Odpověď není vůbec jednoduchá a původně čistě praktický průzkum možností a efektu tvarování trubek se dostal do roviny bezmála investigativního článku. A tak mne napadá, že na rozdíl od jasně daných vstupních parametrů kovových slitin, či kompozitů, které jednoduše definuje chemický vzorec a jasný poměr legur, jež nemůže nikdo marketingově zneužít (ačkoli se tak občas stejně děje, viz nonsens typu scandiový rám – pouze rám vyrobený z hliníkové slitiny s minimální přísadou Scandia), se nad profilováním trubek vznáší mrak plný domněnek. I tento článek je založen na spoustě teoretických předpokladů a hypotéz. Například té, že výrobci bicyklů nejlépe vědí, jaký je model mechanického zatížení kola, oni znají kritická místa. Ví, kde rámy praskají, jak lze ovlivnit tuhost rámu, či jeho schopnost absorbovat rázy. A tak se nelze divit, že dost často si své vzácné poznatky nechají pro sebe. Producentům trubek pak dají jasné zadání průměru, zeslabování stěny a celkového tvarování, nebo si je upravují sami. Technici trubkařských firem, většinou metalurgové, tak ani nemají se pídit po opodstatnění takových řešení.
Pak jsou tu však specializovaní výrobci rámových trubek – Columbus, Dedacciai, Reynolds, True Temper a další, kteří přímo určují, s čím mají stavitelé rámů pracovat. Jsou to tedy oni, kdo se pokouší nalézt ideální řešení ve smyslu příznivého poměru jízdních vlastností a nízké hmotnosti. Ale i oni se pohybují v konkurenčním prostředí, i oni potřebují, aby jejich výtvory vystoupily z davu, i on mají svou marketingovou strategii.
Reakce, které jsme posbírali na nejrůznějších adresách, byly často velmi tristní. “Tuhle otázku neřešíme, co nám zákazníci zadají, to vyrobíme. Máme svou představu o vlastnostech materiálů, nejrůznějších slitin, ale tvary, profily a jejich návaznost na pevnost či tuhost? To po nás nechtějte,” valilo se na nás z útrob nadnárodních společností, pro něž je, dlužno dodat, produkce určená pro jízdní kola nepatrným zlomkem jejich celkového výroního programu. Vždyť internetový vyhledávač nám nabídl celkem 193 výrobců nabízejících trubky pro cyklistické rámy. Ouha…
Tak chabý výsledek první vlny našeho pátrání po objekivních informacích, nás přece jen zaskočil. Každý konstruktér hotového rámu, ať už je to kusová výroba nebo některý z gigantů, si hájí právě to své, od relativně nezávislých producentů trubek jsme čekali více. “Nevím, nejsem si jist, myslím, že to bude hlavně o desigu a odlišení se.” Pochybnosti nad skutečně pozitivním vlivem tvarování na vlastnosti výsledného rámu bylo možné číst mezi řádky stále zřetelněji. Takže je to skutečně tak, jak tvrdí zlí jazykové, že zploštělé oversize trubky jsou dobré proto, že se na ně vejde dobře čitelné, velké logo?
Máme se tedy houštinou průřezů probírat jenom proto, aby jeden výrobce mohl tvrdit, že je jiný (doplň: lepší, dál ve vývoji) než ten druhý? To by asi nebyla příliš seriózní analýza, nicméně zvláště v posledních letech se rámové trubky kroutí do neuvěřitelných kreací podněcovaných možnostmi kladení a orientace vláken kompozitních materiálů či vymoženostni hydroformingu, který vrátil již tak populární hliníkové slitiny znovu do hry. Začněme od piky, tedy proč kulaté trubky tak dlouho a ke vší spokojenosti opanovaly místo na trůnu bez nějaké citelnější konkurence.
Evoluce profilování trubek nemá dlouhého trvání. Kruhový průřez bylo po bezmála století to jediné, po čem mohli stavitelé rámů sáhnout. Pokud hovoříme obecně o tváření trubek, je třeba se zmínit i o síle stěny, jejíž ztenčení a následně snížení celkové hmotnosti rámu bylo úkolem konstruktérů již v dávných dobách. Zeslabovaní trubek vychází z předpokladu, že uprostřed je každá trubka méně zatížena než na svých koncích, a tak tloušťka stěny může být v méně kritických místech redukována bez rizika poklesu pevnosti a trvanlivosti rámu. Rozdíl v tloušťce stěny zeslabované ocelové CrMo trubky v jejím nejtenčím a nejmasivnějším bodě je relativně zanedbatelný, zrhuba tři desetiny milimetru. Ušetřené gramy se tedy počítají spíše v jednotkách, možná desítkách.
