Od základu: Jaký materiál rámu je nejvhodnější?

Nabízí karbon bezkonkurenčně nejlepší vlastnosti? Je hliník pouze „low-cost“ záležitostí? V tomto článku se podíváme na materiály rámů silničních i horských kol.

Mohlo by se zdát, že problematika materiálů pro výrobu rámu kola je poměrně přehledná a dokážeme se setkat s řadou stereotypů. Hliník je levný, ale těžký, karbon zase drahý a lehký. Titan jezdí jen fajnšmekři a ocel? Ta snad umřela se zánikem klasických Favoritů. Jak to však bývá, celé to není až tak jednoduché.

Hliník vs. karbon

Dva nejběžnější materiály, se kterými se u rámů jízdních kol setkáme, jsou hliník a karbon. První jmenovaný kraluje segmentu „dostupnějších“ kol, druhý zase světu závodů a výkonnosti. Není však hliník jako hliník a karbon jako karbon. Ne jednou se člověk setká s tvrzením, že kvalitní hliník dokáže svými vlastnostmi převýšit levný karbon. Vlajkovou lodí mezi takovými koly je jednoznačně řada CAAD (Cannondale Advanced Aluminium Design). Jaké jsou tedy plusy a minusy těchto dvou silných hráčů?

Hliník

Hliníkové rámy jsou v současnosti nejrozšířenější a pravděpodobně i nejjednodušší na masovou výrobu. A také nejvhodnější materiál, pokud se silniční či horskou cyklistikou teprve začínáte. Případně, pokud máte stanoven nižší rozpočet. Je relativně lehký, odolný vůči korozi a při platbě za kolo nezpůsobí srdeční kolaps. Kromě toho je vzhledem ke své hmotnosti poměrně tuhý.


Tuhost však ústí i do několika, nepříliš vábných vlastností. První z nich se týká spíše silničních kol. Nebudeme si lhát, cesty u nás jsou, jaké jsou a když jsem je brázdil ještě na starší hliníkové silničce, nejednou jsem si řekl: „Už abych měl karbon…“ . Jednoduše – jelikož je hliníkový rám tuhý, zaniká schopnost absorbovat vibrace ze silnice (poznámka pod čáru – ani karbon problém s rozbitými cestami nevyřeší k dokonalosti ).


Co je však významnějším negativem, každý hliník dříve či později praskne a oprava je většinou nerealizovatelná. Na silničce jde spíše o výjimky (rámy zde nejsou natolik namáhané), ale podíváme-li se na náročnější disciplíny jako enduro či downhill, prasklé rámy jsou zde častějším jevem. Zejména pokud jde o objemnější jezdce.

Plusy hliníkových rámů

• relativně lehké,
• poměrně jednoduše zpracovatelné,
• levné,
• odolné vůči korozi,
• v dnešní době už i pěkné - sváry lze zahladit.

Mínusy hliníkových rámů

• netlumí nerovnosti – tím pádem méně komfortní,
• praskliny znamenají konec rámu (nelze je bezpečně opravit).

Věděli jste, že…?
Každá hliníková slitina má své čtyřčíselné označení. Základní surovinou rámu je vždy (samozřejmě) hliník. Jelikož se však jedná o poměrně měkký kov, je nutná příměs dalších chemických prvků – hořčíku, chromu, mědi, železa a tak dále. Právě tyto příměsi jsou vyjádřeny prvním ze čtyřčíslí. Vezmeme-li si například na paškál nejběžnější slitinu 6061, zjistíme, že k hliníku byl v největší míře přidán hořčík a křemík. Ostatní číslice označují specifičnost slitiny či konkrétní typ.

Karbon

Sen každého závodníka? No přece karbonové kolo! Možná to bude překvapivé, ale nejsilnější stránka karbonu není jeho lehkost. Jak jsem zmiňoval v předchozím článku o rámech jízdních kol, karbonové rámy jsou tuhé, ale zároveň pohodlné. V tomto se odlišují od hliníku, který je ve většině případů relativně lehký a tuhý, ale zaostává na poli pohodlí. Abychom zjistili proč, musíme se blíže podívat na způsob výroby karbonového kola a na materiál samotný.


