La cadena de bicicleta y otras transmisiones

La cadena de bicicleta y otras transmisiones

La cadena de rodillo libre inventada por Renold y conocida popularmente por cadena de bicicleta aún cuando actualmente tiene muchos otras aplicaciones como elemento de transmisión.

Hacia 1898 diversos fabricantes aplicaban el cardán en lugar de la cadena como la Dayton Special de The Davis Company, la Pierce de 1900 con cardán de George N. Pierce & Company o la Columbia Chainless Bicycle (en imagen) de Pope MFG Hartford Conn. que en la época se vendía por 125 $

Detalle de un cardán moderno de bicicleta.
Abajo, una moderna bicicleta de cardán de la prestigiosa empresa danesa Biomega

Imagen de la bicicleta plegable Bernds que ofrece la posibilidad de una transmisión silenciosa y duradera por correa de kevlar.

La transmisión de una fuerza a otro cuerpo forma parte de la apasionante historia del ingenio humano. De entre todos los inventos en este ámbito el de la bicicleta entre dos engranajes (plato y piñón) sin duda es uno de los más sensacionales por su simplicidad, eficiencia y aplicaciones. Pero, de la fuerza aplicada a los pedales al movimiento de la rueda trasera tractora se han empleado diversos mecanismos de transmisión. En los últimos años incluso se ha conseguido la tracción a las dos ruedas. En fin, aunque la imagen de la cadena metálica de bicicleta forme parte del imaginario colectivo respecto a este vehículo se inventaron otras transmisiones. El ingenio humano volcado sobre la bicicleta no ha sido nada despreciable. Hoy, las nuevas tecnologías y materiales nos redescubren nuevas posibilidades para el pedaleo.

Historia de las transmisiones

Aunque no se aplicara de forma amplia en la transmisión los chinos ya habían aplicado rudimentariamente la que hoy conocemos por unión tipo cardán. La historia de este mecanismo no es menos singular. Fue divulgado por el sabio italiano en el siglo XVI Girolamo Cardano (1501-1576) quien estudió el mecanismo de transmisión en los incensarios chinos. Sin embargo, el cardán (nombre en honor al sabio italiano) sería reinventado por el físico inglés Robert Hooke (1635-1703) quien para el movimiento de un helioscopio diseñó el empalme universal, tal como lo conocemos hoy en forma de cruz o formado por un eje que ensambla dos cazoletas dentadas. El empalme de sir Robert Hooke era idéntico en principio al empalme del cardán actual, aunque seguía el diseño de los cardanes chinos pero diferente en el uso, así que ninguno de los dos hombres puede ser acreditado con la invención de la transmisión tipo cardán como la conocemos.

Durante la revolución industrial impulsada por el motor de vapor y el motor de combustión interna, se tiró inicialmente de los empalmes universales pero no eran de velocidad constante y eran complejos de lubricar por lo que fallaban regularmente. Es en este momento, cuando las cadenas y correas de cuero tomaron auge dejando relegado el empalme cardán. Sin embargo, para aplicaciones menores se inventaron algunos mecanismos como los que se aplicaron en algunas bicicletas a partir de 1898. El mecanismo cerrado y robusto del cardán actual se debe a Clarence W. Spicer (1875-1939) quien recibió el encargo de diseñar un coche. Consciente del molesto ruido de las cadenas de transmisión inventó en 1903 el empalme universal tipo cardán con los cojinetes y sellado contra el polvo. Spicer comenzó la producción de su empalme en 1904, y más tarde se asoció con Charles Dana. La firma Dana Spicer, hoy Dana Corporation, es una de las compañías más grandes del mundo en el ámbito de los componentes para automóviles.

