ES2369443B1 - Convertidor de movimiento lineal alterno (ida y vuelta) en circular unidireccional. - Google Patents

Abstract

Convertidor de un movimiento lineal alterno (ida y vuelta) en uno circular unidireccional, que consta básicamente de tres partes: dos engranajes emparejados, una doble barra dentada envolvente y un soporte-guía. La fuerza se aplica sobre la doble barra envolvente cuyos dientes internos hacen girar a ambos engranajes emparejados de forma sincronizada, continua y unidireccionalmente. Uno de los engranajes emparejados lleva solidaria y lateralmente otra rueda dentada para transmitir el movimiento circular obtenido mediante una cadena o correa allá donde se necesite.

Description

Convertidor de movimiento lineal alterno (ida y vuelta) en circular unidireccional.

Campo técnico de la invención

El objetivo de este invento consiste en conseguir un movimiento rotatorio a partir del movimiento recto de ida y vuelta con la trayectoria mostrada en la figura 1.

Este invento pertenece globalmente al conjunto de desarrollos mecánicos que transforman movimiento recto en movimiento circular o rotatorio. Si bien en esta invención se pretende que su principal aplicación sea propulsar carros, bicicletas o vehículos en general.

Comprende básicamente tres partes: dos engranajes emparejados, una pieza de empuje consistente en unas barras dentadas y envolventes, y un soporte-guía.

La fuerza se aplica sobre la pieza de empuje envolvente, cuyos dientes hacen girar a ambos engranajes de forma constante, sincronizada, y unidireccionalmente.

Uno de los engranajes emparejados (o los dos) llevará, solidaria y lateralmente unida, una rueda dentada encargada de transmitir, mediante una cadena o correa, la fuerza de tracción allá donde se necesite.

Estado de la técnica

Hasta hoy, la forma usada es el conocido método de biela-manivela.

Existen también diversas patentes que convierten movimientos rectos en circulares o curvos, pero mayormente para aplicaciones no orientadas a desplazamientos de carros u objetos pesados.

Descripción de la invención

A fin de conseguir un mecanismo que permita transformar dicho movimiento lineal alterno en un movimiento rotacional con un elevado rendimiento mecánico, la invención propone un sistema convertidor que consta básicamente de 3 partes:

a) unos engranajes emparejados, consistentes en dos ruedas dentadas con unos rodamientos en sus centros.

b) una pieza de empuje; consta de dos barras dentadas enfrentadas entre sí y unidas mediante arcos semicirculares por sus extremos; de manera que rodean externamente a ambos engranajes y realizan así la doble tracción (figuras 15, 16 y 17).

c) una estructura base; soporta los demás elementos y guía la pieza de empuje. Sobre ella pivota la pieza de empuje durante los cambio de dirección. En esta estructura también están las ramas de unión y sujeción a la máquina en la cual el convertidor vaya alojado (figuras 18, 19 y 20).

En la figura 2 se representan de forma simplificada para entender la idea.

Para darle la utilidad práctica se añadiría, solidariamente con una de las ruedas dentadas (o en ambas) otra rueda dentada para extraer de ella la tracción, es decir, que haga de transmisión, por ejemplo a través de una cadena o correa, (solo la represento en la figura 23, en las demás no, para simplificar dibujos y poner más énfasis en la idea principal).

Sobre la base o soporte-guía van montados los engranajes mediante sus rodamientos (figura 21); las barras de la pieza de empuje encajarían con estos engranajes, y también con el soporte-guía, de forma que queda sujeta, y solamente puede moverse dentro de la trayectoria mostrada en la figura 1.

La trayectoria del movimiento se compone de dos tramos rectos, una de ida y otra de vuelta, que tienen una pequeña inclinación respecto a la horizontal; +2,8125º la ida y -2,8 125º la vuelta (o viceversa), más un semicírculo en cada extremo (ver figura 1); de manera que en los extremos del recorrido se sigue una trayectoria curva, para enlazar el fin de la ida con el principio de la vuelta, y viceversa, (toda la trayectoria se realiza dentro de un mismo plano).

