Lager är hjärtat i varje roterande del på din cykel, men kommer att byta stål mot keramik göra skillnad för din åktur?
Ända sedan de forntida egyptierna använde en plattform av trädstammar för att flytta gigantiska stenblock på plats när de byggde pyramiderna, har kullager hjälpt människosläktet att fortsätta rulla.
Intressant nog var det första officiella patentet för ett kullager för en cykel. Den franske mekanikern Jules Suriray monterade dem på en cykel som fortsatte med att vinna världens första stad-till-stad cykellopp, Paris-Rouen, i november 1869. Dessa dagar är kullager mer kända för alla cyklister som de saker som faller isär under demontering och kräver timmar på händer och knän att leta under arbetsbänkar eller kylskåp för att hämta.
Åsidosatt historiklektion spelar kullager en stor roll i hur cyklar kan röra sig så fritt. Pedaler, vevar, hjul, headset, jockeyhjul… om den roterar är lagren i mitten av den, och utan dem skulle vi kämpa för att åka fort var som helst. Det finns många olika typer av lager, så det är värt att göra några definitioner tydliga i detta skede för att undanröja förvirring.
När vi hänvisar till ett ‘lager’ menar vi en komponent som består av fem grundläggande delar: kulor, tätningar, kulhållare, lagerbanor och fett. Konceptet är enkelt – flera bollar är inklämda mellan två konkava ytor (raser), vilket gör att de kan rotera mot varandra (en är vanligtvis fixerad) med minimal friktion. Burarna och tätningarna håller allt på plats och håller borta smuts, medan fettet smörjer och skyddar det rörliga systemet.
De flesta moderna cykelapplikationer gynnar nu "patronlager". Dessa förseglade enheter har flera fördelar jämfört med gamla "lösa lager"-system, som till stor del är begränsade till billigare komponenter av låg kvalitet (även om ett fåtal utvalda delar på toppnivå fortfarande väljer att hålla fast vid systemet med lösa kulor, koppar och koner pga. till dess finare justerbarhet). Patronlager kräver i allmänhet mycket mindre underhåll, och när de så småningom slits ut, kommer det vanligtvis inte att orsaka terminal skada på delarna runt dem. Dessutom kan de enkelt bytas ut.
'Kullager' syftar på själva kulorna. Kullager kan tillverkas av olika material, inklusive kromstål, rostfritt stål och – den nyare ankomsten till cykelvärlden (varav mer senare) – keramik, vanligtvis kiselnitrid (Si3N4). Ett "hybrid" lager är ett med keramiska kulor och metallbanor.
Alla lager är inte skapade lika, oavsett vad de är gjorda av. Jag såg en gång en toppcykelmekaniker ta fram en juvelerares förstoringsglas, titta på ett till synes rent, glänsande kullager och säga: "Jag lägger inte in dem i mina nav." De är som tårtdekorationer.’ Som med det mesta finns en hierarki i lager och du får vad du betalar för.
Det som händer… är inte nödvändigtvis runt
De billigaste kullagren kanske inte ens är perfekt runda. Lager graderas i allmänhet enligt en rundhetsskala, mätt till miljondelar av en tum. En stålkula av kvalitet 200 betyder att den är rund till en tolerans på 200 miljondelar av en tum. Därför är en lägre siffra – grad 25 till exempel – en mycket mer exakt tillverkad boll. För storlekarna som används i cyklar varierar betygen från 2 000 till 3, där allt under 100 i allmänhet anses vara en "precisionsboll". Detta graderingssystem används för både stål och keramiska kulor, samt en ytterligare gradering för ytjämnhet, där keramik vanligtvis ger ett mycket jämnare resultat – bara en av dess inneboende fördelar.
Gör dessa små skillnader i rundhet och yta någon verklig skillnad för den genomsnittliga cyklisten? Alan Weatherill från den brittiska komponenttillverkaren Hope Technology säger: I slutändan, om kulorna är av dålig kvalitet och inte är perfekt runda eller släta, kommer de att orsaka ökad friktion och för tidigt slitage av alla komponenter i lagret. Det kommer oundvikligen att misslyckas. Bollens kvalitet, oavsett material, är den viktigaste faktorn.’
