O autorze

Janusz Maniak

Artykuł

Artykuł ukazał się w numerze 29 (IV/2008) kwartalnika 2+3D

Produkt

Kwadratura dwóch kół. Projektowanie i produkcja rowerów

Janusz Maniak, 24 kwietnia 2013

Artykuł archiwalny

Pojazdy napędzane siłą ludzkich mięśni są obok komunikacji publicznej, a raczej łącznie z nią, przyszłością wielkich miast. Świadczy o tym coraz więcej projektów rowerów składanych, które można przewieźć metrem lub autobusem, a następnie za ich pomocą w mniej lub bardziej komfortowy sposób dotrzeć do celu podróży. Wzrasta sprzedaż rowerów miejskich i trekingowych, co można zaobserwować również w Polsce. Od dawna wiadomo, że rowerem można poruszać się po mieście szybko i tanio, ale dopiero komunikacyjne utrudnienia przekonały szerszą grupę Polaków do porzucenia samochodów.

Konkursy na składanie

Poświadczeniem wkładu dizajnerów w rozwój branży są nagrody konkursowe. W 54. amerykańskim przeglądzie projektowym organizowanym przez magazyn „ID” wyróżnienie przypadło zestawowi szosowego osprzętu rowerowego RED firmy SRAM, w skład którego wchodzą elementy układu napędowego i hamulcowego. Jurorzy docenili nowatorstwo konstrukcji i funkcjonalność tych wysoko wyspecjalizowanych komponentów. To pierwszy w historii zestaw ośmiu podstawowych elementów ważący w sumie poniżej 2 kg. Oprócz szerokiego zastosowania włókien węglowych rzuca się w oczy niesamowita kaseta tylna, z której wyeliminowano klasyczne tryby na rzecz zintegrowanej konstrukcji wytwarzanej na obrabiarkach cyfrowych. 

Sram, SRAM RED –przerzutka tylna, prod. SRAM, 2008

Sram, SRAM RED –przerzutka tylna, prod. SRAM, 2008

Sram, SRAM RED –przerzutka tylna, prod. SRAM, 2008


Problem projektowy występujący w rowerach składanych rozwiązał Dawid Fionik, student Politechniki Białostockiej. Jego projekt, o nazwie Dubike, umożliwiający zmniejszenie gabarytów złożonego roweru, został doceniony w konkursie Design Tech Forum i uplasował się w trzydziestce najlepszych prac w organizowanym w USA światowym konkursie SolidWorks 2007 Design Contest. Dostępne na rynku rowery składane zbudowane są zazwyczaj z dwóch sztywnych części połączonych zawiasem. Bryła powstająca po złożeniu roweru ma stosunkowo duże gabaryty i nieregularny kształt. Podstawą konstrukcji Dubike’a są dwa tzw. koszyki, w których chowają się koła jezdne, kierownica, siedzisko i korby z pedałami. Całość składa się na zatrzaski, w siedmiu ruchach i nie potrzeba do tego znacznej siły ani żadnych dodatkowych narzędzi.

Dawid Fionik, Dubike, 2007
 

Dawid Fionik, Dubike, 2007

Dawid Fionik, Dubike, 2007
 

Przykładem udanej konstrukcji, która zaistniała na rynku i sprzedaje się od wielu lat, jest rower Strida, zaprojektowany w połowie lat 80. przez Anglika Mike’a Sandersa. Miał zachęcić do jazdy na rowerze osoby, które do tej pory nie używały tego środka lokomocji. Pojazd był wielokrotnie nagradzany, m.in. TBEA Award w 2007 roku, Fiestrai Award of INNOVATIE 2006, SMART Award for Innovation w roku 2002, ID Magazine Annual Design Award i Millenum Product Award w 2000, nagrodą londyńskiego Design Museum w 1999, Grand Prix Prize w 1992 roku w Japonii, czy Cyclex Design Award Best New Product 1988. Był wytwarzany w latach 1987–1992, potem nastąpiła przerwa. Produkcję wznowiono pięć lat temu. Założenia projektu to prosta konstrukcja, wyprostowana pozycja ciała, łatwe składanie, odporność na korozję i zastąpienie łańcucha paskiem zębatym. Obecnie produkowana jest piąta generacja Stridy, w której poprawiono trwałość i niezawodność komponentów. Komfort jazdy jest jednak dyskusyjny. Nietypowa geometria sprawia, że rower jest mało stabilny i skręca bardzo nerwowo. Dlatego nie sprawdza się na dłuższych trasach, ale w połączeniu z autobusem czy tramwajem jest niezastąpiony. 