Ya hemos comentado que debemos a la evolución del motor de vapor que aflorara la necesidad de la transmisión y que las patentes y desarrollos fueran innumerables. La clave de la transmisión aplicada en la bicicleta es un invento obra del francés Guilmet y del británico Harry John Lawson en 1879 y que se implanta de serie en las bicicletas Rover de 1884 merced a la cadena de rodillo libre patentada por Hans Renold en 1880. Durante más de 100 años, la cadena de bicicleta ha sido todo un símbolo de libertad por su relativa livianez y de bajo precio.

La cadena de bicicleta, un invento singular

Hans Renold (1852-1943) tenía 21 años cuando dejó en 1873 su país natal Suiza para trasladarse a Manchester donde inventaría la cadena de transmisión de bicicleta con rodillo libre. En 1879, seis años después de llegar al Reino Unido compró una pequeña compañía que fabricaba cadenas con la cual inventó en 1880 la cadena con rodillo libre. La diferencia entre una cadena de rodillo y una cadena del rodillo libre es que el árbol o eje de la cadena de rodillo libre incluye una sección tubular adicional que rodea el eje del perno. El rodillo queda libre para rotar, y de esta manera se protege el eje contra el desgaste. James Starley incorporó una cadena de Renold en su bicicleta de 1884, la bicicleta se considera una estrella de este fabricante que construya bajo la marca Rover. La invención de Renold revolucionó no sólo la bicicleta sino toda clase de industrias, especialmente la industria de textil en Inglaterra, que era enorme. Renold amplió su negocio, y en 1925 compró a su mayor competidor. Actualmente, Renold tiene más de 3,000 empleados, e instalaciones en 22 países alrededor del mundo. La cadena de bicicleta es un elemento de transmisión no sólo para las bicicletas sino también para motos y otras aplicaciones industriales todavía. Un aspecto esencial es la conservación de la cadena y controlar su desgaste.

El cardán aplicado a la bicicleta (shaft-drive system)

Este sistema lleva la transmisión directa de los pedales a la rueda tractora trasera en lugar de hacerlo sobre la tradicional rueda dentada del piñón sino sobre un mecanismo de empalme tipo cardán. A principios de siglo hubo algunos intentos para aplicarlo. Más tarde, el fabricante de bicicletas de lujo americano Elgin Robin produjo entre 1936-38 un prototipo de bicicleta con cardán, décadas después que esta tecnología hubiera sido deshechada. Precisamente, la idea de la transmisión por cardán fue anterior al invento de la cadena y fueron populares en algunas de las primeras bicicletas. Sin embargo, su mecanismo era demasiado pesado y exigía que el cuadro fuera mayor, por lo que fueron reemplazadas por las bicicletas con cadena que eran más ligeras. Las nuevas aleaciones de materiales han permitido rescatar este tipo de transmisión que no mancha de grasa el vestuario y que engancha la ropa en la cadena. Para poder disponer de un buen desarrollo con varias marchas se equipan con un cambio interno en la rueda trasera. El eje de transmisión en cardán pesa menos de 2 kg (lógicamente algo más que un plato con cadena y además actúa sobre un cambio interno que es también más pesado que un externo). Sin embargo, es fuerte y duradero y no exige mucho mantenimiento (tan sólo bastan unas gotas de lubricante cada medio año para que no se oxide). Entre las ventajas estéticas está la de ser un sistema limpio ya que no precisa del engrase externo de la cadena y que otorga una singular figura a la bicicleta que además facilita ser transportada fácilmente sin riesgo alguno. Finalmente, se trata de un mecanismo extremadamente silencioso, que permite una gran rapidez en el cambio de marchas y que por ser de tipo interno permite seleccionar cualquier marcha estando la bicicleta completamente parada. La eficiencia en el pedaleo es del 99 % mientras que en la cadena oscila entre el 75 % y el 98 % cuando está perfectamente ajustada. En contra partida sólo puede montarse con cambios internos por lo que tiene una limitación en desarrollo. En el mejor de los casos, y pensando en precios convencionales, se monta con cambios de internos de 3 a 8 velocidades. Destacamos a dos fabricantes, uno europeo y otro americano. Estas bicicletas con cardán constituyen una elegante opción para la bicicleta urbana, pero también es cierto que rompen con los esquemas de cien años de evolución con la tradicional cadena de Renold.

