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Dec 11, 2023

Cómo la disposición de fibra de carbono hace que los cuadros de las bicicletas sean rígidos y compatibles en todos los lugares correctos, con Alchemy

Por ser el material más ligero/rígido/fuerte para construir un cuadro de bicicleta,

Por ser el material más liviano, rígido y resistente para construir un cuadro de bicicleta, no esperaba que los ingenieros de Alchemy Bikes compararan la fibra de carbono con la masilla. Pero, en comparación con el acero, el aluminio o el titanio, la fibra de carbono abre un mundo de oportunidades para ajustar la rigidez y la calidad de conducción de una bicicleta.

"Realmente puedes esculpirlo", me dijo Brad Click, técnico de fibra de carbono de Alchemy.

Por supuesto, existen diferencias inherentes entre la fibra de carbono y los metales que contribuyen a la calidad de conducción y no son intercambiables, pero la fibra de carbono tiende a ser más "ajustable", desde el grosor de las paredes de los tubos hasta la unión de los tubos y hasta la forma del propio tubo.

Leemos docenas de comunicados de prensa todos los años de marcas que hablan sobre el cumplimiento o la flexión a través de parte de sus marcos mientras refuerzan otras partes para obtener más rigidez. ¿Por qué? Algunos tubos están sujetos a más fuerza bruta a través de los senderos y deben ser lo más fuertes posible, mientras que otros tubos pueden ofrecer un poco de flexión para suavizar las vibraciones y los golpes para el humano encaramado en la parte superior. Al igual que muchos componentes de bicicletas, es un equilibrio de fuerza y ​​sensibilidad, como The Rock en una de esas películas en las que aparece como el cuidador poco probable.

Para tener una mejor idea de cómo funciona este equilibrio, me detuve en la nueva tienda de Alchemy en Golden, Colorado, para escuchar cómo los ingenieros construyen las bicicletas mejores, más livianas y más fuertes que pueden con la comodidad del ciclista y el rendimiento del cuadro a la vanguardia.

Alchemy ofrece bicicletas de carretera y gravel con geometría adaptada a las dimensiones del cuerpo del ciclista. ¿Cómo sucede esto con un cuadro de carbono? Con la construcción de tubo a tubo, los tubos superiores y los tubos del asiento se cortan a la longitud correcta como un tubo de acero y luego se unen con un proceso de envoltura de carbono.

Sin embargo, antes de que eso suceda, Click está en la sala de colocación con carretes de fibra de carbono listos para crear el programa de colocación: la orientación de las láminas de fibra de carbono en el propio tubo.

"Cada tubo o parte particular de la bicicleta tiene su propio programa de colocación", explica Ryan Cannizzaro, fundador de Alchemy. "Que es cuántas capas [de fibra de carbono] y en qué direcciones las vas a colocar".

En su mayor parte, Alchemy utiliza fibra de carbono unidireccional en lugar de fibra de carbono tejida. Con unidireccional, la fibra corre en una dirección como el grano en un 2×4, aunque se puede cortar para que la fibra corra en un ángulo diferente. Al determinar el mejor programa de colocación para cada tubo, Alchemy ajusta las características de conducción, la cantidad de cumplimiento y la rigidez en cada sección del cuadro.

Por sí sola, una hoja de fibra de carbono se puede romper fácilmente en pedazos. "Una vez que se cruzan, tienes dos fibras que luchan entre sí", dice Click. Cuando los artesanos de carbono de Alchemy construyen el programa de colocación y las hojas comienzan a superponerse en diferentes ángulos, es cuando el marco comienza a fortalecerse. Ponga dos hojas con fibras opuestas juntas y de repente se vuelve muy difícil de rasgar.

Alchemy junta las láminas de fibra de carbono en un tubo. Una hoja puede tener las fibras girando a 30° y en otra hoja las fibras pueden estar a 45°. Los ingenieros determinan el mejor programa de colocación para cada tubo para la rigidez deseada, en lugar de usar fibra de carbono tejida donde la calidad de conducción no es tan ajustable. En promedio, hay unas seis láminas de fibra de carbono que componen cada tubo.

