Budowa widelca do roweru mtb z kompozytu czyli w tym dokładnie przypadku przy użyciu żywicy epoksydowej i włókna szklanego.

Jako że obecnie delikatnie mówiąc producenci rowerów (głównie ram i widelców) produkują przede wszystkim to co najłatwiej jest szybko sprzedać to brakuje czasem produktów spełniających konkretne wymagania. W związku z czym postanowiłem sprawdzić czy jest możliwość wykonania widelca z założenia sztywnego i mocnego. Kto wie możliwe że to rozgrzewka przed wykonaniem ramy z kompozytu ( i raczej z włókna węglowego ;).

I tu zaznaczam od razu że widelec ma służyć/służy do roweru mtb do trialu i streetu, tak więc poprzeczka jeśli chodzi o jego wytrzymałość postawiona jest wysoko. Jednocześnie widelec poddawany jest przeciążeniom które podczas przeciętnej jazdy nie występują lub występują sporadycznie.

W konstrukcji użyłem włókno szklane oraz żywicę epoksydową. Dokładnie to dwie golenie są z kompozytu a rura sterowa to sterówka do amortyzatora, wklejona w kompozyt. I tu dodam że na koniec prac widelec otrzymał też troszkę tkaniny kewlarowej , która to jak sie okazało nadała mu więcej sztywności. Również haki trzymające koło zostały wykonane z kompozytu i wklejone we wnętrze końcówek rur (rozwiązanie, które nie powinno się sprawdzić a jednak po 11 latach działa). Parametry kompozytowego widelca to: 43 cm długość, 2 cm ofset, piwoty po v-brake (pod koło 24 cale), waga: 1120 gram (z wbitą gwiazdką). Zakładając że wytrzymałość i sztywność szkła odbiega od parametrów włókna węglowego postanowiłem że ciężar widelca będzie taki sam jak widelca stalowego o parametrach: długość 43 cm, z piwotami pod v-brake, ofset 55 mm jakim dysponowałem a jaki niestety w końcu zaczął się giąć, mimo że znosił bardzo dużo.

Widelec został wykonany na przygotowanej wcześniej rurce kompozytowej mającej grubość ścianek 0,4 mm. Rurki zostały odpowiednio zagięte i sklejone a następnie doklejone do odpowiednio przygotowanej rury sterowej. Następnie zostały nałożone kolejne warstwy tkaniny, itd. itd.

[powrót]

Wytrzymałość.

Zakładałem że widelec zostanie uszkodzony w miejscu w którym najczęściej odkształcają się widelce stalowe czyli około siedmiu centymetrów poniżej dolnego łożyska lub golenie ulegną wyłamaniu i oddzieleniu od stalowej rury sterowej. Biorąc na to poprawkę widelec właśnie w tych miejscach został stosownie pogrubiony.

Pierwsze testy były przeprowadzane bez przedniego hamulca ponieważ w początkowej fazie widelec nie miał zamontowanych piwotów pod hamulec (waga widelca wynosiła 1020 gram). Po 10 dniach żmudnego wskakiwania i zeskakiwania z murków widelec nie uległ uszkodzeniom. Również wielokrotne zderzenia z betonowym murkiem pokazały że widelec z kompozytu jest mocny. Z dalszych mocniejszych testów zderzeniowych zrezygnowałem by nie uszkodzić ramy i nie skrzywić rury sterowej.

Po zamontowaniu piwotów i hamulca v-brake i parudziesięciu lądowaniach na przednim kole jak również blokowaniu koła podczas jazdy po czym uderzaniu w nawierzchnię z zablokowanym widelec nadal jest cały i działa.

Wiedząc że widelec z piwotami bardziej mi odpowiada niż widelec którym dysponuję a który ich nie ma zapadła decyzja że widelec zostanie wzmocniony warstwą tkaniny kevlarowej. Był to też eksperyment czy tkanina zwiększy sztywność widelca. Widoczny kolor żółty na jednym ze zdjęć to właśnie kolor włókien kevlarowych.

