nie je možné ich bezpečne opraviť).

Vedeli ste, že…?
Každá hliníková zliatina má svoje štvorčíselné označenie. Základnou surovinou rámu je vždy (samozrejme) hliník. Keďže však ide o pomerne mäkký kov, je nutná prímes ďalších chemických prvkov – horčíka, chrómu, medi, železa a tak ďalej. Práve tieto prímesi sú vyjadrené prvým zo štvorčíslia. Ak si napríklad vezmeme na paškál najbežnejšiu zliatinu 6061, zistíme, že ku hliníku bol v najväčšej miere pridaný horčík a kremík. Ostatné číslice označujú špecifickosť zliatiny či konkrétny typ.

Karbón

Sen každého pretekára? No predsa karbónový bicykel! Možno to bude prekvapivé, no najsilnejšia stránka karbónu nie je jeho ľahkosť. Ako som spomínal v predošlom článku o rámoch cestných bicyklov, karbónové rámy sú tuhé, no zároveň pohodlné. V tomto sa odlišujú od hliníka, ktorý je vo väčšine prípadov relatívne ľahký a tuhý, no zaostáva na poli pohodlia. Aby sme zistili prečo, musíme sa bližšie pozrieť na spôsob výroby karbónového bicykla a na materiál samotný.


Na rozdiel od hliníka, ktorý sa tvaruje tepelne, pri výrobe karbónového rámu potrebujeme formu. Do nej sú následne vkladané vrstvy karbónu, ktoré sú na seba viazané živicovým spojivom – takto vzniká karbónový kompozit. Spôsobom nanášania vieme docieliť nasledujúce vlastnosti:

• tuhosť rámu – o karbónových rámoch sa častokrát hovorí, že sú tuhé. Pre jednoduchosť pochopenia si predstavme, že na rám pôsobíme určitou silou. Ak karbónové vlákna nie sú nanášané v smere pôsobenia sily, výsledkom je tuhosť.
• pohodlie – na rozdiel od hliníka je karbón schopný výraznejšieho ohybu. Pekným príkladom je známy Ghost Lector. Jeho sedlové vzpery sú prehnuté (po vzore listových pier, ktoré bežne nájdeme na ťažších nákladných autách či pick-upoch) a prispievajú tak k lepšiemu tlmeniu. Ak je požadovaný ohyb určitej časti bicykla, karbónové vlákna sú nanášané v smere pôsobenia sily.

No a čo je na tomto jave, nazývanom aj anizotropia, najlepšie? Smer kladenia vlákien (a takisto množstvo vrstiev) môžeme voliť podľa potreby. Tým pádom dokážeme docieliť tuhosť na miestach, ako je stredové zloženie a maximalizovať tak prenos sily pri pedálovaní. Naopak, konkrétne miesta rámu sa môžu pri inom uhle kladenia vlákien ohýbať, a tak prispievať k pohodliu. Ohyb karbónu je žiadaný najmä pri MTB rámoch s kinematikou prepákovaného jednočapu (zero-pivot, resp. flexpivot), kedy časť „poberie“ tlmič a časť zas sedlové vzpery.


Pri predstave karbónového rámu zahreje pri srdiečku aj nejedného „gramára“. A keby zostalo len pri tom. Vzhľadom na spôsob výroby dokážeme produkovať tvary od výmyslu sveta, a tak zlepšiť napríklad aerodynamiku cestného bicykla alebo tlmiace prvky horského bicykla. Prípadne, jednoducho vytvoriť bicykel s unikátnym dizajnom.


Temnou stránkou karbónu je jeho krehkosť pri špecifických typoch nárazu. Vidieť to z času na čas môžeme aj na World Tour pretekoch – zlomené rámy, riadidlá, sedlovky… tieto bicykle sú však namáhané extrémnejším spôsobom, než keď bude bicyklu „nakladať“ hobbík, a koniec-koncov? Praskliny sa na karbónovom ráme (na rozdiel od hliníka) dajú opraviť. Ak to teda nie je „totálka“. Na čo si však bude musieť dávať pozor každý cyklista, je utiahnutie skrutiek. Spolu s karbónovým bicyklom sa určite oplatí zaobstarať si aj momentový kľúč.

Plusy karbónových rámov

• žiadaný pomer hmotnosti a tuhosti,
• vyššie pohodlie pri jazde,
• možnosť tvarovania podľa potreby,
• životnosť materiálu.

Mínusy karbónových rámov

• cena,
• náchylnosť na poškodenie pri špecifických nárazoch,
• obtiažna možnosť recyklácie.
  

Vedeli ste, že…?
Prvým komerčne úspešným bicyklom, ktorý mal karbónový rám, bol model Kestrel 4000 už v roku 1986. Úplné prvenstvo ale drží model Bowden Spacelander z roku 1960, ktorý mal na tú dobu pomerne odvážny dizajn – predalo sa však len niekoľko stoviek exemplárov. Premiéru na Tour de France zažil karbónový bicykel v roku 1989 v podobe modelu Look TVT, ktorý sedlal Greg LeMond.

