Napadlo vás někdy, jak kolo pod nátěrem vlastně vypadá? Kdysi jednoduchá nálepka potvrzovala původ použitých ocelových trubek, např. Reynolds nebo Columbus, a nátěr zakryl hodiny práce, které byly k jeho vzniku zapotřebí.

V současnosti kola Trek z karbonového vlákna tuto skrytou ruční práci sdílejí se svými ocelovými předchůdci. Kola vznikají dle návrhů vytvořených počítači, hodnotí se a analyzuje dynamika kapalin a výsledné tvary vypadají, jako by je zhotovil stroj.

Výrobní proces karbonových kol v sídle Treku ve Waterloo se během let změnil od lepení předlisovaných karbonových trubek k hliníkovým spojkám v roce 1988 po komplexní proces, který v sobě kombinuje mnoho forem s různými karbonovými materiály a výsledkem jsou kompletně vyladěné a mistrovsky zkonstruované koncové produkty.

Navzdory využití vesmírné a letecké technologie se kola vyrábějí ručně z vrstev karbonového materiálu. Nejsou zde žádní další výrobci trubek či spojek, a co je paradoxní, Trek nyní vyrábí kola více ručně než kdykoli v minulosti.

Nehovoříme pouze o tvarování karbonu do forem s epoxidovou pryskyřicí, přestože formami výrobní proces začíná. Tvorbu vlastních forem pro Trek obstarává tým techniků pod vedením Jaye Thranea. Oddělení na výrobu forem působí v bývalé červené stodole Trek ve Waterloo, v místě, kde Dick Burke a Bevil Hogg založili svou společnost a kde byly v 70. letech vyrobeny tisíce ocelových kol. V této staré stodole se vyrábějí formy, které umožňují vznik tisíců karbonových rámů. Každá z těchto forem se tvoří z jediného kusu hliníku či oceli, což závisí na použití, a pomocí obráběcích strojů se na místě upraví na požadovaný tvar příslušného komponentu. Pak začíná nelehký proces. Jelikož rámy mají čím dál tím složitější tvary, i formy jsou více komplexnější. Na začátku tento závod produkoval pět forem týdně. Nyní, navzdory více používaným strojům a nepřetržitému provozu, zvládají jednu nebo dvě týdně, což svědčí o složitosti nových designů.

Každý povrch, který přijde do styku s karbonem, musí být ručně zbroušen do naprosté hladkosti. Formy jsou poté ošetřeny povrchovou úpravou, aby se zaručila jejich dlouhá životnost, a jsou opatřeny závěsy, pružinami a souvisejícími komponenty. Zkušeným technikům, jako je Bill Frix, který působil jako svářeč a vrstvil karbon ve společnosti Trek, trvá půl dne, než jednu formu připraví. Na každou velikost rámu je potřeba až šest forem komponentů, aby bylo možné vyrobit kompletní rám. Všechny díly těchto složitých forem musí do sebe perfektně zapadat a předlisované vložky (kusy, které tvoří vnitřní konstrukci) musí pasovat, aniž by ohrozily uzavření, protože všechny případné chyby se pak podle Jaye projeví při formování. Aplikací tepla a tlaku se část epoxidové pryskyřice v karbonu promění v kapalinu. Pokud existuje nějaká skulinka, rozhodně se do ní dostane. Když zvýšíte teplotu, pryskyřice se promění v černou kapalinu. Proto je nutné, aby byly formy perfektní už na samém začátku.

Po odeslání forem necelé dva kilometry na západ do naší karbonové laboratoře se kouzelná černá hmota může řezat a sbírat. Opomineme-li technickou stránku, pak má proces vrstvení karbonového rámu hodně společného s krejčovstvím. Pokud jde o samotný postup, má tento více společného s šitím než s výrobou tradičního ocelového rámu z trubek a spojek.

Jim Colegrove, inženýr výroby kompozitů, vysvětluje: „Máme velmi pokročilý software. Nejprve použijeme CAD a vypracujeme 3D tvar, který představuje rám. Mohu tento díl rozdělit do určitých oblastí a roztáhnout jej do tvaru sítě, což je ideální tvar, který lze použít ve formě. Vím tak, že se do daného tvaru přesně vejde. Říkáme tomu plochý předlisek, který poté můžeme řezat na CNC řezačce.“

Předlisky jsou důležité pro zajištění pevnosti tam, kde je jí zapotřebí, a jinde naopak šetří hmotnost. Technici pak vybírají správný typ materiálu pro každý tvar a použití. Už téměř 25 let vyrábějí karbonoví odborníci Hexcel veškerý karbonový materiál pro Trek ve Waterloo. Jedná se o karbonové vlákno vyrobené v USA v Salt Lake City v Utahu, které je dodáváno ve standardním, středním, vysokém a ultravysokém modulu. Dle zamýšleného využití se může se jednat o karbonovou textilii nebo jednosměrná karbonová vlákna.

Bývalý kosmický a letecký inženýr Jim vysvětluje jejich vlastnosti.

Textilii, standardní šachovnicový karbonový materiál, používáme ve velmi namáhaných oblastech, kvůli vlastnostem, které nabízí. Jedná se o cosi jako ripstop -tkaninu z polyamidových přízí s vysokou pevností. Rovněž ji lze lépe aplikovat na velmi těsné povrchové obrysy. Jednosměrná tkanina má vlákna, která jsou umístěna jedním směrem. Nechybí jim pružnost, ale hůře se z nich vyrábějí složitější tvary. Každý materiál má své výhody a nedostatky. Proto jsou k výrobě optimální konstrukce zapotřebí zkušenosti a inženýrství.

