Un cable Bowden ( / ˈb 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 en relación con una carcasa exterior hueca. La carcasa suele ser de construcción compuesta y consta de un revestimiento interior, una capa longitudinalmente incompresible, como un devanado 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 tanto de empuje como de tracción. Muchas aeronaves ligeras utilizan un cable Bowden de empuje/tracción para el control del acelerador, y en este caso es normal que el elemento interior sea un cable sólido, en lugar de un cable de múltiples hilos. Por lo general, se toman medidas para ajustar la tensión del cable utilizando un perno hueco en línea (a menudo llamado "ajustador de barril"), que alarga o acorta la carcasa del cable en relación con un punto de anclaje fijo. Al alargar la carcasa (girando el ajustador de barril hacia afuera) se tensa el cable; al acortarla (girando el ajustador de barril hacia adentro) se afloja el cable.
El origen y la invención del cable Bowden están abiertos a algunas controversias, confusiones y mitos. La invención del cable Bowden se ha atribuido popularmente a Sir Frank Bowden , antiguo propietario de la Raleigh Bicycle Company, quien, alrededor de 1902, tenía fama de haber comenzado a reemplazar las varillas rígidas utilizadas para los frenos por un cable enrollado flexible, pero no existe evidencia de esto.
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 fue otorgada en 1896 (Patente inglesa 25,325 y Patente estadounidense No. 609,570), [3] y la invención fue reportada en el Automotor Journal de 1897 donde la dirección de Bowden fue dada como 9 Fopstone Rd, Earls Court. [4] No se sabe que los dos Bowdens estén estrechamente relacionados. [5] El elemento principal de esto era un tubo flexible (hecho de alambre enrollado duro y fijado en cada extremo) que contenía una longitud de cable de alambre fino que podía deslizarse dentro del tubo, transmitiendo directamente movimientos de tracción, empuje o giro en el cable de alambre de un extremo al otro sin la necesidad de poleas o juntas flexibles. El cable estaba especialmente destinado a ser utilizado junto con frenos de bicicleta. El freno Bowden se lanzó en 1896 en medio de un aluvión de entusiasmo en la prensa ciclista. Consistía en un estribo, tirado por el cable de una palanca montada en el manillar, con pastillas de goma que actuaban contra la llanta de la rueda trasera. En esa época, las bicicletas eran de rueda fija (sin rueda libre ), y el frenado adicional lo ofrecía un freno de "émbolo" que presionaba sobre la rueda delantera. El Bowden ofrecía aún más potencia de frenado y era lo suficientemente novedoso como para atraer a los ciclistas que despreciaban el sistema de émbolo, que era pesado y potencialmente dañino para la (cara) rueda neumática. El problema para Bowden fue su incapacidad para desarrollar redes de distribución efectivas y el freno a menudo se instalaba de forma incorrecta o inadecuada, lo que dio lugar a un buen número de quejas en la prensa. Su aplicación más eficaz 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 materializaron plenamente hasta que el piñón libre se convirtió en una característica estándar de las bicicletas, durante el período 1899-1901, y se le encontraron cada vez más aplicaciones, como mecanismos de cambio de marchas. En 1903, Hendee desarrolló el acelerador con puño giratorio utilizando un cable similar para sus motocicletas "Indian" . Su ligereza y flexibilidad lo recomendaron para un uso posterior en la automoción, como cables de transmisión de embrague y velocímetro.
Se informa [¿ por quién? ] que "el 12 de enero de 1900 EM Bowden otorgó una licencia a The Raleigh Cycle Company de Nottingham ", cuyos directores eran Frank Bowden y Edward Harlow. En el momento de la firma, se convirtieron en miembros de 'EM Bowden's Patent Syndicate Limited'. El sindicato incluía, entre otros, a RH Lea & Graham I. Francis de Lea & Francis Ltd, y William Riley de la Riley Cycle Company. La empresa Raleigh pronto ofreció el freno Bowden como accesorio y se apresuró a incorporar el cable en los cambios de marchas Sturmey-Archer montados en el manillar (en los que tenían un interés importante). Sin duda, esta es la razón por la que a veces se confunden hoy en día E. Bowden y F. Bowden.
Los primeros cables Bowden, de la década de 1890 y los primeros años del siglo XX, se caracterizan por tener el tubo exterior enrollado a partir de alambre redondo y descubierto. En los extremos suelen estar provistos de 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 a partir de alambre de sección cuadrada. A partir de 1902 aproximadamente , el cable solía estar cubierto por una funda de tela impermeable; a principios del período de posguerra, esta se sustituyó por plástico.