Oceľ

Môj úplne prvý cestný bicykel bol, ako inak, oceľový Favorit. Pomerne ťažký, s pomerne nepraktickým radením, ale môj. Asi nemusím dodávať, že som na ňom tisíce kilometrov nenajazdil a onedlho som prebehol k hliníku. Oceľ ešte pred 40 – 50 rokmi vládla svetu cyklistiky, aby bola neskôr vytlačená hliníkom a karbónom. Dôvody prosté – cena a hmotnosť.


Oceľ sa vyznačuje najmä svojou pevnosťou, no zároveň je až prekvapivo ohybná. Pamätám si, že som svojho času zvažoval prerobenie Favorita na 10-rýchlostnú cestnú sadu a problematická bola šírka zadnej stavby. Kde ale nepomôže sila, pomôže väčšia sila a v prípade potreby by som zadné vzpery relatívne jednoducho roztiahol… samozrejme, toto je dosť „barbarský“ zásah a komponenty by asi trpeli, no na ilustráciu ideál. Silnou devízou je aj životnosť, pevnosť a jednoduchosť opravy poškodeného rámu.


Tu však pozitíva končia. Oceľový rám = ťažký rám (v porovnaní s konkurenciou). Zároveň, keďže ide o spracované železo, je oceľ, ako jediný z materiálov, náchylná na koróziu. Svoje miesto však nájde medzi lacnejšími fitness bicyklami. Prípadne, vzhľadom na svoju cenu, v segmente čoraz populárnejších bikepackingových strojov. Nestratí sa ani pri produkcii trailových hardtailov, keďže dokáže odtlmiť o niečo viac nerovností. Žeby sme sa dočkali oživenia frázy „steel is real“?

Plusy oceľových rámov

• pevnosť,
• ohybnosť (o niečo vyšší komfort v porovnaní s hliníkom),
• životnosť,
• jednoduchá opraviteľnosť.

Mínusy oceľových rámov

• vyššia hmotnosť,
• náchylnosť na koróziu.

Vedeli ste, že…? V roku 1978 zišiel z linky v Rokycanoch bicykel Favorit s poradovým číslom 1 000 000. Do krachu spoločnosti v roku 2001 bolo vyrobených vyše 2 000 000 týchto legendárnych bicyklov.

Titán

Bicykel na celý život? Jednoznačne titánový. S predošlou oceľou zdieľa množstvo spoločných znakov – je trvácny, odolný voči poškodeniu, je možné ho relatívne jednoducho opraviť – minimálne v porovnaní s hliníkom. Bonusom je odolnosť voči korózii. A ďalším bonusom je aj to, že po kúpe titánového bicykla nebudete aspoň mesiac jesť, keďže nezostanú peniažky. Srandy bokom, pravdou však zostáva, že titánové bicykle si držia povesť „tých luxusných bicyklov“. Tento materiál patrí medzi obľúbené u „garážových“ staviteľov a ide o jedinečné exempláre.


Podobne ako hliník, aj titán ako taký potrebuje k dokonalosti prímesi ako vanád či hliník. Takto vzniká titánová zliatina, ktorá má lepší pomer pevnosti a hmotnosti v porovnaní s oceľou, ponúka množstvo vlastností podobných karbónu a je takmer nezničiteľná. K väčšine titánových rámov je pridružená doživotná záruka.

Prečo sa teda titán nepoužíva v profesionálnej cyklistike, keď má také očarujúce vlastnosti? Všetko sa totiž odráža na finálnej cene. Prispieva k tomu aj fakt, že vyrobiť kvalitný titánový rám je pomerne náročné vzhľadom na tvarovanie a narábanie s materiálom. Odlišný je aj spôsob zvárania – keďže titán, v porovnaní s hliníkom či oceľou, horšie reaguje s kyslíkom, je v procese zvárania využívaný argón.

Plusy titánových rámov

• trvácnosť,
• odolnosť,
• pomer hmotnosti a pevnosti.

Mínusy titánových rámov

• cena,
• náročnosť procesu spracovania.

Dalo by sa pokračovať ďalšími „exotickými“ materiálmi, ako napríklad horčík, bambus či drevo. V poslednej dobe sa do popredia dostáva napríklad aj 3D tlač. V našich končinách sa však najčastejšie stretneme práve so štyrmi bližšie popísanými materiálmi. Pri výbere konkrétneho materiálu treba vo finále zvážiť aj niekoľko dôležitých otázok:

• koľko chcem do bicykla investovať,
• ako dlho chcem na bicykli jazdiť,
• hmotnosť jazdca.
  

Tieto tri otázky takisto dokážu utvoriť lepší obraz o tom, ktorý materiál rámu bude pre toho-ktorého cyklistu najvhodnejší. Ak som na nejakú významnú vlastnosť zabudol, pokojne ma doplňte v komentároch.

Seriál „Od základu”

• XC, TR, AM, EN, DH - kde je rozdiel?
• Rozdiely v rámoch cestných bicyklov
• Celoodpružený vs. hardtail MTB – rozdiely a benefity