Un cable Bowden ( / ˈ b oʊ d ən / BOH -dən ) [1] es un tipo de cable flexible que se utiliza para transmitir fuerza mecánica o energía mediante el movimiento de un cable interior con respecto a una carcasa de cable exterior hueca. La carcasa es generalmente de construcción compuesta y consta de un revestimiento interior, una capa longitudinalmente incompresible, tal como una bobina helicoidal o una funda de alambre de acero, y una cubierta exterior protectora.
El movimiento lineal del cable interior se puede utilizar para transmitir fuerza de tracción, o fuerzas de tracción y de empuje. Muchos aviones ligeros utilizan un cable Bowden de empuje/tracción para el control del acelerador, y aquí es normal que el elemento interior sea un cable sólido, en lugar de un cable de varios hilos. Por lo general, se toman medidas para ajustar la tensión del cable usando un perno hueco en línea (a menudo llamado "ajustador de barril"), que alarga o acorta la carcasa del cable con respecto a un punto de anclaje fijo. Al alargar la carcasa (girando el ajustador del cilindro hacia afuera) se tensa el cable; acortar la carcasa (girar el ajustador del cilindro hacia adentro) afloja el cable.
El origen y la invención del cable Bowden están abiertos a algunas disputas, confusión y mitos. La invención del cable Bowden se ha atribuido popularmente a Sir Frank Bowden , antiguo propietario de Raleigh Bicycle Company , quien, alrededor de 1902, tenía fama de haber comenzado a sustituir las varillas rígidas utilizadas para los frenos por un cable enrollado flexible, pero no hay pruebas de ello. existe.
El mecanismo Bowden fue inventado por el irlandés Ernest Monnington Bowden (1860 al 3 de abril de 1904 [2] ) de 35 Bedford Place, Londres, WC [2] La primera patente se concedió en 1896 (patente inglesa 25.325 y patente estadounidense n.º 609.570). ), [3] y la invención se informó en el Automotor Journal de 1897, donde la dirección de Bowden era 9 Fopstone Rd, Earls Court. [4] No se sabe que los dos Bowden estén estrechamente relacionados. [5] El elemento principal de esto era un tubo flexible (hecho de alambre duro enrollado y fijado en cada extremo) que contenía un trozo de cable fino que podía deslizarse dentro del tubo, transmitiendo directamente movimientos de tracción, empuje o giro sobre el cable. de un extremo al otro sin necesidad de poleas ni uniones flexibles. El cable estaba especialmente diseñado para su uso junto con frenos de bicicleta. El freno Bowden se lanzó en medio de una oleada de entusiasmo en la prensa ciclista en 1896. Consistía en un estribo, tirado por un cable de una palanca montada en el manillar, con almohadillas de goma que actuaban contra la llanta de la rueda trasera. En esa época, las bicicletas eran de ruedas fijas (sin rueda libre ), y el frenado adicional se ofrecía mediante un freno de "émbolo" que presionaba el neumático delantero. El Bowden aún ofrecía potencia de frenado adicional y era lo suficientemente novedoso como para atraer a los ciclistas que despreciaban la disposición del émbolo, que era pesada y potencialmente dañina para el (caro) neumático. El problema para Bowden fue su incapacidad para desarrollar redes de distribución efectivas y el freno a menudo estaba instalado de manera incorrecta o inapropiada, lo que provocó que un buen número de quejas aparecieran en la prensa. Su aplicación más efectiva fue en aquellas máquinas equipadas con llantas de acero con patrón Westwood que ofrecían superficies de contacto planas para las pastillas de freno.
El potencial del cable Bowden y el freno asociado no se aprovecharía plenamente hasta que el piñón de rueda libre se convirtió en una característica estándar de las bicicletas, durante el período 1899-1901, y se le encontraron un número cada vez mayor de aplicaciones, como mecanismos de cambio de marcha. Es importante destacar que en 1903, Hendee desarrolló el acelerador con puño giratorio utilizando un cable similar para sus motocicletas "Indian" . Su ligereza y flexibilidad lo recomendaron para usos automotrices adicionales, como cables de transmisión de embrague y velocímetro.