Požadavek nízké váhy tak nutil hledat další cesty. Koncem 70. let se objevily první rámy z hliníkových slitin s lepenými spoji. To byl začátek zcela nového vývoje. Sice platí stará známá poučka, že parametry pevnosti a modulu pružnosti hliníkových slitin, na rozdíl od měrné hmotnosti (3:1 ve prospěch Al), jsou mnohem nižší než ocelových (v opačném gardu), ovšem konstruktéři prvních hliníkových rámů ještě neměli potuchy o oversize trubkách, a tak po vzoru klasického kruhového profilu ocelových trubek modelovali i ty hliníkové. To byla velká chyba. Pod praporem redukčního tažení zapomněli na fakt, že při použití trubek stejného průměru a průřezu je sice ten hliníkový výrazně lehčí, ale zcela nedostatečný co do elementárních vlastností – pevnosti, tuhosti a únavové životnosti. Nebylo divu, že brzy po svém uvedení se první hliníkové rámy z trhu vytratily.
To ale zdaleka neznamenalo jejich definitivní krach. Řešení tkvělo v použití většího průměru trubek, což s sebou nese možnost dramatického ztenčení stěny při stálé úspoře hmotnosti. Na světě byly předimenzované trubky, tzv. oversize, a jako jeden z prvních s nimi přišel počátkem 80. let tehdejší student a jeden z mountainbikových guru Gary Klein, který si pro svou postgraduální práci vybral právě toto téma. Svařování oversize trubek zajistilo rámu nevídanou tuhost, spíše až nežádoucí. Cyklisté navyklí na pohodlí a tlumící schopnosti ocelových rámů však byli rozladěni. Jízda na těchto oversize rámech připomínala trápení na kostitřasu, ačkoli každý výskal nad úbytkem hmotnosti a úžasnými akceleračními schopnostmi. Před kostruktéry tak stál další úkol – zajistit vyšší komfort, požadavek zvláště pro hobby jezdce nezanedbatelný.
To už byla výzva pro producenty trubek. Myšlenka vývojářů byla přímočará – připravit trubku středního průměru s proměnlivou tloušťkou stěny tak, aby byla zachována váhová úspora a dosaženo příznivějších jízdních vlastností v oblasti pohodlí. Nastoupilo opět zeslabování, ovšem na rozdíl od klasického známého u ocelových trubek tento postup umožnil dosáhnout výrazného rozdílu v proměnlivé síle stěny, až 1,4 mm, navíc na mnoha místech po celé délce trubky. Tím byl odstartován zlatý věk hliníkových slitin, jehož počátek se datuje do poloviny 90. let a který trvá prakticky dodnes. Aluminium v nejrůznějších obměnách je zdaleka nejužívanějším materiálem pro výrobu rámů sportovních kol. Ačkoli lze hovořit o karbonovém věku, absolutní čísla masové produkce hovoří jasnou řečí.
Byla tu tedy moderní technologie, lehké, relativně pohodlné rámy, ovšem srovnatelné, ne-li lepší vlastnosti mohli nabídnout i jiná, mnohdy exkluzivní řešení. Titanové rámy byly a jsou hendikepovány složitou a drahou výrobní technologií, podobně jsou na tom dosud kompozity, ale jejich přítomnost spolu s hořčíkovými slitinami pro hliník znamenala, že nemůže zůstat stát na místě. Do popředí vystoupil design, snaha odlišit se a také dohnat možnosti modernějších materiálů, konkrétně kompozitu s nekonečnými variantami vrstvení vláken a jejich tvarování. Stačilo jen pár sezon, aby se profilování hliníkových trubek, a dnes už nejen jich, stalo masovou záležitostí. Nejrůznější kreace neznají hranic, kdo netvaruje, odpadá. Oválné či dokonce bioválné trubky, kapkovitého, kosočtverečného nebo obdélníkového průřezu jsou dnes standard. Jak toho může prakticky využít zákazník, když ponecháme stranou, jak daný výtvor působí na jeho estetické cítění?
Odpověď zní šalamounsky – ano i ne, a není to alibizmus. Když například srovnáme vlastnosti postavené zploštělé trubky, bude sice ve vertikálním směru tužší a pevnější než kruhová, ale v bočním začne výrazně ztrácet. Tak proč všechny ty kapky, diamanty, ovály? Protože na rámu kola je přece spousta míst, kde lze pružnost využít a kde je naopak přítomnost maximální tuhosti doslova fatální. A jsme ve finále – požadavkem doby jsou proměnlivě tvarované a různě zeslabované trubky. Ovšem určit hranici, kde se jedná ještě o smysluplný přínos a kdy už opravdu jen o rámový styling, je někdy prakticky nemožné.