Mike Sanders, Strida, 1987, fot. bikeBoard.pl

Mike Sanders, Strida, 1987, fot. bikeBoard.pl

Mike Sanders, Strida, 1987, fot. bikeBoard.pl

Podobną ramę, zbliżoną kształtem do litery A, ma także A-Bike, którego pomysłodawcą jest sir Clive Sinclair. Po złożeniu jest jeszcze mniejszy – 67×30×16 cm (Strida odpowiednio: 114×51×23 cm) – od biedy można by go schować do plecaka. Prace nad A-Bike trwały pięć lat i rower pojawił się na rynku w 2004 roku.

Sir Clive Sinclair, A-Bike, prod. Sinclair Inc., 2004

Sir Clive Sinclair, A-Bike, prod. Sinclair Inc., 2004

Sir Clive Sinclair, A-Bike, prod. Sinclair Inc., 2004

Sir Clive Sinclair, A-Bike, prod. Sinclair Inc., 2004

Sir Clive Sinclair, A-Bike, prod. Sinclair Inc., 2004

Sir Clive Sinclair, A-Bike, prod. Sinclair Inc., 2004

Cube Urban Street Concept to studium projektowe roweru miejskiego. Rama z włókien węglowych jest tak zaprojektowana, żeby można było ją złożyć jednym pociągnięciem. Sztyca podsiodłowa jest zintegrowana z siodełkiem i wysuwana teleskopowo z górnej rury. Rower ma zabudowany napęd. Zintegrowane oświetlenie zasila dynamo umieszczone w przedniej piaście. Po złożeniu pojazd można łatwo przenosić. 

Gregor Dauth, Cube Urban Concept, 2007

Gregor Dauth, Cube Urban Concept, 2007

Gregor Dauth, Cube Urban Concept, 2007

Na rowerach miejskich i trekingowych, które do niedawna słabo rozwijały się pod względem technologicznym, testuje się teraz nowe rozwiązania, dotyczące nie tylko składanych ram, ale również napędu. Jedno z najnowszych to bezstopniowa przekładnia NuVinci, w której wyeliminowano tradycyjne zębatki.

 

Człowiek na rowerze

Napęd roweru – siła ludzkich mięśni – pozostaje niezmienny i jest ściśle powiązany z motorycznymi cechami człowieka. Wieloletnie doświadczenia pozwoliły wypracować standardy budowy ramy i dostosowania jej do ciała użytkownika. Projektant musi tu sobie stawiać dwa zasadnicze cele: pełnego wykorzystania potencjału rowerzysty z uwzględnieniem specyfiki dyscypliny rowerowej, którą będzie uprawiał, oraz uniknięcia urazów. Geometria wyznaczona jest przez punkty podparcia rowerzysty: kierownicę, oś suportu (pedały) i siodełko oraz obie osie kół. Przez określenie tych parametrów wyznacza się zastosowanie roweru. Można sprawić, że rower będzie lepiej jechał na trasie, skręcał, podjeżdżał lub amortyzował.

Wielkość ramy pozwala na dopasowanie roweru do wymiarów użytkownika, co na ogół oznacza zapewnienie mu swobodnego przekroku nad ramą oraz możliwości takiego ustawienia siodełka, przy którym da się uzyskać prawie pełne wyprostowanie nogi przy pedałowaniu, co jest ważne dla właściwej pracy kolan. W rowerach do skoków stosuje się celowo mniejsze ramy, niż by to wynikało z normalnych założeń dotyczących jazdy, pozwalają bowiem korygować tor lotu i ułatwiają wykonywanie ewolucji w powietrzu.
    
