Aluminium, titanium of staal?

Niet het materiaal, maar de vorm van de framebuizen maakt de fiets.

De beste cijfers = het beste fietsframe?

Wie een fiets gaat kopen en een framemateriaal moet kiezen, wil eerst een tabel. Wordt het aluminium, staal of het meer exotische titanium?

Het soortelijk gewicht, de stijfheid en de treksterkte zijn in cijfers uit te drukken. Drie getallen onder elkaar en dan weet je welke metaalsoort “het beste” is. Want de beste cijfers leveren de beste fiets op, toch? Nou, nee…

De eigenschap die er het meest toe doet, is stijfheid. Staal is veruit het stijfst. Titanium ongeveer half zo stijf. En aluminium een derde van staal. Precies hier klapt de tabel om.

De stijfste trekkingfietsen worden namelijk gemaakt van de slapste metaalsoort: aluminium.

Frames van titanium zijn minder stijf en ook niet lichter. En frames van staal zijn nog iets slapper en wegen het meest. Hoe kan dat? De cijfers zeggen toch het tegenovergestelde?

Op deze pagina ga ik uitleggen dat het ontwerp van het frame en de dimensies van de buizen allesbepalend zijn voor hoe een fiets rijdt. En dat de verschillende materialen bepaalde vormen mogelijk maken of juist niet.

Het materiaal is een middel. Het ontwerp bereikt uiteindelijk het doel.

De eigenschappen die we graag in een fietsframe terug zien, zijn: stabiliteit, een laag gewicht, degelijkheid en duurzaamheid. Iedere fietsfabrikant gaat op zoek naar de ideale balans, rekening houdend met de eigenschappen van de beschikbare framematerialen en het beoogde gebruik.

Hieronder zie je toch de tabellen met de materiaaleigenschappen, maar trek daar nog even geen conclusies uit. In fietsframes wordt geen van de drie metalen in pure vorm toegepast. Het betreft vrijwel altijd een legering (een mengsel met andere metalen die de eigenschappen verbeteren) en de waarden kunnen dus variëren.

Aluminium

Dichtheid: 2,7 g/cm³
Stijfheid: 70 GPa
Treksterkte: 300 N/mm²

Zacht. Goed te bewerken.

Corrosielaag vormt eigen bescherming.
Heeft geen lak nodig.

Niet pekelbestendig.

Titanium

Dichtheid: 4,5 g/cm³
Stijfheid: 120 GPa
Treksterkte: 900 N/mm²

Zeer taai. Moeilijk te bewerken.

Corrosielaag vormt eigen bescherming.
Heeft geen lak nodig.

Pekelbestendig.

Staal

Dichtheid: 7,8 g/cm³
Stijfheid: 200 GPa
Treksterkte: 700 N/mm²

Taai. Goed te bewerken.

Corrosie gaat oneindig door.
Heeft altijd een laklaag nodig.

Niet pekelbestendig.

Dichtheid

Dit is het soortelijk gewicht. Wat het metaal weegt per kubieke centimeter. Aluminium is licht: 2,7 gram per kubieke centimeter. Titanium zit op 4,5. Staal op 7,8, bijna drie keer zo zwaar als aluminium.

Stijfheid

Hoeveel een materiaal doorbuigt onder belasting. Hoe hoger het getal, hoe minder het meegeeft. Staal is veruit het stijfst: onder dezelfde kracht buigt het ongeveer drie keer minder ver door dan aluminium. Titanium zit ertussenin. Let op: dit zegt niets over wanneer een materiaal breekt, alleen hoeveel het meegeeft en weer terugveert.

Treksterkte

Hoeveel kracht het metaal verdraagt voor het breekt. Titanium scoort hier fantastisch, aluminium belabberd. En staal zit ertussenin, maar afhankelijk van de legering en de behandeling loopt de treksterkte van staal van bescheiden tot extreem. Eén getal bestaat niet.

Op basis van cijfers oogt titanium hier als de gulden middenweg. Lichter dan staal en sterker dan aluminium. Onthoud die indruk even. Hij klopt niet.

