Przegrzane obręcze karbonowe

Trochę fizyki

Zgodnie z zasadą zachowania energii ilość energii w układzie izolowanym jest stała – to oznacza, ze nie może ona powstać z niczego, ani ulec zniszczeniu lub dezintegracji. W dużym uproszczeniu kolarz jadący na rowerze tworzy z tym rowerem taki właśnie układ izolowany. Pedałując zwiększa on energię kinetyczną układu kolarz-rower. Żeby mógł zahamować energia kinetyczna układu musi zostać zmniejszona. Aby to było możliwe, trzeba ja przekształcić w inny rodzaj energii. Podczas hamowania energia kinetyczna ruchu zostaje przekształcona w energię cieplną (czasami też akustyczną, kiedy klocki nieznośnie piszczą) dzięki czemu szybkość ruchu ulega zmniejszeniu. W wyniku tarcia klocka hamulcowego o powierzchnię hamującą obręczy powstaje ciepło.

W przypadku obręczy aluminiowych nie jest to wielki problem, ponieważ aluminium posiada wysoką pojemność cieplną oraz dobrze je przewodzą. Dzięki tym właściwościom ciepło powstające podczas hamowania zostaje rozprowadzone po całej objętości obręczy, a potem rozproszone w powietrzu. Temperatura topnienia aluminium to ok. 660 st. C, a temperatury, do jakich rozgrzewają się klocki podczas hamowania rzadko przekraczają 300 st. C, jak widać jest więc bezpieczny margines. W przypadku obręczy wykonanych z karbonu sprawa wygląda gorzej. Karbon jest kompozytem włókien węglowych z żywicą epoksydową. Zarówno żywica jak i włókno węglowe ma niską pojemność cieplną i słabo przewodzi ciepło wewnątrz profilu obręczy. Co więcej karbon jest dużo bardziej wrażliwy na przegrzanie.

Wartością opisującą, do jakiej temperatury dana obręcz może zostać rozgrzana jest temperatura szklenia Tg żywicy epoksydowej użytej do produkcji tejże obręczy. Po przekroczeniu tej temperatury żywica zmienia stan skupienia z ciała stałego w płynny żel. Jest to również temperatura, przy której obręcz ulega zniszczeniu i pojawiają się bąble lub pęknięcia na powierzchniach hamujących. Niestety istnieje niewiele żywic, które łączą wysoką temperaturę Tg z innymi parametrami koniecznymi przy produkcji obręczy rowerowych na wymaganym poziomie, a te które istnieją są bardzo drogie. Większość wysokiej jakości obręczy produkowana jest przy użyciu żywic o Tg mieszczącym się w przedziale 150-200 st C. Według badań Zippa karbonowa powierzchnia hamująca podczas długiego hamowania może się rozgrzewać nawet do 370 st C, a więc nie ma żadnego marginesu bezpieczeństwa. Na razie nie powstały obręcze, które byłyby w stanie znieść takie temperatury.

Dobór klocków hamulcowych

Uszkodzenie powierzchni hamujących w karbonowych obręczach, zwłaszcza na zjeździe, to nic trudnego. Nie jest jednak tak, że użytkownik kół na karbonowych obręczach jest skazany na jazdę z duszą na ramieniu i nic nie może poradzić na problem przegrzewających się powierzchni hamujących. Pierwszą rzeczą, którą można zrobić jest wybór dobrych klocków hamulcowych. Pamiętaj aby zawsze używać tylko i wyłącznie klocków hamulcowych zalecanych przez producenta kół. Większość producentów kół traktuje użycie klocków innych niż zalecane jako równoznaczne z wygaśnięciem gwarancji. Dobrej jakości klocki mogą pomóc w odprowadzeniu części powstającego ciepła między innymi w formie strzępiących się wiórów. Rozgrzane wióry odprowadzają część powstającego ciepła, dlatego nie należy postrzegać miękkości klocków jako wady.

Ustawienie klocków hamulcowych

Druga sprawa, to sposób ustawienia klocków. Nie wszyscy kolarze przywiązują należytą uwagę do tego, czy klocki przylegają do obręczy równolegle całą powierzchnią i naciskają na nią z równą siłą. Są to czynniki, które mogą przyczynić się do zniszczenia obręczy nawet podczas jednego zjazdu. Należy także pamiętać o korygowaniu ustawienia klocków hamulcowych w miarę ich zużywania się. Następny czynnik, możliwe że najważniejszy, to sposób hamowania. Na zjazdach należy hamować pulsacyjnie, przy użyciu obu hamulców. Na każde 3 sekundy zaciskania hamulców muszą przypadać przynajmniej 3 sekundy jazdy z rozchylonymi szczękami. Nie wolno zaciskać hamulców na dłużej niż kilka sekund ciągiem. Kilka minut zjazdu z lekko zaciśniętym tylnym hamulcem to pewna recepta na zniszczenie prawie każdej karbonowej obręczy. Kilka lat temu amerykańska firma Alto Velo przeprowadziła sugestywny test, który miał udowodnić, że ich obręcze są wyjątkowo odporne na powstające ciepło.

Pierwsze, co przychodzi do głowy po obejrzeniu testu, to że obręcze Alto Velo są najlepsze, bo nie uległy uszkodzeniu. Jest to jednak błędny wniosek. Test ten dowodzi przede wszystkim tego, że obręcze Alto Velo mają najmniej chropowate powierzchnie hamujące i podczas hamowania powstaje najmniejsza ilość ciepła. Tak naprawdę obręcze, które poddały się pierwsze mogą pochwalić się najwyższą skutecznością hamowania. W wysokiej jakości obręczach powierzchnie hamujące są bardziej chropowate, dzięki czemu zwiększa się tarcie (siła hamowania), a co za tym idzie, również ilość ciepła jaka wydziela się podczas hamowania w jednostce czasu. Nie będziemy rozwodzić się nad innymi błędami metodologicznymi autorów testu, wierzymy jednak, że są sugestywnym przykładem tego, że jeśli kolarz będzie bardzo chciał, to zniszczy każde obręcze.

Rant obręczy równoważy wiele sił i znosi duże przeciążenia. Innym sposobem na zmniejszenie ryzyka uszkodzenia obręczy na zjazdach jest pompowanie dętek lub opon do niższego ciśnienia. Redukcja ciśnienia przekłada się na obniżenie siły rozpierającej działającej na ranty obręczy, dzięki czemu będą one w stanie znieść wyższe temperatury bez uszkodzenia.