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Urban Mobility

Cambio bici: storia ed evoluzione del cambio della bici

Francesco Maggiorelli il 26/09/2022 in Urban Mobility

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Forse non tutti sapete che il primo a progettare il cambio di velocità per bicicletta non fu Campagnolo ma Enea Armeni. Dalla sua invenzione, ai giorni nostri in questo speciale ripercorriamo la storia del cambio della bicicletta

Navigando qua e là durante un pomeriggio estivo ci siamo imbattuti in una notizia che raccoglieva alcune invenzioni italiane degne di nota, fra cui spicca il cambio di velocità per biciclette ad opera di Enea Armeni di Piediluco (TR) con domanda di brevetto presentata il 3 aprile 1928. Molti appassionati di bici ricordano in realtà il vicentino Tullio Campagnolo come inventore del cambio “moderno”, ma Armeni lo ha preceduto di circa un paio di anni, dato che la prima richiesta di brevetto di Campagnolo è dell’8 febbraio 1930.

Enea Armeni aveva iniziato a lavorare il ferro nella bottega del padre, dove costruivano anche biciclette, ed è lì che gli è venuta l’idea del cambio di velocità, ma la sua storia lavorativa è poi proseguita in settori diversi da quello della produzione di biciclette, per cui è poi diventato molto più famoso il nome Campagnolo che invece per tutta la vita si è dedicato ai componenti per biciclette, perfezionandoli continuamente e dando vita a una ricchissima serie di innovazioni nel settore.

Cambio bici: storia ed evoluzione del cambio della bici — Da questo post Instagram di @will_ita abbiamo preso lo spunto per raccontare la storia del cambio della bicicletta

Il sistema di Enea Armeni

Il cambio di velocità di Enea Armeni prevedeva due trasmissioni complete di corona, catena e pignone, una sul lato destro, dove è ancora oggi su tutte le biciclette, e una sul lato sinistro, con dentature diverse e dunque rapporti diversi, uno adatto alla salita e l’altro alla pianura; una leva sul tubo obliquo del telaio faceva innestare le pedivelle su una o sull’altra trasmissione. Tutto sommato semplice e veloce nell’azionamento, senza necessità di scendere dalla bici o pedalare all’indietro come in molte delle prime soluzioni di altri inventori, magari un po’ complesso come numero di pezzi per via delle due trasmissioni.

Lo sgancio rapido di Campagnolo

La prima idea di Campagnolo è invece lo sgancio rapido, cioè la leva con perno eccentrico che permette di aprire a mano l’asse del mozzo con poco sforzo; che cosa ha a che fare questo con il cambio di rapporto? Fra le prime soluzioni per avere più rapporti, prima dell’invenzione di meccanismi che permettessero di cambiare rapporto in movimento, veniva utilizzato il mozzo posteriore flip-flop che aveva un pignone da un lato e uno dall’altro, per cui i ciclisti dovevano fermarsi, aprire i dadi a farfalla, capovolgere la ruota, stringere di nuovo il tutto e proseguire. Tullio Campagnolo ebbe l’idea dello sgancio rapido per rendere l’operazione più veloce e più facile, dopo che era rimasto bloccato per oltre due minuti sul Passo Croce d'Aune per aprire con le mani congelate i dadi a farfalla, congelati pure quelli. Si racconta che Tullio disse in quell’occasione in stretto dialetto vicentino: “Bisogna cambiar qualcossa de drio".

Il cambio Vittoria Margherita

I fratelli Nieddu inventarono il cambio Vittoria Margherita, sempre all’inizio degli anni ’30, con tre pignoni posteriori e una lunga leva incernierata sul tubo piantone/sella con un tendicatena sull’estremità inferiore: muovendo la leva e pedalando all’indietro era possibile spostare la catena su uno dei tre pignoni, addirittura a mano nella prima versione e poi con un meccanismo dedicato su modelli successivi. Questo cambio ebbe un discreto successo anche fra i professionisti e fu usato ad esempio da Bartali e da Binda, anche perché funzionava bene anche con il fango e, viste le strade su cui si correvano i primi Giri e Tour, non era cosa da poco.