De verwarring: sterkte en stijfheid

Het stijfheidsgetal bij het materiaal is niet hetzelfde als de uiteindelijke stijfheid en de stabiliteit van een frame. Een sterk metaal kun je dun maken zonder dat het breekt of blijvend kromtrekt. Of het frame stug of slap aanvoelt, daar zegt dit getal niets over. Mensen halen die twee voortdurend door elkaar. Een frame van een stijf metaal kan toch elastisch aanvoelen, en een frame van een minder stijf metaal kan juist heel stabiel zijn.

Duurzaamheid

Hoe het metaal veroudert onder eindeloos herhaalde belasting. Staal en titanium hebben een hoge vermoeiingsgrens. Blijf je onder een bepaalde spanning, dan gaan ze in theorie eeuwig mee. Aluminium heeft die grens niet. Elke trapbeweging en iedere hobbel telt mee richting oververmoeidheid. Dat klinkt problematisch, maar dat is het niet. Een goed gebouwd aluminium frame wordt zó ruim gedimensioneerd dat het een intensief leven lang meegaat. De vermoeiingsgrens verklaart waaróm aluminium dik gebouwd wordt, niet dat het niet deugt. Het gaat pas fout als de fabrikant de grenzen opzoekt voor een zo laag mogelijk gewicht en de gebruiker de grenzen overschrijdt.

Corrosie

Onder duurzaamheid valt ook de gevoeligheid voor corrosie.

Het is algemeen bekend dat ijzer (het hoofdbestanddeel van staal) lekker kan roesten en dat dit proces moeilijk te stoppen is. Een laklaag is dus noodzakelijk, maar niet overal toepasbaar.

Stalen frames met een goede laklaag kunnen alsnog van binnenuit roesten. Een interne bescherming is aan te raden, maar wordt door de fabrikanten vrijwel niet toegepast.

Aluminium ‘roest’ veel minder dan staal. Er ontstaat een oxidelaag die het onderliggende metaal beschermt, maar dit kan bij langdurige blootstelling aan vocht, lucht en chloride uit strooizout doorslaan in een poreuze ‘witte roest’.

Indien nodig schuur je dit glad en zo voorkom je putcorrosie. Daarna vormt zich een nieuwe oxidelaag en zo heeft aluminium in principe geen laklaag nodig.

Pekel is de voornaamste veroorzaker van aluminiumcorrosie, dus het is belangrijk om je fiets tijdens en na de winter heel goed schoon te spuiten.

Titanium is het meest corrosiebestendig. Het corrodeert wel, maar het titaniumoxide vormt direct een hard en inert beschermlaagje. Een laklaag is hierdoor niet nodig.

Krasjes borstel je eenvoudig weg met een schuurspons en dan ontstaat er vanzelf weer een nieuwe beschermlaag. Deze laag is niet gevoelig voor pekel, maar toch moet je in de winter je fiets regelmatig afspoelen, om te voorkomen dat boutjes, moertjes en onderdelen van staal en aluminium vastcorroderen.

Leuk weetje: ken je Bob Ross met zijn “Titanium White” olieverf nog? Datzelfde titaniumoxide dat zijn wolken hun wit geeft, is precies het laagje dat jouw titanium frame beschermt.

Diameter en wanddikte

Tot nu toe ging het over het metaal. Nu gaat het over wat je ermee kunt doen.

De stijfheid van een buis hangt af van twee dingen: de diameter en de wanddikte. De diameter doet het zware werk, de wanddikte de fijnafstelling.

Het verschil is groter dan je denkt. Verdubbel je de diameter van een buis, dan wordt hij ongeveer acht keer zo stijf, terwijl hij maar twee keer zo zwaar wordt. Een beetje meer diameter levert veel meer stijfheid, voor weinig extra gewicht. En omdat je die stijfheid bereikt met de diameter, kun je daarna de wand dunner maken om weer wat gewicht terug te winnen.

Slap metaal > Stijf en licht frame

Aluminium is op materiaalniveau de slapste van de drie, maar het is wel heel licht. Dus kun je het in dikke buizen bouwen zonder dat de fiets een aambeeld wordt, en met die dikke buizen haal je de stijfheid terug die het metaal mist. De slapste metaalsoort levert het stijfste frame, simpelweg omdat je het je kunt veroorloven er heel dikke buizen mee te maken.

