Biltemas hjul

[niking]

Wow. Vilken diskussion. Jag, som inte vet ett skit om cyklar, annat än att de gärna blir stulna, måste också vara med:

Fler ekrar är bättre än få ekrar. Annars hade det räckt med två ekrar per hjul.

Tjockare ekrar är förstås starkare än tunna, men givet att vikten ska vara konstant är alltså två tunna att föredra framför en tjock.

Och en eker kan väl inte vara längre än radien om den ska fortsätta att vara en eker?

Ju fler ekrar i hjulet, desto mindre spänningsvariationer i hjulet. Dessa spänningsvariationer resulterar efter "miljoner" varv i utmattade ekrar och fälgar med påföljande ekerbrott och fälgar som spricker upp i ekerhålen. Därför är det alltid en god sak att minimera spänningsvariationerna i hjulet.

Att tjocka ekrar är normalt starkare i ett dragprov än tunna ekrar stämmer förvisso. Dock tål normalt fälgen bara att ekrarna spänns till ca 1/3 av den kraft då de brister i ett dragprov. (Ökar ekerspänningen ytterligare, så kollapsar fälgen och hjulet blir obrukbart tills ekerspänningen i hjulet sänks till en lämplig nivå). Därför är ekrarnas styrka i ett dragtest enbart av akademiskt intresse när vi talar om traditionella cykelhjul.

Vill du lära dig mer om hjul, så kolla länkarna som finns på http://www.frilufts.se/uppsala/nilinks.html#hjulbygge
/Niklas

 

[Mezzner]

Med belastning avsåg jag kraft och inte spänning, och vidare menar jag att spänningen trots allt är en begränsande faktor, så att tunnare ekrar alltid betyder även fler ekrar.

Spänningen är ju inte så låg så att den saknar betydelse, utan vid "normal" ekerspänning så ligger den nog ungefär så högt som man vill ha den - annars vore det ju förstås mycket bättre med tunnare (samma antal) och alltså mer elastiska ekrar.

Spänning på några hundra MPa som det handlar om är en hyfsat hög spänning med hänsyn till utmattningssituationen. "Tillåten utmattningsspänning" står i viss mån i proportion till sträckgräns och brottgräns för stål.

 

[Håkan K]

Wow. Vilken diskussion. Jag, som inte vet ett skit om cyklar, annat än att de gärna blir stulna, måste också vara med:

Fler ekrar är bättre än få ekrar. Annars hade det räckt med två ekrar per hjul.

Tjockare ekrar är förstås starkare än tunna, men givet att vikten ska vara konstant är alltså två tunna att föredra framför en tjock.

Och en eker kan väl inte vara längre än radien om den ska fortsätta att vara en eker?

Jepp, du har rätt!

Mezzner & Co analyserar alltid sönder allting

 

[lillspöket]

Mezzner & Co analyserar alltid sönder allting

Och med all rätt. Livet blir roligare så. Att tala är silver, att gnabbas är guld.

 

[niking]

Med belastning avsåg jag kraft och inte spänning, och vidare menar jag att spänningen trots allt är en begränsande faktor, så att tunnare ekrar alltid betyder även fler ekrar.

Spänningen är ju inte så låg så att den saknar betydelse, utan vid "normal" ekerspänning så ligger den nog ungefär så högt som man vill ha den - annars vore det ju förstås mycket bättre med tunnare (samma antal) och alltså mer elastiska ekrar.

Spänning på några hundra MPa som det handlar om är en hyfsat hög spänning med hänsyn till utmattningssituationen. "Tillåten utmattningsspänning" står i viss mån i proportion till sträckgräns och brottgräns för stål.

Jo, tunnare ekrar ger mindre spänningsvariationer och därmed hållbarare ekrar i hjulet. Med en korrekt stressbefrielse kan 1,8/1,6/1,8 mm ekrar hålla i "evighet". Utan en korrekt stressbefrielse kan de däremot brista otrevligt snabbt. Tvivlar du på detta kan du fråga Jobst Brandt om hans erfarenheter.