[powrót]

Sztywność.

Jest do zaakceptowania. Osobiście użytkowałem różne widelce i spora część tych stalowych które mieszczą się w ciężarze do 1200 gram wykazywała lekką elastyczność. Widelec z włóknem szklanym pracuje trochę przód tył. Szczególnie przy dużych nagłych obciążeniach typu całkowite zablokowanie koła lub zderzenie z murkiem, widelec ulega cofnięciu/ugięciu co sprawne oko zauważy. Z kolei przy jeździe po kocich łbach lub podobnych nierównościach widelec zauważalnie absorbuje wibracje.

Miałem też kiedyś widelec stalowy, z jakiejś tam magicznej cieniowanej i utwardzanej stali. Jednak po pierwsze nie miał piwotów po drugie gdy np. skakało się na tylnym kole widelec zauważalnie się uginał przód tył/sprężynował. Było to dziwne, mało estetyczne, wręcz drażniące i mogło świadczyć o tym że osoba projektująca/produkująca go coś zrobiła nie tak. Mi taki widelec się nie podobał. I mimo że kompozytowy też ma pewną elastyczność to w sytuacji skoków na tylnym kole nie ulega odkształceniom jak ten opisany przed chwilą widelec stalowy.

Zatem ja już wiem że widelec z kompozytu wykonany bez włókna węglowego i bez technologi skomplikowanych form i próżniowego usuwania powietrza/ściskania warstw tkaniny ma prawo działać a do tego znosić dość spore przeciążenia. Wszystkim chcącym zbudować widelec z kompozytu życzę sukcesów które to jak najbardziej są możliwe.

Jest też możliwe wykonanie widelca lżejszego mającego odpowiednią wytrzymałość, to oczywiste, jednak na pewno wymaga to użycia lepszych a zatem możliwe że dość mocno droższych tkanin i żywic.

[powrót]

Uwaga.

Mimo niskich kosztów produkcji i prostej obróbce kompozytu ze szkła warto pamiętać że kluczową kwestią jest poprawna umiejętność laminowania oraz odpowiednio dobrane grubości kompozytu, tak by wytrzymał obciążenia!

Bez tych umiejętności i wiedzy budowa widelca z kompozytu może skutkować produktem który szybko może ulec uszkodzeniu a więc może zagrażać też zdrowiu lub nawet życiu.

Podczas prac proporcje żywicy i utwardzacza muszą być bardzo starannie dobrane a całość bardzo dobrze wymieszana. Tkanina musi być bardzo dobrze przesycona a widelec odpowiednio pogrubiony w miejscach przenoszących największe obciążenia. Prace należy przeprowadzać w przewiewnym pomieszczeniu, stosując rękawiczki ochronne i maskę zarówno podczas laminowania jak i szlifowania utwardzonego kompozytu. To tak w ogromnym skrócie ;)

Poniżej zdjęcie widelca jeszcze przed wklejeniem haków do koła i bez kilku końcowych warstw włókna.

Poniżej zdjęcie widelca zamontowanego w rower i w ostatecznej wersji użytkowej
(puki co nie pomalowany).

Jeśli czujesz że coć ważnego pominąłem to możesz do mnie napisać, w miarę możliwości i czasu postaram się odpowiedzieć ;)

Prierwszy pojekt widelca z 2013 roku, maj.

Widelec nadal działa mimo że minęło już sporo lat od jego wyprodukowania.

Rok 2024 i czas na nowy widelec.

A nowy z tego względu iż potrzebuję widelca z mocowaniem pod piastę na sztywną oś i z mocowaniem pod zacisk do tarczy.