Na rozdíl od hliníku, který se tvaruje tepelně, při výrobě karbonového rámu potřebujeme formu. Do ní jsou následně vkládány vrstvy karbonu, které jsou na sebe vázány pryskyřičným pojivem – takto vzniká karbonový kompozit. Způsobem nanášení umíme docílit následujících vlastností:

• tuhost rámu – o karbonových rámech se častokrát říká, že jsou tuhé. Pro snadnost pochopení si představme, že na rám působíme určitou silou. Pokud karbonová vlákna nejsou nanášena ve směru působení síly, výsledkem je tuhost.
• pohodlí – na rozdíl od hliníku je karbon schopen výraznějšího ohybu. Hezkým příkladem je známý Ghost Lector. Jeho sedlové vzpěry jsou prohnuté (po vzoru listových per, které běžně najdeme na těžších nákladních autech či pick-upech) a přispívají tak k lepšímu tlumení. Je-li požadován ohyb určité části kola, karbonová vlákna jsou nanášena ve směru působení síly.

No a co je na tomto jevu, nazývaném anizotropie, nejlepší? Směr kladení vláken (a také množství vrstev) můžeme volit dle potřeby. Tím pádem dokážeme docílit tuhosti na místech, jako je středové složení a maximalizovat tak přenos síly při šlapání. Naopak konkrétní místa rámu se mohou při jiném úhlu kladení vláken ohýbat, a tak přispívat k pohodlí. Ohyb karbonu je žádaný zejména u MTB rámů s kinematikou přepákovaného jednočepu (zero-pivot, resp. flexpivot), kdy část „pobere“ tlumič a část zase sedlové vzpěry.


Představa karbonového rámu zahřeje u srdíčka i nejednoho „gramaře“. A kdyby zůstalo jen u toho. Vzhledem ke způsobu výroby dokážeme produkovat zcela libovolné tvary, a tak zlepšit například aerodynamiku silničního kola nebo tlumící prvky horského kola. Případně jednoduše vytvořit kolo s unikátním designem.


Temnou stránkou karbonu je jeho křehkost při specifických typech nárazu. Čas od času to můžeme vidět i na World Tour závodech – zlomené rámy, řídítka, sedlovky… tato kola jsou však namáhána extrémnějším způsobem, než když bude jízdnímu kolu „nakládat“ hobbík, a koneckonců? Praskliny se na karbonovém rámu (na rozdíl od hliníku) dají opravit. Pokud to tedy není „totálka“. Na co si však bude muset dávat pozor každý cyklista, je utažení šroubů. Spolu s karbonovým kolem se určitě vyplatí pořídit si i momentový klíč.

Plusy karbonových rámů

• žádaný poměr hmotnosti a tuhosti,
• vyšší pohodlí při jízdě,
• možnost tvarování podle potřeby,
• životnost materiálu.

Minusy karbonových rámů

• cena,
• náchylnost k poškození při specifických nárazech,
• obtížná možnost recyklace.
  

Věděli jste, že…?
Prvním komerčně úspěšným kolem, které mělo karbonový rám, byl model Kestrel 4000 již v roce 1986. Překonal jej model Bowden Spacelander z roku 1960, který měl na tu dobu poměrně odvážný design – prodalo se však jen několik stovek exemplářů. Premiéru na Tour de France zažilo karbonové kolo v roce 1989 v podobě modelu Look TVT, který sedlal Gregg LeMond.

Ocel

Mým úplně prvním silničním kolem byl, jak jinak, ocelový Favorit. Poměrně těžký, s poměrně nepraktickým řazením, ale můj. Asi nemusím dodávat, že jsem na něm tisíce kilometrů nenajel a zanedlouho jsem přeběhl k hliníku. Ocel ještě před 40 - 50 lety vládla světu cyklistiky, aby byla později vytlačena hliníkem a karbonem. Důvody prosté - cena a hmotnost.