Drugim ważnym parametrem, od którego zależy pozycja rowerzysty, jest długość górnej rury. Im jest ona dłuższa, tym bardziej pochylony jest tułów jadącego. Wyższa efektywność pedałowania pochylonego kolarza wynika nie tylko z poprawy aerodynamiki sylwetki, ale również z przesłanek biomechanicznych. Natomiast wyciągnięcie sylwetki do przodu wywołuje przeniesienie znacznej części ciężaru ciała na ręce rowerzysty, obniżając komfort jazdy. Przeniesienie środka ciężkości jak najbardziej do tyłu sprzyja wolniejszym, ale silniejszym obrotom korbami.
    
Kąt główki ramy (miejsce, gdzie jest mocowany amortyzator i mostek z kierownicą) odpowiada za sterowanie rowerem. Im niższa jego wartość, tym rower jest bardziej wrażliwy na ruch kierownicą, czyli łatwiej skręca.

Obciążenie tylnego koła i przyczepność na podjazdach zależą od długości tylnego widelca. Im jest on krótszy, tym większa część masy rowerzysty dociska na podjeździe tylne koło do podłoża. Dzieje się tak bez względu na to, czy rowerzysta siedzi na siodełku, czy pedałuje na stojąco.

Podstawowe typy rowerów

Współcześnie nastąpiła specjalizacja rowerów. Całe spektrum pojawiających się w sprzedaży modeli możemy podzielić na kilka podstawowych typów:
Rowery szosowe charakteryzują się minimalnymi oporami przy jeździe po drogach utwardzonych. Mają bardzo szczególną geometrię, która z jednej strony zwiększa precyzję manewrów, z drugiej – wymaga czujności. Mają większe od rowerów górskich koła i kierownice typu „baranek”. Zbliżone do rowerów szosowych są rowery torowe (pozbawione przerzutek i hamulców) oraz „przełajówki” (zaopatrzone w mocne koła i hamulce).
Rowery trekingowe nawiązują zarówno do rowerów MTB, jak i szosowych. Wielkość kół jest taka sama jak w rowerach szosowych, stosuje się jednak grubsze i lepiej bieżnikowane opony, pozwalające na jazdę po gorszych drogach i bezdrożach. Rower trekingowy z reguły zapewnia bardziej wyprostowaną i wygodniejszą pozycję, w której większa część masy rowerzysty opiera się na siodełku.
Rowery miejskie i ATB przeznaczone są do codziennych dojazdów do pracy czy szkoły; do tej kategorii zalicza się również większość rowerów składanych.
Rowery górskie, czyli MTB, mają koła 26-calowe – a więc mniejsze od trekingowych – dziś już w większości z przednim amortyzatorem. Grupa ta w założeniu ma służyć użytkowi sportowemu i zaawansowanej rekreacji, dlatego konstruktorzy kładą nacisk na efektywność poruszania się w terenie. Stąd wynika niska pozycja rowerzysty nad kierownicą i geometria sprzyjająca szybkim manewrom oraz przyspieszaniu. Opony są szersze i wyższe niż w trekingach i szosówkach, a bieżnik zapewnia dobrą przyczepność na bezdrożach. Mocna rama i komponenty muszą wytrzymać użytkowanie w ciężkim terenie.
Rowery enduro to pojazdy do poruszania się w jeszcze trudniejszych warunkach terenowych i na długich dystansach. Amortyzacja obu kół pozwala na sprawne poruszanie się na podjazdach i szybkie zjazdy, zapewnia komfort i bezpieczeństwo.
Rowery freeride przeznaczone do akrobacji i skoków mają pełną amortyzację. Rowery te czasami umożliwiają podjeżdżanie, a przynajmniej poruszanie się po płaskich odcinkach.
Rowery zjazdowe – stosowane w zawodach zjazdowych. Konstrukcja uniemożliwia podjeżdżanie.
Rowery DJ i 4X są skrzyżowaniem BMX-a z rowerem górskim. Służą do akrobacji w mieście ponad różnymi przeszkodami: barierkami, schodami, murkami itp.
Rowery BMX także służą do akrobacji w terenie i mieście oraz na specjalnych torach, ale mają mniejsze koła.

