Ekertensiometer (ekerspänningsmätare)

Bakgrund

Styrkan hos ett ekrat cykelhjul beror till mycket stor del på hur hårt de enskilda ekrarna är spända. Ju hårdare ekrarna är spända, ju starkare blir hjulet. Dock är det så att om ekrarna spänns alltför hårt, så kollapsar fälgen - åtminstone så länge det är mer än 20 ekrar i hjulet! Det är alltså vanligtvis fälgen som sätter gränsen för hur hårt ekrarna kan spännas! Beroende på fälg, rekommenderas en ekerspänning på ca 800 - 1400 N (80 - 140 kg kraft) per eker. Sålunda ska ekrarna spännas lagom hårt, för att hjulet ska bli starkt och hålla bra.

Ekerspänningen kan mätas objektivt med ett speciellt verktyg, en s.k. ekertensiometer (som ibland även kallas för ekerspänningsmätare). Genom att använda en ekertensiometer, får hjulbyggaren ett klart besked om den aktuella ekerspänningen i det halvfärdiga hjulet t.ex. ligger runt 500 N (50 kg kraft) eller runt 1000 N (100 kg kraft). Denna information är ju direkt avgörande för om det färdiga hjulet kommer att bli bra eller dåligt. Synnerhet den ovana hjulbyggaren har svårt att korrekt bedöma ekerspänningen ”på känn” - med en betydande risk för ett undermåligt hjul som följd!

För att få den relativa ekerspänningen jämn i hjulet, fungerar dock ”spela harpa-metoden” alldeles utmärkt, anser artikelförfattaren.

Principen för en ekertensiometer

En ekertensiometer fungerar enligt följande. En viss sidokraft påläggs mätekern, varpå en deflektion sker inom ett begränsat område på mätekern (den s.k. mätzonen), d.v.s. att mätekern böjer och töjer sig en aning inom detta område. I och med att mätekern töjer sig något, ökar också dess ekerspänning, vilket dock motverkas av att mätekern drar fälgen hårdare mot navet.

Ju hårdare ekerspänning, ju mindre deflektion får mätekern vid en given sidokraft. Ju större pålagd sidokraft, ju större blir mätekerns deflektion vid en given ekerspänning. Mätekerns deflektion avläses och översätts (vanligtvis) i en tabell (eller graf) till mätekerns totala ekerspänning (opåverkad ekerspänning + påförd ekerspänning från ekertensiometern).

Enligt hjuloraklet Jobst Brandt, ser det matematiska sambandet ut enligt följande:

(1)

ES_tot = Total ekerspänning (N)

ES₀ = Opåverkad ekerspänning (N)

ES_et = Påförd ekerspänning från ekertensiometern (N)

F = Tillförd sidokraft från ekertensiometern (N)

L = Längd på den del av mätekern där sidokraften appliceras (mätzonen, m)

D = Deflektion (m)

θ = Deflektionsvinkel

Vid en given deflektion blir alltså mätekerns totala ekerspänning i teorin alltid den samma och därmed helt oberoende av dess diameter (se figur 1c). Detta samband gäller dock bara för de enkelsidigt verkande ekertensiometrarna från Avocet och FSA, där den tillförda sidokraften verkar på en enda sida av mätekern!

Dessutom måste ekertensiometerns alla rörliga delar vara välsmorda för att minimera de oundvikliga friktionsförlusterna. Annars blir den effektiva sidokraften (som verkar på mätekern) lägre än den sidokraft som rådde vid själva kalibreringen i fabrik, varpå den framräknade totala ekerspänningen blir alltför hög.

Storleken på mätekerns spänningsökning (ES_et) varierar en hel del beroende på fälgens styvhet. Sålunda krävs det datasimuleringar för att kunna fastställa spänningsökningens storlek och därmed få fram mätekerns opåverkade ekerspänning. Då fälgens styvhet varierar beroende på modell, krävs dessutom datasimuleringar för varje enskild fälgmodell.

Dubbelsidigt verkande ekertensiometrar

Hos de flesta ekertensiometrar på marknaden verkar de tillförda sidokrafterna samtidigt på två motstående sidor av mätekern. Hos dessa ekertensiometrar blir mätekerns tjocklek direkt avgörande för det avlästa värdets storlek och den totala ekerspänningen får därför utläsas i en medföljande tabell eller graf från tillverkaren. Författarens egna kalibreringsgrafter för Wheelsmith och Hozan visas i figur 1a respektive figur 1b.

Till de dubbelsidigt verkande ekertensiometrarna räknas alla dagens ekertensiometrar från Wheelsmith, Hozan, DT och Park Tool.

Enligt hjuloraklet Jobst Brandt så har dagens dubbelsidigt verkande ekertensiometrar alltför starka sidokrafter som verkar på mätekern, varför mätekern får en onödigt stor spänningsökning vid själva mätningen. Även de dubbelsidigt verkande ekertensiometrarna ger mätekerns totala ekerspänning. Dagens dubbelsidigt verkande ekertensiometrar är också mycket friktionskänsliga, jämfört med de enkelsidigt verkande ekertensiometrarna.