Esto no solo supone la eliminación de puntos de inercia nulos en los extremos, como ocurriría si los tramos de ida y de vuelta estuvieran dentro de la misma línea (misma inclinación y mismo plano), sino que además, al reconducir la trayectoria para cambiar de dirección, nos devuelve la fuerza o inercia del final de cada tramo recto para empezar el siguiente tramo recto; es decir, conserva la energía de la inercia en forma de fuerza centrífuga, en vez de desperdiciar esta energía si hubiera que parar para cambiar de dirección.

Las trayectorias rectas son para el empuje, y con ello se produce la tracción, y las curvas son 5 para el “cambio de dirección”.

Defino un punto llamado “centro del sistema” (CdS), que se sitúa en el punto central centro del recorrido y coincide con el cruce de las dos trayectorias rectas (ida y vuelta); es equidistante entre los centros de los engranajes emparejados.

La trayectoria global es simétrica horizontal y verticalmente respecto de este punto “CdS”, (ver figura 1).

El funcionamiento consiste en empujar la pieza de empuje, para que haga rotar los engranajes durante las partes rectas de la trayectoria (figura 2).

Según nos acercarnos a algún extremo llegamos al punto final del tramo recto, que es el principio del cambio de dirección (tramos curvados). Las figuras 3 hasta 14 muestran diversos momentos (ángulos) del cambio de dirección, desde los +2,8125º (figura 3) hasta los -2,8125º (figura 14). La línea discontinua con flechas de la figura 3 muestra el sentido de giro de la pieza de empuje.

Ya que el diseño y el recorrido o trayectoria son simétricos respecto del “CdS”, solo represento el cambio de dirección para un lado.

El control del cambio de dirección se realiza únicamente mediante la interacción de los dientes implicados. Los dientes de la pieza de empuje controlan a los dientes de los engranajes, de manera que el giro de los engranajes se adapta al giro de la pieza de empuje.

Durante el cambio de dirección, se frenan progresivamente (no repentinamente) los engranajes emparejados hasta parar e incluso invertir muy brevemente el sentido de giro de dichos engranajes emparejados, esto es necesario para poder sincronizar el acoplamiento entre los dientes de la pieza de empuje con los de las ruedas dentadas.

De esta manera, durante el cambio de dirección, no se transmite empuje (ni se produciría entonces tracción o motricidad); liberando así de tensión al mecanismo para que dicho cambio sea más suave, controlado y seguro. Es decir, normalmente solo habrá tracción y fuerza motriz durante las trayectorias rectas.

Voy a explicarlo asumiendo que el movimiento (trayectoria total) se realiza dentro de un plano vertical, por considerarlo más práctico (la gravedad favorece el cambio de dirección) y didácticamente comprensible; no obstante su funcionamiento en horizontal u otro plano no vertical sería posible, mediante pocas y sencillas variaciones.

Durante los tramos rectos podemos invertir la dirección, lo que haría que los engranajes emparejados girasen en sentido contrario, y dependiendo de cómo se implemente la transmisión, causarían tracción o no (similar al pedaleo de una bicicleta).

Pero durante la trayectoria curva del cambio, no es posible invertir la dirección, debido al diseño de los 3 últimos dientes que hay en los extremos de la barra de empuje (filas inferior y superior), que son diferentes a los del resto de la barra.

Debido a ello, y como lo lógico es que el cambio se haga con la fuerza de gravedad a favor, recomiendo su uso haciendo que las trayectorias rectas sean ascendentes y las de cambio, descendentes.

Puede existir la posibilidad de diseñar los dientes (su forma) de manera que el cambio de dirección bidireccional sea posible; no obstante, en mi diseño he preferido dar prioridad a la mayor seguridad y fiabilidad de funcionamiento haciendo que el cambio de dirección se haga de forma más óptima y segura, al aprovechar la gravedad (desde arriba hacia abajo), ya que implica menos tensión mecánica y menor gasto energético en su funcionamiento.

Respecto a las posibilidades de sujeción que unen al sistema convertidor con la máquina en la que va integrado, hay varias opciones que dan gran posibilidad de adaptación, ya que hay cuatro posibles puntos de sujeción en la vista frontal de la figura 18 y tres más por el otro lado de la estructura base (vista trasera en figura 19). De todas ellas quizás la más sencilla sea en el interior de los agujeros en donde se montan los rodamientos de las ruedas dentadas.

