CYKELPORTALEN

Danmarks uafhængige cykelportal

Stelmaterialer Stelmaterialer
For 15 år siden fandtes der stort set kun stål på menuen, for den cyklist som skulle vælge cykelramme. I dag kan du vælge... Stelmaterialer

For 15 år siden fandtes der stort set kun stål på menuen, for den cyklist som skulle vælge cykelramme. I dag kan du vælge mellem, stål, aluminium, itanium, magnesium og kulfiber foruden nogle mere eksotiske materialer. Spørgsmålet er så, hvilket materiale der er bedst ? Det er næsten umuligt at besvare, men denne artikel vil forsøge at belyse egenskaberne ved de enkelte materialer samt deres stærke og svage sider. Lav vægt, kontra stivhed og styrke. Fart kontra komfort. Spørgsmålet om hvilket materiale som er bedst at fremstille cykelrammer af, er til stadighed oppe til diskussion blandt alverdens producenter og alle har de deres bevæggrunde til netop at bruge et materiale frem for et andet.

STÅL.

Med stål menes en jernbaseret legering, som har fungeret som rammemateriale i over hundrede år og som med stor sandsynlighed også vil være fremme langt ind i fremtiden. Det er relativt let og billigt at forme et rør som kan indgå i en ramme. En anden væsentlig faktor, er at stålets egenskaber er ordentlig veldefinerede og bevidste. Det vil sige at konstruktøren ved hvordan forskellige stålkvaliteter opfører sig under forskellige forhold og ved forskellige behandlinger. Derved har de lettere ved at beregne en ny rammes egenskaber. Det stål der anvendes indenfor cykelindustrien findes i et utal af varianter. Forskellige bestanddele som kul, vanadium, krom, nikkel, mangan og molybdæn legeres med stålet i forskellige mængder for at opnå forskellige kvaliteter og forskellige egenskaber, samt ikke mindst prisen på rammen.

Gode rammer er dyre.

Dyre rør er ofte ensbetydende med bedre stål. Rammer i stål ligger i prislaget fra fra 700-800 kr. og op til mere end 10000 kr., afhængig af stålkvaliteten, men også på selve tilvirkningen af rørene. De mest almindelige varianter er krom molybdæn stål (CrMo), mangan molybdæn (MaMo) stål samt nikkel vanadium stål (NiCr). Disse opdeles i heltrukne og formede rør samt varmebehandlede og ikke varmebehandlede. Ulempen ved stål er den høje vægt i forhold til andre materialer samt problemer med rust. Men dagens rammebyggere er helt klar over disse ulemper, og der forskes intensivt i at udvikle stållegeringer med endnu bedre egenskaber.

Fremtiden.

Et eksempel på hvorledes udviklingen inden for stål kan gå, er “Aermet 100”. Denne legering er udviklet i USA specielt til landingsstellet på F-18 jagerflyet. Aermet 100 har en brudgrænse på 2000N/mm2. Det tidligere stærkeste rør for cykler, Reynolds 753 har en brudgrænse på 1315 N/mm2. For sammenligningens skyld har titanium en brudgrænse på 860 n/mm2. Samtidig er Aermet tilstrækkelig blødt, så det kan bearbejdes og udformes i de ønskede former uden at værktøjet slides for hurtigt. En meget lovende legering.

Myter om Stål.

“Jeg må have en ny ramme, da den er blevet for blød”. Denne påstand er helt forkert. Stål kan af natur ikke blive blødt, andet end når det belastet over dets elastitetmodul. Og så er rørene deformeret til ubrugelighed. Prøv at vride en eger indtil den knækker. Føles en stålramme blød, er det fordi den var det var starten, eller også er den rustet op indefra. (ikke særlig sandsynligt) Slidte lejer og
komponenter forstærker også følelsen, samt ikke mindst cyklistens fantasi…

Kort om stål.

+ kan give tynde, lette og stærke rør.
+ let at bearbejde,
+ billigt og veldokumenteret.
+ miljøvenligt, let at reparerer og genanvende.
– tungt hvis det ikke bearbejdes.
– ruster.
– tynde lette rør kan give brud.

