640 fot35 img 0272 mechanizm

Dawno, dawno temu, gdy uczyłem się jeździć na swoim pierwszym rowerze, miał on wbudowany mechanizm, który powodował stopniowe lub całkowite blokowanie tylnego koła i w efekcie hamowanie roweru, jeżeli kręciłem pedałami „do tyłu”. Znacznie później dowiedziałem się, że na taki tym hamulca potocznie mówi się „kontra”, prawdopodobnie od „kontrowania” czyli „zacinania” np. mechanizmu powodującego zatrzymanie obrotów koła. Piasta z kontrą bywa też często nazywana torpedem , więc w artykule będę stosował wymiennie obie nazwy. d jednego z czytelników artykułu dostałem fragment instrukcji opisującej ten zespół jako 'piastę wolnobiegową z hamulcem'.

Osobiście uważam ten typ hamulca za najprostszy w obsłudze i jednocześnie najbardziej intuicyjny w użyciu: kręcisz korbami do przodu – jedziesz, kręcisz do tyłu – zatrzymujesz się. Zapraszam Cię na wyprawę, w trakcie której poznamy budowę wewnętrzną tego klasycznego mechanizmu.

Zapraszam do lektury!

images/stories/20080706_Torpedo/640_fot01_img_0163_kolo_cale.jpg

Fot. 01. Koło rowerowe z piastą typu torpedo, widok od strony L. Widoczne ramię hamulca. Na końcu ramienia śruba mocująca do ramy poprzez rodzaj obręczy (niewidoczną na zdjęciu).
 
Koło po odkręceniu od ramy roweru. Koło przytrzymywane jest w ramie za pomocą trzech nakrętek. Dwie z nich mocują oś koła w widełkach ramy. Trzecia łączy ramię hamulca z rurą tylnego trójkąta ramy. To połączenie, niewidoczne na zdjęciu, jest zrealizowane poprzez rodzaj obrączki zakładanej na ramę. Obrączka umożliwia przełożenie przez nią śruby, która przechodzi przez otwór widoczny w ramieniu hamulca. Względem ramienia hamulca rozkłada się moment hamujący koło. Musi być więc sztywno połączone z ramą.
images/stories/20080706_Torpedo/640_fot02_img_0298_stronaP.jpg

Fot. 02. Do piasty od strony napędu (P) zamocowane jest pojedyncze koło zębate
Koło zębate jest przytrzymywane sprężyną, która ma postać pojedynczego zwoju drutu.
images/stories/20080706_Torpedo/640_fot03_img_0176_P_sprezyna.jpg

Fot. 03. Zdejmuję sprężynę.

Sprężynę zdejmujemy podważając ją ostrzem śrubokręta. Ostrożnie, sprężyna może odskoczyć!

images/stories/20080706_Torpedo/640_fot04_img_0296_bez_sprezyny.jpg

Fot. 04. Po zdjęciu sprężyny.
 
Na Fot. 4 w elemencie, w którym osadzone jest koło zębate, widoczny jest rowek, w którym ułożona jest sprężyna przytrzymująca koło zębate. W literaturze element ten to tzw. zabierak. Znajdują sięw nim też trzy specjalne wpusty umożliwiające sztywne osadzenie koła zębatego. Po zdjęciu sprężyny można swobodnie zdjąć koło zębate. Mocowanie koła zębatego wyłącznie za pomocą sprężyny ułatwia serwisowanie koła roweru. Po zdjęciu koła zębatego uzyskujemy wygodny dostęp do główek szprych od strony napędu. Innymi słowy nie musimy rozbierać mechanizmu umieszczonego we wnętrzu piasty, by wymienić zerwaną szprychę.
images/stories/20080706_Torpedo/640_fot05_img_0202_oslona_P.jpg

Fot. 05. Metalowa osłona wnętrza piasty.
 
Po zdjęciu koła zębatego zdejmujemy metalową osłonę, która chroni wnętrze mechanizmu przed wilgocią i zabrudzeniami. W zasadzie jest to jedyna bariera oddzielająca wnętrze piasty od świata zewnętrznego.
images/stories/20080706_Torpedo/640_fot06_img_0287_bez_oslony.jpg

Fot. 06. Piasta od strony P po zdjęciu koła zębatego i metalowej osłony
images/stories/20080706_Torpedo/640_fot07_img_0292_strona_L.jpg

Fot. 07. Piasta od strony L.
 