Il cambio a bacchetta

Di nuovo da Campagnolo è arrivata la soluzione del cambio a bacchetta nel 1946; si chiamava Corsa e aveva due leve di comando (le bacchette appunto) sui foderi verticali, una per sganciare la ruota posteriore che poteva scorrere nei forcellini per tendere correttamente la catena, e una per spostare la catena sui pignoni che potevano essere al massimo quattro; anche su questo cambio, come sul Vittoria Margherita, era necessario pedalare all’indietro per effettuare la cambiata. Nel 1949 arrivò il modello con una sola bacchetta e cinque pignoni, battezzato poi Parigi-Roubaix dopo la vittoria di Fausto Coppi all’omonima gara nel 1950.

Le pulegge e il parallelogramma

Le trasmissioni con pignoni e catena comandata da un cambio posteriore a parallelogramma sono ancora oggi le più diffuse; questo tipo di cambio è uno dei componenti più importanti che ne consentono il funzionamento. Fra i primi a produrre dei cambi posteriori con puleggia, ma non ancora a parallelogramma, fu la francese Simplex, a quanto si racconta abbastanza efficace, ma un po’ duro da azionare, ma la grande rivoluzione fu nuovamente quella di Campagnolo che, con il modello Gran Sport, presentato come prototipo alla Fiera di Milano del 1949, introdusse nella versione definitiva del 1951 la molla di richiamo e un solo cavo di comando, creando così il vero e proprio antesignano dei cambi moderni che, pur con una notevole evoluzione nei materiali e nelle geometrie, sono tutto sommato basati sulla stessa idea.

I gruppi completi

Chi introdusse il concetto di gruppo completo? Campagnolo ovviamente! Nel 1958 arrivò sul mercato il gruppo completo Record, ovvero con tutti i componenti prodotti dalla stessa azienda (ma non ancora i freni, che ad oggi fanno invece parte dei gruppi completi), mentre fino a quel momento si era soliti utilizzare pezzi di più aziende per comporre la trasmissione. Comprendeva un po’ tutti i componenti della trasmissione, come la guarnitura, il movimento centrale, la catena, il cambio, i comandi cambio e anche qualche extra come il cannotto reggisella. Il vantaggio era quello di avere pezzi progettati per lavorare al meglio insieme con una maggiore efficacia di funzionamento.

S come Suntour, Shimano e SRAM

Importanti novità arrivarono fra gli anni ’60 e ’80 da tre aziende: un’innovazione fondamentale nella geometria del cambio arriva da Suntour nel 1964 con il cambio Gran Prix con conformazione a ginocchio o slant (“inclinato” in inglese), quella usata ancora oggi, mentre fino a quel momento il meccanismo a parallelogramma seguiva un movimento più lineare.

Shimano invece apportò una serie di migliorie racchiuse nelle sigle SIS del 1984 e STI del 1990. La prima, Shimano Index System, identifica l’indicizzazione, cioè gli scatti sul comando cambio per muovere la catena esattamente sui singoli rapporti, mentre prima il ciclista, con i comandi “a frizione”, doveva muovere la levetta con precisione perché la catena fosse allineata con il pignone scelto. La seconda, Shimano Total Integration, identificava varie soluzioni di integrazione dei componenti, ma in particolare i Dual Control, cioè i comandi cambio integrati nelle leve freno che permettevano di cambiare rapporto senza staccare le mani dal manubrio. SIS e STI furono introdotti sui gruppi da strada, prima sul Dura Ace top di gamma e a seguire gli altri.

SRAM creò invece i comandi rotanti GripShift nel 1987 per le bici da Triathlon, andavano infatti posizionati alle estremità delle prolunghe del manubrio su cui i triatleti appoggiavano le braccia per stare in posizione più aerodinamica, così da poter cambiare rapporto senza staccare le braccia dal manubrio.

