Polemika
Fizyka
Kuźnia
Sprzęt
Z warsztatu
O mnie

Dobór rozmiaru tarczy hamulcowej

Jako, że wszyscy już porzuciliśmy rowery z hamulcami obręczowymi...

Nie ściemniam, sam widziałem małą stertę węglowych Pinarellów i innych Colnagów ponuro wystających ze śmietnika straszących już zbędnymi szczękami hamulców. Nawet bezdomni już nie chcieli takiego szajsu.

Więc, skoro już porzuciliśmy ten skansen, warto by wykorzystać naturalną cechę hamulca tarczowego, czyli możliwość doboru rozmiaru tarczy tak, aby uzyskać optymalną ( gdzie 'optymalną' oznacza 'takie jak pasuje w aktualnym momencie' ) charakterystykę pracy.

Omówię zatem punkt po punkcie, bez litości.

1. Problem pierwszy - majdan którym jeździmy

Zanim przystąpimy do mentalnej masturbacji rozmiarem tarczy, to warto rozwikłać kwestie techniczne w postaci – w jakim sposób tarczę do roweru przymocować. Sposobów jest... kilka. Głównymi na które możemy się nadziać są:

Centerlock – sposób Shimano, tarcza jest nakładana na wielowpust w korpusie piasty. Proste, intuicyjne i niestety zarezerwowane praktycznie tylko dla hamulców producenta domyślnego.

Standard IS – czyli stare, dobre 6 śrubek rozstawionych na okręgu o średnicy 44mm. Jest to standard wszędzietegopełny.

1. Tarcze hamulcowe, różne rozmiary

Poza tymi mamy standardy historyczne, niszowe oraz marketowe:

nakręcana na piastę – 'standard' marketowy

Mając tarczę nietypową oczywiście jesteśmy ograniczeni dostępnością i, np w przypadku Power Tapa, jest tylko jeden rozmiar. Jeżeli chodzi o mocowania dominujące wybór zwykle jest dużo szerszy. Zwłaszcza w standardzie IS.

Pojawia się pytanie które mocowanie jest lepsze. Kiedy już tarcza jest przykręcona – nie ma to znaczenia. Koncepcyjnie zaś lepszym jest, oczywiście, centerlock. Tarcze CL są prostsze w montażu a sam wielowpust lepiej przenosi duże obciążenia niż tarcza dociśnięta sześcioma śrubkami. Z tym, że te zalety są raczej 'na papierze', bo po prostu nawet 6 śrub radzi sobie doskonale z obciążeniami z którymi się spotyka.

Centerlock posiada dwie dodatkowe zalety. Pierwsza jest czysto estetyczna – tarcze CL łatwiej się czyści w okolicach mocowania. Druga jest już bardziej konkretna – na interfejs CL istnieją adaptery dzięki którym można zamocować większość tarcz na 6 śrub. W drugą stronę to nie działa.

2. Problem drugi - tłustość tego czym jeździmy.

Podstawową funkcją hamulca jest, ten tego, hamowanie. Czyli konwersja energii na ciepło. Konkretnie zaś energii potencjalnej i kinetycznej. W obu przypadkach masa zestawu rower/rowerzysta...

Chędożmy to, czas na wzorki!1

Ek = 0.5 * m * ( V^2 )

Ep = m * g * h

Ek i Ep – energia kinetyczna i potencjalna, odpowiednio.

g – stała grawitacyjna

m – kwota rowerzysty z majdanem który ze sobą taszczy

h – wysokość

V – prędkość

Z tychże zależności zaś wynika najbardziej istotny wniosek co do hamulców. Masa jest w każdym ze wzorów które opisują zmiany energetyczne podczas hamowania. Czyli:

Masa (m) określa rozmiar zadania przed którym hamulec stoi.

Zakładając zatem, że mamy rowerzystę z rowerem o wadze 100kg, oraz drugiego z tym samym, ale o wadze 70kg, ten cięższy potrzebuje hamulca zdolnego ucieplić 42% więcej energii w tym samym czasie, aby uzyskać te same spowolnienie.

