Pinnoja, taikka puolia, on yleensä 32 taikka 36. Kilpapyörissä keveyden painostamana tuota pienempi lukumäärä. Ne ovat yleensä kaksi milliä paksuja, joskus keskeltä hieman ohennettuja. Aerodymiikan sanelemana löytyy littanoitakin. Juurestaan ne ovat pääosin j-mutkalle taivutettuja. Erikoisuuden tavoittelu on jalostanut jotkut mallit suoriksi, jolloin navan laipat ovat muotoiltu erikoisesti niitä varten. Toisessa päässä on tiheä kierre, josta nippeli lukitsee ne vanteen reikiin.
Vannemerkkejä löytyy lukematon määrä samoin kuin napavaihtoehtojakin. Kasatulle kiekolle, joka on navan, pinnojen ja vanteen muodostama polkupyörän osa, asetetaan yksi tavoite ylitse muiden: sen on oltava ikuinen, isältä pojalle.
Kiekon tulee kestää ensinnäkin kannattelemansa paino. Se on suurin rasitus, minkä pinnat joutuvat kestämään. Sen lisäksi niiden on välitettävä polkijan polkema voima ketjusta tienpintaan ja kestettävä levyjarrujen kautta puristettu pysäytysvoima. Sen vuoksi ainakin toisen puolen pinnoitustapa on ristiin, pinnat lähtevät vanteen laipasta kulmassa ja ylittävät naapuripinnat yhden, kaksi, tai kolme kertaa. Harvemmin neljä kertaa. Vannejarrullisessa etukiekossa ei kiertovoimia tule, joten sen voi pinnata halutessaan ja marginaalisen painonsäästön vuoksi radiaalisesti.
Kiekko menee mutkalle viimeistään pinnan katketessa. Se on silti kolmesta elementistä vahvin. Pinnan päähän voi latoa roikkumaan yli kaksisataa kiloa painoja, ennen kuin se venyy yli elastisuuden rajan, josta se ei painot poistettuna palaa entiseen mittaansa. Jos pinnan kiristää noin 120 kiloa vastaavaan jännitykseen (siis noin 1200N), sen venymä on karvan verran yli puoli milliä. Kun jännitys poistetaan, venymä palautuu. Vanteen reikä ei lähelle 2000N:n voimalla vetävää nippeliä korkkaamatta kestä. Myös navan laippa joutuu koville noilla luvuilla, varsinkin jos pinnoitustapa on radiaalinen. Navasta tangentin suuntaan lähtevä pinna armahtaa laippaa eniten. Kysymykseen mikä kiekon elementeistä on vahvin, rasti tulee siis kohtaan pinna.
Silti, pinnahan se sieltä mutkasta pamahtaa poikki. Miksi? Se raukka väsyy jatkuvasta vääntelystä, joka aiheutuu sen kiristymisestä ja löystymisestä lukemattomien kierrosten aikana jonka pyöräilijä siihen polkee. Ensimmäisenä väsyy löysimmäksi jätetty pinna. Kaikkiin pinnoihin kohdistuu kiekon pyörimisen aikana saman suuruinen jännityksen muuttuminen ja löysimmän mutkaa se vääntelee eniten. Ilmiö havainnollistuu kätevästi ajatuskokeella: Jos vääntelee käsillä löysää ja kiristettyä rautalankaa, saa katkaistua löysän nopeammin.
Kestävän kiekon salaisuus on kireä pinnoitus. Niin kireä kuin kiekon sielu sietää. Raja tulee vastaan vanteesta ja navasta. Joskus valmistaja on sen ilmoittanutkin, esimerkiksi max tension 1200N. Siis sinne. Kiekonrakentajan apuvälineenä toimii jännitysmittari, joka jousen ja heittokellon avulla osaa taulukosta kertoa eri pinnalaatujen jännitykset. Ilman jännitysmittaria pinnojen jännityksestä saa hyvän kuvan soittamalla niitä. Kokenut kiekonrakentaja pääsee oikealle hehtaarille sävelkorvan avulla, tosin tarkkoja numeroarvoja kiekkodokumenttiin sillä tavalla ei saa. Kunkin puolen pinnat kiristellään mahdollisimman samaan jännitykseen pitäen kiekko suorana ja pyöreänä. Hammasrattaiden ja levyjarrujen vuoksi kiekko ei aina ole takaa tai edestä katsottuna symmetrinen, joten vasemman ja oikean puolen pinnojen jännitykset voivat olla toisistaan poikkeavat. Saman puolen pinnojen on valmiissa kiekossa kuitenkin soitava samassa nuotissa.