Mencionar también la posibilidad de obtener la motricidad a la misma vez desde dos puntos diferentes, (uno en cada engranaje emparejado) para dos aplicaciones diferentes, pudiendo ir estos sincronizadas sin que haya contacto entre ellos.

Breve descripción de las figuras

La figura 1 muestra la trayectoria del centro del sistema (CdS).

La figura 2 muestra de forma simplificada los componentes básicos del conversor.

Las figuras3a14 muestran una secuencia de posiciones durante el cambio de dirección.

La figura 15 muestra una vista frontal y otra superior de la barra de empuje.

La figura 16 muestra las vistas posterior, superior y de perfil de la barra de empuje.

La figura 17 muestra las vistas posterior, superior y un corte de perfil de la barra de empuje.

La figura 18 muestra una vista frontal de la estructura soporte-guía o base.

La figura 19 muestra una vista trasera de la estructura base con elementos de sujeción lateral e inferior.

La figura 20 muestra una vista lateral de la estructura base con elementos de sujeción lateral e inferior.

La figura 21 muestra el encaje entre piezas.

La figura 22 muestra una vista general de una bicicleta incorporando el conversor.

La figura 23 muestra unas vistas frontal y lateral de los medios para extraer el movimiento circular del conversor.

La figura 24 muestra unos pedales acoplables a la barra de empuje.

La figura 25 muestra el conversor en modo pareado para aplicaciones más pesadas.

Descripción de una forma de realización

Este artilugio mecánico conversor de movimiento está formado por los siguientes componentes:

a) Dos ruedas dentadas iguales (engranajes), en contacto entre sí mediante sus dientes o piñones de forma que encajan entre ellos (figura 2) durante todo el giro de 360º. Una o ambas ruedas dentadas deberá llevar unida solidariamente y adosada en un lado otra rueda dentada de igual o diferente diámetro (la llamaré rueda adyacente de transmisión) de la cual se extraerá la tracción por medio de una cadena o correa de transmisión, (similar al conjunto del carenado de una bicicletaoala polea-correa de un coche). El número de dientes de cada engranaje debe de ser múltiplo de 4.

b) Una estructura soporte y guía (la llamaré estructura soporte-guía; figuras 18, 19 y 20) que sujeta y mantiene las dos ruedas dentadas a la distancia requerida. También guía y sustenta a la pieza de empuje que se describe a continuación en “C”. Tiene cerca de sus extremos laterales dos protuberancias o prominencias para guiar y sujetar a la pieza de empuje, estas protuberancias son simétricas respecto del punto central o “CdS”. A sus bordes rectos exteriores

o lomos los llamo bordes de apoyo.

c) Una pieza de empuje (figuras 2, 15, 16 y 17). Formada por dos barras rectangulares rectas (pletinas), iguales y paralelas entre sí (las llamaré barras de empuje), unidas por sus extremos a otras dos barras rectangulares (pletinas) en forma de semicircunferencia (las llamaré barras de giro). Las dos barras de empuje tienen parte de su anchura dentada longitudinalmente y por su parte interna (con los dientes de cada barra de empuje mirándose entre sí). También tiene otras dos barras (las llamaré barras-carril), rectas, iguales y alineadas entre sí (con una pequeña separación o vano entre ellas), que a su vez son paralelas y equidistantes a las dos barras de empuje, y abarcan casi todo lo largo de la pieza de empuje. Estas dos barras-carril son rectangulares (pero preferiblemente con un lado redondeado) y van unidas a las barras de empuje y/o barras de giro mediante otras barras o placas auxiliares (las llamaré de unión) de manera que sobresalen lateralmente respecto de dichas barras de empuje (y/o giro). Estas barras-carril funcionan a modo de carril o guía pues se sustentan y topan con las dos protuberancias que hay en la estructura soporte-guía descrita en “B”. Las barras o placas de unión también tienen como función dar rigidez y robustez a la pieza de empuje. En la parte no dentada de cada barra de empuje hay uno u opcionalmente dos pequeños surcos sobresalientes (paralelos si son dos) moldeados a lo largo de toda la barra por su parte interior de manera que forman un canal o canil que encaja en los bordes externos rectos o lomos de la estructura soporte-guía (bordes de apoyo); igualmente, estos surcos prolongados sobre las barras de giro formarán el carril que encajará en los bordes externos curvos de la estructura soporte-guía Los llamaré carril de paralelismo. Esto implica que la separación entre los surcos del canal de paralelismo es teóricamente igual (prácticamente unas pocas décimas de milímetro superior) a la anchura de los bordes de la estructura soporteguía; y su anchura y altura sobresaliente dependerá de la robustez y fiabilidad con la que se quiera fabricar. La finalidad de dichos carriles de paralelismo es mantener el paralelismo y distancia entre los planos de la pieza de empuje y de la estructura soporte-guía en todo momento y en cualquier posición de la trayectoria, en cualquier orientación espacial del conversor, y contra cualquier peso o fuerza que intentara desequilibrar al conversor o a sus componentes, y para evitar la inclinación o caída lateral de la pieza de empuje.