Rozwój technologiczny

Obecnie projektanci i konstruktorzy skupiają się na kilku kierunkach działań. Jednym z najważniejszych jest praca nad nowymi systemami zawieszeń i amortyzacji, stosowanymi przede wszystkim w rowerach górskich. Jazda terenowa wymaga jak największej przyczepności kół, niezbędnej zarówno na zjazdach, jak i na podjazdach w terenie pełnym uskoków i kamieni. Dlatego zaczęto stosować rowery z pełną amortyzacją, a producenci prześcigają się w oferowaniu coraz skuteczniejszych rozwiązań. Najstarszym, ale dalej szeroko stosowanym systemem amortyzacji jest system jednoosiowy. Najpoważniejszą z jego wad jest „pompowanie” marnujące energię i pozbawiające rowerzystę sił na podjazdach, dlatego pracuje się nad innymi rozwiązaniami. Jednym z nich jest tymczasowy punkt obrotu, w którym główna oś nie jest przypisana do jakiegoś konkretnego przegubu, tylko porusza się po trajektorii wyznaczanej przez pracujące zawieszenie (oś jest wirtualna, znajduje się jakby „w powietrzu”, miejsce zaosiowania wahacza składa się z kilku dźwigni). Rowery wyposażone w to rozwiązanie dobrze amortyzują małe nierówności, mają świetną izolację zawieszenia od napędu, a hamowanie nie wpływa na pracę zawieszenia.

Materiały stosowane do produkcji rowerów bardzo się zmieniły: niegdyś najpopularniejsza stal została wyparta w większości modeli przez stopy aluminium. Oprócz nich stosuje się tytan, scandium i magnez. Wyznacznikiem postępu technologicznego jest wykorzystanie materiałów kompozytowych. Laminaty z włókien węglowych są lekkie, wytrzymałe, zdolne do absorpcji drgań i odporne na korozję. Technologia ich produkcji została dopracowana i staje się coraz powszechniejsza. Jako przykład można podać technologię OCLV stosowaną przez Treka, na którego ramach Lance Armstrong 7-krotnie zwyciężył w Tour de France. Polega ona na łączeniu produkowanych osobno węzłów ramy z lekkimi rurami z karbonu. Przekroje rur są zmiennie kształtowane, stosownie do napięć występujących w danym miejscu ramy.

Znacząca część działań projektowych wiąże się z poszukiwaniem alternatywy dla klasycznego zestawu przerzutek i łańcucha. Propozycje sprowadzają się do przenoszenia napędu za pomocą paska zębatego lub wałka Cardana i wykorzystywane są na razie w rowerach miejskich. Standardem w tego typu rowerach stają się przerzutki wewnętrzne: 3-, 5- lub 7-biegowe przekładnie zintegrowane z tylną piastą i hamulcem. W przyszłości prawdopodobnie wszystkie te rozwiązania będą wykorzystywane w rowerach górskich, gdyż minimalizują zużycie napędu narażonego na niekorzystne warunki atmosferyczne.

Ciekawe przykłady ze sklepu za rogiem

Giant City Storm – funkcjonalny rower o ciekawym wyglądzie, efekt współpracy Gianta z brytyjskim dizajnerem Michaelem Youngiem. Założeniem było zintegrowanie z rowerem dodatkowego wyposażenia, dlatego np. przednia lampka jest stałym elementem główki ramy, a licznik został umieszczony we wsporniku. Podobnie postąpiono z zapięciem szyfrowym, które chowa się do ramy. Powierzchnie pedałów zostały lekko pochylone na zewnątrz, co ma korzystnie wpływać na wygodę i efektywność pedałowania, ma to znacznie zwłaszcza dla kobiet ze względu na szerszą miednicę. Osłona łańcucha chroni ubranie przed zabrudzeniem. Linki przebiegają wewnątrz ramy. 

Michael Young, Giant City Storm, prod. Giant, 2007, fot. bikeBoard.pl

Michael Young, Giant City Storm, prod. Giant, 2007, fot. bikeBoard.pl

Michael Young, Giant City Storm, prod. Giant, 2007, fot. bikeBoard.pl

Trek Madone – to przykład wykorzystania technologii OCLV. Jest to ewolucyjna wersja słynnego roweru Lance’a Armstronga. Projektanci sprawili, że mimo wzmocnienia najbardziej narażonych na naprężenia węzłów ramy, rower jest bardzo lekki. Badania w tunelu aerodynamicznym wykazały spore zmniejszenie oporów powietrza. Ciekawie rozwiązano wspornik siodła: nakładany jest na rurę będącą integralną częścią ramy, przez co jego masa jest o 25 procent mniejsza.

