Een frame heeft invloed op belangrijke eigenschappen zoals rijkwaliteit en gevoel en is vaak het bepalende kenmerk van je favoriete fiets. Dus of je nu een droomfiets aan het bouwen bent, een nieuwe fiets overweegt of gewoon een liefhebber bent van technische details, we hebben deze handige gids samengesteld om je te helpen het fundament van je fiets beter te begrijpen.

Een frame, vaak het hart van de fiets genoemd, kan gemaakt zijn van koolstofvezel, aluminium, titanium, staal of een combinatie van deze materialen. Elk fietsframemateriaal heeft verschillende eigenschappen die van invloed zijn op de kosten, het comfort, het gewicht, de stijfheid, de sterkte en de duurzaamheid.

Het is de moeite waard om op te merken dat het vaak de manier is waarop het gekozen materiaal wordt gebruikt door de ingenieurs en fabrikanten die het belangrijkst zijn, en dit is iets waar elk merk mee zal spelen. Voordat we in detail treden, is het de moeite waard om de volgende factoren in overweging te nemen bij de beslissing welk materiaal het beste bij je past;

• Gewicht: Je fiets moet sterk genoeg zijn om jou te dragen en alle extra bagage die je van plan bent mee te nemen in de vorm van fietstassen, bagagedragers of steunen. Elk materiaal heeft verschillende sterkte-eigenschappen, vermoeiingssnelheden en schokbestendigheid, maar er is altijd een afweging tussen gewicht en duurzaamheid. Een ander aspect van gewicht is hoe belangrijk een lichtgewicht fiets voor je is. Als je bijvoorbeeld prestatievoordelen nastreeft, zal een lichtgewicht fiets hoger op je lijst staan.

• Het doel van de fiets: Als je van plan bent om wedstrijden te rijden, dan is een stijve, lichtgewicht fiets de ideale keuze. Omgekeerd, als je gaat toeren of een fietsavontuur plant waarbij je lange uren in het zadel moet zitten en spullen moet kunnen dragen, dan is duurzaamheid de prioriteit.

• Het gebied waarin je rijdt: Het is misschien niet duidelijk dat je postcode van invloed kan zijn op het soort materiaal waarvan je fiets is gemaakt, maar overweeg een materiaal als staal dat gaat roesten in een nat en vochtig klimaat. Een materiaal als aluminium zou gezien de omstandigheden een betere keuze kunnen zijn, terwijl het nog steeds dezelfde eigenschappen heeft als staal.

• Hoe lang je van plan bent de fiets te gebruiken: Alle materialen worden na verloop van tijd moe, maar sommige sneller dan andere. Staal gaat roesten als je het niet goed onderhoudt, maar is duurzamer dan aluminium op de lange termijn. Koolstofvezel- en titaniumframes hebben een uitzonderlijk hoge vermoeiingssnelheid, wat betekent dat ze lang meegaan.

• Je budget: Budget is vaak de grootste factor bij het kiezen van een fiets en dus ook het materiaal. Over het algemeen, in volgorde van duurste tot goedkoopste, is titanium de beste keuze, gevolgd door koolstofvezel, aluminium en staal. Zoals altijd is de afweging tussen wat je bereid bent uit te geven voor welk resultaat de belangrijkste.

Om meer duidelijkheid te verschaffen over de verschillende beschikbare fietsframematerialen, hebben we een overzicht gemaakt van elk type materiaal, de eigenschappen, kenmerken en nog belangrijker hoe deze zich vertalen naar rijkwaliteit.

Carbon Fibre

Koolstofvezel is ongetwijfeld het wondermateriaal voor moderne fietsen, ongeacht de discipline. Dankzij de hoge verhouding tussen stijfheid en gewicht, de mogelijkheid om framevormen aan te passen, de hoge weerstand tegen vermoeidheid en de experimenteermogelijkheden die het fabrikanten biedt om elk product te maken dat ze maar willen, is het geen verrassing dat we momenteel in het tijdperk van carbon leven. Terwijl sommige materialen moeilijk te bewerken zijn en een beperkte ontwerpcapaciteit hebben, is koolstofvezel gemakkelijk vormbaar en kan het op bijna elke manier worden gevormd om te voldoen aan het beoogde ontwerp van een fabrikant. De mogelijkheid om vormen en de manier waarop het materiaal wordt gebruikt aan te passen, kan fietsframes aerodynamisch, stijf maar toch meegaand en licht maken.

