ES2249988B1 - Equipo completo de transmision unilateral para pedaleo basculante con sistema de cambio de velocidades. - Google Patents

Abstract

Equipo completo de transmisión unilateral para pedaleo basculante con sistema de cambio de velocidades. Convierte el pedaleo batiente en movimiento rotativo sobre la rueda motriz mediante una transmisión unilateral (no simétrica) para la tracción. Para ello utiliza unos trinquetes basculantes (actuando sobre los eslabones de la cadena) para tiro y empuje alternante (1) y un mecanismo para el basculamiento de bielas ubicado en el eje pedalier (2), incorpora asimismo un dispositivo que efectúa, mediante la modificación del radio eficaz de tiro en el eje de las bielas batientes (3), la variación de la relación de transmisión (cambio de velocidad) (4). Resuelve la ambilateralidad de la transmisión en los aparatos de pedaleo batiente, permitiendo la incorporación sencilla de un nuevo sistema de cambio de velocidades más progresivo y lineal. Puede aplicarse, sin modificar las estructuras usuales en el mercado, sobre todos los vehículos a pedales.

Description

Equipo completo de transmisión unilateral para pedaleo basculante con sistema de cambio de velocidades.

Sector de la técnica

La invención se encuadra en el sector técnico de vehículos de locomoción a pedales y en particular a su sistema de tracción.

Estado de la técnica

Existen muchas técnicas y procedimientos mecánicos que permiten el pedaleo oscilante. Su escasa implantación ha sido debida, básicamente, a cierta relativa complejidad con respecto al sistema estándar de piñón-cadena-corona. Por otra parte, estos sistemas resultan generalmente antiestéticos, lo que dificulta su comercialización al apartarse de las líneas de desarrollo y diseño de las bicicletas convenciona-
les.

Si bien está suficientemente demostrado que el pedaleo oscilante transmite mejor la fuerza motriz al adaptarse mucho más adecuadamente a los movimientos naturales del hombre, las soluciones mecánicas han padecido hasta la fecha de la referida complejidad al basarse, prácticamente en todos los casos, en la simetría de los mecanismos (ambilateralidad) que, de hecho, se pueden considerar como una doble transmisión, implicando modificaciones estructurales poco adecuadas, tanto en cuanto a una complejidad innecesaria como a una distorsión de la idea básica de la propia bicicleta que, intrínsecamente, es un mecanismo simple.

En los documentos de patente ES2130932, FR0113201 y DE4226432 se ve claramente la ambilateralidad citada.

En cuanto al modo de invertir el movimiento para el pedaleo batiente utilizando para ello el eje unión de las bielas (eje pedalier), cabe citar los documentos de patente ES1055410, GB2086320 y DE20218601, donde se utilizan piñones, completos o truncados, para dicha inversión de movimiento.

La reiterada ambilateralidad, atacando por duplicado a la rueda motriz, implica que los mecanismos de cambio de marcha han de ser asimismo duplicados, esto resulta imposible en muchos casos o realmente complejo en otros. Se citan sobre este tema en conjunción con los anteriores los documentos de patente FR2562024 y US5335927.

Asimismo, los nuevos modelos de bicicleta: de montaña, recumbentes (recostados), etc. hacen necesarias nuevas técnicas de transmisión (variando la fuerza aplicada) así como de una nueva forma de pedaleo, más natural, y, en caso de ser posible, descansada. Todo ello debería poderse implementar en un mecanismo esencialmente simple, que, siguiendo las tendencias actuales en cuanto a disminución de peso de los componentes de la bicicleta, mantenga su estética y fiabilidad, facilitando asimismo tanto su fabricación como su montaje, utilización y manteni-
miento.

Explicación de la invención

La presente invención se refiere a un nuevo dispositivo de tracción y cambio utilizando el pedaleo oscilante. Este nuevo sistema convierte el pedaleo batiente en movimiento rotativo sobre la rueda motriz mediante una transmisión unilateral (no simétrica) para la tracción y con un mecanismo para el basculamiento de bielas ubicado en el eje pedalier, incorporando un mecanismo que efectúa la variación de la relación de transmisión (cambio de velocidad) mediante la modificación del radio eficaz de tiro en el eje de las bielas batientes.

