Horquilla de acero cromomolibdeno.
La experiencia de conducir una bicicleta sería muy diferente sin la aportación de inventos como la cámara de aire y el neumático. La comodidad, en buena parte, reside en la capacidad de micro-amortiguaciones de las vibraciones que se generan en origen entre las imperfecciones del firme y la rueda: se suprime el ruido, se evitan los golpes y sacudidas y se reduce la fuerza de tracción. Sin embargo, hasta 1839 no se dispuso de un material suficientemente elástico para cumplir este requerimiento. La historia fue más o menos así.
El británico Charles Goodyear, personaje inquieto y gran aficionado a los experimentos científicos, llevaba seis años calentando en la cocina de su casa diferentes mezclas de caucho natural con todo tipo de productos. Su mujer harta del mal olor permanente que invadía su hogar, le obligó a abandonar definitivamente esta afición. Sin embargo, Goodyear no cesó en su perseverancia y, haciendo caso omiso a su mujer, continuó con sus experimentos a escondidas. Un día, cuando tenía una masa de caucho natural y azufre preparada, llegó de improviso su mujer y viéndose obligado a deshacerse del delatador pastiche, no se le ocurrió otra cosa que tirarlo a la estufa encendida y hacerse el despistado delante de su mujer. Al poco rato, descubrió una masa hinchada y expandida en el interior; era la goma vulcanizada, material maravilloso, súper elástico, resistentes al frío y al calor y a los productos químicos. La perseverancia y el riesgo que asumió fueron al final recompensados.
En 1845, el inglés Robert William Thompson, inventa la cámara de aire de goma vulcanizada. En 1869, el francés Trufanet inventa el neumático de goma maciza con diversos perfiles y gruesos. En 1888, Boyd Dunlop de Belfast, reinventa el neumático de aire, a base de una cámara de aire de goma vulcanizada recubierta de tela de vela de barco muy resistente y en años sucesivos se inventa el neumático reforzado con hilo de alambre (Charles Kingston Welch). Un año después el tubeless desmontable. Dover Etienne Michelin y los americanos probaron con éxito los neumáticos reforzados interiormente con pana.
De una forma, más o menos explícita, en los dibujos del Códice Atlántico de Leonardo da Vinci, se representan máquinas para usos diversos de obra civil, artilugios militares accionados en alguna parte por cadenas articuladas rudimentarias, pero no fue hasta 1829 cuando el francés André Galle construyó una cadena articulada y dentada llamada cadena «gallica»; no tuvo éxito para usarla en las bicis, sin embargo, si prosperó una modificación de ésta, la cadena de rodillo y eslabón corto, más estrecha, que estaba bañada en aceite para minimizar pérdidas de rozamiento.
Del diseño de triciclos, y tras el invento de James Starley del engranaje diferencial, se trabajó en una alternativa a la tracción de cadena, el cardan de Samuel Miller (1882). Algunas bicicletas lo montaban, pero lo único que aportaba era robustez y más fiabilidad mecánica a un precio desorbitado y no prosperó.
Algunos modelos de bicicletas ya incorporaban cambios de marcha rudimentarios a finales del s. XIX. En 1879, en algunas bicis se podía intercambiar el plato con el piñón de atrás a adelante y viceversa, o desmontando la rueda trasera que iba provista de dos piñones. No fue hasta 1932 cuando empezaron a aparecer soluciones de cambio de marcha «Campagnolo».
Hoy en día es una de las piezas más sofisticadas de una bici, forma parte de la transmisión, continua o de rueda libre, y en algunos modelos de freno trasero.
Nació de forma sencilla: un taco de madera atravesado por un eje de hierro. En las Micheaux, el eje se construía en bronce. En 1869, se incorporó en el buje el cojinete de tipo deslizante. Unos años después, en concreto, en 1887, el francés Jules Pierre Surray refino el invento incorporando bolas lubricadas y consiguió un mecanismo altamente eficiente, ya que la fricción quedó reducida al uno por mil. El invento tuvo una trascendencia enorme aplicándose además de a las bicicletas, a triciclos, carros, automóviles y motos.
La rueda libre es el dispositivo que permite transmitir la tracción del piñón a la rueda, pero que en las bajadas permite dejar de pedalear y que la rueda siga girando. Se inventó en 1867 colocándola en la Micheaux pero de forma externa, a modo de trinquete. En 1869, William Van Anden consigue el mecanismo de rueda libre en el interior del buje. En 1903 se logra poner buje de rueda libre con freno de marcha atrás incorporado. El mismo año se construye un buje de tres marchas, desde entonces este mecanismo, con pequeñas variantes, se ha mantenido más o menos igual hasta nuestros días, con una cifra de fabricación espectacular, en 1927, ocho millones de unidades y en 1975, 250 millones de unidades fabricadas.
Una bicicleta, en esencia, es tres cosas: un par de ruedas alineadas, una dirección y una propulsión muscular. Para armar las tres cosas es necesario: un soporte material, que es lo que denominamos cuadro o bastidor de la bicicleta, que debe responder a una determinada forma y proporciones ergonómicas además de construirse con un material resistente y ligero. Desde el punto de vista industrial debe ser fácil de trabajar (corte, soldadura, doblado) y, a poder ser, económico.