Este conversor mecánico hace que un movimiento bidireccional alterno (ida y vuelta), siga una trayectoria igual o muy parecida a la de la figura 1, y a partir de esta se extraiga movimiento circular. La trayectoria de la figura 1 consiste en dos tramos rectos con diferentes inclinaciones, y estando sus extremos unidos por tramos semicirculares; esta trayectoria está contenida dentro de un mismo plano y es simétrica horizontal y verticalmente respecto de un mismo punto al que llamo “CdS” o centro del sistema (definido más adelante). Esta trayectoria de la figura 1 se produce en el punto “CdS”. No obstante, la trayectoria en otro punto diferente (cualquier punto de empuje a elegir discrecionalmente sobre la barra de empuje) tendría una trayectoria muy parecida peno no idéntica; si bien conservaría dos tramos rectos de igual longitud, los tramos de cambio de dirección serían ligeramente diferentes.

Los dientes de las barras de empuje están simétricamente enfrentados entre sí respecto de la línea que forman las barras-carril, (los de la barra superior apuntan hacia los de la barra inferior y viceversa). Esto es una condición para que el funcionamiento sea bidireccional.

Los tres últimos dientes de cada extremo de las barras de empuje tienen un diseño diferente a los demás (reducidos), para que el cambio de dirección sea posible, y su diseño individual los he hecho para el funcionamiento del conversor más óptimo y eficaz; es decir colocado en el plano vertical y con las trayectorias rectas ascendientes y las de cambio de dirección descendientes. Todos los demás dientes de las barras de empuje son iguales entre sí.

Los engranajes emparejados o ruedas dentadas -junto con la/s adyacentes para extraer la tracción -van montadas en la estructura soporte-guía por medio de rodamientos, para permitir su giro suave y libremente. A la parte de la estructura soporte-guía donde se encajan estos rodamientos las llamaré cilindros de ensamblaje; estos cilindros de ensamblaje pueden tener agujero interno o no, y ser lo largos que se quiera, (según como se quieran fabricar).

Defino el punto llamado “CdS” o Centro del Sistema como el punto equidistante entre los centros de los engranajes (mismo centro que los de los cilindros de ensamblaje) y situado sobre la recta que une dichos centros.

La pieza de empuje tendrá uno o varios sitios donde se le practiquen, a discreción, bien agujeros y/o bien protuberancias, para poder acoplar elementos de agarre (p.e. un pedal o un asa o empuñadura, ...); tales elementos de agarre tienen como función permitir la conexión o ensamblaje entre la pieza de empuje y el elemento que genere la fuerza

(p.e. un solenoide o actuador electromagnético). Estos puntos de acoplo se pueden implementar en las propias barras de empuje, de giro, y/o en las barras y placas auxiliares de unión, dándoles la forma o diseño apropiado y a discreción, pero siempre que se respete la estructura y elementos constructivos básicos y fundamentales, y no interrumpan el funcionamiento.

En la estructura soporte-guía se ensamblarían o articularían las ramas de unión y sujeción a la máquina o bastidor en la cual el conversor vaya alojado. Estas barras o ramas de sujeción pueden soldarse, o agarrarse con abrazaderas a los cilindros de ensamblaje, o embutirse por dentro o por fuera de los agujeros del cilindro de ensamblaje. Y otra forma de ensamblaje al bastidor sería soldada/s o atornillada/s en la partes superior e inferior que hay libre entre los engranajes; la figura 19 muestra sujeción por cilindro izquierdo y por superficie inter-discos inferior.