Tarcza 203mm to tylko 27% ? większa siła hamowania niż tarcza 160mm. Tak dla zobrazowania.

2. Percepcja bywa złudna. Tarcza 203 posiada pole obrysu dwukrotnie większe od 160, ale zapewnia tylko 27% większą siłę hamowania.

Tutaj chciałbym pozdrowić wszystkich którzy próbują mnie przekonać, że tarcza 160mm uber-alles a zjazdowe hamulce w szosówce to profanacja.

Wracając do tematu. Mamy już pierwszy parametr do rozpatrzenia w przypadku rozmiaru tarczy – im ciężej, tym więcej.

3. Problem trzeci – strona tego czym jeździmy.

Standardowy rozmiar tarczy hamulcowej w rowerze, 160mm, został dobrany tak, aby imitować hamulce V-brake. Projektanci standardu IS jednak przewidzieli, że tylne koło nie potrzebuje tak silnego hamulca jak przednie, przez co ich dzieło przewidywało tarczę o średnicy 140mm dla tylnego koła.

Takie rozgraniczenie jak najbardziej ma sens i nawet dzisiaj mamy tego pokłosie w postaci pospolitego "-20 na tyle".

To, że przedni hamulec "jest silniejszy" jest oczywiste dla każdego kto na rowerze jeździ. Dzieje się tak dlatego że:

Zatem możemy wyciągnąć prostą zależność – z przodu roweru możemy zapodać duże tarcze, zaś z tyłu jesteśmy ograniczeni rozmiarem.

3,4. Tarcza 150mm z tyłu roweru XC oraz 226mm z przodu roweru enduro

4. Problem czarty - dyscyplina którą jeździmy.

W punkcie trzecim wyszedłem nieco przed szereg. Wrócę zatem.

Naturalnym ograniczeniem siły z jaką możemy hamować jest przyczepność do podłoża. Im mocniejszy mamy hamulec, tym bardziej zbliżamy się do granicy tejże przyczepności i w pewnym momencie nastąpi jej zerwanie – siła hamulca przekroczy siłę tarcia i koło się zablokuje.

To, kiedy nastąpi zablokowanie zależy głównie od dwóch czynników.

W praktyce – dyscyplina rowerowania, które to pociąga za sobą specyficzne ogumienie i rodzaj nawierzchni. To zaś dyktuje jak duże możemy stosować tarcze. Generalna zasada, im niższe ciśnienia, grubsze opony oraz ciekawszy teren, tym większe można stosować tarcze.

5. Problem piąty – gdzie jeździmy

Pod tym terminem chowa się, oczywiście, wybitność terenu na którym cyklizm uprawiamy. Wybitność, a raczej jej pochodna, czyli nachylenie.

W eksploatacji na nizinach hamulec musi się tylko zmierzyć z energią kinetyczną. W górach, podczas zjazdu jednak jego rolą jest również, a może nawet głównie, wytracanie energii potencjalnej. Ta zaś jest problemem na tyle istotnym, że nawet całkowicie wyżyłowane hamulce mogą się poddać pod naporem siły grawitacji, jeżeli dać im na to szansę. Ograniczeniem jest tutaj fizyka – jest tylko kwestią magnitudy aż hamulec się po prostu zagotuje i przestanie działać. Sztuka polega na tym, aby nie dopuścić do tego momentu.

Przykładowo.

Podczas zjazdu w hamulec trafia masa wysiłku, potu i znoju z podjazdu podjechanego wcześniej. W postaci kilodżuli.

Dajmy sobie np 60 minut na podjazd. Jeżeli w drugą stronę pokonamy go w 10 minut, to hamulec widzi sześć razy więcej mocy niż ta z którą góra była zdobywana. Mając te 250W w nogach oznacza to że hamulec musi sobie poradzić z 1.5kW przez dziesięć minut.