ALUMINIUM.

Aluminium gjorde for alvor sit indtog på rammemarkedet i begyndelsen af 70 erne. Først gennem italienske Alan som vidste en ramme der var limet i mufferne. Rørdiameteren var den normale smalle racerdiameter. Resultatet var en let, men meget blød ramme. Trods dette kunne spurtspecialisten Sean Kelly samme år, vinde otte sejre på en lignende Vitrus ramme. Dagens aluminiums rammer er betydeligt stivere end datidens standard, og så længe konstruktøren, ved hvad han gør, kan det lade sig gøre at lave rammer i aluminium som både er lette og stive. Relativt set er aluminium et billigt materiale som er blødt. Men blandes det med f.eks. kisel, magnesium eller zink fås nogle legeringer som kan tilfredsstille konstruktørernes krav til lav vægt, stivhed og styrke. Med i købet får man også aluminiums modstandskraft mod korrosion. Aluminium rangeres i forskellige nummerserier. De mest kendte er 6061 og 7075. Disse går populært som flyaluminium. De enkelte tal henviser til, hvad legeringen består af og hvordan den er hærdet.

“Oversize”.

Aluminium vejer en tredjedel af den samme volumen stål, men typisk vejer en ramme i aluminium mere end en trediedels stålramme. Årsagen er aluminiums lave styrke, cirka en fjerdedel af ståls. En anden ulempe er at deformationsgrænsen og brudgrænsen ligger tæt på hinanden. Det vil sige at et aluminiumsrør kan bukkes til en vis grænse, herefter bliver det porøst og knækker. Desuden er træthedsgrænsen (fatigue limit) også lav.  For at modvirke alle disse negative faktorer, må man gøre aluminiumsrørerne større og tykkere. Det som populært går under “oversize” Men på grund af legeringernes lave vægt bliver rørene stadig relativt lette. Ved oversize bliver rammen også helt flexfri, hvilket godt kan give følelsen af at køre på en “død” ramme.  Sammenfattende kan man sige at aluminium i sin grundform langtfra et ideelt materiale at lave cykelrammer af. Først når man legerer og forarbejder det fremstår dets positive egenskaber.

Følelsen af stivhed.

Oftest svejses alurørerne direkte sammen uden brug af muffer, men flere og flere er begyndt at lime dem sammen, en teknik som er kendt fra flyindustrien. Så når vingerne på en Airbus er limet og holder, så kan en cykelramme vel også… Aluminium er let, men også svagt, hvilket i sidste ende gør rammen næsten lige så tung som andre rammematerialer. Sammenfattende er aluminium dog stadig et meget interessant materiale at fremstille rammer af. Er den rigtig designet, er den rigtig god, faktisk så god, at den føles “død” at køre på. En egenskab som mange cyklister værdsætter. En aluminiumsramme behøver ikke at være dyrere end en ramme i stål. Prislaget svinger fra et par tusinde og helt op omkring 20000 kr.

Myter om aluminium.

“Aluminiumsrammer er stive og døde” eller “aluminiumsrammer er bløde og suger pedalkraft” Begge påstande er i og for sig rigtige, men også forkerte. Aluminium er både lettere og blødere end stål. Derfor må rørene være meget tykke for at kunne holde, og derved bliver de meget stive. Vægten bliver derfor næsten det samme. En oversize aluramme er dog væsentligt stivere end de øvrige ramme materialer. Men en god ramme er og bliver stadig en god ramme, uanset hvilket materiale den er lavet i.

Kort om aluminium.

+ Lav vægt, relativt let at bearbejde.
+ Upåvirkelig af vejr og vind med den rette overfladebehandling.
+ miljøvenlig, kan genanvendes.
– brudgrænse og deformeringsgrænse ligger tæt.
– ringe dæmpningsfaktor.
– svære at reparere.

TITANIUM.

