Focus Tecnico: La morte del deragliatore

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Shimano Trasmissione Integrata

Shimano Trasmissione IntegrataIl colosso giapponese ha depositato negli Stati Uniti un brevetto che non lascia spazio a dubbi: sta sviluppando una nuova trasmissione integrata sia per MTB sia per la strada (https://patentimages.storage.googleapis.com/ac/c6/46/60b59fb9800461/US20190011037A1.pdf).

Spulciando tra le 43 pagine del documento pubblico si notano interessanti dettagli sul suo funzionamento oltre a particolari come un rivestimento inedito a basso attrito per ingranaggi e catene, dalle importantissime ricadute sul campo. Ha infatti il potenziale per ridurre in grande misura la resistenza in movimento, uno dei tanti lati negativi dell’attuale sistema di trasmissione, insieme all’esposizione del cambio posteriore, soprattutto per la mountain bike. Nel momento in cui questo brevetto si tradurrà in realtà – adattandosi alla stessa, come spesso capita – potrebbe rappresentare un cambiamento di passo potenzialmente enorme nella progettazione delle biciclette.

Trasmissione integrata Pinion
Spaccato della trasmissione integrata Pinion

Trasmissione integrata in pillole

Ma come funziona una trasmissione integrata? Quali sono i punti forti e quelli deboli? Semplificando le cose, tutti i componenti necessari al suo funzionamento sono alloggiati all’interno di una scatola completamente sigillata – e idealmente protetta da infiltrazioni di sporco e umidità – montata nel cuore del telaio, di solito nella zona occupata tradizionalmente dal movimento centrale. Il funzionamento delle varie soluzioni disponibili sul mercato, in cui primeggia Pinion (pinion.eu), è assimilabile: un sistema di ingranaggi cilindrici e mobili che forniscono da sei a 18 marce, con una gamma più ampia rispetto a un classico sistema di trasmissione basato su cambio posteriore ed eventuale deragliatore anteriore (sistemi da 1x a 3x).

Il vantaggio principale è l’affidabilità superiore unita all’usura ridotta. Infatti i componenti interni sono protetti dagli elementi esterni, prolungando in misura enorme il periodo tra un intervento di manutenzione – ordinaria e straordinaria – e l’altro. Mancano tutti quegli elementi attaccati esternamente al telaio della bici, riducendo se non eliminando i rischi di danni da cadute e contatti indesiderati con rocce, radici e fatidici ramoscelli che si incastrano tra cambio e raggi della ruota posteriore.

Zerode Taniwha
Zerode Taniwha, esempio di MTB full suspended con trasmissione integrata Pinion C1.12

Un altro punto a favore è la possibilità di cambiare a bici ferma, senza tirare un colpo di pedale, utile nelle ripartenze su salite ripide. Nell’utilizzo su MTB fa piacere trovare masse non sospese sul telaio, migliorando feeling e performance delle sospensioni.

Quali sono i punti deboli? Partiamo dall’attrito e dal peso elevato. Ingranaggi accoppiato tra loro infatti portano a un incremento della resistenza nel movimento rispetto al classico sistema a catena, pignoni, corona e deragliatori. Il peso aumenta notevolmente, arrivando anche a superare il mezzo chilo con facilità.

Effigear Gearbox
Esploso della trasmissione integrata Effigear

La mossa di Shimano

Da anni, una fetta non indifferente di appassionati, chiede a grande voce maggiori innovazioni nella trasmissione della bicicletta. Pinion e altri brand come Effigear (www.effigear.com) stanno lavorando per soddisfare questa domanda ma, come tutti quei marchi di nicchia e di piccole dimensioni che affollano e rendono più bello il mondo della bicicletta, non disporranno mai del budget in ricerca e sviluppo ma pure in marketing di una vera industria di settore. Figuriamoci il peso specifico nel settore dei primi equipaggiamenti…

Questo è forse il motivo principale per cui la mossa di Shimano è così importante, essendo l’indiscusso leader di mercato nella componentistica a 360° (trasmissioni, freni, ruote, appoggi, senza dimenticare calzature e accessori). Le risorse a disposizione sono enormi e sicuramente non investirebbe mai in qualcosa che non prenderà mai vita o che in ogni caso non possa portare a significativi vantaggi rispetto a una trasmissione tradizione in cui eccelle per tecnologie e performance.