W praktyce będzie to mniej, bo podczas zjazdu dochodzą opory powietrza i tarcia. Ale jednak hamulec musi sobie radzić z mocą cieplną o magnitudzie kilowatów. Im cięższy rowerzysta, tym większą. Siłą rzeczy, im stromsze i dłuższe będziemy pokonywać zjazdy, tym więcej potrzebujemy hamulca. W końcu każdy hamulec posiada pewną krytyczną moc cieplną. Jest to ilość energii którą hamulec może konwertować na ciepło w sposób ciągły. Przekroczenie tej wartości spowoduje w końcu przegrzanie hamulca. W tej kwestii – im większa, lub lepiej chłodzona tarcza ( i klocki ) tym więcej tej energii hamulec może przetworzyć.

Tutaj właśnie jest pogrzebany pies w postaci radiatorów na klockach/tarczach. Nie zwiększają one siły hamulca, ale czynią go bardziej odpornym na przegrzanie.

6. Problem szósty – sprzęt którym jeździmy

Nie lubię głupawych ograniczeń w tym, w jaki sposób mogę skonfigurować mój rower. Niestety z różnych przyczyn producenci osprzętu rowerowego robią co mogą, aby do tego doprowadzić. W kontekście tego artykułu. Ograniczają maksymalny i minimalny rozmiar tarczy hamulcowej.

Najczęściej rozmiar ogranicza specyfikacja produktu, gdzie zwykle pręży się zapis: 'maximum disc rotor size XYZ'. W amortyzatorach zwykle większa tarcza się mieści, ale w ramach... bywa różnie.

Sprawa jest podwójnie uciążliwa w osprzęcie szosowym, gdzie bywa, że tarcza większa niż 160 się po prostu nie mieści. Historia też zna przypadki gdzie tarcza 140 to maksimum co w ramę wchodziło.

Z drugiej strony też różowo nie bywa. W wiele amortyzatorów do cięższych zastosowań nie wchodzi nic poniżej 200/203. Z tyłu ograniczeniem bywa 180 lub 160, co dla lżejszych rowerzystów może być problemem, zwłaszcza na szosie.

7. Filozofia

No. Troszkę tekstu było, ale w sumie założyłem przez aklamację, że sprawa jest istotna. Dlaczego tak uważam?

Bo lubię mocne heble.

Od hamulca oczekujemy w sumie jednego, czyli że nas zahamuje ( „Truizmy by Uzi, Tom 4, edycja 4, poprawiona i uzupełniona” ) i to w miarę szybko, bez utraty kontroli nad rowerem. No dobrze byłoby, ale zawsze tę usługę realizował.

W tym rozważaniu rozmiar tarczy hamulcowej gra zasadniczą rolę, gdyż... cóż mamy na niego wpływ za niewielkie pieniądze ( cebula mode: on ) na aliexpressach nawet za 6$ (cebula mode: off ).

Zakładając, że tarcza o rozmiarze 160mm zapewnia "wszystko co daje hamulec" na 100. To tarcza o rozmiarze 200mm posiada ten wskaźnik na poziomie 125. To oznacza, że będzie o 25 'punktów' większa siła hamowania, powierzchnia oddawania ciepła, odporność na przegrzanie itd.

Jest tutaj jeden wyjątek, a mianowicie "modulacja".

Jeżeli z tarczą 160 damy sobie 'wskaźnik modulacji' na 100, to dla tarczy 200 dostaniemy takowy o wartości 80. Jest to bardzo prosta zależność – na większej tarczy, aby modulować siłę hamowania, korzystamy z mniejszej siły naciskającej na klamkę. To oznacza większe tarcze wymagają nieco większego wyczucia.

Ale.

Nadmiar modulacji jest tak samo upierdliwy co jej brak, gdyż rzeczona modulacja zawsze przychodzi kosztem siły. Dawne hamulce Hayesa miały twarde klamki i świetne czucie hamulca, ale co z tego, skoro ledwo hamowały. Z drugiej strony hamulce Shimano z mechanizmem Servo-Wave mają opinię trudnych w opanowaniu, gdyż duża siła przyszła kosztem modulacji.