Existe un texto mecanografiado inédito en los archivos del Museo Nacional del Motor, 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 haciendo referencia a 'Cycling' o a otra prensa ciclista del Reino Unido hasta 1896-97, sirve para recordar los intentos realizados para reescribir la historia de la bicicleta a través de reivindicaciones 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 hábil ingeniero de automóviles y motocicletas, que patentó su diseño en 1902. Posteriormente fue contratado por EM Bowden y trabajó para él hasta 1917 como Gerente 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 el 'mecanismo Bowden' fue otorgada a Ernest Monnington Bowden en 1896. El año siguiente, EM Bowden's 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 conexión con un freno de bicicleta, ya que no hay registro de que el cable haya estado asociado con la industria de la bicicleta hasta 1902, cuando se patentó la invención de George Larkin". [6]
"Durante su empleo en Bassett Motor Syndicate, sus funciones incluían el montaje de automóviles y motocicletas, y una de las principales dificultades era el montaje de los sistemas de frenos, que en aquel momento estaban compuestos por varillas de acero, que no se adaptaban fácilmente al contorno del chasis. Diseñó un freno de cable flexible y se puso en contacto con SJ Withers, agente de patentes, para que patentara el diseño. Withers se dio cuenta de la similitud de la idea de Larkin con el mecanismo Bowden y lo presentó al Bowden Syndicate, que aceptó fabricar y comercializar el invento con la condición de que se patentara conjuntamente a nombre del inventor y de ellos mismos. En 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 original y estándar del cable Bowden consiste en una espiral cerrada de alambre de acero redondo o cuadrado. Esto hace que la 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 espiras de una espiral cerrada no pueden acercarse más, la curvatura hace que las espiras 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 a medida que aumenta la curvatura.
Para soportar cambios indexados, Shimano desarrolló un tipo de carcasa que no cambia de longitud a medida que se flexiona. Esta carcasa tiene varias hebras de alambre que corren en una hélice múltiple, con un paso lo suficientemente corto como para que las curvas en el cable sean compartidas por todas las hebras, pero lo suficientemente largo como para que la flexibilidad de la carcasa se produzca doblando las hebras individuales en lugar de torciéndolas. Una consecuencia de un paso de bobinado largo en una hélice de soporte es que se aproxima al caso de las hebras paralelas donde los cables están unidos solo por la cubierta de plástico. Las carcasas con una hélice larga no pueden soportar la alta compresión que se asocia con altas tensiones del cable, y en caso de sobrecarga tienden a fallar por el pandeo de las hebras de la carcasa. Por esta razón, el soporte helicoidal para 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 consiste en cilindros cortos huecos de aluminio rígido o fibra de carbono que se deslizan sobre un revestimiento flexible. Entre las ventajas que se le atribuyen a la carcasa de alambre de acero se incluyen un menor peso, curvas más cerradas y una menor compresión bajo carga. [8] [9]
Los cables de acero internos para aplicaciones de empuje tienen un bobinado adicional que corre en dirección opuesta al bobinado del cable interno real. El bobinado puede ser como el de un resorte o un bobinado con una tira plana; estos se denominan bobinado de resorte y bobinado en espiral respectivamente. [ cita requerida ]
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 alambres interiores 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 boquilla (como se puede ver en la imagen del desenredador de freno trasero de BMX) que se ajusta a un mecanismo de palanca de cambios o de freno. El otro extremo a menudo se sujeta con una abrazadera (como se puede ver en la imagen del desviador trasero ) a la parte del freno o de la palanca de cambios que se necesita mover, o como es más común con los cables de control de motocicletas, se le coloca otra boquilla.
Tradicionalmente, en las bicicletas, los cables de cambio se anclan a la palanca de cambios con una boquilla cilíndrica pequeña, concéntrica con el cable. Sin embargo, las boquillas de freno de las bicicletas varían entre las bicicletas de montaña (MTB), con manillares rectos, y las bicicletas de carretera, con manillares bajos. Las bicicletas de montaña utilizan una boquilla en forma de barril (cilíndrica) para anclar el cable de freno a la palanca de freno, mientras que las bicicletas de carretera tienen una boquilla 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 al instalarlo.
En aplicaciones de bicicletas, tanto para frenos como para cambios de marchas, la dimensión exterior de la tapa o casquillo que remata una carcasa se selecciona para que encaje de forma holgada en el extremo del ajustador del cilindro. De esta forma, el cilindro se deslizará sobre el casquillo a medida que se gira durante los ajustes. Si el casquillo se atascara en el extremo del cilindro, 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 ajustan al cable mediante soldadura . Cuando se requiere la rotación libre de los niples, en relación con el eje del cable, el extremo del cable puede terminarse con una férula de latón o "trompeta" soldada al cable. El niple cilíndrico se ajustará de manera deslizante sobre la férula de latón y, por lo tanto, puede girar para garantizar la alineación de los niples en cada extremo del cable y evitar que se tuerza el cable interior. La aplicación de 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 probabilidades de que el cable interior se dañe como resultado. La soldadura de plata puede requerir un tratamiento térmico adicional del cable para preservar su temple a fin de evitar que se vuelva demasiado blando o demasiado quebradizo [ cita requerida ]
También se encuentran disponibles boquillas que se sujetan al cable por medio de un tornillo para fines de reparación de emergencia o cuando se requiere su extracción para realizar tareas de mantenimiento.
Se puede colocar una pequeña férula , también llamada "crimp" (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 por completo.