W tym momencie obróciłem koło i zająłem się rozkręceniem drugiego końca osi. Od strony L z osią połączone jest ramię hamulca. Na ramieniu widoczne logo i nazwa zjednoczenia „PREDOM”. Niektórzy producenci wybijają na ramieniu hamulca dodatkowe informacje, np. rok produkcji.
images/stories/20080706_Torpedo/640_fot08_img_0169_klucz18.jpg

Fot. 08. Do odkręcenia zewnętrznej nakrętki posłuży klucz oczkowy '18'.
images/stories/20080706_Torpedo/640_fot09_img_0291_nakretka_zab.jpg

Fot. 09. Podkładka z 'zębem'.
 
Po odkręceniu nakrętki zdejmujemy podkładkę. Oś od strony L na sporej długości ma wyżłobiony rowek. Do tego rowka pasuje ząb podkładki. Ząb zapobiega obracaniu się podkładki względem osi.
images/stories/20080706_Torpedo/640_fot10_img_0285_bez_ramienia.jpg

Fot. 10. Po zdjęciu ramienia hamulca.
 
Czas, by odkręcić kolejny element, który stanowi podstawę pod ramię hamulca, osłonę przed wilgocią i zanieczyszczeniami. To z zewnątrz. Od środka natomiast stanowi bieżnię dla kulek łożyska. W literaturze element ten to tzw. stożek nastawczy.
images/stories/20080706_Torpedo/640_fot11_img_0262_zamkniecie.jpg

Fot. 11. Podstawa pod ramię hamulca, osłona przed czynnikami zewnętrznymi i bieżnia dla kulek łożyska w jednym

Po zdjęciu ramienia hamulca nic już nie stoi na przeszkodzie, by zdjąć kolejny element.

images/stories/20080706_Torpedo/640_fot12_img_0284_z_kulkami.jpg

Fot. 12. Stożek nastawczy. Widok od strony wewnętrznej
Dla większej jasności na tej samej fotografii umieściłem koszyk (wianek) z kulkami. Widoczny gwint stożka nastawczego pasuje do gwintu osi. Ponadto widoczne są wycięcia w wewnętrznej części elementu, które pasują do walca ciernego, por. Fot. 15.
images/stories/20080706_Torpedo/640_fot13_img_0282_wnetrze.jpg

Fot. 13. Po wyjęciu elementu z Fot. 11 i 12 oczom naszym ukazuje się wnętrze piasty.
 
Widoczny walec cierny z dwoma „zębami” pasującymi do stożka nastawczego. Inna  stosowana nazwa tego elementu to bęben hamulcowy.
images/stories/20080706_Torpedo/640_fot14_img_0280_pierscien_hamujacy.jpg

Fot. 14. Wyjmuję walec cierny.
images/stories/20080706_Torpedo/640_fot15_img_0259_hamujacy_solo.jpg

Fot. 15. Walec cierny, zbliżenie.

Walec cierny jest zrobiony z materiału o obniżonej odporności na ścieranie w stosunku do materiału, z którego wykonany jest korpus piasty, np.  mosiądzu. Dzięki temu walec cierny ma szansę zużyć się szybciej, niż korpus piasty. Jest to rozwiązanie logiczne, bowiem prościej jest wymienić walec cierny, niż korpus piasty, co wymaga np. przełożenia szprych, centrowania koła.

Bliższa obserwacja pozwala na stwierdzenie, że walec składa się z dwóch połówek, które łączy sprężyna widoczna w połowie jego wysokości. Gdy pedałujemy do tyłu,  element nazywany sprzęgłem kołowym rozpycha połówki walca. Zaczynają one trzeć (stąd nazwa, walec cierny) o wewnętrzną powierzchnię piasty. Powstająca w ten sposób siła tarcia zatrzymuje ruch obrotowy koła roweru. Po zaprzestaniu hamowania sprężyna ścieśnia połówki walca i możemy znowu jechać do przodu.

Zewnętrzna powierzchnia walca ciernego nie jest gładka. Widoczne rowki, prostopadłe do osi,  pozwalają na określenie stopnia zużycia (starcia) zewnętrznej powierzchni walca. Jeżeli te rowki przestają być widoczne, należy wymienić walec cierny. Starcie rowków świadczy o zużyciu (starciu) walca ciernego. Ponadto starcie rowków powoduje, że smar pośredniczący w procesie hamowania nie ma gdzie się gromadzić, co zwiększa ryzyko zatarcia hamulca.

Wewnętrzna powierzchnia walca ciernego nie jest gładka. Widoczne żłobienia, równoległe do osi, pozwalają na obrót względem pierścienia wewnętrznej części sprzęgła kołowego.

images/stories/20080706_Torpedo/640_fot16_img_0257_zamkniecie_hamujacy.jpg

Fot. 16. Zbliżenie na walec cierny i stożek nastawczy.