Ale zpět k zásadní otázce vyřčené v úvodu. Bylo by nefér podezírat výrobce trubek z nějaké laciné reklamy. Zatížení jednotlivých částí rámu je simulováno počítačově, každé profilování a práce s tloušťkou stěny je dobře zvážena, ale nikdo nepopírá, že je tu stále velký prostor pro designové fantazie. Konstrutér má tak nyní nespočet možností, jak nabídnout to, co potřebuje. Smiřme se tedy s tím, že designový prvek tu bude vždy hrát nezanedbatelnou roli, ale profilované trubky rozhodně nejsou pouhou pastí na spotřebitele. Opatrné nakládání s různými profily v určených místech rámu nám přináší nový rozměr jízdy. Otázka je, zda není vliv profilování trubek na vlastnosti rámu přeceňován. Avšak na to jsme se už ptali odborníků.
Kamil Hofman
Foto: Velo, archiv, Columbus, Dedacciai, Duratec
ČASTÝ NÁZOR:
Je velmi těžké překonat kruhový profil trubky, která garantuje neměnné vlastnosti ve všech směrech, 360 stupňů po svém obvodu. Ať už budeme působit na takovou trubku v jakémkoliv směru, její hodnoty pevnosti a tuhosti zůstanou stejné!
pohled strojaře
Vliv profilů na vlastnosti rámu
Rám jízdního kola je konstruován tak, aby jeho jednotlivé profily (s výjimkou přední vidlice) byly při zatížení silami působícími v rovině symetrie rámu (především tíha jezdce) co nejméně namáhány ohybem, ale aby v nich převažovalo namáhání tahem nebo tlakem (výjimku tvoří kola s jedinou spojovací trubkou mezi středovým uložením a přední vidlicí, např. kola skládací a do jisté míry i sedlová trubka kol dámských). U klasického kola jsou proto jedinými komponentami rámu namáhanými převážně ohybem přední vidlice, řídítka a sedlová trubka. Ostatní profily rámu jsou namáhány převážně tahem nebo tlakem, což znamená, že jejich tuhost a pevnost prakticky není ovlivněna tvarem profilu, ale pouze plochou jeho příčného průřezu, tedy množstvím použitého materiálu. Tuhost přední vidlice a sedlové trubky, jejichž namáhání má významnou ohybovou složku, lze zvýšit použitím zploštělého profilu orientovaného tak, aby větší rozměr profilu byl rovnoběžný s rovinou symetrie rámu. Podobně je možné zvýšit tuhost řídítek použitím zploštělého profilu, jehož delší osa by byla orientována ve směru předloktí jezdce. U těchto částí rámu by také mělo praktický význam použití profilů s proměnnou tloušťkou, což je běžné u přední vidlice, ale například u sedlové trubky z praktických důvodů zřejmě možné jen proměnnou tloušťkou stěny.
Důležitou vlastností rámu je však boční tuhost, jejíž nedostatečná hodnota se může projevovat při určitých režimech jízdy nepříjemnými bočními vibracemi rámu. Tato boční tuhost je naopak významně ovlivněna tvarem profilů rámu. Jestliže jsou ovšem profily rámu orientovány svou delší osou rovnoběžně s rovinou symetrie rámu, je výsledná boční tuhost naopak menší než u odpovídající trubky kruhového průřezu. K tomu, aby jakýkoli zploštělý profil zvyšoval boční tuhost rámu, musel by být umístěn svým delším rozměrem příčně k rovině symetrie rámu.
Porovnání profilů kulatých a hranatých je o něco složitější, provedu ho na profilu kruhovém a čtvercovém. Při stejném vnějším rozměru má čtverec (20x20x2) o 33 procent větší ohybovou tuhost než profil kruhový (trubka 20×2). Pokud ovšem bude porovnávacím kritériem hmotnost profilu, respektive plocha příčného průřezu, pak uvedenému čtvercovému profilu odpovídá trubka 25×2, která má naopak tuhost v ohybu o 22% vyšší. Obecně lze tedy konstatovat, že při stejné hmotnosti mají zakulacené profily vyšší ohybovou tuhost než profily hranaté. Naopak hranaté profily mají vyšší součinitel aerodynamického odporu. Ten je samozřejmě nejnižší u vhodně orientovaného profilu kapkovitého tvaru, podobně jako u časovkářských či dráhařských přileb. Ke snížení aerodynamického odporu však kapkovitý tvar profilu může přispívat jen tehdy, je-li jeho umístění na rámu téměř svislé. I tehdy je však praktický význam nepatrný, protože aerodynamický odpor rámu je určitě podstatně menší než samotného jezdce. Navíc aerodynamický odpor je úměrný čtverci rychlosti, takže pro rekreačního cyklistu jedoucího rychlostí 25 km/h je jeho vliv čtyřikrát menší než pro závodníka jedoucího rychlostí 50 km/h.