Si el cable interno 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 enhebrar pequeños toros de goma , llamados donuts , en un tramo desnudo del cable interior para evitar que golpee el cuadro de la bicicleta y cause ruidos o abrasión. [12]
El cambio indexado de un desviador de bicicleta debe ser exacto. Un cambio típico 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 sólido, por lo que tanto ella como sus piezas terminales deben ser sin compresión. Actualmente, la carcasa sin compresión más utilizada para el cambio de marchas tiene cables de acero espaciados longitudinalmente. Los extremos de corte plano de dicha carcasa están cerrados herméticamente con tapas o casquillos, y las tapas de los extremos están dimensionadas para encajar en un accesorio en el cuadro o como un ajuste suelto en el extremo de un ajustador de barril.
Las carcasas para frenos de bicicleta no necesitan ser tan resistentes a la compresión, pero sí más resistentes, y los artículos que se venden actualmente para este fin utilizan un alambre de soporte en espiral de bobina cerrada. Un extremo de la carcasa de freno está rematado de forma ajustada en una tapa o casquillo que se ajusta de forma suelta dentro de un ajustador de barril, y el otro en cualquiera de una variedad de accesorios que incluyen tapas o piezas para efectuar un cambio de dirección suave. En cualquier caso, en el punto donde emerge el cable para su fijación a los brazos del freno, se coloca una boquilla. En vista de la amplia gama de construcciones de cables que se ofrecen, es fácil que surja confusión en cuanto a la mejor carcasa. En general, una carcasa vendida para un fin no debe utilizarse para ningún otro y, en cualquier caso, se debe seguir el consejo del fabricante. En particular, no deben utilizarse carcasas reforzadas longitudinalmente para frenos de bicicleta, ya que son más débiles que las carcasas enrolladas en espiral.
Las fundas para bicicletas se fabrican en dos diámetros principales: el diámetro más común es de 4 mm para el cambio de marchas y el de 5 mm para los frenos. Tanto las fundas para el cambio como para los frenos se fabrican en ambos tamaños. Sin embargo, es necesario tener 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 fabricado solo para ese tamaño de funda.
Aunque se pueden adquirir las piezas individuales para el montaje de los cables, también se encuentran disponibles cables ya confeccionados para frenos y cambios. Estos suelen constar de un cable interior dentro de una longitud de carcasa y, según su finalidad, con una o más tapas en los extremos. Sin embargo, debido a la amplia gama de accesorios que se utilizan, es probable que estas tapas de cables universales, aunque se adapten a muchas situaciones, no se adapten a todos los fines, como su nombre implica erróneamente. El acortamiento de las carcasas requiere el uso de una herramienta manual especial, diseñada para realizar un corte recto sin cerrar la entrada del cable. La misma herramienta se utiliza para cortar el cable de acero interno. Para evitar que los cables del cable se desenreden durante la instalación, los fabricantes sueldan o engarzan los extremos.
Las carcasas para cables habitualmente se fabrican únicamente en color negro, aunque también se pueden encontrar algunas carcasas de colores.
Los cables Bowden pueden dejar de funcionar correctamente, 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 un tiempo prolongado y pueden dañarse al enroscarse o deshilacharse. Una falla común ocurre en las bicicletas en el punto donde la carcasa entra en un ajustador de barril; los extremos sueltos de la carcasa tienden a deshilachar la carcasa, lo que hace que los ajustes sean inciertos. El deshilachado debido a la fatiga es más probable si el cable pasa sobre una polea, que en las bicicletas a menudo tiene un diámetro inferior al recomendado, [13] o donde 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 provoca el contacto con la carcasa exterior y el deshilachado por fricción. Un cable deshilachado puede romperse repentinamente cuando se aplica una fuerza fuerte, por ejemplo, durante un frenado de emergencia.
Las especificaciones de los cables y las fundas rara vez dan más detalles que las dimensiones y el propósito de los productos. Nunca se cita la resistencia específica a la compresión o la flexión, por lo que hay mucha evidencia retórica y comentarios sobre el rendimiento y la durabilidad de los productos, pero poca ciencia disponible para el uso del consumidor. [ cita requerida ] Una prueba de calidad particularmente severa para las fundas se realiza en o cerca de la bisagra de una bicicleta plegable donde se realiza una curva cerrada 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 la presión de cable más baja antes de plegar, para minimizar cualquier efecto adverso en las fundas o los descarriladores. [ cita requerida ] 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, lo que requiere un reajuste. Si bien en general se acepta que los cables internos en realidad se estiran muy poco (o nada), las carcasas y los revestimientos pueden comprimirse ligeramente y todas las piezas pueden "asentarse" en general. Los conjuntos livianos, como los que se usan en las bicicletas, son más susceptibles a este fenómeno. [ cita requerida ]
Los estándares establecidos por los fabricantes de cables de acero son que la relación de diámetro de la polea/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 colocan alrededor de poleas y curvas con una relación de diámetro de mucho menos de 42, y también fallan periódicamente sin, por lo general, ninguna advertencia.