Se pasan a describir los elementos básicos que lo conforman:

Un primer grupo del sistema de transmisión compuesto de piñón libre en el eje de la rueda motriz y un segundo piñón loco, del mismo tamaño que el anterior, unidos ambos por una cadena de desarrollo paralelo que se mantiene tensada mediante el anclaje de los ejes de los piñones en la vaina (horquilla de soporte de la rueda de tracción).

Un sistema fijador compuesto por trinquetes basculantes que enclavan la cadena en su recorrido superior o inferior, alternativamente, según que una varilla rígida o tirador efectúe tiro o empuje sobre el sistema "cadena-piñones", provocando el desplazamiento de la cadena siempre en el mismo sentido. La varilla o tirador se conecta a una biela - que efectúa movimiento de vaivén - en un punto articulado que puede desplazarse en el sentido del radio de la misma, cambiando el radio eficaz y, consiguientemente, modificando y permitiendo el cambio de la relación de
transmisión.

Un cuerpo formado por dos semiejes pedalier alineados axialmente y comunicados mediante un sistema carente de piñones que permite la acción basculante.

Un mecanismo que varía, mediante mando por cable, la posición sobre la biela del punto articulado de aplicación del citado tirador. Este mecanismo se sitúa en el cuadro fijo de la máquina.

Este sistema representa las siguientes ventajas con respecto a los sistemas convencionales:

Ligereza y mejor mantenimiento, al economizar piezas de desgaste tales como poleas, cables, piñones, coronas, longitud de cadena y doble sistema de cambio independiente para coronas y piñones.

Posibilidad de mantenimiento del modelo estructural estándar de la bicicleta, permitiendo además, si se desease, el alargamiento de las bielas y el acercamiento al suelo del eje pedalier, bajando de este modo el centro de gravedad del vehículo al no ser necesario el giro de 360º de los pedales. Esta característica es especialmente deseable en los modelos "recumbentes" donde la larga cadena es sustituida por una simple varilla.

Simplicidad en el cambio que se convierte en lineal y progresivo, con elementos que no se encuentran en contacto continuo con la transmisión y solo actúan durante su maniobra, disminuyendo su desgaste y complejidad.

Mejora estética, ya que la sencillez de los elementos permite que el sistema no se aprecie como un elemento "extraño y aparatoso", mejorando claramente las capacidades de adaptabilidad a diferentes formas de cuadros y colocación de bielas y pedales.

Añadamos, por fin, a las ya referidas ventajas, aquellas que se refieren a la comodidad, eliminación del punto muerto del pedal y la aplicación más eficaz, correcta y natural del esfuerzo del usuario.

Para completar y ayudar a la descripción textual realizada, se pasa a una descripción de los dibujos que se acompañan y que representan preferentes formas de ejecución a título indicativo y no limitativo.

Descripción de los dibujos

Fig. 1, Fig. 2, Fig. 3, Fig. 4, Fig. 5 y Fig. 6: Representan un modelo del sistema fijador a trinquetes de la cadena.

Fig. 7, Fig. 8, Fig. 9, Fig. 10, Fig. 11, Fig. 12 y Fig. 13: Representan un modelo del eje pedalier y movimiento de las bielas.

Fig. 14 y Fig. 15: Representan un modelo de biela con variación de radio eficaz de tiro.

Fig. 16, Fig. 17, Fig.18, Fig. 19 y Fig. 20: Representan un mecanismo de ataque para el cambio del radio de la biela y su forma de comando.

Fig. 21, Fig. 22, Fig. 24 y Fig. 25: Representan diversas posiciones del equipo y su variación de movimiento por cada batida de bielas.

Fig. 23: Muestra el equipo completo en sus partes esenciales.

Fig. 26, Fig. 27, Fig. 28, Fig. 29, Fig. 30 y Fig. 31: Representan varios modos de implantación del equipo sobre diversas máquinas.

La Fig. 1 contiene el despiece de los elementos que conforman el mecanismo de inversión de tiro a trinquetes.