Hex-MC je například jedinečný materiál s kratšími, nasekanými vlákny. Ta jsou na plochu rozmístěna náhodným způsobem, který simuluje vrstvení. Můžeme ho tak formovat do velmi složitých tvarů, protože v tomto případě nepracujeme s dlouhými souvislými vlákny. Na druhou stranu zase Hex-MC není tak pevný nebo tuhý jako jednosměrná tkanina či textilie. Pro ilustraci se podívejte na středové složení. Je vystaveno velké torzi a ohýbání v důsledku zátěže hlavové trubky a jezdce. Proto vyžaduje velkou pevnost a tuhost. Tak do příslušných oblastí přidáváme malé proužky o vysokém a extravysoké modulu, aby nám pomohla.

Je jednoduché pohlížet na výrobu karbonového vlákna jako na plastový model letadla. Jenže tento proces je mnohem složitější. Silniční rám Madone má přibližně 180 předlisků nebo individuálních kusů karbonové vrstvy, která je vrstvena tak, aby se dosáhlo potřebné pevnosti. Sjezdové kolo Session má 238 předlisků, z nichž každý tvoří 2 až 12 vrstev karbonového materiálu (jednosměrného, textilie či Hex-MC). Je komplikovaný seznam materiálů. Karbon je skvělý materiál, ale pro dosažení požadovaných výsledků je zapotřebí dobré technické zručnosti. Bez potřebných znalostí dostanete konstrukce, které jsou buď příliš těžké, nebo nejsou pevné.

A aby toho nebylo málo, předlisky musí být větší u většího rámu a mohou vyžadovat další materiál, který odolá vyššímu zatížení většími jezdci. I ty nejpevnější díly rámu mají tloušťku jen asi 1,5 mm.

Skuteční mistři v prototypovém karbonovém oddělení Trek jsou Kelly Stone a Sue Moe, které mají dohromady 46 let zkušeností s tvarováním karbonového vlákna. Tento materiál je jako vrstva karamelu, je lepivý na dotyk a ohýbatelný. Je měkčí, čím více se zahřeje.

Kelly říká, že jí stačí mít v ruce pouze kus karbonu, aby věděla, zda se pro požadovaný účel hodí.

Rozdíl mezi materiály je patrný a je poznat, zda obsahují příliš mnoho či málo pryskyřice. Technici nám vždy říkají, které vrstvy použít, jaké přísady pro každý test, ale po hodnocení můžeme vytvořit extra kusy, které pak lze testovat.“

Kelly a Sue tento proces znají velmi důvěrně. Ví, jak dlouho chladnou, jaké jsou ideální teploty i jak dalece lze materiál využít. Mohou Jimovi a jeho technikům poskytnout zpětnou vazbu založenou na zkušenostech, pokud jde o materiály vhodné pro vrstvení. Ne vše je ale založeno na vědě. V Treku se vychází hlavně ze zkušeností. Postavili a vyzkoušeli už tolik rámů, že mají v jejich vývoji velký náskok.

Pan Plaid rozprostře do formy uvolňovací materiál a do otvoru umístí předlisek. Popisuje nám následující kroky. V závislosti na tvaru se přidávají membrány, pak se vše uzavře a umístí do lisů. Tam dojde ke skutečnému rozmačkání vláken a vytvoření tvaru. Zároveň se odstraní nadbytečná pryskyřice.

Nový rám downhillového horského kola Session má 40 jednotlivých předlisků jen v jediném kolébkovém spoji. Stejným způsobem, jako může švadlena použít vlastnosti látky k vytvoření správného střihu či struktury, se karbon pokládá do formy, aby se dosáhlo co nejpevnějších a nejlehčích výsledků. Vrstvení formy pro jediné rameno zabere přibližně 10 minut. Proto představa, že formovaný karbon lze vyrábět rychleji a snadněji než obráběný hliník, se nezakládá na pravdě. Když se vyčistí všechny nástroje a ponechají se vychladnout, může začít další proces.

V případě rámu Madone je montáž formovaných komponentů do silničního rámu velmi rychlá. Epoxidové lepidlo se používá k pojení jednotlivých vrstev, středového složení a dílů předního rámového trojúhelníku s naším konceptem Step Joint, který vytváří spoje stejné tloušťky jako souvislá trubka, takže daný spoj nezvyšuje hmotnost a nemění kvalitu jízdy. Vše se pak vloží do upínáku a dá se do pece. Následně se zkontroluje vyrovnání rámu, který pak putuje k dalšímu kroku: povrchové úpravě a nátěru. Ty pak zakryjí veškerou ruční práci a techniku, to vše na trhu, jenž požaduje více za míň, jak vysvětluje Jim.

„Často slýchám otázku, proč Trek nadále staví rámy v USA, když se celé odvětví přesunulo jinam, a to i včetně určitého množství rámů Trek?“ Proč vůbec máme tento závod? Má odpověď je vždy stejná. Nelze vyrábět lepší produkty, když zcela nerozumíte tomuto oboru. Jediným způsobem, jak porozumět funkci rámů a karbonových konstrukcí, je si je sami vyrábět. Skutečnost, že naši inženýři řežou formy, vrství karbonové vlákno a vidí své konstrukce přímo před sebou, je zásadní pro vylepšování našich designů. Výroba komponentů v naší továrně je velmi nákladná. V důsledku toho však vyrábíme lepší produkty. Všechny naše výrobky jsou lepší, protože víme, jak by se měly vyrábět a jak je lze vyrábět. Právě proto, že to děláme sami. Nemůžeme čekat, až nám někdo ukáže, jak na to. Chceme být sami lídry. Tak to v naší společnosti chodí od jejího počátku v roce 1990. Právě proto chodím do práce.“