Elementy widoczne na Fot. 16 zostały ułożone w taki sposób, by było widoczne ich wzajemne połączenie – zęby walca ciernego pasują do „dziur” w stożku nastawczym. Oba elementy zawsze pozostają nieruchome względem ramy roweru.

Zewnętrzna powierzchnia walca ciernego posiada charakterystyczne żłobienia. Zaleca się wypełnienie tych żłobień małymi ilościami smaru odpornego na działanie wysokich temperatur powstających w wyniku hamowania. Smar ten zużywa się w wyniku wysokiej temperatury powstającej w trakcie hamowania, utleniania, nacisku itp. Powinien on być co jakiś czas uzupełniany.

images/stories/20080706_Torpedo/640_fot17_img_0278_pierscien_rozpierak.jpg

Fot. 17. Kolejny element czyli tzw. sprzęgło kołowe.
 
Od strony środka piasty walec cierny jest osadzony na elemencie, którego fragmenty widoczne na Fot. 17 przypominają dwie części w kształcie spirali. Jest to tzw. sprzęgło kołowe.
images/stories/20080706_Torpedo/640_fot18_img_0277_akcja01.jpg

Fot. 18. Wyjęcie mechanizmu od strony P.
 
Po zwolnieniu nakrętek i elementów nakręconych od strony L możemy wyjąć ze środka piasty pozostałe we wnętrzu części.
images/stories/20080706_Torpedo/640_fot19_img_0275_akcja02.jpg

Fot. 19. Co też zostało w środku?
images/stories/20080706_Torpedo/640_fot20_img_0273_akcja03.jpg

Fot.20. I wreszcie na zewnątrz.
images/stories/20080706_Torpedo/640_fot21_img_0209_komplet.jpg

Fot. 21. Od strony zewnętrznej, łożysko.
 
Element, w którym mocowane jest koło zębate (por. Fot. 6), czyli zabierak, stanowi jednocześnie podstawę dla wewnętrznego łożyska.

Wolnobieg to mechanizm, dzięki któremu możemy przestać pedałować, np. podczas jazdy z górki, nie blokując obrotów koła. 'Wolny bieg' koła, czyli 'swobodny, nieblokowany'; 'bieg', czyli 'ruch'. Innymi słowy funkcja wolnobiegu pozwala na swobodne obracanie się tylnego koła niezależnie od obrotów koła zębatego.
images/stories/20080706_Torpedo/640_fot22_img_0208_bez_oslony.jpg

Fot. 22. Po zdjęciu blaszki zabezpieczającej.
 
Jedyną barierą oddzielającą łożysko od świata zewnętrznego jest blaszana uszczelka. Zdejmujemy ją, podważając delikatnie ostrzem małego śrubokrętu. Na ośce zamontowany jest konus, czyli nakrętka wyprofilowana w taki sposób, by jej wewnętrzna część stanowiła jedną z bieżni kulek łożyska. Inna stosowana nazwa konusa to stożek, a stożka - konus :-). Ten konus jest dokręcony na osi 'do oporu'. Stąd drugi stożek, wspomniany już 'stożek nastawczy', nosi swą nazwę prawdopodobnie od możliwości regulacji (nastawiania) całości mechanizmu torpedo, poprzez wybieranie luzów.
images/stories/20080706_Torpedo/640_fot23_img_0204_bez_oski.jpg

Fot. 23. Po zdjęciu z ośki element obudowujący łożysko wewnętrzne.
images/stories/20080706_Torpedo/640_fot24_img_0200_inne_ujecie.jpg

Fot. 24. Ujęcie na otwór po ośce.
images/stories/20080706_Torpedo/640_fot25_img_0199_kulki.jpg

Fot. 25. Koszyk (wianek) z kulkami.
images/stories/20080706_Torpedo/640_fot26_img_0197_z_tylu.jpg

Fot. 26. Ten sam element, zwany zabierakiem, widok od wewnętrznej strony.
 
Wewnętrzna (względem środka osi) część zabieraka, widoczna na Fot. 26, pasuje do górnego elementu z Fot. 29, nazywanego pierścieniem kołowym. Być może nazwa 'zabierak' wzięła się od funkcji, jaką pełni ten element. Przenosi on (zabiera) moment obrotowy z koła zębatego na korpus piasty poprzez walce (rolki), widoczne na Fot. 29.
images/stories/20080706_Torpedo/640_fot27_img_0198_przod.jpg

Fot. 27. Bieżnia łożyska.
images/stories/20080706_Torpedo/640_fot28_img_0207_oska_konus.jpg

Fot. 28. Ośka z konusem, por. Fot. 22.
 