Ocel se vyznačuje zejména svou pevností, ale zároveň je až překvapivě ohebná. Pamatuji si, že jsem svého času zvažoval předělání Favorita na 10rychlostní silniční sadu a problematická byla šířka zadní stavby. Kde ale nepomůže síla, pomůže větší síla a v případě potřeby bych zadní vzpěry relativně jednoduše roztáhl… samozřejmě, toto je dost „barbarský“ zásah a komponenty by asi trpěly, ale na ilustraci ideál. Silnou devizou je také životnost, pevnost a jednoduchost opravy poškozeného rámu.


Zde však pozitiva končí. Ocelový rám = těžký rám (v porovnání s konkurencí). Zároveň, jelikož jde o zpracované železo, je ocel, jako jediný z materiálů, náchylná ke korozi. Své místo však najde mezi levnějšími fitness koly. Případně vzhledem ke své ceně v segmentu stále populárnějších bikepackingových strojů. Neztratí se ani při produkci trailových hardtailů, jelikož dokáže odtlumit o něco více nerovností. Že bychom se dočkali oživení fráze „steel is real“?

Plusy ocelových rámů

• pevnost,
• ohebnost (o něco vyšší komfort v porovnání s hliníkem),
• životnost,
• jednoduchá opravitelnost.

Minusy ocelových rámů

• vyšší hmotnost,
• náchylnost ke korozi.

Věděli jste, že…? V roce 1978 sjelo z linky v Rokycanech kolo Favorit s pořadovým číslem 1 000 000. Do krachu společnosti v roce 2001 bylo vyrobeno přes 2 000 000 těchto legendárních kol.

Titan

Kolo na celý život? Jednoznačně titanové. S předchozí ocelí sdílí množství společných znaků – titan je trvanlivý, odolný vůči poškození, lze jej relativně snadno opravit – minimálně ve srovnání s hliníkem. Bonusem je odolnost vůči korozi. A dalším bonusem je i to, že po koupi titanového kola nebudete alespoň měsíc jíst, jelikož nezůstanou peníze. Legrácky stranou, pravdou však zůstává, že titanová kola si drží pověst „těch luxusních kol“. Tento materiál patří mezi oblíbené u „garážových“ stavitelů a jedná se o jedinečné exempláře.


Podobně jako hliník, i titan jako takový potřebuje k dokonalosti příměsi jako vanad či hliník. Takto vzniká titanová slitina, která má lepší poměr pevnosti a hmotnosti v porovnání s ocelí, nabízí řadu vlastností podobných karbonu a je téměř nezničitelná. K většině titanových rámů je přidružena doživotní záruka.

Proč se tedy titan nepoužívá v profesionální cyklistice, když má takové okouzlující vlastnosti? Všechno se totiž odráží na finální ceně. Přispívá k tomu i fakt, že vyrobit kvalitní titanový rám je poměrně náročné vzhledem k tvarování a manipulaci s materiálem. Odlišný je i způsob svařování – jelikož titan, v porovnání s hliníkem či ocelí, hůře reaguje s kyslíkem, je v procesu svařování využíván argon.

Plusy titanových rámů

• trvanlivost,
• odolnost,
• poměr hmotnosti a pevnosti.

Minusy titanových rámů

• cena,
• náročnost procesu zpracování.

Dalo by se pokračovat dalšími „exotickými“ materiály, jako například hořčík, bambus či dřevo. V poslední době se do popředí dostává například i 3D tisk. V našich končinách se však nejčastěji setkáme právě se čtyřmi blíže popsanými materiály. Při výběru konkrétního materiálu je třeba ve finále zvážit i několik důležitých otázek:

• kolik chci do kola investovat,
• jak dlouho chci na kole jezdit,
• hmotnost jezdce.
  

Tyto tři otázky také dokáží utvořit lepší obraz o tom, který materiál rámu bude pro toho kterého cyklistu nejvhodnější. Pokud jsem na nějakou významnou vlastnost zapomněl, klidně mě doplňte v komentářích.

Seriál „Od základu”

• XC, TR, AM, EN, DH – kde je rozdíl?
• Rozdíly v rámech jízdních kol
• Celoodpružený vs. hardtail MTB – rozdíly a benefity