Cykel

Konstruktion

Ramen till en cykel byggs oftast av olika metallegeringar av stål och aluminium. Typen femkantsram sk herram är den mest effektiva då man eftersträvar bl a stabilitet, låg vikt och tillverkningskostnad samt mindre materialåtgång. Dyrare undantag som är effektivare finns dock. Hjulen är en väsentlig del av cykeln och byggs upp av nav, ekrar, ekernipplar och fälg monterade med fälgband, slang och däck. Driften av hjulet kräver vevlager, vevarmar, kedjehjul och pedaler. Riktningen bestäms oftast av framhjulet som sitter monterat på den rörliga framgaffeln som via styrlager, styrstam och styre tar cyklisten åt valfritt håll. För bekvämlighets skull monteras en sadelstolpe och sadel på cykeln.

Kraften från tramporna driver kedjehjulet varvid kraften överförs via en kedja till en mindre kedjekrans, vanligtvis monterad på bakhjulets frihjulsnav. Frihjulsnav finns idag oftast med invändiga och utvändiga växlar. De invändiga har genom historien fram till idag funnits i ett flertal varianter från 2 - 14 idag är dock 3, 5, 7, 8 och 9 de mest använda. Via ett planethjulssystem av olika kugghjul och ringdrev cirkulerande runt bakaxeln överförs kraften utåt mot navhusets insida. De utvändiga sk kedjeväxlarna följer en mer enkel princip där ett antal kransar monterade på bakhjulsnavet direktverkar på hjulet via kedjan. Varje krans har olika antal tänder (12-28 vanligen) och utvecklar alltså olika utväxlingar beroende på val av krans. Valet styrs av bakväxeln som via wire styrs av reglaget på styret. Tidigare cyklar har oergonomiskt rammonterade reglage. Har något en bakväxel måste det naturligtvis finnas en framväxel och det gör det oftast. Denna styr valet av kedjehjul där som det vanligen finns 3 av. Undantaget renodlade racercyklar vill säga. Antalet kedjehjul multiplicerat med antalet kransar anger antalet växlar och vanligast idag är ca 21-30 växlar(t ex. 3 kedjehjul fram x 8 kransar bak = 24 växlar).

De invändiga växelnaven har oftast en invändig bromsmekanism som verkar vid ett kortare trampande bakåt. De utvändigt växlade cyklarna har istället bromsar som verkar på fälgarna, sk fälgbromsar. Dessa bromsar verkar genom att styrets bromshandtag med händerna kläms åt där kraften via wire överförs till en bromsbygel monterad med 2 bromsklotsar och ligger an mot fälgen. Varvid de på bromsbygelns fästade bromsklotsarna av handkraften får hjulets fälg att sakta in eller stanna. Mer vanligt idag är att bromsbygeln ersatts av två fjäderbelastade armar monterade direkt på ramen. Dessa finns i de sk varianterna Cantilever och V-broms. Ännu så länge är det mindre vanligt att de sk skivbromsarna används. Dessa är av antingen mekanisk eller hydraulisk typ. Principen är densamma som på de flesta bilar och motorcyklar och fungerar genom att bromskraften överförs från ett handtag till bromsklossar i ett ok som sitter vid fram- och/eller bakgaffeln på cykeln. Bromsklossarna klämmer om en skiva som fästs vid cykelns nav och följer hjulets rotation.

Cykelns historia

Velociped

Det påstås illvilligt att uppfinnaren och konstnären Leonardo da Vinci skulle ha gjort en ritning av vad som liknar en något modern cykel i en sent funnen skiss. Skaran beundrare av Leonardo fick via tvivlarnas analys av ritningen ge sig då analysen visade att typen av penna/bläck inte uppfanns förrän ett par decennier efter hans död. Därefter riktade Leonardo-beundrarna sin fokus på en av Leonardos lärljungar. Skissen är dock för banal för att kunna knytas till någon professionell artist och absolut inte till samme man som målade Mona Lisa, möjligen ett barn. Märkligheter i skissen finns och striden om Leonardos lärljunge verkligen ritade den första cykeln fortgår alltjämt på högsta internationella nivå.