Základní komentáře k tvaru lze doplnit připomenutím faktu, že tuhost nebo pevnost jakéhokoli dílu je vždy ovlivněna dvěma vstupy: tvarem a materiálem. Tuhost je úměrná modulu pružnosti v tahu (ocel 210 000 MPa, hliníkoví slitiny 70 000, hořčíkové slitiny 35 000, titan 103 000). Je též zřejmé, že pro uvedené kovy je modul pružnosti téměř úměrný jejich měrné hmotnosti (ocel 7,8 kg/dm3, hliníkové slitiny 2,7, hořčíkové slitiny 1,8, titan 4,5). Znamená to, že použitím lehké slitiny sice dosáhneme lehčího rámu, ale snížení jeho hmotnosti je méně výrazné než poměr měrných hmotností materiálů, protože pro dosažení stejné tuhosti rámu jsou nutné silnější profily. Jiné je to ovšem s pevností, která je u lehkých slitin při významně nižší váze často srovnatelná s ocelí. Liší se však slitinu od slitiny, stejně jako pro různé druhy ocelí, takže obecné porovnání nelze provést.
Význam tvaru profilů pro tlumení rázů je zcela nepodstatný. Na tlumení přenosu rázů například do páteře se podstatnou měrou podílejí u kola bez odpružení především měkké části sedla a měkké tkáně hýždí cyklisty. Podobně pro menší přenos rázů do horních končetin cyklisty mají největší význam silnější gripy či omotávek (vše u kol prostých prvků odpružení). Pouze lze obecně říci, že do jisté míry může ke snížení přenosu rázů na tělo cyklisty přispět použití materiálů s vysokou pevností a nižším modulem pružnosti, tedy lehkých slitin. Rovněž zahnutá řídítka, především klasické silničářské oblouky zvyšují tento efekt.
ing. Jiří Burša, PhD., odborný asistent Ústavu mechaniky těles, mechatroniky a biomechaniky Fakulty strojního inženýrství VUT v Brně
ANKETA
TUCET OTÁZEK PRO STAVITELE
1. Klasici tvrdí, že kruhový profil rámových trubek kol je nepřekonatelný. Jsou tedy nejrůznější profily skutečným přínosem v oblasti mechanických vlastností rámů (tuhost, pevnost, trvanlivost) nebo jde hlavně o designové možnosti, odlišení se?
2. Lze určit ideální či požadovaný tvar trubek?
3. Jak je to vlastně s vlastnostmi jednotlivých profilů? Čeho potřebuje konstruktér dosáhnout a jak mu k tomu tvary trubek poslouží?
4. Můžete skutečně využít kompletní nabídku nejrůznějších profilů?
5. Jak pohlížíte obecně na přechody trubek, např. z kruhového průřezu v kosočtverečný a zpět v kruhový, případně bioválné (u středu zploštělé horizontálně, u hlavy vertikálně). Je to, lidově řečeno, k něčemu dobré?
6. U trojúhelníkových či kapkovitých profilů spodní trubky bývá prakticky výhradně orientován vrchol dovnitř rámu, proč?
7. V poslední době lze u zadní stavby pozorovat využívání horizontálně položených trubek zadní vidlice pro lepší tlumení nerovností. To má logiku, ale proč se to dosud tolik nevyužívalo?
8. Dohání hliník díky možnostem hydroformingu náskok kompozitu v oblasti tvarování trubek nebo je v této oblasti karbon (kompozit) stále nedostižný?
9. Vyjádřete procentuálně podíl jednotlivých níže uvedených složek na výsledných vlastnostech a chování rámu.
a, materiál rámových trubek
b, profil a tváření rámových trubek včetně zeslabování
c, geometrie rámu
d, technologie spojování trubek
e, finální zpracování rámu (tepelná úprava)
10. U špičkových modelů sériových výrobců lze vypozorovat spíše střídmost v tvarování trubek. Lze tedy usuzovat, že různé profilování trubek není tak důležité a je to spíš snaha přilákat pozornost zákazníka?
11. Lze najít nějaké rozdíly v míře tvarování trubek a konstrukcí silničních a horských kol, uplatní se víc u jedné nebo u druhé skupiny kol?