Titanium var først et eksotisk metal forbeholdt rum og luftsfartsindustrien. I dag er det meget udbredt og ikke kun til cykelrammer. Den største ulempe ved titanium er og bliver prisen, primært fordi det er besværligt og tidskrævende at forarbejde. Produktionen af rør i titanium er desuden lille, så dette medvirker også til høje omkostninger. De seneste år er markedet dog blevet invaderet af prisrimelige titaniumsrammer fra Rusland. Rør i titanium er gjort af legeringer af titanium, aluminium og vanadium i ulige mængder f.eks. 3A1/2,5V eller det noget stærkere 6A1/4V som indeholder 6% aluminium, og 4% vanadium. Disse legeringer vejer ca. 60% mindre end den samme volumen stål.

Stærkest og lettest.

Titaniums vægt/styrkeforhold hører til de bedste blandt alle moderne metaller og legeringer. Det er næsten lige så stærkt som stål, men væsentligt lettere. Aluminium er dog lettere, men ikke nær så stærkt. En anden fordel er livslængden. Titaniums har næsten ingen materiale udmatning og lige som guld korrodere det heller ikke. Ulemperne er at det er energi og tidskrævende metal at arbejde med.

Indbygget dæmpning.

Desuden har titanium den egenskab at det er forholdsvis blødt i forhold til sin styrke. Faktisk kan man bukke det en del før det deformeres og brækker af. Derfor vil visse titaniumslegeringer opleves som bløde, noget som i og for sig kan virke positivt som dæmpning. En ramme i titanium absorberer de ujævnheder som en vej jo har og gør at en lang cykeltur kan føles væsentlig mindre trættende. Prisen for en titaniumsramme begynder i prislejet omkring de 6000 kr. og kan sagtens nærme sig det tredobbelte. Ofte er titaniumsrammer umalede og kan derfor let kendes på det rå look.

Myter om titanium.

“Titanium er stift” Dette er ikke rigtigt, titanium er stærkt men fjedrer ganske meget. “Titanium kan ikke gå i stykker”. Dette er heller ikke korrekt. Det kan gå i stykker ligesom alle andre materialer, men som regel kun hvis konstruktionen er fejldesignet.

Kort om titanium.

+ let og stærkt.
+ stor dæmpningsfaktor.
+ ruster ikke.
– relativt blødt.
– svært at bearbejde.
– forholdsvis dyrt.

KULFIBER/KOMPOSITER.

Termen kompositer dækker bredt over to eller flere materialer som bages sammen ved hjælp af lim eller hærdende plast. For cykelindustrien er kompositter lig med rør der er vævet af glasfiber og eller kulfiber bagt sammen med hærdende epoxyplast.  Jo mere kulfiber (grafit/carbon) desto lettere, stærkere og stivere rør. Nogle gange lægges boronfibre eller andre materialer ind i vævene som bages med epoxy i op til en uge. De fleste kulfiberrammer er lavet af rør som limes sammen med muffer. Mufferne var først i aluminium, men flere og flere laver nu også mufferne i kulfiber. Når man anvender muffer udnyttes materialets fulde potentiale ikke, og der er risiko for separation på grund af korrosion mellem materialet i muffen og kulfiberrøret. Dette problem var ikke ualmindeligt på rammer for 5-6 år siden, men ses sjældent på dagens kulfiberrammer.

Monocoque.

De seneste år er de såkaldte monocoque rammer, dvs. hele rammer gjort direkte af epoxybagt kulfiber frem for muffede kulfiberrør. Med den teknik er det muligt at skræddersy komplekse konstruktioner for at tilgodese specifikke krav på forskellige steder på en cykelramme. Dette giver samtidig cykler med et spændende og ofte særpræget design. Ulempen ved Monocoque rammer er at de er dyre at fremstille og kun fås i få størrelser. Kulfiber har den kedelige egenskab, at kunne springe længe efter det har været udsat for at kraftigt slag. Dette sker uden nogen varsling.

Komfortabel kørsel.

En ramme i kulfiber giver i forhold til stivheden en komfortabel kørsel. Da dæmpningsfaktoren er bedre end både titanium, aluminium og stål, absorberes vejens ujævnheder bedre. Mod kulfiber taler den høje pris, selvom den de seneste år er faldet en del.

Myter om kulfiber.