Konus jest dokręcony do samego końca gwintu. W mechanizmie torpeda ośka jest wykonana niesymetrycznie. Widoczny na Fot. 28 prawy koniec jest zakończony „na kwadrat”, co umożliwia chwycenie tego końca np. w imadło, lub założenie płaskiego klucza rowerowego z kwadratowym wycięciem. Lewa część ośki ma gwinty o różnych średnicach.
images/stories/20080706_Torpedo/640_fot29_img_0220_z_walkami.jpg

Fot. 29. 'Wieża', czyli od góry: rolki współpracujące z zabierakiem (małe walce na szczycie 'wieży'), pierścień kołowy oraz sprzęgło kołowe.
 
Dla ścisłości: 'wieża' to mój własny termin, nie stosowany w literaturze, wynikający ze skojarzenia z elementami widocznymi na zdjęciu.
images/stories/20080706_Torpedo/640_fot30_img_0219_bez_walkow.jpg

Fot. 30. 'Wieża' po wyjęciu walców, czyli pierścień kołowy (u góry) oraz sprzęgło kołowe.

Na Fot. 30 widoczne jest połączenie pół spiralne obu elementów.

 

images/stories/20080706_Torpedo/640_fot31_img_0216_gorna_czesc.jpg

Fot. 31. Pierścień kołowy.
images/stories/20080706_Torpedo/640_fot32_img_0214_dolna_czesc.jpg

Fot. 32. Tzw. sprzęgło kołowe.
images/stories/20080706_Torpedo/640_fot33_img_0211_rozpychajacy.jpg

Fot. 33. Wewnętrzna część tzw. sprzęgła kołowego.
 
Na dolnej części zdjęcia widać szczegóły budowy sprzęgła kołowego.

Mały element w kształcie walca umożliwia przeskakiwanie obracającego się sprzęgła po wewnętrznej powierzchni walca ciernego.

Widoczne na samej krawędzi dwa cienkie wycięte paski blaszki  w trakcie hamowania zaczepiają się o wewnętrzne żłobienia walca ciernego.

images/stories/20080706_Torpedo/640_fot34_img_0213_rozpychajacy_dol.jpg

Fot. 34. Od strony dwóch spiral.
images/stories/20080706_Torpedo/640_fot35_img_0272_mechanizm.jpg

Fot. 35. Ośka ze zmontowaną kontrą.
 
Na Fot. 35 po raz pierwszy widoczne są koszyki  (wianki) z kulkami łożysk zewnętrznych. Bieżnię dla nich stanowi obudowa (tzw. korpus) piasty, por. Fot. 36. Obudowa piasty (a więc i koło) obraca się względem nieruchomej osi za pośrednictwem łożysk zewnętrznych.
images/stories/20080706_Torpedo/640_fot36_img_0192_wzer.jpg

Fot. 36. Obudowa (skorupa) piasty.
 
Na pierwszym planie widoczne jest uszkodzenie wewnętrznej części bieżni łożyska zewnętrznego. Wewnętrzna powierzchnia piasty jest gładka. Na drugim planie, we wnętrzu, widoczne są ślady pozostawione przez walce, por. Fot. 29.
images/stories/20080706_Torpedo/640_fot37_img_0194_wybicia.jpg

Fot. 37. Uszkodzenia bieżni łożyska.
 
Na Fot. 37 widoczny jest inny rodzaj uszkodzeń bieżni łożyska zewnętrznego. Są to niewielkie wgniecenia. Powierzchnia, po której poruszają się (biegają) kulki, czyli bieżnia,  powinna być idealnie gładka. Jakiekolwiek nierówności powinny dyskwalifikować korpus piasty z dalszej eksploatacji, co niestety wiąże się z budową nowego koła rowerowego.
images/stories/20080706_Torpedo/640_fot38_img_0265_komplecik.jpg

Fot. 38. Zdjęcie konstrukcyjne całego mechanizmu.
 
Od lewej: sprężyna mocująca koło zębate, dalej koło zębate, złożony na osi mechanizm kontry, dalej ramię hamulca oraz podkładka i nakrętka.
  