Viktigheten av kullager är mycket större än vad deras storlek kan antyda, vilket är anledningen till att cykelbranschen gör så mycket väsen av keramiska kulor. Här är affären: keramiska kulor är i allmänhet rundare, jämnare, hårdare och lättare än stålkulor, så de borde teoretiskt sett ge mindre friktion och längre livslängd. De är också betydligt dyrare, så det är värt att ta en ordentlig titt på de potentiella fördelarna med keramiska kulor innan du tar avsked med dina pengar…
Jacob Csizmadia, grundare av CeramicSpeed, var den första personen som introducerade keramiska hybridlager för professionell cykling redan 2000. CeramicSpeeds testdata hävdar, något djärvt, en energibesparing på sex till nio watt jämfört med stållager. Om det är sant, är det en anständig del av energi och potentiellt sparad tid genom att helt enkelt byta ut dina lager, men inte alla tror att keramiska lager är ett helt mirakel som vissa skulle få oss att tro.
Weatherill förklarar varför Hope kände ett behov av att erbjuda ett keramiskt lager alternativ för sina nav och vevfästen: "Vi gjorde det för att det blev tillfrågat av oss [av marknaden]. Vi gjorde det inte ur teknisk synvinkel. Mycket av det är hype. Keramiska lager används i industriella maskiner eftersom de snurrar med 25 000 rpm och det finns betydande fördelar, men ett cykelhjul snurrar bara med, säg, 300 rpm, så skillnaderna jämfört med de mycket högkvalitativa stålkulorna vi redan använde är mycket lätt.'
CeramicSpeed-direktör Martin Banke är angelägen om att ifrågasätta Weatherills åsikt, och försvarar hans testdata med att säga: Keramiska lager är inte en marknadsföringshype. Keramiska kulor är överlägsna stålkulor under alla belastningar som upplevs på en cykel – förutsatt att det är lämpligt högkvalitativ keramisk kvalitet.’
Det är den här frågan om kvalitet, föreslår Banke, som kan vara anledningen till att vissa människor fortfarande inte är övertygade om keramiska lager: "Kvaliteten på [andra tillverkares] keramiska lager varierar. Det betyder att det finns några mycket dåliga, vanligtvis billiga lager med högre friktion, högre sprödhet och kort livslängd på marknaden och det är därför som vissa, av goda skäl, fortfarande ifrågasätter keramiska lager.’
När Banke blir ombedd att kommentera Weatherills uttalande om nödvändigheten av keramiska kulor vid lägre rotationshastigheter på cykeln, säger Banke: "Om du tittar på första sidan i den stora boken om hybridlager, skulle du säga svaret är nej [att behöva dem på en cykel]. Detta är faktiskt långt ifrån sant. Det är korrekt att keramiska lager ursprungligen uppfanns för höghastighetsapplikationer där kulornas lägre vikt och höga styvhet och låga friktion hos lagren gjorde att maskinerna kunde snurra snabbare utan att förstöra lagret. Men, precis som med många andra tekniker, visade sig keramiska lager ha extremt bra egenskaper även för cyklar. Ett material som kolfiber uppfanns inte heller för cyklar, men används nu av alla.’
Som för att stödja Bankes poäng, är Chris King, det amerikanska märket med kanske det mest prestigefyllda namnet inom kullager för cyklar, ett inträde på den keramiska marknaden nyligen efter en inledande period av osäkerhet. Under de tidiga dagarna av den keramiska "boomen" var Chris King inte sugen på att hoppa in och fortsatte att slåss mot stålets hörn under en tid. Ändå erbjuder den också nu keramiska uppgraderingar för alla dess komponenter, med undantag för headset.