È vero, non sono mancati i buchi nell’acqua come le corone Biopace e la trasmissione pneumatica Airlines, ma questa appare come tutta un’altra storia.

Shimano Trasmissione Integrata

Il brevetto: lati oscuri e no

Vediamo ora cosa si trova nel brevetto. A grandi linee una parte notevole parla di lubrificanti e rivestimenti usati sui componenti mobili della trasmissione integrata. Ma il lato più avvincente è come è fatta, anche se il linguaggio usato, già tecnico di suo, è molto vago se non criptico, come tutti i brevetti che si rispettino. Lo scopo è semplice: coprire tutti i potenziali risultati sul campo di un progetto, per evitare che un concorrente possa copiare il concetto e applicarlo con una minima ma significativa variazione.

Due sono gli aspetti evidenti: la trasmissione nasce per essere inserita nell’area del movimento centrale, con un fattore di forma assimilabile a un motore elettrico Steps; è pensata per essere un componente rimovibile, per la sostituzione e per la manutenzione.

Shimano Trasmissione Integrata

Riguardo al primo, analizzando nel dettaglio la parte inferiore dello chassis, i supporti per il montaggio sembrano proprio quelli di un motore Steps. Sull’asse sono vincolate le due classiche pedivelle, il cui movimento fa ruotare una corona montata internamente e che a sua volta guida il primo elemento di trasmissione – sembrerebbe un pacco pignoni – attraverso una catena. Questa cassetta, la prima di due, è simile a quella a sette velocità di Shimano, con design HyperGlide per i denti.

Il secondo elemento di trasmissione – come chiamato nel brevetto – è situato nella parte superiore ed è collegato al primo tramite un’altra catena. L’idea è che il primo si possa spostare in orizzontale per tenere la catena perfettamente dritta e ridurre così la resistenza e l’usura, aumentando al tempo stesso l’efficienza.

Shimano Trasmissione Integrata
Il doppio pacco pignoni interno

Lo spostamento della prima cassetta (in basso) avverrebbe – siamo sempre nel campo delle supposizioni – attraverso un meccanismo basato su “vite a ricircolo di sfere” (ball screw in inglese, maggiori dettagli qui: it.wikipedia.org/wiki/Vite_a_ricircolo_di_sfere), muovendosi lungo il mandrino su cui è montata, con la seconda cassetta (in alto) che rimarrebbe ferma. Non mancherebbe un guidacatena con funzioni anti deragliamento, consentendo qualsiasi cambiamento nella sua lunghezza nelle varie combinazioni d’ingranaggi.

Honda RN-01 G-Cross
La mitica Honda RN-01 G-Cross da downhill

Il richiamo alla trasmissione integrata del leggendario prototipo da discesa Honda RN-01 G-Cross è evidente. In questo caso il design era molto più semplice, con una semplice trasmissione 1x all’interno dello chassis integrato nel telaio: un cambio tradizionale che spostava la catena sugli ingranaggi della cassetta, mentre la corona singola scorreva lungo l’albero di trasmissione per mantenere la catena dritta.
La differenza nel brevetto Shimano è che la prima cassetta si sposta lateralmente, variando gli ingranaggi su entrambi i pacchi pignoni, con la catena sempre perfettamente in linea.

Shimano Trasmissione Integrata
Vista superiore delle due cassette

Aumenterebbe così il range di combinazioni disponibili mantenendo un sistema molto compatto, con un tendicatena altrettanto compatto essendo le dentature della coppia di pignoni molto simili. Il brevetto suggerisce tredici rapporti, con sei dei sette pignoni della prima cassetta (da 19 a 41d) usati ciascuno con due diversi sulla seconda (analogo sviluppo 19-21-25-29-33-37-41d). Le rapportature vanno da 0,46 a 2,16, con un range massimo del 470%, inferiore alle attuali soluzioni 1x12v Shimano 12v e SRAM, rispettivamente 510% e 500%.