Considerando la estructura soporte-guía en posición dentro del plano vertical, las dos ruedas dentadas van a un lado de la estructura soporte-guía (con la rueda adyacente de transmisión colocada preferiblemente más alejada de la estructura soporte-guía), mientras que las barras-carril de la pieza de empuje van por el otro lado de la estructura soporte-guía.

Como norma general, para todo conversor cuyo funcionamiento requiera salir fuera del plano vertical (que se incline lateralmente), o cuando pesos o fuerzas externas al conversor tiendan a separar la pieza de empuje de la estructura soporte-guía, será necesario tener los dos surcos-carril de la pieza de empuje (carril de paralelismo) en todas las barras de empuje y de giro. Por ejemplo, un coche o una bicicleta los necesitan pues se inclinan en las curvas, además de las fuerzas de inercia producidas en las curvas al ir a cierta velocidad. También considero externo al propio conversor el peso del elemento que genere la fuerza de empuje, ya que no es propiamente una parte del conversor en sí, (pierna, solenoide, brazo mecánico, ...), como tampoco lo sería el elemento que recibiera la fuerza de giro transmitida.

Las barras canil varían en longitud y pueden ser dos o más de dos, dependiendo del desplazamiento horizontal (lineal) que queramos tener, que dependerá de lo largas que se diseñen las barras de empuje (añadiendo o restando dientes a las barras de empuje).

La anchura lineal de cada diente de las barras de empuje (dientes rectos) es igual a la anchura “angular” de cada diente de engranaje (diente curvo); entendiendo por anchura angular la longitud del arco que el diente curvo ocupa. La anchura angular del diente curvo o de engranaje es igual al producto del radio del engranaje por el ángulo (en radianes) que ocupa el diente (360º/64 dientes = 5,625º/diente = 0’098 1747 radianes/diente). En mis cálculos empleo grados sexagesimales. En mi diseño, para engranajes con 64 dientes y radio 8 cm, resulta que Anchura diente = ((“pi”/32) * 8 cm) = 0’7854 nim. Como curiosidad también diré que de haber elegido un radio de 6 cm y 48 dientes cada engranaje, la longitud de diente hubiera resultado ser la misma, 07854 mm (que coincide con un cuarto de pi).

Con una inclinación de la pieza de empuje elegida durante el tramo recto de la trayectoria (2,8125º, grados sexagesimales) igual a la mitad del ángulo que ocupa un diente (360º/64 dientes 5,625º/diente), y para una distancia entre centros de los engranajes determinada y concreta, se consigue que los dientes de las dos barras de empuje encajen perfectamente con los de las ruedas dentadas a la vez; de tal manera que los dientes de una barra de empuje encajan con los de una rueda, y los de la otra barra de empujé con los de la otra rueda (figura 2). Gracias a esto el empuje ejercido por la pieza de empuje se realiza a la misma vez por arriba y por debajo de manera que se reparte el esfuerzo por igual en ambas barras, superior e inferior (para una velocidad de empuje constante).

Existen dos factores críticos que hay que calcular, que son la distancia entre los ejes de los engranajes, y -la distancia entre barras de empuje (que son paralelas). Explico su forma de calcularlas a continuación. Dibujo un círculo de diámetro igual al engranaje que se quiera usar (simula el engranaje izquierdo). Trazo una línea recta tangente a este círculo en 92,8 125º, hacia la derecha del círculo. Se elige una distancia que sea múltiplo impar de medio diente y próxima al diámetro elegido del engranaje pero inferior a este. Por ejemplo en mi caso, para diámetro de engranaje 16 cm, y anchura de diente de 07854 mm, con el factor 19’S resulta que: 19’5 * 07854 mm 15*315 cm. Estos 15’315 cm medidos desde el punto tangente sobre la línea tangente hacia la derecha da un 2º punto (punto nº 2), y sobre este 2º punto trazamos una recta perpendicular hacia abajo (o sea de 92,8125º); el cruce de esta perpendicular con la horizontal que pasa por el centro del circulo define la ubicación del centro del engranaje derecho, con lo cual ya tenemos la posición y distancia entre centros de los engranajes, que en mi diseño resulta ser de 1 5’334 cm; el “CdS” está situado sobre esa horizontal y es equidistante a ambos centros. A su vez, la profundidad de los dientes de engranajes será la diferencia entre el diámetro de engranaje y la separación entre ellos, resultando 16-15’334 = 0’666 cm. De haber elegido el siguiente factor mayor a 19’ 5, o sea 40’ 5, los dientes de los engranajes apenas rozarían