Vid riktigt tunna ekrar kan det lätt bli problem med ekrarnas låga vridmotstånd, som gör det svårare att hitta den förvridningsfria positionen på hårt spända ekrar. Förvridna ekrar håller dessvärre dåligt och ger skeva hjul. Om du hör att ett nybyggt/nyriktat hjul knäpper så fort det belastas, så är det förvridna ekrar i fälgens kraftpåpverkade zon där nipplarna gängar upp sig.

Messner! Du kan inte bortse från att moderna ekrar klarar av ca 3 gånger högre ekerspänning/fragkraft i ett dragprov än vad som är relevant i ett vanligt cykelhjul. Enligt grafer från det dragtest som Jobst Brandt har utfört och som redovisas i hans bok "The Bicycle Wheel"3rd edition (1993), så ligger töjgränsen på ca 2200 N för DT 1,8/1,6/1,8 mm ekrar och ca 2700 N för DT 2,0/1,8/2,0 ekrar. Således på betryggande avstånd från de ca 1000 N som är aktuella i ett vanligt cykelhjul. Dagens kvalitetsekrar görs inte längre av "bonnjärn" ifall du trodde det.

Dock är Jobst Brandt i efterhand tacksam för att ekrarna i hans ungdom tillverkades av mer eller mindre "bonnjärn", ty annars hade han inte kunnat göra så många användbara upptäckter för att kraftigt utöka ekrarnas och hjulens hållbarhet!
/Niklas

 

[Mezzner]

Med de spänningsnivåer du anger så är det ju förstås så att spänningen har betydelse. Det är stor skillnad på vad ett material klarar vid utmattning och ett dragprov.

 

[Mezzner]

Svaret ovan var kanske kort, lite siffror kan vara på sin plats.

Spänningen i fallet med 2200N och diameter 1,6 ger ju 1094 MPa.
Det andra fallet ger 1061 vilket talar för att det är samma material.

Bonnjärn (typ SS 1312) ligger på 230 MPa.
Ett bättre maskinstål kan ligga på 350,
Rostfria stål ligger ofta kring 700.
Fjäderstål kallas som regel de stål som ligger över 1000, och av dessa finns det även rostfria.
Sträckgräns uppåt 1700 förekommer, och brottgränsen ligger då kanske på över 2100.

Nu finns det två saker som ska undvikas på en eker. Fler saker - men dessa i huvudsak, när det gäller spänningen.

Dels är det vikigt att befinna sig i det idealelastiska området annars blir allt fel eftersom ekrarna blir längre efter att man fått dem att plasticera (men inte gå av).
Dels är det förstås viktigt att undvika brott. Det är normalt rätt långt mellan plasticering och brott, och i det här fallet kanske det är ännu tydligare - vi får effekter av plasticeringen som göra att ekern kommer att avlastas och därmed knappast alls gå av! Hjulet blir dock obrukbart.

Ändå händer det ju att ekrar går av! Då beror det nog helt enkelt på att de utmattats, och detta vid väsentligt lägre spänningsnivå än sträckgränsen. Tillåten utmattningsspänning kan ligga på så låga nivåer som bråkdelar av nominell brottgräns. I det här fallet är det frågan om relativt många lastcykler, men det sätt som lasten varier är inte så farligt. Att tänka sig att ekrarna ändå går av är dock inte svårt, och det är nog främsta skälet till varför de inte är smalare.

Som sagts så finns det alltid andra problem när man ändrar på dimensionerna, i det här fallet så är vridstyvheten ett problem då man bygger hjulet, om ekern tenderar att vrida sig får man en resterande vridspänning i ekern. Det ger högre effektivspänning (kombinerad spänning), samt att man förstås kan tänka sig att vridningen går tillbaka och förspänningen av eker sänks.

Så, att tänka sig att ekerproblem beror på dåligt material är inte så långsökt. Men samtidigt är det nog så att de som tillverkar ekrar är hyfsat medvetna om vad de gör, så risken är nog ändå rätt liten. Att Biltemahjulen funkar bra, åtminstone efter lite handpåläggning talar också för att det inte alls är ett materialproblem.