Es reportado [ ¿por quién? ] que "el 12 de enero de 1900 EM Bowden concedió una licencia a The Raleigh Cycle Company de Nottingham ", cuyos directores eran Frank Bowden y Edward Harlow. Con esta firma se convirtieron en miembros de 'EM Bowden's Patent Syndicate Limited'. El sindicato incluía, entre otros, RH Lea & Graham I. Francis de Lea & Francis Ltd y William Riley de Riley Cycle Company. La empresa de Raleigh pronto ofreció el freno Bowden como accesorio y se apresuró a incorporar el cable en los cambios de marcha Sturmey-Archer montados en el manillar (en el que tenían un gran interés). Sin duda, esta es la razón por la que hoy en día a veces se confunden a E. Bowden y F. Bowden.
Los primeros cables Bowden, de la década de 1890 y primeros años del siglo XX, se caracterizaban por que el tubo exterior estaba enrollado con alambre redondo y descubierto. En los extremos suelen estar equipados con un collar de latón con la inscripción 'BOWDEN PATENT' (esta leyenda también está estampada en otros componentes del freno original). Las versiones más modernas tienen el tubo exterior enrollado con alambre de sección cuadrada. Desde C. En 1902 el cable se cubría habitualmente con una funda de tela impermeabilizada; A principios de la posguerra, este material fue sustituido por el plástico.
En los archivos del Museo Nacional del Motor existe un texto mecanografiado inédito, escrito por el hijo de uno de los empleados de Bowden que intenta reivindicar la invención del cable para su padre hasta el punto de sugerir que nunca se aplicó a las bicicletas antes de 1902. Aunque Esto se refuta fácilmente con referencia a 'Cycling' o a otras publicaciones ciclistas del Reino Unido entre 1896 y 1897, pero sirve para recordar los intentos realizados para reescribir la historia del ciclo a través de afirmaciones de prioridad. Archivos Nacionales Británicos [6] En esta narración, un freno de cable flexible para bicicletas fue "inventado" por separado por George Frederick Larkin, un experto ingeniero de automóviles y motocicletas, que patentó su diseño en 1902. Posteriormente fue contratado por EM Bowden y trabajó para él. hasta 1917 como Director General de Obras .
"George Larkin es conocido por su invención del freno de cable flexible para bicicletas, que fue patentado en 1902. La patente original para una invención similar conocida como 'mecanismo Bowden' fue concedida a Ernest Monnington Bowden en 1896. Al año siguiente, EM Bowden Patents Syndicate Ltd. se formó para comercializar el dispositivo, pero inicialmente el proyecto fue un fracaso porque todo lo que la empresa podía ofrecer era un mecanismo endeble capaz de transmitir una potencia comparativamente enorme. El mecanismo Bowden no se desarrolló en relación con un freno de bicicleta porque no existe. Hay registros de que el cable estuvo asociado con la industria ciclista hasta 1902, cuando se patentó el invento de George Larkin". [6]
"Durante el empleo de Larkin en Bassett Motor Syndicate, sus funciones incluían el montaje de automóviles y motocicletas, y una dificultad importante era el montaje de los sistemas de frenos que en aquel momento comprendían varillas de acero, que no se adaptaban fácilmente al contorno del chasis. diseñó un freno de cable flexible y se acercó a SJ Withers, agente de patentes, para patentar el diseño. Withers notó la similitud de la idea de Larkin con el mecanismo Bowden y le presentó al Bowden Syndicate, quien acordó fabricar y comercializar la invención con la condición de que. debería patentarse conjuntamente a nombre del inventor y de ellos mismos. En unos pocos meses, Larkin, que entonces tenía 23 años, fue contratado como director del departamento de motores del Sindicato de Patentes de EM Bowden, y fue nombrado director general de obras el 1 de mayo de 1904. [6]
La carcasa del cable Bowden estándar original consta de una hélice cerrada de alambre de acero redondo o cuadrado. Esto hace que una carcasa sea flexible pero hace que la longitud cambie a medida que la carcasa se flexiona. Debido a que en el interior de la curva las vueltas de una hélice cerrada no pueden acercarse más, la curvatura hace que las vueltas se separen en el exterior de la curva y, por lo tanto, en la línea central de la carcasa, también debe haber un aumento de longitud al aumentar la curvatura.