Koolstofvezel werd bekend aan het begin van de jaren 1990 nadat het eind jaren 1980 werd geïntroduceerd in de professionele wielersport. Het materiaal werd geprezen om zijn lichtgewicht eigenschappen in vergelijking met stalen frames uit die tijd en werd al snel het materiaal bij uitstek. Aanvankelijk vormden de hoge kosten, de matige kwaliteit van koolstofcomposieten en de productiemethoden een belemmering voor wijdverbreid gebruik, maar die zijn in de loop der tijd allemaal verbeterd. Tegenwoordig kan koolstofvezel in vrijwel elk onderdeel van een fiets worden geïntegreerd. Naast de prestatievoordelen biedt het, wanneer het op de juiste manier is opgebouwd, superieure resultaten op het gebied van weerstand tegen vermoeidheid in vergelijking met andere materialen.

Voordelen van koolstofvezel: hoge stijfheid/gewichtsverhouding, eindige controle over het materiaalgebruik, richtinggevoelig, lage thermische uitzetting, corrosiebestendigheid, duurzaamheid, sterkte.

Nadelen van koolstofvezel: Arbeid en kennis om te produceren, kans op defecten bij breuken.

Als we het hebben over koolstofvezel in fietsen, is het belangrijk om te begrijpen dat het eindproduct eigenlijk een composietmateriaal is dat bestaat uit de koolstofvezels zelf en een hars, dat fungeert als lijm of bindmiddel om de vezels bij elkaar te houden en te versterken. De koolstofvezels zijn veel dunner dan een haarlok en de dikte varieert sterk. Deze individuele koolstofvezelstrengen (filamenten) worden samen gewikkeld in een 'sleep', die vervolgens meestal wordt geweven tot stofachtige vellen. De hars is vaak de zwakke en inflexibele component van het composiet en het doel is dus om de draden zo dicht mogelijk bij elkaar te krijgen.

Koolstofvezel die in fietsen wordt gebruikt, is vaak unidirectioneel en dus is de hoek waaronder het wordt gelaagd van het grootste belang. Het leggen van de vezel onder specifieke hoeken zorgt voor sterkte en stijfheid in de richting waarin dat nodig is. Als de krachten die op het frame worden uitgeoefend bijvoorbeeld tegengesteld zijn aan de richting van de laag, wordt het sterk en bestand tegen de kracht. Als de vezels echter onder een hoek worden gelaagd waarbij de vezels de kracht niet kunnen tegenwerken, zal het frame doorbuigen. De sleutel bij gelaagdheid is om stijfheid en sterkte te creëren waar dat nodig is, terwijl je op andere plaatsen buigt waar dat nodig is - iets wat de industrie vaak 'compliance' noemt. Andere delen van het frame, of gewoon goedkopere carbonframes, kunnen 'geweven' koolstofvezel gebruiken, die dezelfde eigenschappen heeft in alle richtingen waarin het is gelegd.

Het type koolstofvezel is belangrijk voor het eindproduct, maar niet zo belangrijk als de manier waarop het wordt gebruikt. Koolstofvezel is of stijf of sterk, maar het kan niet beide zijn. Daarom moeten ingenieurs bij het ontwerpen van een frame sterkere vezels plaatsen op plaatsen waar sterkte nodig is, zoals de balhoofdbuis. Op deze plek moeten de vezels hoge spanningen kunnen absorberen om breuk te voorkomen. Andere delen van het frame moeten stijver zijn om de krachtoverbrenging te optimaliseren, zoals de trapas. Tegenwoordig kan koolstofvezel in vrijwel elk onderdeel van een fiets worden geïntegreerd. Naast de prestatievoordelen biedt het, wanneer het op de juiste manier is opgebouwd, superieure resultaten op het gebied van weerstand tegen vermoeidheid in vergelijking met andere materialen.

Voordelen van koolstofvezel: hoge stijfheid/gewichtsverhouding, eindige controle over het materiaalgebruik, richtinggevoelig, lage thermische uitzetting, corrosiebestendigheid, duurzaamheid, sterkte. Nadelen van koolstofvezel: Arbeid en kennis om te produceren, kans op defecten bij breuken.