En la Fig. 2 se observa en sección el movimiento a derecha del sistema. El trinquete superior A1 se encuentra levantado por efecto del tiro de la varilla que se une al eje A4. En un primer instante el eje A4 se desplaza por la ranura de la tapa A5 tensionando la ballestilla, muelle o fleje A3 que se encuentra aplicada cerca del eje del trinquete para permitir un basculado rápido de modo que el trinquete A1 se encaje entre 2 eslabones de la cadena. Este movimiento hace asimismo soltar del enganche al trinquete inferior A2 y liberarse de la cadena. Una vez basculado, el empuje continúa, el eje hace tope sobre las tapas A5 y la cadena es arrastrada por arriba mediante tiro.

En la Fig. 4 se representa el mecanismo sin la tapa frontal A5. El sistema ha basculado al empujar con la varilla, saliendo el trinquete superior A1 y enclavándose el inferior A2. Al continuar el movimiento la cadena es arrastrada en la misma dirección anterior, esta vez por abajo y mediante empuje.

Es de observar que el efecto de inversión del tiro debe producirse con rapidez por lo cual la ballestilla A3 actuará en cualquier posición de los trinquetes A1 y A2, a fin de insertarlos entre los eslabones ya que no necesariamente éstos se encontrarán alineados por la parte superior e inferior de la cadena.

Los piñones A6 están colocados para soportar la cadena por delante del punto de aplicación del tiro en el eje A4, tensándola, por ello, ligeramente hacia el interior, soportando así alternativamente el desplazamiento de la cadena en su parte de menor tensión, actuando de guía y evitando que la cadena se salga. En cada ciclo uno se mantiene fijo y el otro rueda. En el detalle esquemático de la Fig. 5 se muestran los elementos descritos.

La Fig. 6 es la sección E-E de la Fig. 3 donde se aprecia con detalle el pequeño desplazamiento del eje A4 sobre la tapa A5 para conseguir bascular los trinquetes.

La Fig. 7 representa una sección del despiece de los elementos que conforman el bloque del eje pedalier.

Las Fig. 8, Fig. 10 y Fig. 12 muestran el desplazamiento de las bielas y del eje pedalier así como sus posiciones central y extremas mediante alzado y perfil. La Fig. 13 es el detalle BD de la Fig. 10 que representa la posición central del eje.

La Fig. 11 representa una sección de los elementos
incluidos en el eje pedalier, en una posición de presión sobre la biela izquierda.

La Fig. 9 es el despiece de los elementos que conforman el eje pedalier.

Cada semieje B1 y B2 lleva un (o varios) acanalado helicoidal de relación paso-longitud para el ángulo de batida de las bielas deseado. Ambos semiejes son simétricos entre sí por un plano perpendicular al eje como se observa en el detalle BD. El tubo pared B5 del eje pedalier es atravesado por un tornillo B6 fijando la pieza B4 que hace de guía de B3. Cuando la biela correspondiente hace girar el semieje B1, éste arrastra la pieza B3 que se desplaza por el interior de B4, sin poder girar debido a los planos internos de B4, empujando al semieje B2 produciéndole un giro en sentido contrario al del semieje B1 y de igual amplitud. Del mismo modo, al girar B2 se produce un movimiento equivalente y de sentido contrario en B1.

Los muelles B7 ayudan al movimiento en ambos sentidos y minimizan el efecto que se produce en el "punto de inversión de tiro" del tirador a trinquetes de la cadena. Todo el grupo se encuentra soportado por rodamientos entre los semiejes B1 y B2 y el tubo del eje B5.

Este sistema es más robusto y simple que uno que use piñones pues éstos sólo usarían los dientes correspondientes a un determinado ángulo (aproximadamente 120º ó 1/3 de su desarrollo) al no rotar totalmente en la batida.

La Fig. 14 representa una perspectiva y una sección de la biela que contiene el sistema variador de radio para el cambio de velocidad cuyos elementos están representados en despiece en la Fig. 15.