Para admitir cambios indexados, Shimano desarrolló un tipo de carcasa que no cambia de longitud cuando se flexiona. Esta carcasa tiene varios hilos de alambre que discurren en una hélice múltiple, con un paso lo suficientemente corto como para que todos los hilos compartan las curvaturas del cable, pero lo suficientemente largo como para que la flexibilidad de la carcasa se obtenga doblando los hilos individuales en lugar de torcerlos. Una consecuencia de un paso de devanado largo en una hélice de soporte es que se acerca al caso de cordones paralelos donde los alambres están unidos sólo por la cubierta de plástico. Las carcasas con una hélice larga no pueden soportar la alta compresión asociada con las altas tensiones del cable y, en caso de sobrecarga, tienden a fallar debido al pandeo de los hilos de la carcasa. Por este motivo, el soporte helicoidal para los cables de freno está enrollado de forma cerrada , mientras que las carcasas con una hélice más larga se utilizan para aplicaciones menos críticas. Los cables de soporte dispuestos longitudinalmente se utilizan en aplicaciones como el cambio de marchas de bicicletas . [7]
Un tercer tipo de carcasa consta de cilindros cortos, huecos, rígidos, de aluminio o fibra de carbono , deslizados sobre un revestimiento flexible. Los beneficios declarados sobre las carcasas de alambre de acero incluyen menos peso, curvas más cerradas y menos compresión bajo carga. [8] [9]
Los cables interiores para aplicaciones de empuje tienen un devanado adicional que corre en dirección opuesta al enrollamiento del alambre interior real. El viento puede ser como el de un resorte o un viento con una franja plana; estos se denominan envoltura de resorte y envoltura en espiral, respectivamente. [ cita necesaria ]
Algunas aplicaciones, como los aceleradores de cortadoras de césped , los estranguladores manuales de automóviles y algunos sistemas de cambio de bicicletas, requieren una capacidad de empuje significativa y, por lo tanto, utilizan un cable con un alambre interior sólido. [10] Estos cables suelen ser menos flexibles que los que tienen cables internos trenzados.
Un extremo del cable interior puede tener una pequeña pieza de metal con forma, conocida (por las terminaciones soldadas en forma de pera que se usan en algunos casos) como tetina (como se puede ver en la imagen del desenredador del freno trasero de BMX) que encaja en una palanca de cambios. o mecanismo de palanca de freno. El otro extremo suele estar sujeto (como se puede ver en la imagen del desviador trasero ) a la parte del freno o de la palanca de cambios que es necesario mover, o como es más común en los cables de control de motocicletas, equipado con otra tetina.
Tradicionalmente, en las bicicletas, los cables de la palanca de cambios se anclan en la palanca de cambios con una pequeña tetina cilíndrica, concéntrica con el cable. Sin embargo, las tetinas de freno de bicicleta varían entre bicicletas de montaña (MTB), con manillar recto, y bicicletas de carretera, con manillar abatible. Las bicicletas MTB utilizan una tetina en forma de barril (cilíndrica) para anclar el cable del freno en la palanca del freno, mientras que las bicicletas de carretera tienen una tetina en forma de pera. Algunos cables de freno de repuesto para bicicletas vienen con ambos estilos, uno en cada extremo. El extremo innecesario se corta y se desecha durante la instalación.
En aplicaciones de bicicletas, tanto para frenos como para cambios de marchas, la dimensión exterior de la tapa o férula que termina en una carcasa se selecciona para hacer un ajuste holgado dentro del extremo del ajustador de cilindro. De esta manera, el cañón se deslizará sobre la férula cuando se gire durante los ajustes. Si el casquillo se atascara en el extremo del cañón, el cable se torcería durante los intentos infructuosos de ajuste.