La manera más directa y sencilla de unir dos ruedas es a través de una doble barra a los ejes de las dos ruedas; evidentemente, ello no permite girar a la rueda delantera (celerífero), por tanto, esta barra debe colocarse sobre la rueda delantera y encajar en una horquilla. Esta idea es la que se convertirá en el cuadro cruzado, muy utilizado a lo largo de la historia de la bicicleta con pequeñas variantes; será el cuadro de draisianas, hobby-horses, michaulinas y velocípedos.
En el momento en el que se emplea la concepción de dos ruedas iguales y el puesto de conducción centrado de la bicicleta segura, resulta más conveniente el cuadro de diamante, que unido por el centro con una barra vertical se optimiza, aún más en lo que sería el cuadro más extendido entre las bicicletas: el trapezoidal o de doble triángulo.
En 1886, los hermanos alemanes Reinhard y Max Hannesmann inventan el procedimiento industrial del tubo laminar sin soldar, aumentando resistencia, ligereza y economía. El espesor del tubo era de 2,5 mm. En 1980, el tubo estándar era el Reinold 531 de 0,9 mm de espesor. Actualmente existen cuadros de carretera con tubo de 0,3 mm.
Los materiales más utilizados actualmente en la construcción de cuadros de bicicletas y, en orden cronológico son los siguientes:
Aleación de acero cromomoligdeno
Muy resistente, fácil de trabajar, robusto, flexible, de buena perdurabilidad y económico: unos 70 euros. Inconveniente: peso excesivo.
Aleación de aluminio
En 1986, se construyen los primeros cuadros de aleación de aluminio de la marca Gary-Fisher que rebajaron los 15 kg de un cuadro de acero a 7 kg. Se trata del aluminio de tipo 7075 (ergal), de resistencia a tracción de 540 MPa, límite elástico de 470 MPa y densidad 2,80 gr/cm3. La mayoría de los cuadros de las bicicletas se construyen con este material, sobre todo por el buen balance entre características mecánicas, ligereza, tecnología de soldadura, manejabilidad y precio. Un cuadro de bicicleta de aluminio tiene un coste de entre 150 a 400 €.
Aleación de titanio
En 1991 aparecieron los cuadros de titanio de la marca Yeti, material proveniente de la industria aeronáutica, de muy alta resistencia, similar al acero pero un 49% más ligero, 4,43 gr/cm3, pero de coste elevado. Hoy en día se utiliza en muchos componentes —incluso tornillería, discos de freno, piezas metálicas diversas— y que pueden mecanizarse como el acero por arranque de viruta. También permite el fresado químico, es maleable, dúctil, duro: 6 en la escala Mohr, muy resistente a tracción, 900 MPa. También se puede fundir, soldar y moldear; se suministra en aleaciones normalmente gr 5 (6Al, 4V) en forma de láminas delgadas, alambre, barras y tornillería. El precio aproximado es de 2.500 €/kg.
Fibra de carbono
En 1990, proveniente de otros campos como el aeroespacial, se introducen los materiales compuestos, el composite y la fibra de carbono, que es un material que se obtiene al superponer fibras finísimas y muy resistentes sobre un material matriz, normalmente una resina. El resultado es un compuesto de características mecánicas excepcionales, un 30% más rígido que el acero con solo una quinta parte de su peso, dotado de una rigidez especifica muy alta, buena estabilidad dimensional, tolerancia a las altas temperaturas, resistente a la corrosión y a la fatiga; pero con algunos inconvenientes, como problemas de fragilidad a los golpes, dificultad de encolado con otras piezas metálicas y un precio altísimo. Un cuadro de competición pesa aproximadamente unos 950 gr y cuesta alrededor de 2.000 o 3.000 €, debido sobre todo al proceso de fabricación complejo y a el coste de las resinas.
Se empezó a usar, primero, en ruedas de bicicleta de carretera y de competición. Induráin y Rominger consiguieron en 1991 grandes éxitos, sobre todo en pruebas contrarreloj, ya que con este material se pudo construir una rueda con perfil en ala aerodinámico dotado de cuatro radios tipo bastón. No podía utilizarse en etapas de montaña, por la excesiva rigidez del conjunto de la rueda, convirtiendo las bajadas en una experiencia muy peligrosa. Hoy en día se utiliza para la fabricación de cuadros de bicicleta de alta gama, tanto de carretera como de montaña.
La evolución de la bicicleta sigue vigente, hoy en día, siempre encaminada a aligerar su peso, lograr frenos más eficaces, mejor número de marchas y más fáciles de accionar, así como nuevos dispositivos de suspensión para hacer una conducción más confortable al ciclista.
Horquilla de acero cromomolibdeno.
Bicicleta de montaña con cuadro fabricado de aluminio.
Cuadro y componentes de fibra de carbono en bicicleta de carretera.
Detalle de racor de titanio encolado a tubo de fibra de carbono.
Buje de rueda delantera de fibra de carbono.
Diversos manillares de fibra de carbono.