Hamulec korzysta z dwóch rodzajów tarcia - statycznego i dynamicznego. Kiedy koło się kręci, to mamy:

Jeżeli siła adhezji przekroczy przyczepność koła do drogi, to koło się blokuje i te siły zamieniają się miejscami:

Tarcie statyczne dwóch powierzchni o siebie jest siłą o większej wartości niż tarcie dynamiczne. Siła która nas hamuje to, w rzeczywistości, siła adhezji do drogi. Kiedy koło jest zablokowane jest ona mniejsza niż kiedy się kręci na granicy przyczepności. Co więcej, ponieważ siła statyczna jest większa od dynamicznej, zablokowane koło najczęściej odblokować można jedynie popuszczając hamulec.

Montując coraz większe tarcze uzyskujemy coraz większą siłę w hamulcu, ale zawsze kosztem modulacji. Jeżeli przesadzimy z rozmiarem tarczy, to ostatecznie dojdziemy do hamulca który jest zbyt silny, aby być użytecznym gdyż będzie za łatwo zablokować koło. Dołożymy tarczę za małą, to klamkę będziemy ciągnąć bez opamiętania a ten mur, co chcieliśmy go uniknąć wciąż będzie się zbliżać na kolizyjnym.

Dobór tarcz to w sumie szukanie tego zestawu który hamuje szybko, ale nie grozi ciągłym szorowaniem zablokowanym kołem.

8. Zbierając to do kupy.

Najważniejszą kwestią, pomijając fizyczną możliwość wsadzenia tarczy do roweru, jest waga całości. To właśnie masa roweru, rowerzysty i bagażu odpowiada za to, jak bardzo hamulec się napracuje. Zależność jest prosta. Im większa masa, tym większa tarcza.

Znając już swoją wagę możemy spojrzeć na to, czy rower będzie jeżdżony na długich zjazdach. To właśnie tam hamulec zostanie przetestowany ostatecznie. Im dłuższe zjazdy, tym więcej ciepła będzie się w hamulcu akumulować. Im większa tarcza oznacza większy dla niego radiator.

8.1 Przód

Hamulec przedni jest hamulcem dominującym i dobrze byłoby to wykorzystać. Tylko najlżejsi rowerzyści na najlżejszych rowerach znajdą się w sytuacji kiedy popularny rozmiar '160' będzie na granicy użyteczności "od góry". Zdrowy, 70-80 kilowy mężczyzna bez problemu opanuje i '203' z przodu. Tak, nawet w rowerze szosowym, gdzie miewamy do czynienia z oponami 23mm.

5. Tarcza 224mm z przodu, koło 27.5"

Osobiście, jeżeli miałbym coś zalecać, to warto starać się zamontować jak największą tarczę na jaką rower pozwala. Chyba, że mamy do czynienia z rowerzystą początkującym, gdyż ten typ ma skłonność do ciągnięcia hamulca bez opamiętania nawet przy małych prędkościach.

Dobra. Przeginam troszkę. Użyteczny rozmiar tarczy przedniej ogranicza jedynie waga roweru z jeźdźcem. Osobniczka o wadze 50kg na karbonowej szosce może sobie nawet ze 140 z przodu jeździć komfortowo, nawet w górach. Ale zwiększmy wagę do 75kg + 15 kilo ęduro, a proporcjonalnie potrzeba prawie 60% więcej hamulca aby uzyskać tę samą dynamikę hamowania którą cieszy się dziewczę na szosie. Z obliczeń wychodzi tarcza ~220mm... Dlatego też poza naprawdę lekkimi jeźdźcami... po prostu załóżcie 203.

Nie rozumiem zresztą dlaczego na szosie z uporem maniaka lansuje się zestaw 160/160. Znaczy się wiem, ale nie przyjmuję do wiadomości. Jeżeli już mamy mieć zbilansowany zestaw szosowy "z półki", to powinno być to 180/140. Z przodu jest dostatek przyczepności i dobrze jest to wykorzystać, zaś z tyłu...

8.2 Tył

...jest problem. Jak pisałem wyżej, im mocniej hamujemy, tym szybciej tylny hamulec staje się bezużyteczny, gdyż dynamika roweru po prostu ogranicza jego maksymalną przyczepność do podłoża. Ta zaś ogranicza maksymalny rozmiar tarczy tylnej.