12. Jaká je souvislost mezi tvarováním trubek a celoodpruženými koly (liší se od hardtailů a jak)?
Svatopluk Zatloukal, dlouholetý stavitel titanových rámů Morati
1. Tvarování trubek vychází obecně z mechaniky a jejích principů. Nelze tedy říci, že jde pouze o designerský produkt (ač někdy tomu tak je). Vždy je nutno sledovat požadované vlastnosti rámu jako soustavy definovaných profilů. Faktory, které do toho vstupují, jsou dány odpovědí na otázky: jaké požaduji vlastnosti, z jakého materiálu stavím, jakou technologii používám a design. To, že kruhový profil dlouho dominoval, je do značné míry otázkou technologie tváření. Kruhový profil je v zásadě dokonalý z pohledu technologie výroby, nicméně dokonalost spočívá v tom, že se chová ve svém průřezu ve všech osách konstantně. Vývoj a posun profilů se začal dle mého názoru definovat s rozvojem rozlišovacích schopností uživatelů a stavitelů rámů co se vlastností týká, v návaznosti na aplikaci výpočetních a analytických metod CAD (MKP metoda konečných prvků atd.). Tyto metody totiž umožňují designerovi na počítači simulovat zatížení, vizualizovat průběhy napětí, provádět analýzu únavových vlastností. To vše posouvá vlastnosti rámu a jeho únavový život.
2. V zásadě lze, nicméně je nutná dokonalá znalost zatížení rámu jako celku a v jeho jednotlivých segmentech, jeho definice v kombinaci s vlastnostmi materiálu, jako je modul pružnosti a další materiálové konstanty, které jej charakterizují z hlediska mechanických a fyzikálních vlastností s použitím metod modelování. Výstupem je pak proces optimalizace tvaru, kterým se přibližujeme definovanému požadavku. I s rozvojem těchto metod lze spojit nástup profilovaných trubek.
3. Tvar profilu jednoznačně závisí na zatížení a na tom, co chce konstruktér v daném úseku řešit. Zde se pohybujeme v pozici definice vlastností trubky jako nosníku namáhaného ohybem, krutem, vzpěrem a kombinací těchto zatížení. Teorie pružnosti a pevnosti pracuje s definicí průřezu (profilu) namáhaného prvku. V profilu, tak i po délce, pak lze, zjednodušeně řečeno, definovat oblasti, které budou lépe odolávat předpokládanému zatížení, a vlivy, které konstruktér hodlá eliminovat. Jako příklad uvedu řešení CFS, které jsme použili na rámech HC 1.4 a SC 1.3. Požadavkem je zvýšení odolnosti rámu v krutu (zachycení sil od pedálů v nástupech) při minimálně porušené podélné schopnosti absorpce vibrací a tedy komfortu. Výsledkem je uvolnění tuhosti “nosníku” v určitém místě, v rovině, kde chceme, aby k aktivitě pod zatížením (k “deformaci”), došlo. Proto se mění profil spodní i horní rámové trubky na zploštělý, kdy delší osa elipsy profilu leží v rovině, kde chceme tuhost uvolnit. Zkrátka, definovaným způsobem jí umožníme pružnou deformaci. Že jde často o protichůdné požadavky, je nasnadě. Stačí si zopakovat: chci lehký, tuhý, pružný, komfortní rám. A protože mechanika je jen jedna, vždy jde více či méně o kompromis. V tom je kouzlo, protože jaké je vlastně to ideální řešení? Těch cest je spousta, proto je tento vývoj stále živý a vzrušující.
4. U titanu je poměrně omezená možnost daná vlastnostmi titanové slitiny při tváření, občas si musíme pomoci sami. Nicméně, v obecné rovině, pokud designer ví, co chce, pak může pracovat s definovanými vlastnostmi profilů či jejich kombinací, nebo si nadefinovat svoje řešení. Všimneme-li si renomovaných dodavatelů sad trubek, pak jednoznačně lze cíleně užít ten, nebo onen profil, protože jeho vlastnosti výrobce nadefinoval k etalonu kruhového průřezu a rámař pak sestaví optimální kompilát podle svého záměru.
5. Tady se řeší změna vlastností prvku soustavy po délce a diferencovaná schopnost přenášet konkrétní zatížení. Uplatňuje se i optimalizace na minimální hmotnost, protože materiál, který pro přenos sil takzvaně nepotřebujeme, můžeme odebrat změnou tvaru, respektive přemístit jej do oblasti, kde nám pomůže odolávat silám.
6. Zde jde o to, že spodní strana přenáší dominantně tahová napětí, je tedy nutno ji patřičně nadimenzovat, respektive můžeme ušetřit materiál na horní, méně namáhané straně jeho “přemístěním”.
7. Tvarování zadní stavby je možností, jak zlepšit vlastnosti z pozice pohlcování vibrací. To byl záměr u našeho SC 1.2, který se potom objevil u karbonové zadní stavby Pinarella v obdobné konfiguraci. Opět si myslím, že jde o posun v chápání rozdílů mezi jednotlivými řešeními rámů a schopností je rozlišit. Pokud se například na silnici jezdilo na monotypu (ocel) a na kostkách, pak nějaké rozlišení bylo velmi obtížné, ne-li nemožné.