Även på dubbelsidigt verkande ekertensiometrar innebär en hög friktion mellan alla rörliga delar att den uppmätta totala ekerspänningen blir högre än mätekerns sanna totala ekerspänning. Då visar alltså ekertensiometern för höga mätvärden. Således ska även dessa ekertensiometrar hållas välsmorda för bästa funktion och tillförlitlighet.

Ekertensiometerns avläsningsnoggrannhet

Många tror att en ekertensiometer alltid ger ett mycket noggrant (avläsningsbart) värde på den totala ekerspänningen. I praktiken är en ekertensiometer mycket noggrannare vid en låg total ekerspänning än vid en hög total ekerspänning. Den avläsningsbara noggrannheten hos en Wheelsmith ekertensiometer är ca 40 N (4 kg kraft) vid en total ekerspänning runt 500 N (50 kg kraft). Vid totala ekerspänningar runt 1000 - 1200 N (100 - 120 kg kraft), blir den avläsningsbara noggrannheten inte bättre än ca 150 - 200 N (10 - 20 kg kraft). Denna onoggrannhet är viktigt att känna till vid både hjulbyggen och hjulriktningar.

För att illustrera detta, har artikelförfattaren gjort tre olika grafer med indata från en gammal tabell för en Wheelsmithekertensiometer (figur 1a), Hozan ekertensiometer (figur 1b) samt en framräknad graf från ekvation 1(figur 1c).

Notera att en dyrare ekertensiometer vanligtvis har en bättre avläsningsnoggrannhet än en billigare ekertensiometer. Detta beror på att de dyrare modellerna har en noggrann mätarklocka (eller en digital motsvarighet), men de billigare modellerna bara har en enklare nonieskala. För att uppnå en lämplig nivå på ekerspänningen i hjulet, räcker dock en billigare ekertensiometer långt - åtminstone enligt författarens egen erfarenhet!

Självfallet måste mätekern vara ren för att det avlästa värdet ska bli korrekt. En smutsig mäteker ger lätt ett missvisande värde och därmed en felaktig spänning - speciellt på de dubbelsidigt verkande ekertensiometrarna! De enkelsidigt verkande ekertensiometrarna kan dock nollas och blir därför ganska okänsliga för smutsiga mätekrar.

Figur 1 visar ekertensiometerns noggrannhet i förhållande till ekerspänningen. Här framgår även den principiella skillnaden mellan en enkelsidigt och en dubbelsidigt verkande ekertensiometer. Figur 1a gäller för Wheelsmith, figur 1b för Hozan (båda modellerna verkar dubbelsidigt) och figur 1c gäller för en enkelsidigt verkande ekertensiometer med en pålagd sidokraft på 20 N (2 kg kraft). Notera att den absoluta (avläsningsbara) noggrannheten sjunker betydligt med en ökad total ekerspänning hos mätekern, vilket gäller generellt för både enkelsidigt och dubbelsidigt verkande ekertensiometrar.

Fyra kriterier för en bra ekertensiometer

Enligt hjuloraklet Jobst Brandt så uppfyller en bra ekertensiometer fyra olika kriterier:

1. Den tillförda sidokraften är så pass liten att den inte nämnvärt påverkar mätekerns spänning (ES₀ ≈Es_tot enligt ekvation 1).

2. För att kunna uppfylla det första kriteriet, behöver ekertensiometern en mätarklocka med en minsta upplösning på max 0,01 mm.

3. Ekertensiometern ska kunna nollas ”on the fly” på mätekern, både för att mätekern kan ha en skada vid mätpunkten och för att mätområdet kan omfatta en sektionsändring på en reducerad mäteker.

4. Både stödet från mätekern och själva spänningsmätningen måste ske från samma sida istället för på motsatta sidor.

När dessa fyra kriterier uppfylls, följer avläsningarna i praktiken samma kurva för alla stålekrar med en tjocklek mellan 1,5-2,0 mm.

Dessutom anser Jobst Brandt att det är önskvärt att ekertensiometern kan hanteras med en hand. Allt ekerstöd bör också vila på kullager för att undvika friktion i längdled mellan stöd och fjäder.

Den enda ekertensiometer som idag uppfyller dessa krav och fortfarande tillverkas är FSA.

Marknadsöversikt (september 2008)

Traditionellt har det varit mycket svårt att få tag på en ekertensiometer i Sverige. Hjulbyggaren har ofta varit hänvisad till köp från utländska butiker. Numera går det att få tag på vissa ekertensiometrar i Sverige eller via internet. Därför kommer här en liten marknadsöversikt!

Enkelsidigt verkande ekertensiometrar

Avocet

Avocet har tidigare haft en enkelsidigt verkande ekertensiometer, som utvecklats av hjuloraklet Jobst Brandt! Tyvärr har Avocet sedan länge slutat att tillverka denna ekertensiometer, som totalt bara såldes i ca 100 exemplar över hela världen. Dock säljer Avocet fortfarande den utmärkta boken The Bicycle Wheel av Jobst Brandt (ISBN nr 0-9607236-6-8), som bl.a. kan köpas på Veloform för 290 kr.