La mountain bike

Sulle mountain bike successe qualcosa di simile alla bici da strada dal punto di vista della sequenza temporale delle innovazioni: ad esempio inizialmente si assemblavano le bici con componenti di differenti aziende, poi si passò ai gruppi completi. Con Shimano furono introdotte le suddette indicizzazione SIS e integrazione STI già viste sui gruppi da strada: i primi comandi cambio erano i così detti sopra-manubrio che caratterizzavano le mountain bike in modo inequivocabile e passarono anch’essi all’indicizzazione SIS dopo i primi modelli a frizione. Un passo successivo furono i RapidFire con le due levette, stavolta sotto-manubrio, da azionare col pollice sui primi modelli e poi anche con l’indice sull’evoluzione RapidFire Plus.

Non sono mancati altri protagonisti nel mondo delle trasmissioni per mtb, fra cui l’immancabile Campagnolo, con gruppi come Euclid, Centaur o Record OR, che restò però solo pochi anni nel mondo offroad: fra le novità più caratteristiche dell’azienda italiana c’era un comando cambio a manopola, battezzato Bullet, in cui tutta la manopola andava ruotata per cambiare rapporto.

L’americana SRAM fu più fortunata con i comandi rotanti GripShift che erano più corti e più funzionali dei Campagnolo: SRAM fra acquisizioni e brevetti anno dopo anno è diventata la principale concorrente di Shimano ad oggi nell’offroad e si è guadagnata un’ottima reputazione anche nel mondo delle bici da strada (al contrario di Campagnolo e Shimano è partita dai gruppi per mountain bike e poi è approdata alla strada nel 2006).

Anche Suntour produsse dei gruppi per mountain bike interessanti, con innovazioni come delle corone con dentature ridotte, ma come Campagnolo duro solo pochi anni nel settore offroad.

I cambi elettronici

Fra le più recenti innovazioni nel settore delle trasmissioni per biciclette ci sono quelle elettroniche e i protagonisti sono ormai principalmente SRAM, Shimano e Campagnolo, ma i primi nella storia a sviluppare un cambio elettronico sono stati Suntour con il BEAST (Browning Electronic AccuShift System) nel settore offroad nel 1990 e la francese Mavic, prima con lo Zap nel 1992 e poi con il Mektronic, già wireless, nel 1999, ma non ebbero grande fortuna per via di un’affidabilità non eccelsa.

Nel 2009 è la volta di Shimano con il Di2 (Digital Integrated Intelligence), introdotto come sempre sul Dura Ace da strada, un cambio elettronico cablato, seguita poi da Campagnolo nel 2011 con le versioni EPS (Electronic Power Shift) dei gruppi Record e Super Record, anche questo cablato, e infine SRAM nel 2015 con il gruppo RED eTap da strada che è stato in pratica il primo cambio wireless di grande diffusione, evolutosi poi in AXS (da leggere access) e implementato poco dopo anche sui modelli da mountain bike.

Non scordiamo infine FSA (Full Speed Ahead) che nel 2017 ha presentato il gruppo K-Force WE (Wireless Electronic) da strada, anche questo wireless , l’ultima ad arrivare quindi nel settore dei gruppi elettronici accanto ai protagonisti del mercato delle trasmissioni per bicicletta.

I cambi nel mozzo

I cambi interni al mozzo con ingranaggi epicicloidali sono stati sviluppati addirittura a partire dalla fine del XIX secolo e sono diventati abbastanza popolari negli anni ’30 del XX secolo. I primi ulteriori sviluppi sono arrivati fra gli anni ’80 e ’90 da aziende come Sturmey-Archer, Sachs (oggi SRAM) e Shimano con un sempre più ampio numero e gamma di rapporti fino ad arrivare ai mozzi Sachs e Rohloff da 12 e 14 velocità rispettivamente.