La modalità di funzionamento sarebbe però ottimizzata tramite il controllo indicizzato elettronico, che opererebbe sul percorso di trasmissione di cassetta e meccanismo di guida. Sembrerebbe non mancare neppure un piccolo motore che spingerebbe o tirerebbe la cassetta lungo il suo asse, sulla falsariga di quanto già avviente nei mozzi Alfine Di2 con trasmissione integrata. A completare il tutto ci sarebbe un controllo remoto elettronico via cavo o addirittura wireless, anche se potrebbe essere semplicemente a cavo meccanico (poco probabile).

Shimano Trasmissione Integrata
La tabella con il range dei rapporti

Nelle pieghe del brevetto appare un’altra tecnologia rivoluzionaria applicata all’indicizzazione: la possibilità di variazione continua. Altrimenti noto come CVT, questo sistema di trasmissione assicura una cambiata continua che si può adattare al terreno e alla velocità del sistema biker/bicicletta (come nei mozzi Nuvinci). Peccato che Shimano non dica come questa tecnologia possa essere applicata nella sua nuova potenziale trasmissione integrata.

L’approccio Shimano è in ogni caso originale ma non troppo se rapportato alla soluzione Honda citata, ma si discosta da tutte quella attualmente sul mercato, basate su coppie di ingranaggi cilindrici che, seppur affidabili, sono pesanti e con attrito elevato tra le parti.

Shimano Trasmissione IntegrataApplicazioni e ricadute sul campo

Anche se l’immagine usata per illustrare l’applicazione del sistema brevettato usa una mountain bike, Shimano dichiara che può essere applicato indifferentemente a qualsiasi tipo di bicicletta. Pensate solo ai vantaggi aerodinamici per una da strada… Nel caso di una MTB biammortizzata serverebbe ovviamente un sistema di tendicatena, presumibilmente con un rinvio alto e in posizione avanzata sul telaio per consentire l’incremento della lunghezza della catena quando la sospensione posteriore si comprime.

Shimano Trasmissione Integrata
La catena dedicata

La trasmissione integrata si porta in dote i soliti svantaggi, resistenza e peso elevati. Il brevetto non fa riferimento al secondo, anche se si può addirittura ipotizzare un risparmio significativo. Per quanto riguarda la prima, Shimano ha lavorato soprattutto su un insieme di lubrificanti e rivestimenti speciali che lavorano a braccetto con la speciale catena. Il brevetto suggerisce che questa potrebbe presentare fori e superfici strutturate (nei perni e nelle piastre) per trattenere il lubrificante tramite la naturale tensione superficiale. Ovviamente qui è tutto più semplice, la catena non è esposta a sporco e umido, non accumulando sporcizia. Così rimarrebbe lubrificata in modo costante, riducendo notevolmente la resistenza.

Questa capacità di mantenere tutti gli elementi lubrificati – con un vano apposito per il fluido specifico – e la catena sempre dritta, sono i veri pilastri portanti nonché le chiavi per il successo di questo sistema di trasmissione integrata.

Cambio Ingrid Components RD-1
Cambio Ingrid Components RD-1, in fase di prototipo ma presto sul mercato

Se e quando apparirà sul mercato

Il concetto è veramente accattivante per tutti, per i potenziali benefici: ridurre le masse non sospese, con le delicate parti mobili protette e perfettamente lubrificate dentro un guscio sigillato.

C’è da dire che le attuali trasmissioni tradizionali sono realmente efficienti, almeno nella gamma medio/alta del mercato. Abbandonare in tutto e per tutto questa strada per seguire solo quella nuova rappresenterebbe un incredibilmente significativo cambio di rotta, con tutti gli annessi e connessi. Anche i produttori di bici dovrebbero ripensare completamente – o quasi – i propri telai, soprattutto per chi opera nel mondo off-road con le full suspended.

Se il cambiamento avverrà, non sarà rapido, una rivoluzione lenta ma, per certi versi, necessaria.

Cambiate alternative: 4 trasmissioni innovative

[immagini: Shimano, Ingrid Components, Effigear, Pinion, Zerode, Honda]

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