Alchemy solo usa construcción de tubo a tubo en sus marcos de carretera y grava que todavía se fabrican internamente en Golden, Colorado. También dan a los marcos una construcción de cámara cerrada. Por ejemplo, el interior del tubo superior está cerrado del tubo del asiento. Esto le da al marco una mejor amortiguación de vibraciones. Sin embargo, en sus cuadros de bicicleta de montaña, utilizan una construcción monocasco de cámara abierta. Con suspensión y llantas más grandes, la amortiguación de vibraciones no es tan importante.

Cannizzaro explica que la construcción de tubo a tubo y los programas intensivos de colocación se adaptan mejor a sus bicicletas de carretera y gravel, y que el monocasco se adapta mejor a sus cuadros de bicicleta de montaña con doble suspensión.

"En una bicicleta de montaña, [tubo a tubo] no es tan necesario", dice. "Quieres que la bicicleta de montaña sea lo más rígida, duradera y liviana posible para que la suspensión pueda hacer todo el trabajo, porque en una bicicleta de montaña, la suspensión es de lo que obtienes las características de manejo, siempre que el cuadro es lo suficientemente rígido y duradero como para permitir que la suspensión haga todas las capacidades de lo que puede hacer".

Como la mayoría de los cuadros de fibra de carbono, Alchemy utiliza una combinación de moldes y vejigas para crear el cuadro o los tubos del cuadro. Las láminas de fibra de carbono se colocan en los moldes y las vejigas se insertan a través de los tubos del marco. El calor aumenta, los moldes tienen presión hacia abajo sobre el marco y las vejigas dentro de los tubos se inflan hasta 200 psi para crear presión desde adentro hacia afuera, intercalando los tubos del marco y haciendo que la fibra de carbono sea más fuerte y más densa. Cuando la resina se mezcla con las fibras de carbono durante este proceso, el cuadro se endurece.

En una pieza más compleja del cuadro como el pedalier, Alchemy usa silicona para aplicar presión en lugar de una vejiga. Una vez calentada, la silicona se expandirá y llenará los rincones del soporte inferior para aplicar presión hacia afuera en el molde.

Alchemy nos dio una idea general de lo que sucede en sus programas de colocación para sus bicicletas de grava y carretera de fibra de carbono y cómo se diseña un cuadro de bicicleta para equilibrar la rigidez y el cumplimiento. En términos generales, el cuadro de una bicicleta será más rígido en la mitad inferior, donde las fuerzas del suelo se encuentran con la bicicleta, y más flexible en la mitad superior, donde se sienta el ciclista. Obviamente, esto es más importante para los cuadros rígidos (carretera, grava, hardtails) que para las bicicletas de doble suspensión, donde los neumáticos y la suspensión más voluminosos manejan gran parte de las fuerzas que se traducen a través de las ruedas. Cuando se trata de cuadros de suspensión total, Alchemy se enfoca en la rigidez y la durabilidad.

"Quieres más resistencia al impacto en la bicicleta de montaña", dijo Matt Maczuzak, jefe de desarrollo de productos de Alchemy. "Te vas a encontrar con golpes de rocas, y tienes diferentes fuerzas [que una bicicleta de ruta]. La disposición de la bicicleta de montaña está más orientada hacia la máxima rigidez porque tienes tu suspensión y tus llantas y las ruedas que brindan comodidad en la bicicleta". Básicamente, desea aislar el cuadro para hacerlo lo más rígido posible para que la suspensión pueda hacer lo que se supone que debe hacer. Si su cuadro es flexible y compatible, entonces está arruinando su cinemática".

Los tubos superiores son como el pan en un sándwich de mantequilla de maní y mermelada. No son los elementos más emocionantes, pero lo mantienen unido. El tubo superior tiene las tareas más simples.