8. Co se designu týče, určitě. Práce s tloušťkou stěny je efektivnější u kompozitu (kladení jednotlivých vrstev a orientace vláken), nicméně jsou tam jiná úskalí, tím podstatným je mimo jiné cena. Z pohledu designéra je hydroforming optimální a levnou cestou k práci s tvarem. Pokud je podpořen logikou mechaniky, mohou být výsledky velmi zajímavé.
9.
a, 25 %
Vezmeme-li v úvahu, že lze postavit kvalitní (i špatné) rámy z oceli, hliníku, titanu, magnezia či kompozitu, pak materiál jako výchozí faktor sám o sobě nemá tak zásadní vliv.
b, 45 %
Z toho plyne, že podstatná je specifická práce s materiálem a jeho vlastnostmi.
c, 24 %
Podporuje práci s materiálem a pomáhá konkrétně řešit určení rámu a specifické jízdní vlastnosti (stabilita, ovládání, točivost, vedení). Pokud stavitel ví, co dělá, neměl by v geometrii zásadně chybovat. Předpokládám tedy, že ji neudělá a proto vědomě snižuji procentuální podíl.
d, 4 %
V zásadě nemá podstatný vliv.
e, 2 %
Pokud se nejedná jen o uvolnění pnutí ve svařovaných sestavách, pak jde většinou o vytvrzování hliníkových slitin na vyšší pevnost. To se samo o sobě neprojeví tak, aby to uživatel přímo definoval jako vlastnost.
10. Ne nadarmo se říkalo, že letadla a špičkové limuzíny byly vždy stříbrné. Ono už to až tak docela neplatí, nicméně vyjadřovalo to jakousi střídmost tam, kde nebylo nutno dotovat dokonalost technického výtvoru pozlátky. Doba se samozřejmě změnila a design se stal formativním prvkem (což je jen dobře). Nicméně zůstává faktem, že funkční technická dokonalost bývá střídmá, protože dokonalý tvar vždy vychází z dokonalé funkce (jak říkají velcí designéři). Nic to nemění na faktu, že je možno s úspěchem nabídnout i futurizmus pro individualisty, aniž by musel mít tvůrce výčitky svědomí.
11. Myslím, že u biků je to výraznější vzhledem k charakteru zatížení a požadovaným vlastnostem. Nicméně oba obory se, což je dobře, ovlivňují.
12. Pokud je tam požadavek na přenos síly šlapáním, tedy u XC fullů, pak je bezesporu nutno řešit boční tuhost v oblasti šlapacího středu. Vertikální vlastnosti se řeší pružením, kinematikou apod.
Robert Štěrba, stavitel převážně ocelových rámů
1. Určitě nelze pevnostní vlivy přehlížet, ale design prodává a to bude nejpodstatnější. Vždyť většina produkce všech výrobců jsou kola střední a nižší kategorie a tam jsou obecně rámy natolik předimenzované běžnému použití, že by mohli být i z tenkých trubek. Všichni ale máme rádi pěkné věci a většina těchto kol je více než pěkná.
2. Obecně nelze takto odpovědět. Vždy záleží, jaké vlastnosti od kola budeme požadovat a jakému účelu bude kolo sloužit. Rám na dlouhé maratony či naše špatné silnice bude muset mít jiné vlastnosti než dráhový nebo časovkový speciál. Připomenu slova Jána Svorady: “Komfort kola pro závodníky je zbytečný luxus” a jeho kolo s vyvařenou dvojitou zadní stavbou, aby mohl prodat ve spurtu co v něm je, asi na kostky moc ideální není.
3. Měl Lance diamantový či kosočtvercový profil?
4. Já jako malý výrobce rozhodně ne. Jsem odkázaný na nabídku výrobců trubek. Kdo ale vyrábí v Asii, má možnost si nechat otevřít vlastní formu na trubky. Zadarmo to ovšem není.
5. Například zploštění u středu rozhodně zvyšuje tuhost při šlapání. Vždy je třeba myslet ale na prvním místě na vlastnosti použitého materiálu. Dobrý materiál dokáže divy bez profilování. Naopak podřadný byť v sebezajímavějším profilu si brzo vyslouží přezdívku “bláto”
6. Není tomu tak vždy. Viděl jsem řadu rámů s opačnou orientací. A nebyla to jen čtyři procenta.
7. Jednak nebyly tak kvalitní materiály, kde se zároveň řeší určité tlumení rázů, především ale vždy je něco poprvé. A velké objevy jsou většinou velmi jednoduché.
8. Karbon je v tomto směru rozhodně nedostižný. Hydroforming umožňuje naprosto novou dimenzi jak vlastností hliníku, tak i designu. Sám to vnímám jako skutečně obrovský posun ve výrobě rámů.
9.
a, 50 %
b, 10 %
c, 20 %
d, 10 %
e, 10 %
Pozn.: Je to jen velmi orientační a u jednotlivých typů rámů budou procenta jinak rozložena.
