Wypasione wolnobiegi

(18.01.2014)

Do napisania tego tekstu oryginalnie skłoniła mnie premiera nowych piast jakże butikowego producenta, czyli Industry Nine. Piasty serii Torch zastąpiły wcześniejsze „bezimienny” model. Po moim pierwszym zachwycie ich wręcz pornograficznym pięknem przyjrzałem się schematowi ideowemu.

I się rozpłakałem :(

Ale zacznijmy od początku.

Jest rok 1980 ( z dokładnością do 2 lat :) ) i wszyscy jeździmy na rowerach szosowych z 5 rzędowym nakręcanym wolnobiegiem. I wszystko jest super. Z drobnym problemem.

Otóż od czasu do czasu, zwłaszcza jeżeli posiadana przez nas tylna piasta jest nie najwyższych lotów ( np. jest produkcji ZZR Romet Bydgoszcz ) to od czasu do czasu musimy wymienić tylną oś, łożyska i konusy. Powód owej wymiany jest zaś prosty. Oś zadecydowała, że będzie prosta inaczej, i się po prostu zgięła.

Problem ten wynika z konstrukcji typowego wolnobieżnego napędu. Aby zrobić miejsce na coraz większy stosik zębatek ( 3, 4, 5 itd. rzędowy ) łożysko od strony napędu wędrowało coraz bardziej do środka, zostawiając za sobą coraz dłuższy odcinek osi wiszący pomiędzy łożyskiem a hakiem ramy. Wygląda to mniej więcej tak:

Rysunek przedstawia schemat ideowy piasty tylnej z nakręcanym wolnobiegiem. Niebieskie kulki oznaczają łożyska. Czerwone, to siły wynikające z wagi roweru. Zielone, to proporcjonalne rozłożenie sił reakcji na ciężar roweru na łożyskach tylnej piasty.

Z rysunku widać, że oś takiej piasty jest najmocniej obciążona w miejscu mocowania wewnętrznego łożyska.

Ze względu na położenie, będące coraz bliżej środka roweru łożysko przejmowało coraz większe obciążenia. Niestety, oś tylnej piasty miała w owym czasie tylko 10mm średnicy, co gorsza, gwintowanej ( więc efektywnie cieńszej ), więc w końcu okazała się być za cienka i stąd pogłębiający się problem osi wyginających się, lub wręcz całkowicie ścinanych, zaraz za konusem prawego łożyska. Problem znany chyba każdemu kto jeździł na piaście z wolnobiegiem oraz:

• sporo waży
• jeździ z bagażem
• ma pecha
• wszystko powyżej.

No więc, skoro już jesteśmy w roku 1980 ( z dokładnością do 2 lat ), toteż jest pewnym, że relatywnie mała japońska firma, Shimano, zaprezentowała nowość w postaci nowej tylnej piasty. W tejże nowości zębatki nie były nakręcane na mechanizm, ale nakładane. Czyli w skrócie, dostaliśmy pierwowzór współczesnego bębenka.

Najważniejsza nowość jednak nie dotyczyła sposobu montażu zębatek, ale faktu iż łożysko po stronie napędu zostało przesunięte z powrotem na miejsce gdzie występowało w piastach nie przeznaczonych do wielobiegowego napędu.

Piasta Shimano z tamtego okresu ( i ogólnie, bo układ ten utrzymywany jest przez Shimano do dzisiaj ) posiada mniej więcej taki schemat ideowy:

Tak samo jak poprzednio, niebieskie to kulki łożysk, czerwone to siła wynikająca z masy roweru, zaś zielone, to proporcjonalne rozłożenie sił na osi.

Jak widać, obciążenie rozkłada się dużo bardziej równomiernie. Tak na marginesie, piasty Shimano rzeczywiście posiadają lewe łożysko bliżej środka piasty niż prawe :).

W każdym razie – te równomierne obciążenie oznaczało, że nagle osie w rowerach przestały się giąć i radość nastąpiła wielka. Zwłaszcza w siedzibie wielkiego S, gdyż rozwiązanie to było chronione patentem.

W momencie wypuszczenia na rynek rozwiązanie Shimano było rewelacyjne. Posiadało co prawda jedną drobną wadę, wtedy jeszcze nieistotną. Otóż mechanizm zapadkowy w piastach wielkiego S znajduje się wewnątrz bębenka, a ten jest raczej mikrego gabarytu. W efekcie zapadki muszą przenosić bardzo duże obciążenia punktowe. Co więcej, rozpowszechniające się ostatnimi czasy przelotowe osie 12mm wymusiły na projektantach jeszcze dalszą miniaturyzację sprzęgła. W efekcie pierwsza generacja piast XT, gdzie zastosowano 14mm wewnętrzną oś, okazała się średnio udana.

W każdym razie, skoro Shimano pierwotnie posiadało patent na układ łożyskowania w piaście, jak sobie poradzili inni producenci sprzętu?

Rozwiązania które stosowano były, a właściwie są, cztery.