I jest. Po kilku latach już zapomniałem jak to dużo czasu zajmuje nakładanie dużej ilości cienkich warstw tkaniny szklanej. Jednak to dzięki ich dużej ilości widelec zyskuje na wytrzymałości. I o ile w pierwszym widelcu w ostatniej fazie dorzuciłem tkaninę kewlarową to w tym widelcu pierwsze testy odbyły się bez kewlarowych wzmocnień. Za to w dolnej części widelec został wzmocniony nawijanymi włuknami węglowymi. Mimo to w górnej części przy ruże sterowej był tylko kompozyt szklany. Był gdyż same szkło przy ruże o mniejszej średnicy okazało się za bardzo elastyczne.

Poniżej zdjęcie widelca już na rowerze ale jeszcze niepomalowanego.

Co do testów to widelec puki co działa. Jest lato, temperatury sięgające 30 stopni. Mimo to widelec lekko nie ma. Robię dużo skoków na zablokowane przednie koło, zarówno na wprost jak i z obrotem. Zatem na widelec działają siły w bardzo różnych kierunkach. Do tego dochodzi siła pojawiająca się w miejscu mocowania zacisku tarczy.

Co ciekawe widelec mimo tej samej masy ma golenie chudsze od tego wcześniejszego. Mimo że średnica wstępnego rdzenia, na którym nawijana była tkanina była taka sama jak w pierwszym widelcu. Widelec jest też mniej sztywny. I tu tylko dodam że ma mniejszą średnicę o kilka milimetrów, a do tego pierwszy widelec ma konkretną tkanine kewlarową a to dużo zmienia.

Mocowanie na sztywną oś sprawdza się świetnie. Wreszcie koło jest porządnie unieruchomione. W pierwszym widelcu koło przy bocznym uderzeniu przesuwało się lekko w widełkach co powodowało obcieranie klocka w v-brake. W opcji zastosowania tarczy taka sutuacja była niedopuszczalna. I system sztywnej osi problem rozwiązał.

W nowym widelcu zastanawiały mnie/sprawiały lekki kłopot tylko dwa zagadnienia. Pierwsze to jak przygotować i skleić mocowanie dla sztywnej osi. I tu montaż składał się z kilku dobrze przemyślanych etapów. W między czasie przeróbce uległa piasta Novatec D041SB, w której to zdemontowałem łożyska 28mm x 12mm a zamontowałem łożyska 28mm x 17mm. A to pozwoliło na wymianę na oś mającą zewnętrzny wymiar 17mm i wewnęczny wymiar pod sztywną oś mającą 12mm. Obydwie osie zostały wytoczone z aluminium.

Drugie to jak przygotować aluminiowe gniazda pod śruby mocujące zaciski hamulcowe i jak je solidnie wkleić i dostatecznie usztywnić aby się nieoszkałcały/nieurwały podczas gwałtownych obciążeń podczas blokowania koła przy skokach/lądowaniach.

Testy nowego widelca ruszyły w 2024r. od 16 czerwca. Czas pokarze ile wytrzyma jak również z racji tego że jest troszkę elastyczny/sprężysty przy dużych przeciążeniach to planowane jest jego wzmocnienie i testowanie tego jak konkretne wzmacnienie będzie zwiększało jego sztywność a tym samym skrajną wytrzymałość.

Widelec po tym jak został wzmocniony włoknem węglowym i zyskał wreszcie odpowiednią sztywność został pomalowany. Teraz pozostała przyjemność z jego użytkowania, jazdy.

I tu jako ciekawostke dodam że włókno węglowe potrafi przejąć spore obciążenie. Zwłaszcza że jest go najwięcej na zewnęcznej powierzchni widelca a jak wiemy ma ono inne parametry techniczne niż włókno szklane. A to zachęca do powalczenia w przyszłości o kapkę większą sztywność i troszkę mniejszą masę. Chociaż pewnego rodzaju elastyczność nawet mi się podoba ponieważ w znaczny sposób wpływa na mniejsze obciążenie ramy.

Widelec testowany jest cały czas, nawet w tę zimę 2025r luty. Wszystko działa. Aluminiowe wkłady wklejone w widelec pod mocowanie zacisku tarczy nadal trzymają się. Aktualnie 2025r koniec kwietnia, widelec działa.

[powrót]