Υλικά κατασκευής για σκελετούς ποδηλάτων

Χάλυβας/ατσάλι/σίδερο (Steel)

πυκνότητα 7,8 g/cm³  ^[1]
Πολλά ονόματα για το ίδιο υλικό. Η σωστή ονομασία είναι χάλυβας και μπορεί να είναι ανθρακούχος (αναφέρεται συνήθως ως HiTen ή High tensile strength), ή χρωμιομολυβδαινιούχος, κράμα δηλαδή χάλυβα με πρόσμιξη χρωμίου και μολυβδαινίου (CrMo ή cromoly steel) που έχει μεγαλύτερη αντοχή.

Ο χάλυβας είναι φθηνός και συγκολλάται εύκολα, αλλά έχει ένα μεγάλο μειονέκτημα, που δεν είναι άλλο από το βάρος του. Σήμερα ο χάλυβας χρησιμοποιείται πλέον μόνο σε πολύ φθηνά ποδήλατα και σε μερικές (ακριβές) "εξωτικές" κατασκευές που απευθύνονται σε λίγους φανατικούς.

Αλουμίνιο (Aluminum)

πυκνότητα 2,7 g/cm³  ^[1]
Σήμερα, το αλουμίνιο είναι το καλύτερο υλικό για σκελετούς ποδηλάτων, εάν συνυπολογίσουμε και το κόστος. Πριν μια δεκαετία, αλουμίνιο χρησιμοποιούσαν μερικοί μόνο κατασκευαστές "εξωτικών" (και πανάκριβων) ποδηλάτων, ενώ σήμερα υπάρχουν πολύ καλοί σκελετοί σε εξαιρετικές τιμές.

Ένας σκελετός από αλουμίνιο δεν είναι μόνο ελαφρύτερος, αλλά και πιο στιβαρός από έναν αντίστοιχο χαλύβδινο. Όσο και αν αυτό ακούγεται περίεργο, οφείλεται στη δυνατότητα αύξησης της διαμέτρου των σωλήνων και μείωσης του πάχους των τοιχωμάτων τους, χωρίς αντίστοιχη αύξηση του βάρους. Η μεγαλύτερη στιβαρότητα σημαίνει μικρότερες ελαστικές παραμορφώσεις του σκελετού κάτω από φορτία και στην πράξη, καλύτερη συμπεριφορά του ποδηλάτου.

Το αλουμίνιο δεν χρησιμοποιείται ποτέ καθαρό, αλλά με προσμίξεις διαφόρων άλλων στοιχείων σε μορφή κράματος (alloy). Τα πιο συνηθισμένα είναι το 6061 και το 7005. Αυτοί οι αριθμοί δεν δηλώνουν την αντοχή, όπως πολλοί εσφαλμένα νομίζουν (πρακτικά έχουν τις ίδιες ιδιότητες), είναι απλά κωδικοί πού δείχνουν χονδρικά τη σύνθεση του κράματος. Συνήθως συνοδεύονται από τους κωδικούς Τ4 ή Τ6 πού σημαίνουν οτι ο σκελετός έχει υποστεί θερμική κατεργασία για βελτίωση των ιδιοτήτων του.

Πιό πρόσφατα κράματα αλουμινίου, όπως τo scandium, και άλλα στα οποία οι διάφοροι κατασκευαστές δίνουν δικά τους ονόματα, όπως Μ5, kinesium ή superlight, έχουν ακόμη μεγαλύτερη αντοχή, αλλά εδώ πρέπει να ανοίξουμε μια παρένθεση: 
Το ποσοστό των προσμίξεων στα κράματα είναι πολύ μικρό (γύρω στο 5%), ενώ το υπόλοιπο είναι καθαρό αλουμίνιο. Έτσι η πυκνότητα είναι πάνω κάτω η ίδια (2,7 g/cm³), δηλαδή το scandium π.χ. ΔΕΝ είναι ελαφρύτερο από το 6061 ή απο το καθαρό αλουμίνιο. Επειδή όμως έχει μεγαλύτερη αντοχή, μπορούμε να χρησιμοποιήσουμε λιγότερο υλικό (για να έχουμε την ίδια αντοχή με μια κατασκευή από 6061) και έτσι το συνολικό βάρος του σκελετού μας θα είναι μικρότερο.