Trek, Trek Madone, prod. Trek, 2008

Trek, Trek Madone, prod. Trek, 2008

Trek, Trek Madone, prod. Trek, 2008

Cannondale Scalpel – bodaj najlżejsza pośród maszyn używanych w zawodach Pucharu Świata. Wersja zawodnicza ma ważyć 8,25 kg. Rama jest połączeniem karbonu i aluminium. W zawieszeniu wykorzystano elastyczność karbonowych dolnych rurek tylnego trójkąta ramy. Z przodu zamontowano flagowe rozwiązanie Cannondale – „widelec” Lefty z tylko jedną lagą, do której jest mocowana oś koła.

Dział Industrial Design Cannondale, Cannondale Scalpel, prod. Cannondale, 2008, fot. bikeBoard.pl

Dział Industrial Design Cannondale, Cannondale Scalpel, prod. Cannondale, 2008, fot. bikeBoard.pl

Dział Industrial Design Cannondale, Cannondale Scalpel, prod. Cannondale, 2008, fot. bikeBoard.pl

Giant Suede – to z pozoru zwyczajny rower miejski, będący jednak rozwiązaniem bardzo konkretnego problemu projektowego. Wiele osób chce mieć tak ustawione siodełko, żeby móc, siedząc na nim, podeprzeć się nogą. Jeżdżą więc cały czas ze zgiętymi kolanami, co nie jest ani wydajne, ani zdrowe. Giant rozwiązał ten problem przesuwając oś suportu względem siodełka. Taka konstrukcja umożliwia niewprawnym rowerzystom zachowanie poprawnej pozycji.

Giant, Giant Suede, prod. Giant, 2007, fot. bikeBoard.pl

Giant, Giant Suede, prod. Giant, 2007, fot. bikeBoard.pl

Giant, Giant Suede, prod. Giant, 2007, fot. bikeBoard.pl

Kross Unplugged – to dowód, że polscy producenci nadążają za najnowszymi tendencjami. Rowery bez przerzutek (singlespeed) są przejawem powrotu do korzeni kolarstwa i ich sprzedaż rozwija się dynamicznie. Kross zbudował rower na kołach 29-calowych, co stanowi nowość wśród rowerów górskich, oraz na ramie wykonanej ze stali Cr-Mo, która cieszy się wśród kolarzy-tradycjonalistów dużą popularnością. Zrezygnowano z przedniego amortyzatora, montując za to hamulce tarczowe.

Dział Rozwoju Nowego Produktu Kross, Kross Unplugged, prod. Kross, 2007,fot. bikeBoard.pl

Dział Rozwoju Nowego Produktu Kross, Kross Unplugged, prod. Kross, 2007,fot. bikeBoard.pl

Dział Rozwoju Nowego Produktu Kross, Kross Unplugged, prod. Kross, 2007,fot. bikeBoard.pl

Polscy producenci

Krajowe firmy są uznanymi w Europie producentami rowerów. Według prognoz rynkowych za osiem lat co drugi rower w Unii Europejskiej może pochodzić z Polski. Najwięksi Polscy producenci to Arkus-Romet Group i Kross. Arkus specjalizuje się w rowerach dziecięcych, miejskich i trekingowych, w dużej części przeznaczonych na eksport. W poszukiwaniu wyrazistego wizerunku swoich wyrobów firma współpracuje z projektantami z zewnątrz i co sezon podnosi sobie poprzeczkę, jeśli chodzi o jakość rowerów. Ważnym działaniem podjętym przez Arkusa jest reaktywacja marki Romet. Od kilku lat pod Dębicą produkowane są skutery, a na ostatnich targach Eurobike we Friedrichshafen firma zaprezentowała reaktywowane rowery tej marki.

O rowerach Kross pisaliśmy już w 23. numerze 2+3D. Firma ma własny zespół projektowy i stara się konkurować w trochę innych sektorach rynkowych niż Arkus. Jej wizytówką są rowery o sportowym zacięciu, fullsuspension, czy też wspomniany wcześniej singlespeed. Kilka innych, mniejszych przedsiębiorstw specjalizuje się w produkcji ram i komponentów rowerowych.

Szukaj nas na Facebooku

Szukaj