10. Přesně tak, není to ale vůbec na škodu. Závodníci používající právě špičkové modely mají naprosto jiné požadavky na kola a rámy. Řada “běžných” zákazníků má mnohem vyšší nároky na váhu a design než závodníci.
11. Rozhodně. Řada horských či skočkových kol se staví téměř bez ohledu na váhu ale pevnostní předpoklady jsou na prvním místě. U silničního či crossového kola by tento názor neobstál.
12. U fullů není váha na prvním místě. Od toho se odvíjí tvarování trubek. Síly, které působí na různá místa rámů celoodpružených kol, se vůbec nedají srovnávat se silami působícími na hardtaily.
Závěr: Postavit rám není nic složitého. Stačí vzít jedenáct trubek a nějak je spojit. To platí už více než sto let. Pokud u toho trochu přemýšlíte a věnujete tomu trochu lásky a péče, určitě se odlišíte od ostatních výrobců.
Milan Duchek, majitel a konstruktér značky Duratec
1. Vycházíme-li z předpokladu, že ideální rám je při jízdě pohodlný a zároveň okamžitě reaguje na každé šlápnutí bez ztráty energie, potom je zřejmé, že zatížení rámu je v každém uzlovém bodě odlišné, čemuž samozřejmě musí odpovídat i profily trubek. Tyto tvary však musí být “smysluplné” a každý výrobce, který přistupuje k profilování za účelem zvýšení užitných vlastností rámu, by měl svůj přínos zákazníkovi vysvětlit.
2. Při návrhu nového modelu rámu, nebo jeho části využíváme výpočtu 3D modelu metodou konečných prvků na počítači. Tato metoda nám umožňuje posoudit a porovnat správnost navrhované konstrukce. Můžeme tak pracovat s různými profily, tloušťkami stěn trubek, u kompozitu se směry vláken, a porovnávat je.
3. Při konstrukci rámu si nevybíráme trubky ze standardní nabídky světových výrobců, ale konstruujeme a vyrábíme si tvar každé trubky sami. Snažíme se přitom dosáhnout maximální tuhosti rámu při minimální hmotnosti, využít závodní zkušenosti a docílit tvarem a profilem požadované vlastnosti.
4. Profily trubek rámu navrhujeme podle toho, na jakou disciplínu má rám být používán. Rozdílné profily jsou samozřejmě pro MTB, silnici, cyklokros či dráhové závody.
5. Jak jsem již uvedl v bodu 1, výběr trubky by měl být smysluplný vzhledem k tomu, jak bude rám používán, proto například vertikálně zploštělá trubka u hlavy rámu je pro MTB či silniční rám naprosto nepřijatelná, jelikož snižuje tuhost hlavové trubky v bočním směru a to zejména při jízdě ze sedla.
6. Základna trojúhelníkového profilu u hlavové trubky zvyšuje trvanlivost rámu, jelikož se zvyšuje plocha, na které se rozkládá napětí pocházející od vibrací předního kola. Důvodem, jak orientovat profil u rámu pro rychlostní disciplíny, je zpravidla i jeho menší aerodynamický odpor, což samozřejmě platí pro profil ve tvaru kapky.
7. Horizontálně tvarované zadní vidlice se začaly využívat zejména u pevných MTB rámů z důvodu lepších útlumových vlastností. Tento profil však snižuje boční tuhost rámu a to zejména u extrémně nízkých průřezů tzv. planžet. V některých případech délka horizontálního profilu ovlivňuje též průchodnost zadního kola. Tento trend je nastolen vývojem a snahou odlišit se.
8. Pomocí hydroformingu možná lze dosáhnout stejného či podobného tvaru trubky, nikdy však nelze dosáhnout stejných mechanických vlastností daných již kompozitem samotným jako například pevnost, houževnatost či únavové chování.
9.
a, 35 %
Správnou volbu materiálu považujeme za nejdůležitější prvek pro konstrukci.
b, 15 %
Vhodným profilování rámových trubek je možné zlepšit jízdní vlastnosti. Zeslabování trubek ovlivňuje hmotnost rámu, která je v přímé úměře s jeho tuhostí.
c, 30 %
Správně navržená geometrie rámu vychází z ergonomických požadavků a přímo ovlivňuje výkony závodníka při jízdě. Při výběru geometrie rámu jsou kladeny vysoké požadavky zejména ze strany silničních jezdců. Někdy je však velice obtížné určit správnou geometrii, jelikož každý závodník používá svůj vlastní styl jízdy a každý má jiné požadavky. Někdo je raději na kole více natažený, někdo šlape více pod sebe apod.
d, 10 %
Kvalita spoje je samozřejmě důležitým prvkem rámu. Obvykle však bývá spoj svarový či lepený předimenzován a proto se na jízdních vlastnostech rámu výrazně neprojevuje.
e, 10 %
Tepelná úprava přímo souvisí s použitým materiálem rámových trubek a doporučením výrobců pro jejich zpracování. Málo známé je i tepelné zpracování kompozitních materiálů tzv. temperování, které rovněž zvyšuje užitné vlastnosti výsledného výrobku.