Als we het hebben over koolstofvezel in fietsen, is het belangrijk om te begrijpen dat het eindproduct eigenlijk een composietmateriaal is dat bestaat uit de koolstofvezels zelf en een hars, dat fungeert als lijm of bindmiddel om de vezels bij elkaar te houden en te versterken. De koolstofvezels zijn veel dunner dan een haarlok en de dikte varieert sterk. Deze individuele koolstofvezelstrengen (filamenten) worden samen gewikkeld in een 'sleep', die vervolgens meestal wordt geweven tot stofachtige vellen.

How it's made

Koolstofvezel wordt geleverd op een spoel en ziet eruit als wol, touw of ander zacht materiaal. De koolstofvezel wordt meestal parallel aan elkaar gelegd en samen met de hars gecombineerd op een unidirectionele manier om grote vellen koolstofvezel te maken. Dit wordt vervolgens op maat gesneden om het frame of andere onderdelen van te maken.

De meest gebruikelijke manier om een fietsframe van koolstofvezel te maken is met behulp van een mal en een blaas. Het maken van de mal voor de frames is een langdurig proces dat uitgebreid onderzoek en ontwikkeling vereist om de elementen te bepalen die nodig zijn om het gewenste resultaat te bereiken. Voor een aerodynamische fiets is bijvoorbeeld een andere mal nodig dan voor een endurance fiets, waarvoor andere test- en analyseprotocollen nodig zijn. Elke maat fiets heeft ook zijn eigen mal nodig.

Zodra de mallen zijn gemaakt, wordt de koolstofvezelcomposiet in de mal gelegd volgens de instructies van de fabrikant over dikte, overlay, lay-up, richting en type. Afgezien van het snijden van de koolstofvezelplaten vereist dit hele proces een uitgebreide handmatige verwerking om aan de specificatie te voldoen. Zelfs de grootste fabrikant heeft een leger arbeiders die dag en nacht koolstofvezelmaterialen maken om aan de vraag te kunnen voldoen.

Elke rimpel in de koolstof door slechte verdichting is een potentieel punt van mislukking en daarom wordt er een blaas, normaal gesproken latex, in geplaatst en geëxpandeerd om gladde verbindingen te maken. Schuim wordt ook gebruikt om op een vergelijkbare manier druk uit te oefenen aan de binnenkant van de mal. Daarna laat men het 'uitharden' (meestal door warmte), waar het aan elkaar hecht en hard wordt. Het frame wordt dan uit de mal gehaald, op kwaliteit gecontroleerd, schoongemaakt, geverfd en wordt het frame dat je op de weg ziet.

Er zijn nog andere, minder gebruikelijke methoden om koolstofvezelframes te maken: 'tube to tube' constructie waarvoor geen mal nodig is, maar waarbij individuele buizen in elkaar worden gewikkeld om het eindproduct te maken. Een andere optie die ook het geval kan zijn voor aluminium, staal en titanium constructie is het gebruik van lugs, waarbij buizen worden samengevoegd (gelijmd), de BMC Impec en Colnago C serie zijn hier goede voorbeelden van. En een andere optie is wat de Franse fabrikant Time doet, waarbij het carbon rond een buis wordt geweven en vervolgens onder hoge druk hars wordt geïnjecteerd met een speciale mal.

Elke methode heeft zijn voor- en nadelen, voornamelijk op het gebied van kosten en productie-expertise.

Aluminium

Aluminium bike frames are perhaps the most common in the modern bicycle industry, with the material widely used for various components too. Aluminium as a material isn't very dense so it can be formed into lightweight structures, making it perfect for bike frames. Aluminium frames are relatively cheap to manufacture, especially compared to carbon fibre frames which are said to take approximately 14x longer to produce.

Pros of aluminium: Cost and ease to manufacture, strength to weight ratio, corrosion resistance.

Cons of aluminium: Difficult to repair, fatigue life

Net als koolstofvezel is aluminium verkrijgbaar in verschillende vormen en is het altijd 'gelegeerd' met een klein percentage toegevoegde andere metalen en mineralen. Naast de materiaalkeuze hebben recente ontwikkelingen in fabricagetechnieken ervoor gezorgd dat het frameontwerp en de daaruit voortvloeiende rijkwaliteit met sprongen vooruit zijn gegaan. Naast het manipuleren van buisvormen kan ook de dikte van de buiswanden zelf worden gemanipuleerd om lichtgewicht en stijve structuren te creëren. Het resultaat wordt 'butting' genoemd en maakt in wezen het midden van de buizen dunner voor gewichtsbesparing, terwijl de uiteinden sterk blijven voor het laspunt.