Z moich doświadczeń ( pamiętajcie kontekst: ważę ok 100kg bez roweru ).

w szosówce, na kołach 700c i na asfalcie wystarcza tarcza 140mm, a 203mm praktycznie od razu blokuje koło.

w górach za to, gdzie mam te dwa i pół cala mięciutkiej gumy pod tyłkiem spokojnie radzę sobie z tarczą 203mm na tyle, chociaż nie odczuwam różnicy w porównaniu do 180.

w szutrówce, na kołach 700c, tarcza 160mm jest aż nadto wydajna.

6. Tarcza 180mm z tyłu w kole 29"

To w jeździe solo. Ciekawiej się robi, kiedy wliczymy w ten proces takie przyjemności jak wożenie bagażu, lub ciągnięcie przyczepki. Gdyż wtedy ... sprawa się komplikuje. Dodatkowy ciężar bagażu, oraz przyczepki, zmienia rozkład masy na rowerze oraz, oczywiście zwiększa masę zestawu. W praktyce pozwala na stosowanie absurdalnie dużych tarcz z tyłu. Był czas, gdzie miałem na obu końcach roweru trekingowego 203 na hamulcach Hope 6 i było bardzo komfortowo. Ale ciągnąłem wtedy jakieś 70kg bagażu.

Trzymając się zalecenia – z tyłu warto zacząć od najmniejszej tarczy jaka w rower się mieści, i ewentualnie od tego punktu iść w górę o rozmiar kiedy braknie hamulca. Kolarz szosowy pewno będzie chciał zostać przy 140mm, czasem marząc o 120mm ( są takie tarcze, niestety nie ma ram do których pasują :( ). Kolarz górski w zależności od zacięcia, niekoniecznie. Szutrówki są gdzieś pomiędzy. Podróżujący z bagażem najczęściej będzie mógł zamontować większe tarcze mimo iż jeździ na slickach.

8.3 Kwestia Ciepła

Hamulec to nie tylko wytracanie prędkości, ale także jej kontrola. Zwłaszcza na zjazdach trzeba często przytrzymać hamulec troszkę dłużej, mimo iż nie wytracamy prędkości. Los ten spotyka zwłaszcza hamulec tylny, ze wszystkimi tego konsekwencjami. W tym przypadku – z potrzebą znalezienia równowagi pomiędzy dającym się wyczuć hamulcem o stosunkowo małej tarczy, oraz odpornym na grzanie hamulcem o tarczy przeogromnej.

Tyle "chłopski rozum". W praktyce, w życiu tylko raz udało mi się tylny hamulec przygrzać do poziomu, w którym przestał działać. I był to błąd operatora – zamiast hamować pulsacyjnie trzymałem klamkę wtłoczoną "do ziemi". Stało się to podczas mojego pierwszego wyjazdu z góry a ofiarą był mechaniczny Win-Zip z organicznymi klockami na tarczy 180mm. Po krótkim odpoczynku zresztą mu przeszło i resztę wycieczki przejechałem bez problemów.

7,8. Klocki hamulcowe SwissStop z radiatorami, tarcza hamulcowa Shimano z rdzeniem aluminiowym.

I nie twierdzę tutaj, że sprawę można zbagatelizować. Twierdzę, że doświadczony rowerzysta, potrafi nim zarządzać. Co najwyżej można się zaopatrzyć w metaliczne klocki ( bo przecież jeździcie na metalicznych klockach, prawda? ) i ewentualnie tarczę z radiatorem, jeżeli mówimy o shimano.

8.4 Granica techniki

Już wcześniej o tym wspominałem. Producenci osprzętu ograniczają czasem "na papierze" maksymalny rozmiar tarczy. „Na papierze”, bo jeżeli ograniczenie jest fizyczne – bo tarcza nie wejdzie, to niewiele można zrobić.

Co jednak zrobić, kiedy właśnie – na papierze jasno widać, że maksymalny rozmiar tarczy to, dajmy na to, 160mm?