10. Výrazné profilování trubek se využívá zejména u levnějších modelů, jelikož cílová skupina zákazníků nepreferuje a ani nedokáže zhodnotit u těchto kol technické provedení, ale zaměřuje se zejména na to, jak kolo vypadá.
11. Bylo by logické, že například u hardtailu budeme tvarovat zadní stavbu tak, aby tlumila nerovnosti při jízdě v terénu a u silničního rámu tak, aby zadní stavba vykazovala maximální tuhost. Nicméně zkušenosti profesionálních jezdců ukazují, že u silničních rámů, zejména v dlouhých závodech, je pohodlí závodníka leckdy důležitější než reakce rámu při šlapání.
12. Celoodpružená kola přebírají z větší části profily z pevných rámů, což je dáno spíše objemem produkce (ekonomické důvody) a funkce tvarování není proto stoprocentně využita.
Roman Pavlík, konstruktér ocelových rámů Sfinx
1. Dříve kruhový profil v klasice, kdy horní trubka bývala nejtlustší 28,6 mm a spodní maximálně 31,7 mmm, byly rámy pohodlné, ale měkké a méně stoupavé. K profilaci začalo docházet už z nutných důvodů, kdy se na jednopalcovou hlavovou trubku spodní rámová nevešla a musela se lehce zmáčknout.
2. Spodní trubka – nejlépe vedena vejčitě vrcholem nahoru a ve spodní třetině zmáčknuta biaxiálně, kdy se setká se středovou spojkou v horizontálním profilu. Horní trubka – vychází nastejno vejčitá či kulatá, zde horní vejčitá je spíše z estetického hlediska, možná při úderu ze strany vydrží více. Sedlová trubka – kulatá. Zadní vzpěry – většinou kulaté na silnici, někdy trojúhelníkového průřezu, zadní vidlice – většinou ovál nebo náš “Brunst”, který je biaxiální.
3. Záleží, pro koho je rám stavěn. Jestli je silový jezdec nebo chce co nejvíce pohodlí apod.
4. Někdy si profily dotváříme sami.
5. Biaxiál je dobrý na rozložení sil jak při nárazu kola při havárii, tak na odezvu silového šlapání.
6. Tak nám to i výrobce trubek káže. Horní dáváme oběma směry, u MTB vždy vrcholem dolů.
7. To nechápu, proč to nikdo dříve neudělal, sám jsem k tomu došel při jízdě – nazval jsem to “Brunst”. Na kopci Brunst při Králi Šumavy to bez takovéto zadní stavby moc drncá.
8. Nevím.
9.
a, 30 %
Firma Columbus odstoupila od materiálu Termachrom, který byl použit v sadách Ultrafoco a Foco a přešla na materiál Niobium, který je měkčí a lépe pohlcuje nerovnosti.
b, 46 %
U oceli hodně záleží na zadních vertikálních vzpěrách, které výrobce může volit z průměrů 14, 16, 17, 18, 19. Tam, pokud budou silnostěnné, velkého průměru a ještě rovné bez esovitého zprohýbání, tak páteři neuleví ani Brunst.
c, 20 %
Lze lehce laborovat například s délkou zadní stavby versus úhel sedlové trubky. Zadní vertikální vzpěry nikdy nevaříme nad úroveň horní rámové trubky. Čím více je jejich úhel oproti zadní vidlici (šavlím) sevřený, tím je celá zadní stavba ve vertikálním směru pružnější.
d, 4 %
e, u oceli odpadá
10. Myslím, že profil a průměry trubek hodně rozhodují o jízdních vlastnostech.
11. Oba tábory se začínají sobě podobat.
12. Nevím, není to můj obor.
JAK TO VIDÍME MY
Znáte to, občas se v redakci dostaneme do křížku v debatě nad tím, co je vlastně pro chování kola, respektive rámu nejdůležitější. A tak jsme toto zadání, které stojí před každým konstruktérem, stanovili nejen domácím stavitelům rámů (viz. otázka č. 9 v dotazníku), ale provedli na toto téma i vnitroredakční anketu. Výsledkem je zprůměrovaný redakční názor ohledně procentuálního podílu jednotlivých složek na výsledných vlastnostech a chování rámu. Od názoru konstrukterů se dost výrazně liší…
* materiál trubek 19,2 %
* profily, tvarování, zeslabování trubek 6,7 %
* geometrie 60,8 %
* technologie spojování trubek 4,5 %
* finální zpracování (tepelná úprava) 9,8 %