Patent Shimano w końcu wygasł, więc pojawiły się piasty o identycznym układzie łożyskowania. Występują jako piasty na łożyskach kulkowych ( produkowane przez dziesiątki tajwańskich producentów, np. w miarę w Polsce popularną firmę Joytech ) oraz na łożyskach maszynowych. Oczywiście, piasty te posiadają wszystkie cechy piast producenta domyślnego.

Drugie rozwiązanie polega na umieszczeniu łożyska na korpusie bębenka mniej więcej tak:

Obciążenia są przenoszone przez korpus bębenka na łożysko po jego lewej stronie. Zaś sama oś jest obciążona w miarę równomiernie na łożyskowaniu bębenka oraz łożysku od strony lewej. Ten układ łożyskowania, ze znanych mi piast, posiadają piasty Chris King oraz 'stare' piasty Industry Nine. Główną zaletą takich piast, poza oczywistą przewagą sposobu łożyskowania, jest fakt, że wszelakie „interesujące” elementy piasty, czyli mechanizm sprzęgła, są w korpusie, rozłożone na dużej średnicy, więc i przenoszą mniejsze obciążenia punktowe. Poza tym dzięki tej konstrukcji w piaście jest mnóstwo miejsca na pasące się milimetrami przelotowe osie 10, 12 czy ileś tam milimetrów. Z inżynierskiego punktu widzenia jest to chyba najlepiej rozwiązany problem tylnej piasty. Niestety, jest również najcięższy.

Trzecie rozwiązanie to zastosować po prostu grubszą oś. Stosowane przez lata przez Campagnolo jest ideowo identyczne z wolnobiegiem. Problemów z wyginającą się osią unika się głównie dzięki, jak opis wskazuje, grubej 12-14 milimetrowej osi.

Rozwiązanie czwarte to aktualnie dominujący układ czterech łożysk. Wyglądający mniej więcej tak:

Kolory jak zwykle. Jak widać, wewnętrzne łożysko przenosi większość obciążeń. Dlaczego, przecież mamy cztery masywne łożyska?

Ano dlatego, że łożyska w bębenku nie przenoszą żadnych obciążeń związanych z masą roweru. Ich jedyną rolą jest utrzymanie bębenka na osi. Na dobrą sprawę można w bębenku takiej piasty stosować łożyska ślizgowe ( co zresztą robi zdaje się Mavic ) i niczego to nie zmieni.

Stanowi to swego rodzaju rechot historii, gdyż po wielu latach dominującą konstrukcją na rynku piast tylnych jest taka, która ideowo nie różni się od piasty z nakręcanym wolnobiegiem. Żeby było śmieszniej, piasty tego typu posiadają mechanizm sprzęgła zwykle pod prawym kołnierzem, więc siłą rzeczy prawe łożysko korpusu zostaje jeszcze głębiej zagnieżdżone niż w piaście pod wolnobieg.

Oczywiście, od razu należy zapytać, jak to jest, że nie słyszy się o problemie zginanych osi. Dzieje się tak dlatego, że wewnętrzne osie tych piast zwykle zaczynają się na gładkich 12mm, zamiast marnych gwintowanych 10mm ( a więc efektywnie 8mm ) dla klasycznych piast wolnobieżnych. Tyle, że współczesna piasta pod wolnobieg też zwykle ma masywną oś I sporego gabarytu łożyska.

O ile osie się już raczej nie wyginają, to jeżeli już się uszkadzają, to głównie w jeden sposób. Który widać niżej:

Dzięki FikiMiki za zdjęcie Twojej piasty.

Czyli łamią się przed lub za ( w zależności od konstrukcji osi ) prawym łożyskiem bębenka. Dlaczego? Ano dlatego, że aby zachować stosunkowo niską masę współczesne piasty mają aluminiowe osie o sporej średnicy, ale siłą rzeczy, zwykle celem kompatybilności z przelotowymi osiami, o stosunkowo cienkich ściankach. Oś taka zawodzi w ten sam sposób w który wieki temu ulegały uszkodzeniom wolnobiegi. Dlatego ochrzciłem taką piastę mianem "Wypasionego Wolnobiegu". Jeżeli zaś piasta pozwala na zdjęcie bębenka poprzez trywialne zsunięcie go z osi, to prawie na pewno jest takowym.

Dlaczego zatem ten układ piasty jest najpopularniejszy?

Podejrzewam, że z dwóch przyczyn.

po pierwsze, prostota. Poza różnej maści dystansami piasty takie składają się z trzech elementów

po drugie, masa. Piasty w tym schemacie można uczynić naprawdę lekkimi.

Zaś w świetle tego, myślę, że zrozumiałe jest dlaczego tak mnie zmartwiły zmiany w piastach Industry Nine. W pogoni za zmniejszeniem wagi, nowe piasty Torch podległy de ewolucji z mechanicznie świetnego układu do rozwiązania z połowy lat 30 XX wieku.

W skrócie, mój wewnętrzny nerd zapłakał :(