La transmisión por correa (belt drive)

Para reducir el ruido y que la transmisión tenga el mínimo mantenimiento posible hace años que se aplicó la transmisión por correa a las motos (especialmente, en marcas de prestigio como Harley Davidson, que la usó por primera vez en 1908 pero que en 1992 la adoptó en todos los modelos). La experiencia adquirida en estos vehículos demuestra que se trata de un sistema de transmisión de alta eficacia, sin mantenimiento y silencioso, aunque limita algo la potencia del vehículo. En 1982, Bridgestone Cycle desarrolla la primera correa de transmisión dentada para bicicleta y a partir de este momento diversos fabricantes de bicicletas, primero en bicicletas estáticas y posteriormente en bicis convencionales han incorporado la transmisión por correa en algunos de sus modelos. El silencio y pulcritud del sistema, pero también su duración constituyen puntos fuertes insuperables. En este sistema tampoco la potencia es un aspecto limitante, por lo que todo son ventajas. La transmisión por correa trabaja esencialmente con cambios internos. La correa está fabricada en fibra de Kevlar lo que le confiere unas altas prestaciones en durabilidad y tensión. Existen algunos fabricantes que aportan kits para convertir una bicicleta convencional con cadena a transmisión por correa. La alineación de los elementos, en este caso es importante. El sistema se postula por su excelencia y por estar libre de grasa, fácil de limpiar y cómodo. Este tipo de transmisión es casi un estándar en las modernas bicicletas de fitness. Uno de los principales fabricantes es precisamente Hutchinson con su correa dentada toothet belt-drive. Hoy por hoy podríamos afirmar que le mejor sistema de transmisión que se puede montar en una bicicleta con la tecnología existente con el objetivo del mínimo mantenimiento y máximas prestaciones y facilidad de uso, seria la combinación del toothet belt-drive con un cambio interno Rohloff

Tracción en las 2x2 ruedas

Aunque en esta sección abordamos la bicicleta como vehículo de transporte urbano (CTB, city bike) realizaremos un cameo por el mundo de la bicicleta de montaña (MTB) y una tecnología aplicada excepcional que confiere tracción a las dos ruedas (2x2) y superar todo tipo de terrenos. No podemos dejar de mencionar que la MTB es un vehículo ideal para disfrutar de la naturaleza y someter la aventura hasta los límites que nuestra biología nos permita. Tampoco podemos obviar que el resurgir de la bicicleta en las últimas décadas del siglo XX debe mucho al mundo de la MTB que se ha convertido una de las mayores pasiones deportivas de los últimos tiempos.

Lo último para el ciclismo extremo es la MTB con tracción en las 2 ruedas. La bici 2x2 es una idea del americano Steve Christini nacida en 1994 que culmina con un desarrollo sensacional en el 2001. Actualmente, la Christini AWD es una bicicleta de montaña convencional, pero dotada de un ingenioso sistema de transmisiones que permite la tracción en las dos ruedas cuando se requiere. La rueda trasera de la Christini va equipada en su parte izquierda con un sistema de engranajes que un pequeño embrague desconecta o conecta según las necesidades del terreno. En este mecanismo básico de transmisión no le faltan los detalles geniales como una pequeña desmultiplicación entre las dos ruedas de forma que realmente la tracción delantera no actúa hasta el momento en que la rueda trasera comienza a perder tracción como sucede con el diferencial autoblocante de un coche de rally. De esta forma la tracción es mayor en la rueda que gira más lenta. Una auténtica obra de ingenieria! Lógicamente, aprovechar al máximo las posibilidades de este sistema de tracción requiere de un cierto aprendizaje.