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La simbiosi di deragliatore e trasmissione

Come possiamo migliorare l'ergonomia, le prestazioni del cambio e la durata di una bici? Questa è la domanda che ci siamo posti, di cui abbiamo discusso con i ciclisti del nostro team e siamo giunti alla conclusione che un grande potenziale di ottimizzazione risiede nella accessori - più specificamente nel sistema di cambio. I telai sono tecnicamente maturi ormai, negli ultimi anni ci sono stati enormi salti in avanti in materia di materiali, peso, rigidità, comfort e prestazioni. Ma quasi tutte le mountain bike sfruttano ancora il sistema di cambio con il deragliatore tradizionale. Questo principio esiste dal 1930 circa. Ci sono stati alcuni cambiamenti, essi sono sempre stati più una evoluzione, le vere rivoluzioni sono state scarse. Ancora oggi i ciclisti devono utilizzare fino a tre corone e 10 pignoni.

I benefici di deragliatore e trasmissione

Tuttavia, i deragliatori hanno indubbi vantaggi, che vorremmo continuare a costruire con il progetto 1.44 ². Questi vantaggi sono il peso molto basso e l'ampia gamma di rapporti disponibili. Catene ben manutentate offrono uno straordinario livello di efficienza ed i cambi possono essere gestiti rapidamente.
Un'alternativa ai cambi sono le trasmissioni. I vantaggi delle trasmissioni sono evidenti: la velocità di cambio è molto più veloce e più diretto che con i deragliatori, si può cambiare sia mentre si pedala che quando si è fermi, lo sforzo di manutenzione è ridotto e l'affidabilità è maggiore. Questo perché non esiste un deragliatore, che permette un facile montaggio del guida catena. La catena non può più saltare e si può prevenirne la rottura. Tuttavia, le trasmissioni che offre il mercato sono troppo pesanti per molti ciclisti, la loro efficienza è troppo bassa ed il suo utilizzo è limitato dal rapporto di marcia più bassa. C'è ancora molto potenziale di innovazione e di ulteriore sviluppo.

L'approccio

Come possiamo unire i vantaggi di entrambi i sistemi? Costruendo una soluzione ibrida in cui ogni parte elimina gli svantaggi dell'altra e ne aumenta i benefici. In primo luogo si pone la questione, quali caratteristiche di entrambi i sistemi funzionano meglio e per cosa possono essere utilizzate al meglio. Con questo tipo di ragionamento diventa subito chiaro che il deragliatore anteriore di un sistema di cambio è troppo lento ed impreciso - una rottura/caduta di una catena durante la gara può fare la differenza fra la vittoria o la sconfitta. Inoltre, la corona di grandi dimensioni può risultare fastidiosa quando si affrontano degli ostacoli. Un deragliatore sul cambio richiede uno spazio relativamente grande, che a sua volta si riflette in un più alto fattore Q. Un basso fattore Q (che è uno spazio ridotto di pedale), consente una pedalata più ergonomica. Pertanto l'obiettivo era che la bici potesse venire utilizzata con una sola corona.
Una trasmissione con più parti si traduce in un meccanismo più complesso, e quindi un peso più elevato. L'obiettivo è di costruire una trasmissione con il minor numero di ingranaggi possibile, solo quelli necessari. Negli ultimi anni si è consolidata la combinazione di tre ingranaggi che unisce una corona grande da 44 e una piccola da 22. Con

Questa combinazione il rapporto di cambio realizzato è del 200%. A tal fine, una cassetta è combinata con molti pignoni e piccoli ingranaggi. In questo modo si ottiene un rapporto di trasmissione piccolo per le salite, pur avendo la possibilità di fare pressione sui pedali durante la discesa.
Al fine di consentire al fattore Q di rimanere il più basso possibile, è un passo logico montare le marce nella parte posteriore. In questo modo abbiamo il massimo spazio disponibile sul movimento centrale per nuovi punti di articolazione dell'ammortizzatore posteriore, il montaggio del deragliatore non è quindi più necessario, possiamo ottenere il più basso fattore Q e abbiamo la struttura di base per un cambio da corsa con Ergonomia ottimizzata. Il cambio rimane nella parte posteriore. Così otteniamo il massimo rapporto di cambio, otteniamo leggerezza e rapida performance di cambo. Il mozzo in connessione con la cassetta a 10 velocità 11-36, garantisce un rapporto massimo di cambio del 674%. In confronto, un circuito con tre corone (44/32/22) e la stessa cassetta si ottiene un rapporto del 654%, un cambio doppio (42/28) solo del 490%.