'Det har varit en stor mängd hype kring keramik sedan deras introduktion, och ett antal produkter som introducerats på marknaden har inte haft den övergripande designen för att ge detta material till dess bästa prestanda, vilket i vissa fall ger det är ett dåligt namn, säger King, ägare till det eponymt namngivna företaget. "Beslutet att erbjuda ett keramiskt alternativ var ett medvetet val, inte ett marknadsföringsdrivet", betonar han, och han motiverar företagets försenade inträde i den keramiska striden med att säga: "Stålkulor och smörjmedel av kvalitet presterar mycket bra och vi har års erfarenhet som bevisar detta. För att lära oss mer om egenskaperna hos keramiska bollar testar vi dem omfattande. Beslutet att erbjuda ett keramiskt alternativ kom först efter att vi bevisat för oss själva att det fanns genuina fördelar.’
En av dessa fördelar, hävdar King, är att "keramiska kulor har en exceptionell förmåga att behålla sin "sanna" sfäriska form under belastning. Detta skapar förutsättningar för att våra keramikutrustade komponenter ska ha en exceptionellt lång och smidig livslängd.’
Ändå medger King att prestandafördelarna inte är enorma: ‘Vår forskning har visat att våra hybridkeramiska lager erbjuder subtila fördelar för den kräsna konsumenten.’ Fördelarna ligger mest i möjligheten att använda lättare smörjmedel. King säger: I ett King hybrid keramiskt lager minskar användningen av en keramisk kula smörjbehovet så att lättare fett och mindre av det kan användas än på ett jämförbart stållager. Mindre smörjmedel betyder mindre motstånd på lagren.’
Det här känns som ett område med "marginalvinster". Kanske kunde mer prestanda pressas ur lagren om alla delar var keramiska istället för bara kulorna? Chris King, Hope och CeramicSpeed tillhandahåller alla "hybrid" keramiska lager (keramiska kulor i stålbanor), så skulle keramik på keramik vara ännu bättre?
King säger att han "ännu inte har kunnat bevisa att det finns ett behov av helkeramiska lager" och nämner också kostnaden som den största anledningen till att inte gå helt keramiskt. Banke föreslår att keramiska raser kan vara sprödare med större risk för misslyckande, så även han håller fast vid hybrid.
På frågan vad de tror att framtiden har att erbjuda är både Banke och King överens om att keramiska lager är här för att stanna. Banke förutspår till och med "en enorm ökning av antalet eftermarknadsuppgraderingar – många människor som köper ett dyrt hjulset ett år kommer förmodligen att köpa ett lageruppgraderingssats nästa år".
Hur man inte ser ett bra lager
Händerna upp om du har gjort det här… ställ en cykel i ett arbetsställ eller vänd den upp och ner, få hjulen eller vevfästet att rotera snabbt och se sedan hur länge de snurrar. Ju längre de snurrar, desto bättre lager, eller hur?
Det är ett trick som används av tillverkare på cykelaffärer och mässor, där tippare bjuds in att snurra på ett hjul eller BB och förundras när det svänger utan ansträngning under en ålder. Ett enkelt sätt att uppnå detta är att ta bort fettet ur lagren och använda en lätt olja för att minska friktionen och göra det lättare att snurra. Det är något som landsvägsåkare, särskilt tidkörare, använde för att försöka få en fördel.
Naturligtvis, vad detta inte tar i beaktande är de stora krafterna på ett lager som trampeffekten och förarens vikt ger. Så fort du sätter dig på cykeln, än mindre sprintar den uppför vägen, kommer bollarna att tvingas in hårt i loppen, och om inte smörjmedlet kan klara av den kraften kommer det helt enkelt att pressas ut ur kontaktytan, vilket resulterar i bollen löper rakt mot banans yta osmord.
Banke förklarar, 'Ett stållager utan tätningar, helt rent och torrt, skulle kunna snurra mycket bra i stativet. Men så fort du lägger på vikten rör stålkulorna vid stålbanorna och friktionen ökar dramatiskt.” Samma effekt kan också uppnås’genom att lägga till för mycket spelrum i lagret. Ute på vägen kommer du att uppleva spel och ökad slitage, och lagret kommer förmodligen att misslyckas snabbt.’
Moralen är: tro inte på snurran – bokstavligen. Det enda sättet att säkerställa lång livslängd och genuina, om än marginella, prestationsvinster är att vara säker på kvaliteten på dina bollar.
Vikten av kablar och hur man monterar dem