Rechte buizen hebben geen verschillende buisdiktes die zorgen voor consistente sterkte-eigenschappen, terwijl enkele, dubbele en driedubbele butted buizen verschillende diktes creëren die het frame in staat stellen om de hoge spanningspunten aan het uiteinde van de buizen aan te kunnen zonder extra gewicht in het midden. Single butted buizen zullen dikker zijn aan één uiteinde waar sterkte alleen nodig is op een specifieke locatie, de trapas kruising van een zadelbuis bijvoorbeeld. Double butted buizen zijn dikker aan beide uiteinden, bijvoorbeeld de onderbuis waar extra sterkte nodig is bij de trapasverbinding en de balhoofdbuis. Triple butted buizen dienen hetzelfde doel als double butted buizen, maar zorgen voor een verdere gewichtsvermindering in het midden. De extra productie die nodig is om verschillende buisdiktes te verkrijgen verhoogt de kosten, dus de goedkoopste frames hebben een rechte buisdikte, terwijl de aluminium frames van de hoogste kwaliteit meestal triple butted zijn.

Naast het stuiken kunnen aluminium frames worden gemanipuleerd door middel van een proces dat bekend staat als hydrovormen. Hydrovormen is een manier om metalen te vormen met behulp van een mal en vloeistof. De aluminium buis wordt in een mal geplaatst die een specifieke vorm heeft. Pompen injecteren dan vloeistof onder extreem hoge druk waardoor het aluminium in de mal drukt en de bedoelde vorm aanneemt. Deze techniek wordt vaak gebruikt om de vorm van buizen te optimaliseren voor extra stijfheid zonder dat er extra materiaal nodig is voor versterking.

Door het frameontwerp te manipuleren kan een lichtgewicht fiets worden gemaakt die tegelijkertijd stijf en meegaand is. Met een lage dichtheid bij dezelfde dikte is het niet zo sterk als staal, maar het is veel lichter en corrosiebestendiger.

Het nadeel van aluminium is dat het na verloop van tijd sneller moe wordt dan koolstofvezel, staal en titanium. Als het goed ontworpen en behandeld is, kan dit levenslang zijn, maar het is het overwegen waard als je een 'eeuwige' fiets koopt of bouwt.

Het kiezen van een aluminium frame is de meest kosteneffectieve oplossing voor diegenen die op zoek zijn naar prestaties met een budget.

Hoe het wordt gemaakt

Nadat de buizen zijn gemanipuleerd en gestuikt (of niet) moeten ze aan elkaar worden vastgemaakt.

TIG-lassen is het meest voorkomende proces en geeft fabrikanten de kans om hun expertise te laten zien. Voor TIG-lassen wordt hetzelfde materiaal gebruikt als voor het frame en het doel is om een gladde, dikke, gelijkmatige las te maken rond de diameter van de verbindingsbuizen. Bij slecht vakmanschap is de las ongelijkmatig dik en zitten er gaten rond de diameter van de buizen. De beste fabrikanten ter wereld gebruiken nu robotlasapparaten voor absolute consistentie.

Staal

Ah staal, het werkpaard onder de fietsframe materialen. Staal was de universele keuze voor racefietsframes totdat aluminium opkwam in de jaren 1970 en 1980 en koolstofvezel het overnam in de jaren 1990.

Er zijn twee verschillende soorten staal die gebruikt worden in de fietsindustrie. De eerste is staal met een hoge treksterkte, ook wel bekend als 'Hi-Ten'. Dit is een goedkopere staalsoort die vaak wordt gebruikt in goedkopere fietsen, vooral in die van warenhuizen. Het biedt een ongelooflijk slechte sterkte-gewichtsverhouding en daarom gebruiken fabrikanten dit materiaal meestal om een lage prijs te kunnen bieden. Ter vergelijking, bij duurdere stalen fietsen wordt meestal gebruik gemaakt van chroommolybdeenstaal of kortweg CroMo-staal, dat als gelegeerd staal superieure sterkte-eigenschappen biedt ten opzichte van Hi-Ten en dus dunner/lichter kan worden gemaakt.