Los niples también están disponibles por separado del cable, para fines de reparación o construcción de cables personalizados. Se fijan al cable mediante soldadura . Cuando se requiere la libre rotación de los niples con respecto al eje del cable, el extremo del cable puede tener un acabado con una férula de latón o "trompeta" soldada al cable. La boquilla cilíndrica se ajustará deslizantemente sobre la férula de latón y, por lo tanto, podrá girar para garantizar la alineación de las boquillas en cada extremo del cable y evitar la torsión del cable interior. Aplicar calor al cable interior para soldar puede debilitar el acero y, aunque la soldadura blanda es menos fuerte que la soldadura de plata, se requiere una temperatura más baja para formar la unión y hay menos probabilidad de que el cable interior se dañe como resultado. La soldadura de plata puede requerir un tratamiento térmico adicional del cable para preservar su temperamento y evitar que se vuelva demasiado blando o quebradizo [ cita necesaria ]
También se encuentran disponibles niples que se sujetan al cable mediante un tornillo para fines de reparación de emergencia o cuando es necesario retirarlos para mantenimiento.
Se puede engarzar una pequeña férula , también llamada "engarzado" (que se ve en la imagen del desviador trasero) para evitar que los extremos del cable se deshilachen. [11]
Otros métodos para evitar que se deshilachen incluyen soldar suavemente o con plata los extremos de los cables o, idealmente, cortarlos rápidamente.
Si el cable interior es sólido, como en las aplicaciones de acelerador y estrangulador de automóviles y cortadoras de césped, es posible que simplemente tenga una curva en uno o ambos extremos para enganchar lo que empuja o tira.
Se pueden enroscar pequeños toros de goma , llamados donuts , en un tramo desnudo del cable interior para evitar que golpee el cuadro de la bicicleta y provoque traqueteos o abrasión. [12]
El cambio indexado de un desviador de bicicleta debe ser exacto. Una palanca de cambios típica de 7 velocidades cambia la longitud del cable en 2,9 mm (Shimano 2:1) o 4,5 mm (SRAM 1:1) para cada cambio, y cualquier error de longitud se acumula con el número de cambios. Para ello, la carcasa debe comportarse como si fuera un tubo macizo, por lo que tanto ella como sus terminales deben estar sin compresión. Actualmente, la carcasa sin compresión más utilizada para el cambio de marchas tiene alambres de acero espaciados longitudinalmente. Los extremos de corte plano de dicha carcasa están terminados herméticamente con tapas de extremo o casquillos, y las tapas de los extremos están dimensionadas para encajar en un accesorio en el marco o como un ajuste suelto en el extremo de un ajustador de barril.
Las carcasas de los frenos de bicicleta no necesitan tener tanta compresión, pero sí deben ser más resistentes, y los artículos que se venden actualmente para este propósito utilizan un cable de soporte en espiral de bobinado cerrado. Un extremo de una carcasa de freno está terminado herméticamente en una tapa de extremo o férula que encaja holgadamente dentro de un ajustador de cilindro, y el otro en cualquiera de una variedad de accesorios que incluyen tapas de extremo o piezas para efectuar un cambio de dirección suave. . En cualquier caso, en el punto por donde sale el cable para su fijación a los brazos de freno, se coloca una tetina. Dada la gran variedad de construcciones de cables que se ofrecen, es fácil que surja confusión sobre cuál es la mejor carcasa. En general, una vivienda vendida para un uso no debe destinarse a otro, y en cualquier caso se deben seguir los consejos del fabricante. En particular, para los frenos de bicicletas no deberían utilizarse carcasas reforzadas longitudinalmente, ya que son más débiles que las carcasas enrolladas en espiral.
Las carcasas para bicicletas se fabrican en dos diámetros principales; la mayoría de las veces se utiliza un diámetro de 4 mm para el cambio de marchas y 5 mm para los frenos. Tanto la carcasa de cambio como la de freno se fabrican en ambos tamaños. Sin embargo, se necesita cierto cuidado al cambiar los cables, ya que, por ejemplo, el extremo del ajustador de barril de 4 mm de una palanca de cambios existente probablemente esté hecho solo para ese tamaño de carcasa.