Runt år 1600 dök ett och annat rullande experiment upp. De flesta hade dock 3-5 hjul vilket gjorde dem tämligen svåra att styra samt dyra att tillverka. Dessa namnlösa uppfinningar slog aldrig igenom.

I slutet av 1700-talet konstruerade den franska greven de Sivrac föregångaren till cykeln. Den kallade han 'célerifére' (snabblöparen). Cykeln var nästan helt gjord i trä och man tog sig fram på den genom att sittandes ta fart med fötterna och löpa. Det fanns inget styre utan man fick luta i sidled för att få dessa tvåhjulingar att vika av något. Om greven verkligen var uppfinnare eller bara en känd användare anges dock inte i skrift.

År 1816 eller 1817 utvecklade den tyske baronen Karl Freiherr Drais von Sauerbronn ett tvåhjuligt fordon där en styrning av framhjulet var möjlig via en typ av ett styre. Tekniken att ta sig fram var densamma som för snabblöparen, nämligen att sparka sig fram sittande. Första beskrivna turen lär vara från Mannheim till Rheinau den 12 juni 1817. Under januari 1818 fick han patent på denna Laufmaschine som i England kallades Hobby horse, även kallad Dandy horse. Denna maskin kallades senare allmänt för för 'Draisine' efter sin uppfinnare. Carl von Drais uppfinning slog igenom internationellt, fast som en modefluga för rika. Störst popularitet fick den i Paris och London kring 1818-1819. Denis Johnson i London fick störst enskild framgång med den nya fordonstypen.

Utvecklingen av cykeln tog sina små och stora kliv med många år av stiltje i utvecklingen. År 1839 lyftes dock fötterna ovan jord då skottske Kirkpatrick MacMillan satte vevstakar på bakhjulet som drevs av hävstänger fram, som på en trampbil. Måttligt lättcyklad med andra ord. Efter en tur till en närbelägen stad bötfälldes MacMillan då han råkade köra omkull ett nyfiket barn och blev då historisk som första bötfällda cyklist.

Någon gång kring år 1861 monterade Fransmannen Michaux vevarmar och pedaler på framhjulet. Om Michaux var först med detta är inte helt klart. En annan fransman, Pierre Lallement, påstås ha kommit på konstruktionen ungefär samtidigt. Lallement flyttade år 1863-64 till Amerika och tog då cykeln till USA. Striden om vem som var först är liksom fallet med Leonardos lärljunge inte helt löst då olika fraktioner stöder sig på olika fakta.

År 1865-1870: För att öka hastigheten på maskinerna (man tävlade ofta i både hastighet och sträcka), gjorde man framhjulet allt större. Stålet fick även en allt större betydelse i produktionen av de första cyklarna.

I England vann cykeln i popularitet och år 1870 började den första serietillverkade 'höghjulingen' helt i metall att produceras. James Starley fick den 11 augusti 1870 patent på sin 'Ariel'. Den vägde 22,5 kg. Detta var den första cykeln med normalt ekrade hjul. År 1874 fanns i England över 20 olika tillverkare av höghjulingar. Den främsta av dessa kan nog anses vara 'Coventry Machinists Co'. Framhjulen nådde en maximal storlek av drygt 60 inch (ca 152 cm), allt för att få maximal hastighet. Detta och det lilla bakhjulet gjorde att cykeln lätt tippade framåt. För att undvika detta utvecklas under denna period många varianter av höghjulingar med mindre hjul och med pedalerna sittande längre ner, med olika typ av kraftöverföring till framhjulet. Dock drev man fortfarande cykeln på det styrande framhjulet.

Damcykel från år 1900

Som kuriosum kan nämnas en amerikansk modell, 'Star', som var en omvänd höghjuling. Det stora hjulet satt baktill, och man hade det lilla styrande hjulet fram. Denna modell var dock mycket svårcyklad, även om risken att tippa framåt, om man körde på en sten eller liknande, försvann.