Staal is goedkoop, uitzonderlijk duurzaam, zeer goed bestand tegen vermoeiing, gemakkelijk te repareren en gemakkelijk om mee te werken. In tegenstelling tot koolstofvezel en aluminium is schade aan een stalen frame meestal gemakkelijk te repareren. Enigszins verrassend biedt staal ondanks zijn sterkte een goede mate van flexibiliteit dankzij de elastische eigenschappen. Het nadeel van staal is dat het gevoelig is voor oxidatie (roest) en een lager gewicht heeft dan andere materialen.

Toerfietsen en adventure bikes worden vaak gemaakt van staal vanwege de uitzonderlijke duurzaamheid en sterkte. Hierdoor kunnen rijders grote hoeveelheden bagage meenemen zonder dat dit ten koste gaat van de fietsprestaties. Staal wordt ook veel gebruikt op instapmodellen en recreatieve fietsen waar gewicht niet zo'n belangrijke factor is.

Voordelen van staal: Kosten en gemak om te produceren, sterkte, duurzaamheid.

Nadelen van staal: Gewicht, corrosiebestendigheid.

Hoe wordt het gemaakt?

Om stalen buizen aan elkaar te verbinden worden soortgelijke lasprocessen gebruikt als bij aluminium frames, maar er zijn nog meer opties, waaronder 'solderen' en het gebruik van nokken. Solderen is vergelijkbaar met TIG-lassen, maar gebruikt een 'vulmateriaal' dat wordt gesmolten en gebruikt om de buizen aan elkaar te bevestigen. Het vulmateriaal is meestal zilver of messing, maar het kan ook een groot aantal andere legeringen zijn. Lugs fungeren als verbindingsstukken op de verbindingspunten van het frame, waardoor een huls ontstaat waar de buizen in kunnen glijden. Voordat het frame wordt gebouwd, worden de uiteinden van de stalen buizen precies op maat geknipt zodat ze perfect in de lugs passen en vervolgens aan elkaar gesoldeerd. Het gebruik van lugs zorgt voor een enorm sterke verbinding en omdat het een oudere fabricagetechniek is, geeft het de fiets een 'klassieke' uitstraling.

Stalen frames zijn misschien wel de makkelijkste frames om te repareren omdat de apparatuur en benodigdheden voorhanden zijn en omdat het materiaal bestand is tegen herhaalde hitte. Daarom is staal een geweldige optie voor forenzen, recreatieve fietsers en toerfietsers die een zeer duurzame fiets nodig hebben.

Titanium

Titanium heeft veel eigenschappen gemeen met staal, maar is lichter, corrosiebestendiger en duurzamer. Het nadeel is dat het veel duurder en arbeidsintensiever is. Er is veel expertise nodig om een titanium fietsframe van hoge kwaliteit te produceren. Net als aluminium en staal is titanium dat in fietsen wordt gebruikt een 'legering', met meestal een klein percentage aluminium en vanadium in de samenstelling.

Titanium heeft nooit echt zijn tijd gehad om te schitteren, aangezien het een bruikbaar materiaal voor fietsframes werd rond dezelfde tijd als aluminium en koolstofvezel, beide betaalbaarder en gemakkelijker om mee te werken. Desondanks heeft titanium een betere stijfheid/gewichtsverhouding dan staal, biedt het een vergelijkbare flexibiliteit als koolstofvezel en is het vrijwel onverwoestbaar. Bijna alle titanium framefabrikanten bieden daarom een levenslange garantie tegen fabricagefouten.

Voordelen van titanium: Sterkte, duurzaamheid, corrosiebestendigheid, rijkwaliteit, gewicht

Nadelen van titanium: Kostprijs van het materiaal, moeilijk te produceren

Hoe het wordt gemaakt

Titanium volgt nauwgezet hoe een aluminium of stalen frame wordt gemaakt. Nadat de buizen gevormd en/of gestuikt zijn, worden ze meestal TIG aan elkaar gelast. Het lasproces is anders dan bij staal en legeringen omdat titanium slecht reageert op zuurstof. Daarom wordt er meestal argongas ingepompt om de zuurstof tijdens het lasproces weg te pompen. Sommige fabrikanten gaan zelfs zo ver dat ze volledig zuurstofvrije laskamers maken, gevuld met argon.

Naast het feit dat het materiaal in onbewerkte vorm arbeidsintensief en duurder is, is titanium ook veel zwaarder voor gereedschap (moeilijker te snijden, te manipuleren). Als zodanig wordt het meestal alleen aangeboden door kleinere, boetiek- en custombouwers.