Kauheasti näkee ja kuulee kiistelyä pyörän runkomateriaaleista “Steel is Real” “Vitu amuliini/palpa” “Hiilarii sen olla pitää” ja harvoin kuulee kauheasti järkevää perustelua suuntaan tai toiseen. Niinpä päätin tiivistää M.F Ashbyn artikkelista Materials, Bicycles and Design pari mielestäni kiinnostavaa kohtaa.
Seuraavat kaksi kuvaa kertovat hieman pyörän runkomateriaalien tärkeistä mekaanisista ominaisuuksista kuten lujuudesta ja jäykkyydestä ja niiden suhteesta painoon. Kaikkihan haluavat kevyen pyörän mahdollisimman hyvillä ominaisuuksilla. En ota kantaa mikä lujuus tai jäykkyystaso on hyvä kenellekin. Se rippuu polkijan painosta, polkemisvoimasta ja pyörän geometriasta. Myös eri käyttötarkoituksissa arvostetaan enemmän toista ominaisuutta. Ratapyöräilijä haluaa mahdollisimman jäykän rungon, joka välittää parhaiten voiman alustaan kun taas maastopyöräilijä haluaa mahdollisimman lujan pyörän, joka kestää jatkuvaa maastossa runttaamista. Mutta molempia kuskeja yhdistää usein yhteinen tekijä eli he haluavat, että pyörä on mahdollisimman kevyt.
Kuvasta A näkee miten eri materiaalit suhtautuvat toisiinsa, kun putken koko on rajoitettu (esim standardi 1 tuuma) ja putken seinämän paksuus on vapaa. Tämä tarkoittaa sitä, että kunhan putken koko on vakio, niin ei ole väliä onko se umpinainen vai ohutseinäinen. X-akselina on jäykkyyden suhde tiheyteen (eli painoon) ja y-akselina lujuuden suhde tiheyteen.
Polymeerit (muovit) ja lyhytkuituiset komposiitit ovat alhaalla vasemmalla ja ne ovat selvästikin heikoin valinta. Jatkuvakuituinen hiilikuitukomposiitti (CFRP) on kuvan oikeassa yläkulmassa ja sillä onkin parhaat arvot molempien ominaisuuksien puolesta. Teräs-, alumiini-, magnesium- ja titaaniseokset ovat melkeimpä päällekäin ominaisuuksissa. Tarkennettu alue sisältää yleisimmät matalaseosteiset teräkset 531 ja 753, alumiinit 7075, 2024 ja 6061 lämpökäsiteltyinä joko T4 tai T6 mukaisesti. Myös titaanin B265 ja magnesiumin AZ61 ovat mukana. Hieman yllättäen puut kuten kuusi ja bambu ovat melko vahvoilla. Vaikka hiilikuitukomposiitit ovat paremmassa asemassa muihin nähden, niiden etu kuitenkin pienenee, kun pitää ottaa huomioon putkien yhdistämiseen kuluvat palat (hiilikuitua ei voi hitsata kuten useimpia metalliseoksia). Se kuinka kestäviä käytössä ja iskuissa puu ja hiilikuitu ovat onkin sitten eri asia.
http://img84.imageshack.us/img84/9384/fixedrfreewallthickness.png
Kuva A. Materiaalivalintakartta lujuudelle ja jäykkyydelle kun tarkoituksena on saada mahdollisimman kevyt runko. Putken koko on rajoitettu, mutta seinämänpaksuus on vapaa.
Kuvan B materiaalivalintakartta esittää lujuuden ja jäykkyyden suhteen keveyteen, kun putken halkaisijan suhde säteeseen on rajoitettu, mutta itse putken sädettä ei ole rajoitettu. Suomeksi siis putki voi olla minkä kokoinen tahansa, mutta seinämänpaksuuden suhde säteeseen on sama. Kartan avulla voidaan vertailla vaikka 3 tuumaa paksua putkea jolla on tietty seinämänpaksuus verrattuna muihin materiaaleihin.
Kevyempien seosten ja komposiittien edut tulevat esiin, kun putken säteen rajoitus poistetaan ja muoto pääsee vaikuttamaan. Paksumpiputkiset rungot pääsevät kunnolla hyödyntämään materiaalien ominaisuuksia. Jos vertailukohteena pideteään perinteistä 531 teräsputkea huomataan, että muut metalliseokset ovat parempia lujuuden ja jäykkyyden suhteen. Tämän vuoksi nykyisten pyörien geometriat eivät ole enään välttämättä rajoittuneet tuohon legendaariseen yhden tuuman putkeen. Myös hiilikuitukomposiitit ja puu ovat erinomaisia materiaaleja, mutta niiden yhdistäminen rungoksi on hieman ongelmallista.
http://img196.imageshack.us/img196/9905/fixedshapeandrtbutradiu.png
Kuva B. Materiaalivalintakartta lujuudelle ja jäykkyydelle kun tarkoituksena on saada mahdollisimman kevyt runko. Putken koko ei ole rajoitettu, mutta muoto on vakio.
Summa summarum: Koko jutun pointtina onkin, että niin kauan kuin pysytään tietyssä putken koossa ja seinämän paksuus saa muuttua, ei ole hirveästi eroa metalliseosten välillä ja hiilikuitu tarjoaa vain pienen edun. Sen sijaan kun siirrytään paksumpiin putkiin, joissa on sama muoto (seinämänpaksuuden suhde säteeseen) teräs jää auttamatta jälkeen. Tämän vuoksi uudemmissa rungoissa käytetään yleensä jotakin muuta kuin terästä ja putken paksuus ei ole rajattu. Paras materiaali siis riippuu käyttötarkoituksesta, kuskista ja pyörän rungon muodoista.