År 1885: J.K Starley presenterade sin 'Rover II' som anses vara den första moderna cykeln. Med kedjedrift på bakhjulet och olika storlekar på kedjehjul och krans fick man liknande utväxling som höghjulingen. Därför fanns inget behov av ett större drivhjul för snabbare fart. Cykeln hade nu fått nästan lika stora hjul fram och bak. Olycksrisken minskade och den sk 'Säkerhetscykeln' var född.

År 1888: Nästa förbättring av cykeln sägs tillkommit av ren kärlek. Det var en veterinär vid namn John Boyd Dunlop som ville att hans son skulle kunna cykla bekvämt. Sonen hade nämligen klagat på att det var alldeles för hårt att cykla. Han kom på idén att fylla en slang med luft som nu kom att ersätta det tidigare hårdgummihjulet. Detta system försökte J.B Dunlop patentera 1888 men fick nobben då skotten R. W. Thomson redan 1846 erhållit patent för sitt 'Aerial Wheel'. Dessa var dock avsett för hästdragna vagnar och Dunlop lyckades efter överklagande få patent på sitt cykeldäck.

Under 1890-talet fick cykeln allt mer det utseende vi är vana vid, den sk femkantsramen. Under andra halvan av 1890-talet kan man säga att cykeln var färdigutvecklad. Höghjulingarna försvann snabbt under perioden 1890-1895 och ersattes helt av säkerhetscykeln och dess ättlingar.

Det gyllene decenniet 1890 medförde flertalet små och stora utvecklingar som drev cykelindustrin och dess allierade till en enorm expansion. Många äldre företag av idag härstammar eller har dragit nytta av denna expansiva period inom cykelhistorien. Åren strax före 1900 utvecklades raskt en svensk cykelindustri som var i sin fulla kraft mellan 1930-60.

Moderna cyklar

I början på 1980-talet tillverkade ett svenskt företag cykeln Itera som till störta delen var gjord i plast. Cykeln blev dock en flopp.

Utvecklingen av frihjulsnav, växlar och tillbehör har pågått sedan cykelns ungdom. Antalet växelmodeller som fabriksproduceras eller har fabriksproducerats är många och några av dessa växlar är/var 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 12, 14, 15, 18, 21, 24, 27, 30. Vill man arbeta lite går det idag att skruva ihop en cykel som har 81 växlar (eller finns det mer?).

Växlar: cyklarna kan vara
- oväxlade (1 växel),
- med navväxel med tre till 24 växlar
- med utanpåliggande växlar (med vevparti (med 1-3 kedjehjul) och kedjekrans (med upp till 10 kugghjul).
Bromsar: oväxlade och navväxlade cyklar har oftast fotbroms men det finns även navväxlade cyklar med trumbroms och Shimanos lösning som kallas rullbroms i dagligt tal. Enkla fälgbromsar eller varianter som Cantilever, V-broms, skivbroms samt trumbroms används vanligen till frambroms som ett komplement till fotbromsen.

I den anglosaxiska världen är fotbromsen ovanlig och anses svår och farlig att använda. Allt beror dock på vanan vid systemets funktion som lärs in redan vid låg ålder