Este sistema variador consta de un eje con ranuras helicoidales C1 por las que se desplaza girando, en la dirección del eje y por efecto dicho helicoide, la estrella C2 y el soporte C3 donde va anclada la varilla de tiro-empuje mediante el pasador C5. La estrella dentada C2 se mantiene fijada gracias a la presión regulable del fleje C4. El conjunto está alineado en el soporte biela C6 que lo posiciona sobre el eje pedalier.

La Fig. 16 y su despiece de la Fig. 17, representan la parte del sistema de cambio soportada en el cuadro del vehículo. Dos gomas D1, con cortes para formar lengüetas flexibles independientes, colocadas una frente a la otra, son encajadas y fijadas por su lateral sin cortes en la carcasa D4. Otra goma D2 gira sobre los ejes D5 y está sujeta, mediante un anclaje D3, al cable que viene desde la manilla para ser desplazada en sentido ascendente o descendente. La goma D2 contiene en sus laterales unos salientes que levantan las lengüetas de D1 alternativamente salvo un espacio en el que no levanta ninguna y constituye el "paso reposo" donde no hay contacto entre biela C y cambio D.

Si se activa el cambio, la goma D2 es desplazada y el "paso reposo" ya no queda frente a la estrella C2. Debido al giro de la biela C6 con respecto al mismo, ambos, cambio y biela, entran en contacto. La estrella C2 encontrará en su camino una lengüeta de D1 de dos modos posibles: atacándola de modo que pueda flexionarse y no producir efecto alguno o, en sentido contrario trabando porque la lengüeta hace tope sobre la carcasa D4 y vence la tensión efectuada por el fijador C5 produciendo el giro la estrella C2 que asciende o desciende por el eje C1. El proceso continúa repitiéndose en cada batida de pedal hasta que la
estrella se encuentre de nuevo frente al "paso reposo", quedando de ese modo sin contacto y en la posición seleccionada en el cambio.

Cada batida la estrella gira un ángulo de 360º/número de dientes. En el caso representado, con una estrella de 6 dientes y un helicoidal de 4 vueltas útiles, tendremos 24 posiciones distintas del soporte deslizante C4, es decir: 24 velocidades/posiciones posibles.

La Fig. 18 muestra un conjunto de biela y cambio interactuando en la posición de "paso reposo" mediante perspectiva y 3 secciones K, L y M. Se observa en la sección L cómo las dos gomas D1 están en reposo porque la goma central D2 se encuentra en la posición sin salientes que levanten las lengüetas. En las secciones K y M se observa cómo los salientes de la goma D2 levantan lengüetas de D1. La Fig. 19 muestra el giro de la estrella C2 cuando es contactada con una lengüeta de D1. La Fig. 20 muestra el paso de la estrella C2 doblando una lengüeta de la goma D1 y por lo tanto no girando.

La transmisión y los elementos del cambio no se encuentran en contacto permanente sino que dicho contacto sólo se produce cuando el cambio está activado, disminuyendo así el número de piezas en movimiento y, por ende, logrando una mejora del rendimiento de la máquina y, en consecuencia, un menor desgaste de los elementos.

El paso de una velocidad a otra se efectúa progresivamente (una velocidad por batida), por lo que el esfuerzo requerido al usuario es de igual forma progresivo, evitándose así situaciones de sobreesfuerzo y posibles lesiones por este motivo.

En la Fig. 21, se representa el fijador a trinquetes de la cadena en una de sus posiciones extremas, cuando el soporte deslizante C3 se encuentra en el punto más alejado posible del eje pedalier (máximo radio). Después de la batida de las bielas (120º) el fijador a trinquetes de la cadena alcanza la posición extrema contraria (Fig. 22) habiéndose desplazado de la posición (a) hasta la posición (b). Con un piñón para la cadena de 11 dientes, eslabones de ½'' (12,7 mm.) y un radio eficaz en C3 de 12 cm., la distancia recorrida (a-b) será de aproximadamente 20 cm. por lo que, siendo el desarrollo de dicho piñón de 15 cm., a un giro de 360º (equivalente a 3 batidas de biela) le corresponderá un avance de 60 cm. (20 cm. x 3 batidas), es decir 4 vueltas (60/15) del piñón motriz, lo que nos da una relación de velocidad de 1:4.