Met staal kan dat niet. Staal is op zichzelf wel heel stijf, maar het is zwaar. Bouw je het in dikke buizen, dan wordt de fiets loodzwaar en dus worden stalen buizen slank gehouden. Titanium zit ertussenin: lichter dan staal, stijver dan aluminium.

“Oh! Een titanium frame! Die zal wel heel licht zijn?” hoor ik vaak in de winkel. Titanium heeft de reputatie licht te zijn, maar dat klopt niet. Ja, je kúnt er wel heel lichte fietsen mee maken, maar als veel stijfheid belangrijk is, dan is titanium niet het lichtst.

Bij gelijke stijfheid is een titanium frame van een trekkingfiets ongeveer een halve kilo zwaarder dan de aluminium tegenhanger. En staal is zó zwaar dat fabrikanten vaak bewust kiezen voor wat minder stijfheid.

Als je kijkt naar het aanbod trekkingfietsen in Nederland, dan is aluminium veruit in de meerderheid. Een frame van aluminium buizen heeft de beste verhouding tussen stijfheid en gewicht. Titanium fietsen zijn vaak even zwaar, maar iets slapper. En stalen fietsen zijn even zwaar of zwaarder én slapper.

Vorming van de buizen

Een andere reden waarom aluminium in dikke, gevormde buizen verschijnt en staal en titanium veel minder: aluminium láát zich gemakkelijk vormen. Het is zacht en plooibaar en dat geeft ontwerpvrijheid. Je kunt de buizen ovaliseren, in diameter en wanddikte laten variëren en bijzondere vormen geven.

Met hydroforming leg je een aluminium buis in een mal en pers je hem met vloeistof onder hoge druk van binnenuit tegen de matrijs. Zo ontstaan vormen die je met de hand nooit zou halen. De framebouwer brengt stijfheid aan waar hij dat hebben wil en laat materiaal weg waar het niets toevoegt. Een buis die dik is waar stijfheid nodig is en slank waar dat mag. Die taps toeloopt. Die afplat.

Staal en titanium zijn veel moeizamer te vervormen. Staal laat zich nog wel ovaliseren, knijpen en taps maken, maar blijft grotendeels rond. Titanium is ronduit koppig. Daarom zie je frames van titanium en staal in betrekkelijk eenvoudige, ronde buizen en aluminium in alle uitgekiende vormen.

En dit is precies waarom een goed aluminium frame zo stabiel is. Vooral bij zwaar beladen trekkingfietsen is dit heel belangrijk. De torsiestijfheid die voorkomt dat een beladen fiets gaat zwabberen, het shimmy-effect dat je bergaf de controle kan kosten, wordt in de vorm van de buizen gelegd.

Plain en butted buizen

De buitenkant van een buis vertelt niet het hele verhaal. Binnenin valt nog veel te sturen, en daar zit een van de mooiste stukjes vakmanschap.

Een buis wordt het zwaarst belast aan de uiteinden, bij de verbindingen. In het midden van de buis gebeurt veel minder. Het ligt dus voor de hand om de wand aan de uiteinden dik te houden en in het midden dunner te maken. Van buiten zie je daar niets van, want de diameter blijft gelijk. Het is de binnenwand die verdikt en verdunt. Dit heet butting.

Een plain gauge buis heeft overal dezelfde wanddikte. Eenvoudig, robuust en goedkoop, maar soms zwaarder dan nodig, want hij draagt materiaal mee op plekken waar weinig krachten werken. Een single butted buis heeft aan één uiteinde een verdikking. Een double butted buis is dik-dun-dik en een triple butted buis heeft drie verschillende wanddiktes binnen één buis, met fijnere overgangen.

Hoe meer butting, hoe meer vakwerk, hoe minder gewicht en hoe hoger de prijs. Het is precisiewerk en dat verklaart waarom een licht frame van een goede fabrikant zoveel kost. Je betaalt voor het materiaal dat er niet meer in zit.

Lassen en verbinden

Een frame is een verzameling buizen die op de juiste plek, onder de juiste hoek, aan elkaar moeten. Hoe je dat doet, hangt af van het metaal.

