DuoGearBox
Un cambio innovativo per bicicletta
L'idea
Ho sempre pensato che l'attuale sistema di trasmissione a catena per le bici, sia da passeggio che ancor di più per le bici da competizione, fosse diventato obsoleto e che avesse bisogno di un nuovo sistema di trasmissione. Trattandosi di trasferire la forza dai pedali alla ruota posteriore, la catena o cinghia dentata è quella che in assoluto assorbe minore energia all'atto della trasmissione e quindi andava mantenuta.
L'elemento da innovare era il sistema di cambio rapporti costituito dal tradizionale pacco pignoni e deragliatore.
Questo sistema, presentato per la prima volta alla Fiera di Milano nel 1949, ha subito notevoli miglioramenti e sistemi efficaci di cambio rapporto ma non è mai stato risolto il problema dell'allineamento della catena tra la corona anteriore e i pignoni posteriori. Accade infatti che con un certo rapporto anteriore è sconsigliabile l'opposto pignone posteriore, poiché la catena deve lavorare in forte disallineamento. A causa di ciò la catena subisce forti e costanti sollecitazioni laterali; ciò impone la sua sostituzione nel tempo.
Nei sistemi dedicati alla competizione si può arrivare a dover montare ogni volta una nuova catena.
Inoltre è tutt'altro che inusuale che la catena esca dal pacco pignoni creando non pochi disagi per il malcapitato ciclista.
Dunque, come poter innovare il sistema di trasmissione e superare i limiti del sistema tradizionale basato sul pacco pignoni e il relativo deragliatore?
È possibile realizzare un cambio rapporti mantenendo la catena sostanzialmente allineata tra la corona anteriore e il pignone posteriore?
La sfida
Guidati dall'obiettivo finale di realizzare un cambio rapporti che mantenesse allineata la catena, era conseguenza imprescindibile che il movimento dovesse riguardare i singoli pignoni e non la catena la quale doveva scorrere al centro.
Ispirati da questa visione il progetto prende una precisa direzione ma subito emerge una serie di interrogativi.
Come realizzare una guida che costringesse la catena a scorrere sempre allineata?
E soprattutto con quale meccanismo scambiare i rapporti per intercettare la catena che scorre e resta allineata al centro?
Non era possibile traslare semplicemente il pacco pignoni perché avrebbe occupato troppo spazio di fianco alla ruota (almeno il doppio dello spessore dell'attuale pacco pignoni).
Anche se ci sono alcuni progetti che traslano il pacco pignoni, questi non hanno mai avuto applicazione pratica.
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L'intuizione
Le singole ruote dentate (pignoni) sono di diverso diametro e questo consente di creare una cassetta dove il pignone più piccolo "entra" nel pignone più grande. (vedi figura a fianco)
Per poter mantenere la catena al centro si sono realizzate due cassette contrapposte con diametri diversi degli ingranaggi contenuti le quali costringono la catena a scorrere allineata.
Per semplificare la descrizione qui si fa riferimento ad un cambio a 4 rapporti collocato sulla ruota posteriore. Un siffatto cambio a 4 rapporti conterrà il rapporto nr 1 e nr 3 sulla cassetta destra e il rapporto nr 2 e nr 4 sulla cassetta sinistra. Naturalmente il rapporto nr 1 avrà un numero di denti inferiore al rapporto nr 2 il quale avrà un numero di denti inferiore al rapporto nr 3. Il rapporto nr 4 è quello che avrà il numero maggiore di denti.
Per costringere la catena a scorrere al centro sono state predisposte due gabbie: una destra e una sinistra all'interno delle quali trovano alloggiamento gli ingranaggi.
Il progetto
Tutto risolto? Niente affatto!
L'idea e l'intuizione da sole non bastano, occorre mettersi all'opera e iniziare la progettazione.
Dunque restando nell'esempio precedente abbiamo due cassette di ingranaggi mentre la catena scorre al centro. Dei quattro ingranaggi che costituiscono il nostro cambio di esempio, uno sarà posizionato al centro e si collegherà con la catena mentre gli altri tre sono inattivi e trovano collocazione all'interno della rispettiva cassetta.
Il rapporto più piccolo di ogni cassetta lavora da solo mentre il rapporto più grande trascina con sé quello con minor numero di denti, ancorati al perno di rotazione.
È stato già descritto come un solo ingranaggio sarà posizionato al centro tra le due cassette mentre gli altri trovano la loro posizione inattiva all'interno della propria cassetta.
Un anello distanziatore avrà la funzione di spingere a riposo l'ingranaggio al centro mentre subentra l'ingranaggio della cassetta opposta.
Ma come determinare la spinta utilizzando la sola forza di rotazione del cambio?
Nella progettazione infatti si è perseguito l'obiettivo di non usare forze esterne o sottrarre forza alla pedalata per il movimento degli ingranaggi per rendere tale sistema adatto anche per bici da competizione. In questo ambito si sente maggiormente il bisogno di non disperdere la forza della pedalata che viene trasmessa in modo ottimale solo quando la catena scorre sostanzialmente allineata.
Qui la sfida era davvero importante e la soluzione è stata trovata applicando ad ogni ingranaggio tre "creste" ortogonali laterali concentriche e crescenti. Tre rotelle, posizionate opportunamente da un meccanismo a camme, completerà l'operazione di spinta dell'ingranaggio sfruttando la rotazione dello stesso cambio.
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Il brevetto
La domanda di brevetto è stata presentata in Italia il 2 febbraio 2022 ed accolta con il nr 102022000001736 dal titolo CAMBIO E SISTEMA DI TRASMISSIONE DI VEICOLO A PROPULSIONE UMANA O MISTA E BICICLETTA.
Successivamente è stata depositata anche una domanda di brevetto internazionale PCT n. PCT/IB2023/050876, pubblicata al n. WO2023/148630A1
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Con nessun’altra invenzione l’utile è così intimamente connesso con il dilettevole
come con la bicicletta. (Adam Opel)
La vita è come andare in bicicletta.
Per mantenere l’equilibrio devi muoverti. (Albert Einstein)
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Bologna - ITALY
L'avvocato Massimo Maccagnani si occupa di tutela della proprietà industriale ed intellettuale, al quale ha conferito il mandato Giuseppe Malavolta, inventore e titolare del brevetto.