Μια τεχνική για ακόμη χαμηλότερο βάρος είναι το butting: το πάχος των τοιχωμάτων των σωλήνων δεν είναι το ίδιο σε όλο το μήκος τους, αλλά μεγαλύτερο στα άκρα και μικρότερο στη μέση και φέρουν την ένδειξη double ή triple butted.
Σχετικά νέα είναι η μέθοδος Hydroforming, όπου με χρήση υγρού με υψηλή πίεση μεταβάλλεται η διατομή και τροποποιείται το σχήμα ενός σωλήνα στα σημεία που οι φορτίσεις είναι μεγάλες, αυξάνοντας έτσι την αντοχή της κατασκευής, χωρίς να χρειάζεται να χρησιμοποιηθούν πρόσθετες ενισχύσεις (gussets).

Το αλουμίνιο εξακολουθεί να είναι από τα πιο δύσκολα μέταλλα στη συγκόλληση, αλλά η μαζική παραγωγή έχει καταφέρει να μειώσει το κόστος δραματικά.

Ίνες άνθρακα/ανθρακονήματα (Carbon fiber)

πυκνότητα γύρω στα 1,7 g/cm³  ^[1]
Πρόκειται για ύφασμα από ίνες άνθρακα, που διαμορφώνεται κατάλληλα και σταθεροποιείται με μία ρητίνη, όπως ακριβώς και στις πολυεστερικές κατασκευές από ίνες γυαλιού (fiberglass). Κατασκευές από ίνες άνθρακα μπορούν να παρουσιάσουν εντυπωσιακή αντοχή με ελάχιστο βάρος, θεωρητικά ιδανικά χαρακτηριστικά για ένα σκελετό ποδηλάτου.

Η σχεδίαση απαιτεί μεγάλη προσοχή και η κατασκευή είναι πολύ χρονοβόρα, καθώς μπορεί να γίνει μόνο με το χέρι και έτσι οι σκελετοί από ανθρακονήματα κοστίζουν πολύ ακριβά, ενώ οι τιμές τους δεν προβλέπεται να μειωθούν στο μέλλον, γιατί δεν υπάρχει τρόπος να παραχθούν μαζικά.

Τιτάνιο (Titanium)

πυκνότητα 4,6 g/cm³  ^[1]
Το τιτάνιο έχει πολύ καλές ιδιότητες: Μεγάλη μηχανική αντοχή, αντοχή στη διάβρωση παρόμοια με αυτή του ανοξείδωτου χάλυβα και χαμηλό βάρος. Είναι όμως πολύ ακριβό γι αυτό και χρησιμοποιείται ακόμη μόνο από πολύ λίγους, φανατικούς κατασκευαστές. Σήμερα, ένας σκελετός από τιτάνιο, δεν προσφέρει κανένα αξιοσημείωτο πλεονέκτημα έναντι του αλουμινίου, ενώ είναι κατά πολύ ακριβότερος.

Μαγνήσιο (Magnesium)

πυκνότητα 1,8 g/cm³  ^[1]
Το μαγνήσιο μοιάζει με το αλουμίνιο. Είναι ελαφρύτερο, αλλά και αρκετά ευαίσθητο. Μέχρι σήμερα χρησιμοποιείτο μόνο για χυτά εξαρτήματα, λόγω της μικρότερης αντοχής του, τώρα τελευταία όμως έκαναν την εμφάνιση τους μερικοί σκελετοί από μαγνήσιο, με βάρος παρόμοιο των ανθρακονημάτων. Ακόμη όμως είναι νωρίς για να προβλέψουμε την πορεία του μαγνησίου.

[1]  Η πυκνότητα μπορεί να μεταβάλλεται ελαφρά ανάλογα με το κράμα, σε όλα τα υλικά. Στα ανθρακονήματα, ανάλογα με τον τρόπο κατασκευής, οι διαφορές μπορεί να είναι μεγαλύτερες.

Γιώργος Λιόλιος