Il nome: Project 1.44²

Il nostro mozzo cambio ha un totale di tre velocità: una marcia diretta 01:01, in cui il rapporto di cambio è solo il risultato del numero effettivo di denti di corona e cassetta. Con la corona da 32 mm, il mozzo può essere prevalentemente utilizzato in marcia diretta, senza perdita di efficienza. Inoltre, vi è un overdrive e una riduzione del rapporto di cambio, ciascuno dei quali ha un fattore di 1.44 (o 1 / 1,44). Esiste un metodo overdrive in cui la ruota viaggia 1.44 volte per ogni rivolutione al minuto, come la cassetta. Nel corso della riduzione di cambio la cassetta gira quasi 1.44 volte più veloce della ruota. Pertanto, è possibile calcolare il rapporto di trasmissione complessivo del mozzo: 1.4359 = 2,06 m². Il mozzo cambio ha una portata di rapporto di trasmissione del 206%. Quindi le portate di cambio sono basate su un classico cambio triplo. Il ciclista non ha quindi bisogno di familiarizzare con l'equipaggiamento.
In contrasto con le trasmissioni ad ingranaggi già note per mountain bike, il progetto 1.44² è basato su ingranaggi da gara, che combinano leggerezza con la massima efficienza. Con questo tipo di peso, siamo sullo stesso livello dello Shimano XT. Il target di peso per il mozzo: 630 grammi - questo peso include il mozzo posteriore, due corone e deragliatore anteriore. Complessivamente questo elemento offrirà il massimo delle prestazioni, anche sui circuiti più impegnativi.

Specs Projekt 1.442

Forcella: Gabel DT XRC 100
Ruota anteriore: DT Swiss XCR 1250
Ruota posteriore: Canyon 3-speed gear hub, DT Swiss XRC 300
Pedivella: THM Clavicula, Tune Triebtreter (32)
Cambio Posteriore: Shimano XTR 10-speed, Custom Shifter
Freni anteriori: Formula R1 Carbon
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Massima efficienza unita alla durata

Uno dei principali svantaggi di molti meccanismi di cambio è il loro basso tasso di rendimento. Un obiettivo importante del progetto è stato quindi raggiungere la massima efficienza. Il rendimento complessivo di un sistema di trasmissione dipende dalle prestazioni di catena e ingranaggi. Abbiamo dato un'occhiata da vicino a entrambi i sistemi e li abbiamo ottimizzati ciascuno per conto proprio. L'efficienza della catena diminuisce notevolmente quando si aumenta l'angolo di catena. In altre parole, quando si utilizza una corona più piccola con 22 denti l'angolo della catena, quando si collega alla marcia, è superiore a quella di una corona con 32 denti. Questo rende l'efficienza della catena fino all' 1% più basso. Usando la corona da 32 denti non offriamo solo estrema efficienza della catena, ma attraverso il braccio di leva prolungato riduciamo la forza di tensione sulla catena del 30% rispetto ad un corona da 22. Il risultato è una riduzione dei carichi su catena, ruote dentate e triangolo posteriore
Per massimizzare l'efficienza della trasmissione, abbiamo deciso di utilizzare il disegno planetario del cambio. Questo design unisce massima resistenza e alta efficienza con peso ridotto e un design compatto. Al fine di minimizzare l'attrito del cuscinetto nel cambio, abbiamo usato cuscinetti ad aghi ad alta resistenza, come luogo di raccolta per i quattro pianeti anzichè il cuscinetto di scorrimento frequentemente utilizzato. Per garantire che gli ingranaggi all'interno del mozzo siano costantemente ricoperti da una pellicola di olio, abbiamo progettato il mozzo in modo che l'intera trasmissione è costantemente lubrificata. L'olio ad bassa viscosità - che è l'olio relativamente sottile - è atomizzato di minuscole goccioline dal movimento degli ingranaggi più e più volte e può pertanto penetrare in tutti gli spazi e lubrificare l'intero mozzo.

Lo sperone d'ingranaggi assicura un basso attrito tra i denti. Ciò significa che i denti sono paralleli all'asse. Con questo disegno nessuna forza

Assiale è parsa sotto sforzo, in contrasto a una dentatura elicoidale, in cui gli ingranaggi sono su un piano inclinato rispetto all'asse. Così, le caratteristiche di design per sostenere le forze assiali possono essere eliminate. Perdite di efficienza dovute all'attrito attraverso le forze assiali possono essere eluse. Lo svantaggio teorico della minore scorrevolezza non è evidente alle basse velocità delle biciclette.

Per una lunga vita e maggiore durata nel tempo, abbiamo indurito i lati dei denti; dicendo questo, si intende lo strato esterno dei denti. Nel cosiddetto processo di indurimento, i singoli componenti vengono inseriti in un ambiente al carbonio ad alte temperature. In questo modo, il carbonio si diffonde sugli strati superiori. La superficie della composizione dell'acciaio viene cambiata e poi indurita attraverso specifici controlli della temperatura. Il risultato: una superficie resistente all'usura con grande forza nel nucleo, che è positivo per la capacità di carico dinamico, in quanto i denti mantengono la loro elasticità all'esterno.
Il progetto 1.44² offre una visione del futuro. Come possono essere realizzabili un efficiente cambio con i componenti più leggeri e una posizione di pedalata ergonomica? Guardando al futuro, è ipotizzabile che i telai verranno ottimizzati per cambi con una singola corona. Strutturalmente ciò creerebbe nuove opportunità di costruzione di telai più avanzati - dato che i progettisti avrebbero più libertà nella zona del movimento centrale. I tempi di spostamento del mozzo nel progetto 1.44 ² sono così corti che durante una gara non si ha più bisogno di pensare al sistema di cambio. Si può affrontare una discesa in modalità overdrive, pedalare in salita e poi passare rapidamente in posizione neutra o da scalata. Ora ci si può concentrare meglio sul terreno, soprattutto nelle gare tecniche off-road. Con il mozzo canbio da gara del progetto 1.44² mostriamo una delle evoluzioni che potrebbero avere i sistemi di cambio in futuro.

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