Problem jest polityczny. Osobiście ignoruję takie ograniczenia. Wychodzę z założenia, że sprzęt przeznaczony do grawitacji, lub konsekrowany dla ludzi o wadze 100 kilka kilo powinien być liczony na to jak Ci ludzie hamują. Trudno mi zresztą przyjąć do wiadomości, że sprzęt jakoś wytrzymuje 180mm, ale już 20mm więcej powoduje problemy. Poza tym – zawsze mogę zamiast Deore wstawić Hope 6, czy Gustava. I co wtedy, jakoś sprzęt wytrzymuje?

Do tej pory ta polityka się dla mnie sprawdza. Nawet poczciwy Suntour NEX którego mam w szosie dzielnie wytrzymuje Mono 6ti z tarczą 203mm. Podobnie radził sobie nawet wiotki niczym makaron Swing. Szczerze mówiąc, nie spotkałem się jeszcze z problemem który miałby z tego wynikać. Ba – teraz testuję tarczę 224mm i widelcowi przeznaczonemu dla tarczy 185mm ( Suntour Epicon ) nie wydaje się to przeszkadzać.

Z formalnego punktu widzenia jednak – tarcza ponad rozmiar zalecany przez producenta jest rozmiarem do którego producent dany osprzęt gwarantuje. Tarcza ponad ten rozmiar tę gwarancję zrywa. Z technicznego punktu widzenia nie powinien to być problem, ale jest z prawnego. Takie FYI.

No chyba, że mamy do czynienia ze sprzętem z założenia 'lekkim', gdzie producent z góry założył, że użytkownik idzie na kompromisy dla zachowania jak najniższej wagi. W takim przypadku lepiej trzymać się zaleceń.

9. Skrót telegraficzny

Do przodu – najwięcej na ile sprzęt i wola rowerzysty pozwala.

Z tyłu – najwięcej co nie powoduje zrywania przyczepności

10. Podsumowanie

Pisząc artykuł zawsze zastanawiam się, czy moje rozterki są tylko moje. Na dobrą sprawę gros ludzi kupuje rowery, jeździ na nich i nie zastanawia się czy można lepiej. Ba, pewno nawet nie widzą że można, lub nawet trzeba cokolwiek zmieniać. Prawda jest też taka, że kolarstwo to sport dojrzały i jakość osprzętu nawet w najniższych grupach jest bardzo wysoka. Najczęściej naprawdę niczego nie trzeba zmieniać.

Z drugiej strony ten ostatni 1%... ok, może nawet nie. Jako osobnik który zakreśla krzyżyki w kratkach obok wielu parametrów ekstremalnych – takich jak waga czy wzrost, zawsze miałem pecha jeżeli chodzi o sprzęt, gdyż ten 'z półki' jest liczony dla dużo mniejszego człowieka i potem co najwyżej przedłużono rurki tu i ówdzie.

Mój pierwszy 'prawdziwy' rower miał v-breaki. Od tego czasu mam uraz, gdyż zawsze było z nimi coś nie w porządku. Moje pierwsze hamulce tarczowe, WinZip, dostały tarcze 203mm z obu stron. Nie przyzwyczajony do ich mocy przyglebiłem raz i w zwolnionym tempie przeliczyłem wszystkie błędy mego życia oraz... o czym to ja?

A właśnie, wtedy przekonałem się, że rozmiar tarczy ma znaczenie nie tylko dla wyglądu roweru, ale także dla jego funkcjonalności.

Ostatecznie u siebie doszedłem do stanu gdzie w rowerach „terenowych” mam z przodu tarczę 224/226mm. Szosówki i szutrówki to 203. Z tyłu zaś jest przegląd rozmiarów mniejszych. Im mniej gór rower widzi, tym mniejsze stosuję tarcze – 180 w enduro, 160 w szosie ( nie da się mniej :( ), 150 w XC.


11. A tarcze na pająkach...

Pewno zastanawiacie się, dlaczego piszę tyle tekstu, a nie odpowiadam na najważniejsze pytanie nowoczesnej Europy – czyli, co z tarczami na pająkach, pływających itd. Trudno mi się w tej kwestii wypowiedzieć gdyż w moim doświadczeniu tarcze takowe zachowują się... dokładnie tak jak każde inne.

No dobra – pływaki nieco ciężej ustawić tak, aby nie ocierały. Ale to tyle.