Materialet har alltså stor betydelse för den som tillverkar ekrar, eller för den som funderar över hur han ska komma längre än i normalfallet, men för den som handlar sitt material över disk hos en vanlig cykelhandlare kan jag ju åtminstone tänka mig att risken är obefintlig att materialet är så dåligt att principerna som Niking beskrivit inte gäller ändå.

Sen kan man ju förstås börja analysera också...

 

[niking]

Helt rätt att ekerbrott vanligtvis beror på utmattning i böjen för de ekrar som har en böj och i ekerhuvudet för raka ekrar. Ibland kan ekrarna även gå av vid gängorna på grund av utmattning, men det är inget jag självt har varit med om. I dragprov brister däremot alla ekrar i mitten. Detta gäller för både oreducerade och reducerade ekrar samt för alla böjda och oböjda ekrar.

Dock är det inte ekerspänningen/dragkraften i sig utan det är spänningsvariationerna (dock i kombination med den statiska ekerspänningen) som är av primärt intresse när vi diskuterar ekerbrott. Detta av flera skäl. Dels är ekerspänningen bara en 1/3 del av den ekerspänning som ekrarna brister i ett dragprov (har jag nämnt det tidigare?). Dels för att alla ekerbrott sker under pågående cykling - när den utmattade ekern för "miljonte" gången lämnar fälgens kraftpåverkade zon! Så länge hjulet är obelastad av cyklistens vikt (eller vikten från en /långfärds/packning) eller att cykeln står stilla/hjulet är upphängt så kan i princip inga ekerbrott ske!

Hur ekerbrott uppkommer?
Ekrarna är kallformade från en wire för bästa styrka och hållbarhet. Efter kallforming vill delar av stålet återgå till sin ursprungliga form, medan andra delar av stålet översteg den "elastiska gränsen" och vill inte återgå till sin ursprungliga form. Det är detta beteende hos ekern tillsammans med de spänningsvariationerna som inducerar efterhand utmattningssprickor i ekerböjen/ekerhuvudet/gängorna.

Dessa utmattningssprickor minskar ju den effektiva tvärsnittsarean i denna sektion av ekern, vilket gör att dragkraften/ekerspänningen fördelas på mindre yta vilket ökar dragspänningen (antalet MPa) i denna sektion av ekern. Allt efter som vi cyklar vidare så ökar sprickorna successivt, vilket följaktligen minskar den effektiva tvärsnittsarean och ökar dragspänningen. Tillslut "orkar" inte ekern återta full ekerspänning när den lämnar fälgens kraftpåverkade zon och ekerbrottet är ett faktum.

Bra ytbehandling gör det betydligt svårare för utmattningssprickorna att få fotfäste i ekerböjen/ekerhuvudet.

Ekrarnas säkra zon
Angående ekrarnas säkra zon, så finns en teknik för att kraftigt utöka denna zon hos ekrar genom att grabba tag i två motstående ekerpar och klämma i för kung och fosterland (använd skyddshandskar). Då ökar ekerspänningen temporärt med ca 50% i dessa fyra ekrar och ekrarna förlorar då sitt inbyggda "minne" för sin tidigare form innan kallfomningen. (Dessutom är det ett bra metod för att kontrollera om ekrarna är alltför hårt spända i förhållande till vad fälgen tål, samt för att kontrollera att ekrarna inte är förvridna i hjulet.)

Det är genom denna teknik som Jobst Brandt har kunnat utöka livslängden på sina 1,8/1,6/1,8 mm ekrar från kanske 20-30 mil till ett närmast evigt liv (+ 30 000 mil).

Läs gärna http://www.sheldonbrown.com/wheelbuild.html#seating

Messner! Bra med tabellen! Klara siffror ger ju lite mer kött på benen än allmänt rundsnack.
/Niklas

 

[Odae]

Utan tvekan en intressant tråd.
Blir kontentan att dt:s revolution-ekrar skulle passa perfekt i ett långfärdshjul om man har tillräckligt många ekrar? Skulle det optimala kunna vara revolution överallt utan höger bak, där man skulle kunna köra det dt comp?