Aunque se pueden adquirir las piezas individuales para el montaje de cables, se encuentran disponibles cables confeccionados tanto para frenos como para cambios. Por lo general, constan de un cable interior dentro de una longitud de la carcasa y, según su propósito, con una o más tapas en los extremos. Sin embargo, debido a la amplia gama de accesorios utilizados, es probable que los capuchones de estos cables universales, aunque se adapten a muchas situaciones, no sirvan para todos los usos, como su nombre erróneamente indica. El acortamiento de las carcasas requiere el uso de una herramienta manual especial, diseñada para realizar un corte cuadrado sin cerrar la entrada del cable. Se utiliza la misma herramienta para cortar el cable de acero interno. Para evitar que los hilos del cable se desenreden durante la instalación, los fabricantes sueldan o engarzan los extremos.
Habitualmente las carcasas para cables se han fabricado únicamente en negro, aunque también se pueden encontrar algunas carcasas de colores.
Los cables Bowden pueden dejar de funcionar sin problemas, especialmente si entra agua o contaminantes en la carcasa. Los cables modernos revestidos y de acero inoxidable son menos propensos a estos problemas; Las carcasas sin revestimiento deben lubricarse con un aceite ligero para máquinas. En climas fríos, los mecanismos de cable Bowden son propensos a funcionar mal debido a la congelación del agua. Los cables también se desgastan con el uso durante mucho tiempo y pueden dañarse si se retuercen o se deshilachan. Una falla común ocurre en las bicicletas en el punto donde la carcasa ingresa al ajustador de barril; Los extremos sueltos de la carcasa tienden a deshilachar la carcasa, lo que hace que los ajustes sean inciertos. Es más probable que se deshilache debido a la fatiga si el cable pasa sobre una polea, que en las bicicletas suele tener un diámetro inferior al recomendado, [13] o cuando el cable se dobla repetidamente donde se une a la palanca de freno o la pinza. Un cable que pasa alrededor de una curva pronunciada tiende a surcar la funda interior del cable, lo que hace que entre en contacto con la carcasa exterior y se deshilache. Un cable deshilachado puede romperse repentinamente si se aplica mucha fuerza, por ejemplo durante una frenada de emergencia.
Las especificaciones de cables y carcasas rara vez proporcionan más detalles que las dimensiones y el propósito de los productos. La resistencia específica a la compresión o flexión nunca se cita, por lo que hay mucha evidencia y comentarios retóricos sobre el rendimiento y la durabilidad de los productos, pero poca ciencia disponible para el uso del consumidor. [ cita necesaria ] Una prueba de calidad particularmente severa para las carcasas se realiza en o cerca de la bisagra de una bicicleta plegable, donde se realiza una curva pronunciada repetidamente. El radio de curvatura de los cables en una bicicleta plegada puede ser tan bajo como 1,5 pulgadas (4 cm); por lo tanto, es aconsejable cambiar a la marcha con menor presión en el cable antes de plegarlo, para minimizar cualquier efecto adverso en las carcasas o los desviadores. [ cita necesaria ] Esta marcha suele ser la que tiene el número de índice más alto en la palanca de cambios.
Existe cierta controversia en torno a la existencia del fenómeno conocido como "estiramiento del cable". Los cables recién instalados pueden parecer alargados y requerir reajustes. Si bien en general se acepta que los cables internos en realidad se estiran muy poco, si es que se estiran, las carcasas y los revestimientos pueden comprimirse ligeramente y, en general, todas las piezas pueden "asentarse". Los conjuntos ligeros como los que se utilizan en las bicicletas son más susceptibles a este fenómeno. [ cita necesaria ]
Los estándares establecidos por los fabricantes de cables son que la relación entre diámetro de la polea y el cable debe ser de 72 para una larga vida útil, siendo 42 un mínimo absoluto. ... los frenos de bicicleta y los cables de cambio de marchas se enrollan alrededor de poleas y curvas con una relación de diámetro mucho menor que 42, y también fallan periódicamente, generalmente sin previo aviso.