“Kulfiber er lettest” Selve materialet er i sig selv let, men meget afhængig af hvilken materialesammensætning man bruger. Jo mindre epoxy, kulfibervæv og tunge muffer desto lettere ramme. En rigtig god kulfiberramme indeholder en større mængde kulfiber og mindre glasfiber og epoxy, hvilket så også gør at prisen ryger i vejret. I ni ud af ti tilfælde er en monocoque ramme også tungere end en god stålramme.

Kort om kulfiber.

+ let og stærkt.
+ let at skræddersy for lav luftmodstand og moderne design.
+ god dæmpningsfaktor.
– dyrt og svært at bearbejde.
– kan springe efter et slag eller stød.
– svært at genanvende.

Supermetallerne.

En anden variant af kompositterne er de såkaldte MMC materialer, også kaldet Metal-Matrix Compositter. Der er tale om blandinger af ikke metaller og metaller som skal give nye endnu stærkere og lettere materialer. Rammer af disse materialer er f.eks. Bryllium og Boralyn. De er dog endnu ikke slået rigtigt igennem.

Beryllium er det letteste og dyreste man kender. Det er 35% lettere end aluminium. Vægtfylden er det halve af titanium og dets stivhed overgår alle andre materialer. Da styrken er så stor behøver man ikke at lave rørene i overstørrelse. De fremstilles enten af tynde plader der bukkes og samles med epoxy lim eller de svejses. I 1992 lykkedes det AMP i USA at producere et mountainbike stel på 1 kg. Det var samlet med muffer af aluminium og limet sammen.

Prisen var ca. 200.000,-

Magnisium er et gammelt grundstof og meget udbredt. Men som cykelmateriale er det forholdsvis nyt, og har indtil nu mest været brugt til komponenter. Som rammemateriale har det endnu begrænset udbredelse, men specielt de tawanestiske producenter som f.eks Merida har de seneste år udviklet nogle meget lovende rammer. Magnesium udvindes ved elektrolyse eller af havvand. Som rent materiale er det ikke meget værd men legeret med aluminium, zink og mangan udvides anvendelsesområdet betragteligt. Kan man kontrollere den meget farlige fremstillingsproces har materialet stort potentialet, det er let  tilgængeligt og billigt.

Kort om Magnesium.

+ meget let
+ findes i store mængder
– svært at bearbejde (meget brandfarligt)
– dårlige korrosionsegenskaber

Læs mere om magnesium her.

Dødt løb.

Stiller man dagens ramme materialer op mod hinanden i en objektiv sammenligning, er svaret på hvilket der er bedst ikke givet. Der findes helt enkelt ingen klar vinder. Eftersom vægt/styrkeforholdet er stort set lige for stål. aluminium og titanium bliver forskellene i totalvægt i sidste ende meget små. Nej valget af rammemateriale handler snarere om hvilken følelse eller oplevelse vi som cyklister vil have på rammen. Der laves rigtige gode rammer i alle materialer både til landevejsraceren og mountainbiken.  Nej I sidste ende er det nok mere det personlige og størrelsen af tegnebogen, som afgør valget.

Fremtidens materiale.

Forfatteren til bogen “Bicycle Metallurgy for the Cyclist” Dourg Hayduk, hvorfra mange af faktaene til denne artikel stammer, er ikke i tvivl. På spørgsmålet om hvilket materiale som passer bedst til en cykelramme, uden hensyn til miljø og pris svarer Dourg Hayduk. “Uden tvivl kulfiber. Til forskel for titanium, stål og aluminium, kan man skræddersy materialets udseende og egenskaber ikke mindst i den kraftoptagende retning, så det passer bedst. Med de andre materialer kan man bare ændre designet, og gøre rørene tykkere eller ændre godstykkelsen”.

Stålrammen lever videre.

Så med tanke på materialernes egenskaber, bliver kompositter måske fremtidens rammemateriale. Trods det er stålet dog langtfra dødt som materiale. Det vil overleve på grund af sin lave pris, lettilgængelighed og ikke mindst fordi det fungerer jo aldeles udmærket som rammemateriale

Del denne artikel...Share on Google+Share on LinkedInPin on PinterestTweet about this on TwitterShare on FacebookEmail this to someone

CYKELPORTALEN