Förövrigt har brorsan ett av biltemas 26 framhjul på sin pendelcykel. Han borde ha kört på det i flera år nu (om jag inte räknar fel..). Han brukar fixa spänningen och stressbefria (eller vad man nu ska kalla det ) sina hjul så det gäller säkert även dem.

 

[niking]

Problemet med DT Revolution är att de inte är tillräckligt vridstyva. Vridstyvheten är proportionellt mot radien upphöjt till 4. Sedan jag byggde mina egna hjul, så har de enda ekerbrott som jag erfarit kommit på på bakhjulets vänstersida, där jag kör just DT revolution 2,0/1,5/2,0. Värst har det varit på min racercykel (9-delad Campa Daytona nav). Trots att DT Comp 2,0/1,8/2,0 ekrarna på höger sida har dubbelt så hög ekerspänning, märks det en tydlig skillnad i vridmotstånd (till DT Revolutionsekrarnas nackdel) när jag sätter ekrarna i sin förvridningsfria position. Därför gör jag alltid detta moment på en sida i taget på bakhjulen.

Den låga ekerspänningen gör det också svårare att stressbefria ekrarna på vänstersidan (läs klämma tillräckligt hårt), så att det inbyggda "minnet" försvinner". Därav ett antal ekerbrott i böjen på vänstersidans DT Revolution 2,0/1,5/2,0 ekrar. Med MTB-nav och Shimanos racernav blir skillnaden i ekerspänning inte lika stor som på Campa Daytona (mindre offset) så där borde DT Revolution hålla bättre. (Jag har inte fått något ekerbrott på mina bakhjul med DT Revolution 2,0/1,5/2,0 på vänstersidan och aldrig på högersidan eller i framhjulet sedan jag började bygga mina egna hjul).

Dock går det kedjeväxlade bakhjulet snabbare att bygga med DT Comp 2,0/1,8/2,0 på högersidan och DT Revolution 2,0/1,5/2,0 på vänstersidan, då de balanserar varandras sidokrafter relativt bra. D.v.s. att de proportionella skillnaderna i töjning mellan DT Comp och DT Revolution blir lika stora som skillnaderna i dragkraftens sidokomposanter mellan höger och vänster sida på bakhjulet.

Kör du DT Comp och då gärna den tunna (men sällsynta) varianten 1,8/1,6/1,8 mm och slarva inte med stressbefrielsen, så lär dina hjul hålla lika bra som för Jobst Brandt och Håkan Carlsson, även om bakhjulet tar lite längre tid att bygga. Och självfallet ska du bygga hjulen själv istället för att överlämna jobbet till en klåpare i en valfri cykelaffär!
/Niklas

 

[Håkan K]

Kör du DT Comp och då gärna den tunna (men sällsynta) varianten 1,8/1,6/1,8 mm och slarva inte med stressbefrielsen, så lär dina hjul hålla lika bra som för Jobst Brandt och Håkan Carlsson,

Håkan Carlsson? Du menar Gerd Schraner!? Eller menar du... Håkan Karlsson??? Herrejösses Niking, det är ju från dig jag lärt mig att bygga hjul

 

[niking]

Håkan Carlsson? Du menar Gerd Schraner!? Eller menar du... Håkan Karlsson??? Herrejösses Niking, det är ju från dig jag lärt mig att bygga hjul

Tack för erkännandet, Håkan K! Sådant värmer!

Nu var det dock Håkan C. (Carlsson, Fredrikdshof IF), som jag avsåg. Han gör en del trevliga gästpel här på Utsidan (bl.a. i denna tråd). Det var nämligen han som via ett stort antal långa mail för 12-13 år sedan gjorde att jag fick upp ögonen för hur cykelhjul de facto fungerar. Resten är ju historia... Åter igen ett stort tack Håkan C. Du gjorde stor skillnad för mig och många andra med dessa mail (även om jag länge höll mig fast vid de felaktiga hjulmyterna).
/Niklas