Montaż koła z torpedo
Po zmontowaniu torpedo pozostaje założyć koło do roweru. Zakładamy łańcuch. Najpierw na przednie koło zębate korby, następnie na tylne koło zębate torpedo. Ramy przystosowane do współpracy z torpedo mają szczególną budowę - najdalej wysunięte punkty ramy tworzą dwa symetryczne haki, lub przynajmniej wpusty, do których pasuje oś tylnego koła. W rowerach, które widziałem, haki te były zawsze nierozłączną częścią ramy. Po włożeniu osi w haki możemy przesuwać całym kołem do przodu lub do tyłu regulując tym samym napięcie łańcucha. Zbyt mocno napięty łańcuch powoduje zwiększone opory ruchu łańcucha względem kół zębatych i szybsze wycieranie się stykających się ze sobą elementów (rolek łańcucha i zębów kół zębatych). Zbyt słabe napięcie łańcucha może powodować jego spadanie w czasie jazdy.

Jak to działa?
 
Wyróżniłem trzy stany pracy:
1. Pedałujemy do przodu - przekazujemy napęd na tylne koło - koło kręci się do przodu.
2. Nie pedałujemy - koło kręci się do przodu.
3. Pedałujemy do tyłu - koło się zatrzymuje.

Ad. 1.
Pedałujemy do przodu - koło zębate obraca się do przodu. Moment obrotowy koła zębatego przenosi się na zabierak. Zabierak rozpycha walce widoczne na Fot. 29 i 34. Walce dotykają do korpusu piasty. W ten sposób moment zostaje przeniesiony na korpus piasty, czyli na koło roweru.

Koło zębate obraca się względem zawsze nieruchomej (względem ramy) osi za pośrednictwem wewnętrznego łożyska (w zabieraku, por. Fot. 23 i 24).
 
Oprócz koła zębatego i zabieraka wraz z kołem obracają się także: pierścień kołowy i  sprzęgło kołowe. Wewnętrzna część sprzęgła kołowego obraca się względem wewnętrznej powierzchni walca ciernego.
 
Oprócz osi, nieruchome względem ramy pozostają: stożek nastawczy oraz walec cierny.
 
Ad. 2.
Funkcja wolnobiegu. Koło zębate jest nieruchome względem osi. Nieruchomy względem osi jest też zabierak. Zabierak przestaje rozpychać walce widoczne na Fot. 29 i 34. Walce nie dotykają do korpusu piasty. Piasta swobodnie się obraca względem osi na łożyskach zewnętrznych, por. Fot. 35.

Ad. 3.
Funkcja hamulca. Koło zębate poprzez zabierak przenosi moment obrotowy skierowany przeciwnie do kierunku jazdy. Walce pierścienia kołowego dzięki ruchowi zabieraka zostają odciągnięte od wewnętrznej powierzchni korpusu piasty. Moment obrotowy jest przenoszony przez pierścień kołowy na sprzęgło kołowe. Podczas obrotu sprzęgła kołowego w stronę przeciwną do kierunku jazdy  wycięte blaszki (por. Fot. 33) zaczepiają się i blokują o żłobienia w wewnętrznej powierzchni walca ciernego. To powoduje, że sprzęgło kołowe zostaje wepchnięte nieco głębiej do walca ciernego. Sprzęgło kołowe zagłębia się w walcu ciernym po spirali tworzonej przez spiralne połączenie między sprzęgłem kołowym i a pierścieniem kołowym (por. Fot. 30). Wepchnięte sprzęgło kołowe rozpycha połówki walca ciernego. W wyniku rozepchnięcia połówki walca ciernego zaczynają trzeć o wewnętrzną powierzchnię piasty, co powoduje zahamowanie ruchu koła względem walca ciernego, stożka nastawczego, ramienia hamulca i ramy.
 
 
Zalety: Wady:
  • duża bezobsługowość; rzadko wymaga obsługi,
  • odporność na działanie czynników atmosferycznych; cały mechanizm jest zabudowany w piaście,
  • nie wymaga żadnych cięgieł, prowadnic, linek,
  • intuicyjny w użyciu.
  • przestaje działać po zerwaniu łańcucha,
  • teoretycznie co jakiś czas wymaga uzupełniania środka smarnego na walcu ciernym,
  • ma możliwość bardzo ograniczonego odprowadzania ciepła, co może skutkować zatarciem w sytuacji długotrwałego wykorzystania hamulca tego typu podczas zjazdów.
 

Na zakończenie kilka uwag:
  • Torpedo zostało opatentowane już w 1903 przez Ernsta Sachsa.
  • Mechanizm hamulca ciernego został zintegrowany m.in. w przerzutkach planetarnych firmy Sachs.
  • Jeszcze w 2008 w Gdańsku, w dobrym sklepie rowerowym (a nie sklepie z rowerami) można było kupić mechanizm torpedo wraz z piastą za około 90 PLN.
Dodaj komentarz