Enligt Jobst Brandt är Avocets ekertensiometer betydligt mer tillförlitlig än någon dubbelsidigt verkande ekertensiometer på marknaden. Med Avocets ekertensiometer blir de tillförda sidokrafterna ytterst små (ca 20 N), varför ekerns spänningsändring blir ytterst minimal vid själva mätningen. Alla dubbelsidigt verkande ekertensiometrar på marknaden använder ”monsterkrafter”, som inducerar en stor deflektion (och därmed en stor spänningsändring) i ekern - speciellt vid låga opåverkade ekerspänningar!

Med Avocets ekertensiometer ger en viss total ekerspänning alltid upphov till exakt samma avläsningsvärde - oavsett ekerns diameter! Detta beror på att den tillförda sidokraften bara verkar på en enda sida av ekern. Alla dubbelsidigt verkande ekertensiometrar måste kalibreras för varje enskild ekertjocklek!

FSA

Full Speed Ahead (FSA) har äntligen börjat nytillverka Avocets gamla ekertensiometer under namnet Spoke Tension Gauge. Bara några mindre ändringar har gjorts mot Avocets original, t.ex. att basplattan numera tillverkas av kolfiber. FSA lämnar 10 års garanti på sin Spoke Tension Gauge. Ric Hjertberg har recenserat denna ekertensiometer.

Generalagenten för FSA i Sverige är Grahns, som tar hem Spoke Tension Gauge på beställning. Rekommenderat slutpris till kund är 2500 kr.

Dubbelsidigt verkande ekertensiometrar

DT

Den schweiziska ekertillverkaren Drachtwerke Tréfileries, till vardags kallad DT, har två modeller av sina ekertensiometrar (t/e/n/s/i/o). Den ena modellen är analog och den andra modellen är digital. Den analoga modellen lagerförs av Duells (art nr 52-097), med ett rekommenderat pris till slutkund på 2995 kr.

Den digitala modellen lagerförs inte i Sverige. Om du ska ha en digital DT ekertensiometer, så får du vara beredd på flera månaders väntetid - åtminstone om du ska köpa den hos din lokala cykelhandlare! Priset ute i Europa är ca 500 - 550 euro för den digitala varianten. Frakt tillkommer.

Enligt Jobst Brandt tillförs mätekern en alltför hög sidokraft med en DT t/e/n/s/i/o. Dessutom verkar den tillförda sidokraften på en alltför kort del av mätekern (för liten mätzon). DTs båda modeller kan heller inte nollas.

Hozan

Hozan är en japansk tillverkare av diverse verktyg för cykelmekning. De har sen länge en analog ekertensiometer C-737. Generalagenten för Hozan i Sverige är f.n. Duells. När författaren köpte sitt exemplar, var det den andra ekertensiometern som Duells någonsin hade sålt... Priset var då på ca 3500 kr och leveranstiden var ca 2-3 månader.

Hozans analoga ekertensiometer C-737 går numera lättast att få tag i via Hallmans i Uppsala (art nr 794.TENSMETER). Enligt Hallmans används den främst för att kunna rikta Shimanos specialekrade aerohjul. Rekommenderat pris till slutkund är 4900 kr.

Enligt Jobst Brandt blir den tillförda sidokraften på tok för stor med en Hozan C-737 , vilket innebär att mätekern påförs en stor spänningsökning när detta instrument pressas mot ekern. Den kan heller inte nollas.

Wheelsmith

Wheelsmith är en amerikansk ekertillverkare, som länge hade en lite enklare ekertensiometer i sitt sortiment. Den hade en nonieskala som fick avläsas. Sedan erhölls själva ekerspänningen från en kalibreringstabell - som var unik för varje ekertensiometer! Författaren har byggt alla sina hjul med denna ekertensiometer och tycker att den fungerar relativt bra för att hitta rätt nivå på ekerspänningen i hjulet.

Enligt Jobst Brandt lider Wheelsmiths modell av ett cosinus-fel då det saknas ett kullagerstöd mellan mätekern och ekertensiometern i mätzonens mitt. Den kan heller inte nollas.

Park Tool

Park Tool har en enkel ekertensiometer TM-1 med en nonieskala. Till skillnad från alla andra ekertensiometrar, så är ekertensiometern från Park Tool både billig och lätt att få tag på i Sverige. Cyclecomponents har den i princip på lager för endast 675 kr (art nr PA065).

Den svenska generalagenten för Park Tool är Hallmans i Uppsala (art nr 788.TM.1), vars rekommenderade pris till slutkund är ca 999 kr. Notera att kalibreringstabellen för TM-1 finns som Adobe Acrobat fil här !

Enligt Jobst Brandt tillförs mätekern en extra stor sidokraft med Park Tools modell, som kompensation för nonieskalans låga upplösning. Dessutom lider även Park Tools modell av ett cosinus-fel, då det saknas ett kullagerstöd mellan mätekern och ekertensiometern i mätzonens mitt. Slutligen så kan den inte heller nollas.

© Niklas Ingvar-Nilsson September 2008

Åter till MTB-tipset
Niklas MTB-länkar