Staal is het meest vergevingsgezind. Je kunt het lassen, maar ook solderen, met of zonder lugs. Het gereedschap is overzichtelijk en de techniek is goed te leren. Daarom is staal de keuze voor kleine werkplaatsen, in Europa en ook in Nederland. Eén vakman, een mal, een brander. Geen serieproductie in een grote fabriek. Dat is de stille kracht van staal: niet dat het beter rijdt, maar dat het bereikbaar is voor de maker die maatwerk levert of bewust op kleine schaal produceert.

Aluminium is een ander verhaal. Het wordt gelast, maar daarna verliest het metaal rond de las zijn hardheid: de hitte maakt de zone eromheen zacht. Om die sterkte terug te winnen, moet het frame na het lassen een warmtebehandeling ondergaan. In ovens, op precies de juiste temperatuur en tijd. Dat is geen kleinschalig handwerk meer. Rendabel aluminium lassen is fabriekswerk geworden, met mallen, robots en een nabehandeling die een kleine werkplaats niet kan uitvoeren. Vandaar dat de aluminium frames van reisfietsen vrijwel altijd uit grote, geautomatiseerde fabrieken komen.

Titanium is het koppigst van allemaal. Het laat zich alleen TIG-lassen, en dan onder strenge voorwaarden: de las moet langs beide kanten worden afgeschermd met het gas argon. Oók van binnenuit, want het minste zuurstof maakt de verbinding bros. Het vraagt vakmanschap, geduld en jarenlange ervaring. Het zijn er weinig die het kunnen. In Nederland is er sinds kort één titaniumlasser, die een paar frames per jaar maakt. Vrijwel alle andere titanium frames komen uit Taiwan en China, waar ze al een decennialange ervaring hebben opgebouwd.

En Santos?

Tot zover de theorie. Terug naar de winkel, want de vraag waar dit allemaal op uitkomt is natuurlijk: wat gebruikt Santos en waarom?

Het antwoord is nu geen verrassing meer. Aluminium heeft de beste verhouding tussen stijfheid en gewicht. En een goed doorgerekend en gedimensioneerd aluminium frame overleeft zijn berijder. Voor een fiets die beladen, jarenlang, door weer en wind moet, is dat de beste keuze.

De frames van de Travelmaster-serie hebben dikwandige buizen. Stijf, stabiel, en het kan tegen een stootje. Geen verfijning waar het niet hoeft, alle robuustheid waar het telt. Dit is de fiets die je zonder twijfel volgepakt de wereld in stuurt, en die jaren later nog precies zo in het spoor ligt.

De Lite-modellen zijn triple butted: dezelfde stijfheid, maar met de wand verdund waar dat mag. Nagenoeg even stabiel, maar een stuk lichter. Voor wie de reisvaardigheid van de Travelmaster waardeert maar liever wat minder gewicht onder zich heeft.

Staal heeft Santos gehad, maar daar is jaren geleden afscheid van genomen. Het zat in het programma om één reden: de lagere prijs. Praktische voordelen bracht het niet. Toen de keuze viel tussen goedkoper en beter, werd het beter.

Met titanium wordt af en toe geëxperimenteerd. Bij sommige modellen is het op bestelling te kiezen. Met dezelfde stijfheid, een iets hoger gewicht en tegen een forse meerprijs. Het is geen serieproductie en zal dat voorlopig ook niet worden.

Het metaal maakt de fiets niet. De vorm van de buizen, de ontwerper en de bouwer maken de fiets. Santos kiest aluminium niet bij gebrek aan beter, maar omdat het, goed toegepast, het beste doet wat een reisfiets moet doen: stabiel blijven, licht genoeg zijn, en je niet in de steek laten. De rest, de flexibiliteit van slanke, stalen buizen, de reputatie van titanium, is een verhaal. Een mooi verhaal soms. Maar je rijdt op de buis, niet op het verhaal.

Hoofdstraat 47 D - 7213 CR - Gorssel
Zie de contactpagina
Die staat bewust uit .
Volg ons op Facebook
Volg ons op Instagram

Santos fietsen

Services & diensten

techniek informatie

techniekmerken

Openingstijden

Maandag: gesloten
Dinsdag, woensdag: op afspraak
Donderdag, vrijdag, zaterdag:
Van 10:00 - 17:00 uur open.
(soms iets eerder, soms iets later)
Geen afspraak nodig!
Donderdagavond: techniekworkshops op afspraak
Zondag: gesloten