Ström till belysning: tre lösningar används: batteri, traditionell generator (äldre benämning dynamo), som drivs av ett räfflat hjul, som rullar mot däcket, eller navgenerator. I senaste modellerna har halogenlampor introducerats.
Efter lagändring tillåts i Sverige numera blinkande framlyse, som har stor uppmärksamhetsverkan för mötande trafik, men som inte hjälper cyklisten mycket att se vägen. Blinkande lyse är därför meningsfullt bara på gator och vägar med tillfredsställande fast belysning.
Ram: tidigare användes stålram, under senaste tid har aluminium blivit det vanligaste materialet. Även titan förekommer, som har högre styrka/vikt-förhållande än stål. En nackdel med titan är dock att det inverkar ofördelaktigt på priset.
Tävlingscyklar har ram i kolfiber eller kolfiber/aluminium. Framgaffel, sadelstolpe och även vevparti i kolfiber är nu vanligt förekommande.
En kort tid på 1900-talet förekom importerade cyklar med bärande delar i bambu. De såldes för det facila priset 11 kronor, men blev aldrig någon succé, och försöket självdog.
Brukscyklar har en vikt på 16-20 kg, medan racercyklar för tävlingsbruk väger drygt 7,5 kg (6,8 kg är minimumgräns för tävling enligt Internationella Cykelunionen, UCI).
Traditionellt har ramarna med anpassning till kvinnors och mäns traditionella klädsel utformats olika för damcyklar och herrcyklar. En nackdel med detta är att en damcykelram inte är lika formstabil som en herrcykelram. Som en kompromiss utformar man numera ofta ramarna som ett mellanting mellan gamla tiders damramar och herr-ramar: 'unisex-cykeln'. Med dagens klädbruk, där kvinnors kjol ofta ersätts av byxor, är detta en framkomlig lösning med stor ekonomisk betydelse: Antalet modeller kan begränsas hos fabrikanterna, och återförsäljarna spar lagerutrymme.

Posten använder 7000 cyklar för transport.

Hur håller man balansen?

Det är en mycket omhuldad myt eller faktoid, även i seriösa sammanhang, att anledningen till att det är möjligt att hålla balansen på cykeln är hjulens gyroverkan. Visst finns en gyroverkan, särskilt i hög fart, vilket underlättar cykling utan att hålla i styret, men denna är knappast anledningen till att det är möjligt att cykla. Det går ju ungefär lika bra att cykla långsamt som snabbt med en modern cykel och de flesta har inga större svårigheter att hålla balansen i mycket låg fart även med mycket små hjul på lämpligt underlag, vilket innebär en praktiskt sett obefintlig gyroverkan.

Det är i stället farten i sig, tillsammans med styrmöjligheten som gör cykling möjlig och enkel. Tack vare farten framåt och dessutom möjligheten att styra kan cyklisten på ett intiutivt sätt lätt kontrollera att tyngdpunkten håller sig inom rimliga gränser ovanför (vid cykling rakt fram) en linje som sammanbinder de ytor på hjulen som berör marken. Genom att vrida styret åt samma håll som cyklisten känner att tyngdpunkten är på väg kan balansen kontinuerligt bibehållas med mycket måttliga armrörelser i stället för med kroppslutning åt motsatt håll. Vid ökande fart får centrifugalkraften, som verkar utåt i korrektionssvängen (upprätande) och vars storlek beror av farten, en ökande betydelse, vilket gör att styrrörelserna nödvändigtvis måste minskas vid högre fart. Dessutom påbörjas enkelt en avsiktlig (icke korrektions-) sväng i hög fart genom att styret kortvarigt vrids åt motsatt håll, medan man i låg fart kanske föredrar att påbörja svängen genom att först luta sig inåt i den tänkta svängen och omedelbart därefter vrida styret åt samma håll, även om det går lika bra att starta svängen genom att vrida styret åt motsatt håll. Sannolikt har många olyckor skett när cyklisten för att undvika ett hastigt uppdykande hinder snabbt vridit styret bort från hindret (på motsvarande sätt som man gör i en bil), vilket i stället har resulterat i att cyklisten åkt rakt in i hindret utan kontroll på grund av centrifugalkraften. (Konsekvenserna beror av farten, varför denna typ av felreaktion normalt är ännu allvarligare på motorcykel.) En snabb kort vridning mot hindret är normalt den rätta reaktionen.

Exakt hur var och en kombinerar tyngdpunktsförflyttning i sidled (höftknyck eller lutning) och styrstångsvridning för att hålla balansen torde vara individuellt och beror även på cykelns utformning. Denna dynamik är därför inte lätt att beskriva i ord, vilket sannolikt bidragit till att den enkla myten om betydelsen av gyroverkan är så livskraftig. Att kontrollera tyngdpunkten i stillastående är betydligt svårare, även om trialcyklister behärskar denna teknik till fulländning.