Kiekkoja kasattaessa tärkeä vaihe on leivonta. Pinnoja ylikiristetään puristamalla niitä yhteen hanskat kädessä taikka niitä väännellään puukapulalla. Keinoja on monia. Hetkellinen ylijännittäminen petaa pinnan j-mutkan navan reikään ja nippelin vanteen reikään eivätkä ne elä sen jälkeen ensimmäisen parinsadan kilsan aikana löysyttäen pinnaa. Joskus kuulee sanottavan, että alussa pinna venyy ja sen vuoksi kiekko on tuotava jälkikiristykseen. Ei pinna omia aikojaan veny, se on jännityksen seurauksena venyneenä sen reilut puoli milliä eikä se siitä ilman jännityksen nostoa veny minnekään. Puuttuvan leipomisen vuoksi mutka voi kuitenkin ajossa hieman suoristua ja etsiä paikkaansa laipan rei’iässä ja sen seurauksena pinna löystyy ja ikään kuin venyy. Hyvin tehtyä kiekkoa ei tarvitse jälkikiristää.
Olkoon esimerkkikiekossa 32 pinnaa kukin kiristettynä 1200N:n jännitykseen. Kuskin ja pyörän paino välittyy akselin kautta kiekkoon. Sen seurauksena muutama alin pinna menettää osan jännityksestä kiekon kannattaman kuorman verran. Muiden pinnojen jännitys pysyy käytännössä samana. Jos kiekolle kohdistuu 1000N kuorma jakaantuu se yksinkertaistetussa mallissa viidelle alimmalle pinnalle kullekin noin 200N:n verran. Sen verran pinnat löystyvät kierroksen aikana kukin vuorollaan. Alkujännitys 1200N pienenee siis kunkin osalta vuorollaan 1000N:iin. Marginaalia jää vielä hyvänlaisesti. Kiekko vääntyy perunalastuksi, jos sen esijännitys laukeaa eli alimpien pinnojen jännitys ulosmitataan nollaan. Kunnon töyssy voi hetkellisesti aiheuttaa staattista kuormaa dramaattisesti suuremman lisäkuorman, joka tiputtaa alimpien pinnojen jännitystä. Tässä syy, miksi pinnat kiristetään niin kireälle kuin kiekon sielu sietää.
Seuraava kuva esittää erään rakennetun takakiekon anatomian. Takaa katsottuna hammasrattaan puoleiset pinnat (oikea puoli) lähtevät laipasta pystympään kohti vannetta kuin vasemman puoleiset, jotta vanne tulee keskelle runkoa. Siksi oikeanpuolen pinnat tulevat kireämmälle kuin vasemman puolen. Vasen puoli määrittää kiekon vahvuuden. Niitä ei saa kireämmälle kiristämättä myös oikean puolen pinnoja ja ne ovat jo vanteen valmistajan antamassa raja-arvossa 1200N.
Lukiofysiikalla voidaan karkeasti arvioida, että jos kuski hyppää yhden metrin dropista takakiekolle ja vaimentaa alastulon reisien, iskareiden ja renkaiden ansiosta 20cm matkalla, kohdistuu kiekkoon noin 3G voima. Käytännössä 100kg kuski pyörineen aikaansaa tällöin 3000N voiman, joka neljälle alimmalle pinnalle olisi 750N pois esijännityksestä. Näiden lukujen valossa yllä oleva kiekko kävisi kestävyytensä rajoilla (kuvassa voimat esitetty kgf yksikössä).
Tosiasiassa kuormaa eivät tasaisesti ota vastaan juuri viisi alinta pinnaa, vaan se jakaantuu alaosalle riippuen vanteen ja pinnojen ominaisuuksista. Ohennetut pinnat ovat hieman enemmän venyneinä jännityksen alla tasapaksuihin verrattuna. Siksipä niillä kasatussa kiekossa jakauma-alueesta tulee hieman leveämpi ja kuhunkin pinnaan kohdistuva jännityksen alenema siten hieman pienemmäksi. Paradoksaalisesti siis ohennetulla pinnoilla kasatusta kiekosta saa tasapaksuihin verrattuna vahvemman.
Rihtauspenkki
Jännitysmittarin kalibrointipenkki
Yläoikealla oleva kuva esittää 1200N:iin kiristettyjen pinnojen jännityksen 1000N kuorman alla. Asteikko alkaa 800N:sta erojen korostamiseksi. Luvut kuvaan otettu liitteen 2) taulukosta.
Kuorman alla muut kuin alimmat pinnat kiristyvät hieman, kuitenkin vain parisen prosenttia eikä sillä ole kiekon tai pinnojen keston kannalta mitään roolia. Herkullinen pohdiskelun aihe onkin: Seisooko pyörä pinnojen päällä vai roikkuuko se niistä? •
Lähteet:
1) https://www.irjet.net/archives/V5/i6/IRJET-V5I6179.pdf
2) https://www.astounding.org.uk/ian/wheel/
3) https://www.wheelpro.co.uk/wheelbuilding/book.php
4) Jobst Brandt, The bicycle wheel (ISBN-13: 978-0960723669 ISBN-10: 0960723668)
Teksti ja kuvat: Alpo Puuronen