"Cada pieza se construye un poco diferente dependiendo de lo que hace", dice Brad. "El nivel básico más simple es probablemente el tubo superior. Es un tubo, cortado a la medida. Es muy simple". El tubo superior, que en su mayoría lucha contra la deflexión y no ve tanta tensión como otros tubos, se coloca con las fibras en una dirección más recta.

Dado que los tirantes del asiento se conectan al tubo del asiento donde se sienta el ciclista, los tirantes del asiento se pueden construir con algo de flexibilidad. Alchemy incorpora cierta resistencia a la torsión para combatir las fuerzas de torsión en el soporte del asiento, pero el cumplimiento es el nombre del juego aquí. Pueden ir más ligeros con carbono o incluso construir un arco o doblar el tubo para darle más flexibilidad vertical.

Los tirantes del asiento pueden ser más livianos y más flexibles o más delgados que otros tubos, pero eso no significa que sea necesariamente el eslabón débil de un marco. Cannizzaro dice: "Esta pieza es tan fuerte como debe ser para lo que está haciendo".

Los tubos del asiento generalmente se construyen con capas rectas. Al igual que el tubo superior, el tubo del sillín está diseñado para combatir la deflexión, pero también está diseñado para tener cierto cumplimiento para mayor comodidad.

En términos de calidad de conducción, el tubo inferior se trata de resistir el giro. Al atravesar un sendero, el tubo inferior podría desviar los golpes de las rocas, resistir las fuerzas de torsión del pedaleo de la bicicleta y, además del soporte inferior o las punteras, tiene la tarea de absorber gran parte de los impactos de las caídas y los saltos.

Las vainas se construyen más pesadas y se agregan más láminas de fibra de carbono de 0° para mayor rigidez y durabilidad. Maczuzak dice que las vainas suelen ser más pesadas que el tubo superior porque están diseñadas para soportar mucha más fuerza.

En estas piezas, donde se monta la horquilla o la rueda trasera, las piezas pueden tener un cuarto de pulgada sólido de fibra de carbono. No solo deben ser rígidos, también deben ser duraderos.

El soporte inferior resiste las fuerzas de impacto en los aterrizajes y la torsión del pedaleo del ciclista. ¿Montando hacia arriba y sobre rocas incompletas? El BB debería poder recibir un golpe de una aleta de tiburón furtiva. Incluso si se excavan algunas fibras, debería haber suficiente material para compensar, aunque siempre vale la pena una inspección minuciosa.

Las punteras de los cuadros de carbono de Alchemy también tienen un grosor de un cuarto de pulgada por la misma razón. Estos puntos en el marco, con tantas variables, están hechos para durar en caso de que un eje se desvíe o el casete de alguna manera haga contacto con el interior del marco. Alchemy usa fibra de carbono tejida en dos puntos de sus marcos: los salientes de las botellas de agua y las vainas para mayor resistencia.

Por último, Alchemy señala que los amortiguadores deben ser tan rígidos como los componentes anteriores porque lo último que alguien quiere es energía que debería ir exclusivamente al amortiguador y enviarse a otra parte. Eso podría causar una suspensión con sensación de revuelo o interferir con el desempeño del marco.

Debería ser evidente ahora que Alchemy se enorgullece de su trabajo con fibra de carbono. Debido a su trabajo práctico en el proceso de colocación, el marco sale del molde con algunas ranuras notables o partes no lisas en el marco donde algunas tiras de fibra se elevan sobre otras.

Cannizzaro dice que algunas marcas agregarán fibra de carbono adicional, sabiendo que la lijarán antes de pintar. En lugar de lijar el carbono para suavizarlo o disminuir la estética de la fibra, Alchemy agrega una capa gruesa de pintura transparente en todo el marco y luego la lija para que la capa aún se vea debajo de la pintura.

La mayoría de las personas eligen una pintura brillante en lugar de una mate porque quieren ver la artesanía debajo del color. Con hasta 40 horas de trabajo en cada marco, parece la elección correcta.