Las Fig. 24 y Fig. 25 presentan el movimiento mínimo, es decir: cuando C3 se encuentra más cercano al eje pedalier (radio eficaz de 4,5 cm.), siendo la distancia (c-d) de aproximadamente 5 cm., correspondiéndole, por el mismo sistema de cálculo anterior, un avance de 15 cm., lo que nos daría una relación de velocidad de 1:1.

Este campo de variación de velocidad contiene el abanico usual de relaciones para vehículos de este tipo.

La Fig. 23 representa una perspectiva de todo el conjunto, habiéndose ocultado, para una mejor comprensión, el tubo del eje pedalier así como otros elementos no principales.

La Fig. 26 esquematiza la implantación del equipo descrito sobre una bicicleta del tipo "recumbente". En este caso la biela que contiene el variador de radio es también una de las bielas de pedal, al no necesitar cambiar el ángulo de tiro.

En la Fig. 27 se muestra un esquema también para "recumbente" donde la biela que contiene el variador de radio (cambio) se encuentra intermedia entre el eje pedalier y el sistema fijador a trinquetes de la cadena.

En la Fig. 28 el sistema está implantado en una bicicleta estándar y se corresponde con la realización preferente descrita en las Fig. 1 a Fig. 25.

En la Fig. 29 se encuentra otro esquema para bicicleta donde se modifica el cuadro bajando la posición del eje pedalier al aprovechar la característica de batida basculante y no completa. La biela de cambio y la del pedal coinciden, siendo la misma.

La Fig. 30 presenta otra implantación para vehículo tipo "patinete" y accionamiento del sistema fijador a trinquetes de la cadena mediante movimiento de "remo".

La Fig. 31 implanta un doble sistema fijador a trinquetes de la cadena para un vehículo de 4 ruedas (coche a pedales) de doble tracción.

Claims (4)

1. Equipo completo de transmisión unilateral para pedaleo basculante con sistema de cambio de velocidades, caracterizado por comprender un fijador del elemento lineal del arrastre (eslabones de cadena, cuñas de correa o similares) con trinquetes basculantes que arrastran o empujan dicho elemento, según el enclavamiento, para producir el movimiento rotativo en un solo sentido del elemento de giro libre y ligado a la rueda motriz. Dicho fijador a trinquetes va unido mediante un tirador a un batiente que produce el movimiento de arrastre y empuje.

2. Equipo completo de transmisión unilateral para pedaleo basculante con sistema de cambio de velocidades, de acuerdo con la reivindicación anterior, caracterizado por comprender una biela motriz, independiente o contenida en una de las bielas de pedal, que contiene un sistema para variar el radio del punto de aplicación del tirador y permitir variar la cantidad de desplazamiento lineal en dicho tirador dado un mismo ángulo de giro de dicha biela.

3. Equipo completo de transmisión unilateral para pedaleo basculante con sistema de cambio de velocidades, de acuerdo con las reivindicaciones anteriores, caracterizado por un sistema sujeto al cuadro fijo o estructura del móvil que, al activarse por contacto radial al pasar la biela, permite el ataque a una pieza móvil contenida en la biela y ligada al tirador para desplazarla en sentido radial posibilitando el mayor o menor desplazamiento lineal del dicho tirador al batir la biela y cambiando de este modo la relación de transmisión de movimiento entre la biela y la rueda motriz.

4. Equipo completo de transmisión unilateral para pedaleo basculante con sistema de cambio de velocidades, de acuerdo con las reivindicaciones anteriores, caracterizado por un sistema de 2 semiejes pedalier simétricos con respecto a un plano perpendicular a su eje de giro y que, sin piñones y mediante ranuras helicoidales, comunican, a través de un deslizador enclavado en dichas ranuras y que no gira, un movimiento de giro entre ellos de tal modo que el empuje de una biela sobre un semieje genera un giro simultáneo de igual magnitud angular y de sentido contrario en el otro semieje y en la biela contraria, de forma batiente y estando ambos semiejes axialmente alineados.