Nel 2007 NuVinci (diventata poi Enviolo, marchio che abbiamo trovato su più di una e-bike che abbiamo provato) ha introdotto un mozzo a variazione continua, quindi con un numero virtualmente infinito di rapporti. Spesso su questo tipo di trasmissioni è utilizzata una cinghia invece della catena perché lavora a secco, senza lubrificante, e mantiene il tutto più pulito. Inoltre, uno dei vantaggi principali di questa soluzione, è la possibilità di cambiare anche da fermo. La maggior parte dei sistemi interni al mozzo utilizza un singolo pignone, ma dei modelli come lo SRAM Dual Drive, il mozzo 1442 di Canyon e il sistema Brompton BWR (Brompton Wide Ratio) utilizzano un cambio e due o tre pignoni per ampliare ancora di più l’intervallo di rapporti ottenibili, soluzione utile su alcuni tipi di biciclette, come appunto le pieghevoli di Brompton.

I cambi gearbox e gli automatici

I cambi gearbox, parola inglese che identifica sostanzialmente la scatola del cambio come nelle auto o nelle moto, sono rari nel mondo delle bici, ma alcune aziende si sono specializzate in queste trasmissioni che garantiscono soprattutto cambiate anche da fermo e protezione da sporco e intemperie, ideale ad esempio per le mountain bike che vengono usate per lo più in fuoristrada.

È fondamentale prima di tutto citare una bicicletta che ha un forte legame col mondo motociclistico, la Honda RN01 G-Cross da Downhill, impiegata da un team ufficiale Honda solo per le competizioni dal 2004 al 2007 e mai entrata in commercio. Questa mountain bike utilizzò per prima un sistema simile a un gearbox (utilizzando comunque alcuni componenti delle trasmissioni classiche delle bici) su un telaio in alluminio e carbonio con forcella a steli rovesciati e ammortizzatore posteriore forniti da Showa e la squadra che corse su queste bici ottenne buoni risultati.

Pinion nel 2010 (nata da due ingegneri che lavoravano al Porsche Transmission Development Center a Weissach) ed Effigear nel 2011 hanno dato il via alle vere e proprie gearbox anche per le biciclette, e sono recenti le notizie delle versioni elettroniche e automatiche; Effigear insieme a Valeo ha presentato nel 2020 lo Smart eBike System, ovvero motore per e-bike con cambio elettronico automatico integrato e Pinion nel 2022 la Smart.Shift che sarà montata per la prima volta su una S-Pedelec Stromer ST7.

Nei nostri test abbiamo già avuto a che fare con altre trasmissioni automatiche, sulle bici Brinke e sulla GoCycle, in entrambi i casi con soluzioni basate su componenti Shimano Nexus Di2. La novità più recente in questo settore è il cambio per mountain bike Shimano XT Di2 2023 che è ora dotato di interessanti funzioni abbinate ai sistemi di pedalata assistita Shimano EP, battezzate Free Shift e Auto Shift. La prima permette di cambiare marcia anche senza pedalare, perché sarà il motore a far avanzare la catena (condizione necessaria per effettuare la cambiata) anche senza che il ciclista giri i pedali, mentre l’Auto Shift può effettuare cambi di rapporto predittivi in base alla velocità e alla cadenza.

Cavi metallici o impulsi elettrici? No, grazie

Un cenno va necessariamente fatto a due modelli che non utilizzano né un cavo metallico né dei fili o servomotori elettrici per essere azionati: uno è lo Shimano Airlines, un cambio degli anni ‘90 praticamente dedicato ai soli corridori di Downhill in mtb che funzionava ad aria compressa ed era quindi alimentato da bombolette che rifornivano il sistema di aria sufficiente ad effettuare circa 400 cambiate.

Un altro modello, in questo caso ancora in commercio e presentato nel 2018, è il Rotor 1x13, sia in versione per bici da strada che per mtb, con funzionamento idraulico, come i freni a disco, in pratica il fluido nei condotti idraulici spinge il cambio nella direzione scelta per cambiare rapporto.