o ni siquiera se tocarían, y de haber elegido el anterior, 18’5, los engranajes solaparían más por estar más cerca y necesitarían dientes más profundos y probablemente no sería práctico. Continúo para hallar la distancia entre las barras de empuje, haciendo otro circulo de igual diámetro que el primero (simula engranaje derecho) con su centro donde acabamos de hallar. Prolongo la recta de los 92,8125º hasta que alcance el borde inferior de este círculo derecho, ya en 272,8 125º respecto del centro de este (punto nº 3). La distancia desde este último punto de cruce nº 3 hasta el punto nº 2 es la que debe de haber entre las barras de empuje. Podemos trazar otra recta tangente a este último punto nº 3 hacía la izquierda. Ambas líneas tangentes simulan las caras o superficies internas de las barras (pletinas) de empuje, y son la base a partir de donde crecen los dientes de las barras de empuje, que penetran en los engranajes. La altura de estas barras (grosor) será en la dirección contraria a la de los dientes, y de magnitud según la robustez que se le quiera dar a la pieza (y forma discrecional según el fabricante quiera adaptar el agarre del elemento activo de empuje).

La inclinación de la pieza de empuje de 2,8125º (durante el tramo recto de la trayectoria) viene forzada por la contención de la barra-carril entre las dos protuberancias que hay en la estructura soporte-guía y por el tope que los dientes de las barras de empuje hacen con los propios engranajes. También como refuerzo y apoyo para mantener esta inclinación de 2,8 125º, se ha diseñado la estructura soporte-guía de manera que las barras de empuje se deslicen sobre los bordes de apoyo rectos de dicha estructura soporte-guía (aparte de que dichos bordes también valen para mantener el paralelismo descrito anteriormente al encajar en ellos el carril de paralelismo de la pieza de empuje). Esto quiere decir que los bordes de la estructura soporte-guía se dimensionan y diseñan teniendo en cuenta el valor de “distancia entre barras de empuje” hallado previamente, de manera que entre el borde de apoyo superior izquierdo y el inferior derecho será teóricamente igual a dicha distancia, y lo mismo entre borde inferior izquierdo con superior derecho.

Cada barra de giro de la pieza de empuje se va deslizando durante el cambio de dirección sobre el borde curvo de la estructura de soporte-gula de su mismo lado. Esto junto con el deslizamiento de los extremos de las barras-guía sobre las protuberancias del soporte-guía, definen y fuerzan la trayectoria curva del cambio de dirección, de manera que esta siempre sea el mismo semicírculo. Pero para ello es necesario que se produzca el correcto balanceo de la pieza de empuje, pues este debe de hacerse simétricamente respecto al “CdS”, y esto se puede conseguir de dos maneras. Una es mediante topes inferior y superior en forma de protuberancias o salientes en la estructura soporte-guía, colocados por encima y por debajo de la barra-carril y próximos al CdS y en la vertical de este, para contener a la barra-carril, de manera que la barra-carril no se pueda desplazar verticalmente en el punto CdS; pero por optimización del diseño es preferible la otra opción, si bien no son excluyentes. La otra opción es obligando a hacer el balanceo por contacto entre las barras de empuje con la estructura soporte-guía en su parte superior e inferior (colocado en plano vertical). Por simple razón de geometría, para no bloquear e interrumpir el balanceo de la pieza de empuje, se deben de eliminar las aristas que forman los bordes rectos de apoyo de la estructura soporte-guía redondeándolas (y así reducirlas), de manera que formen un arco que va desde los 87,1875º hasta los 92.8125º para la parte superior y desde los 267,1875º hasta los 272,8125º para la inferior; y con un radio lógicamente igual a la mitad de la distancia entre barras de empuje. Debido a que estos cálculos son teóricos y con precisión de micrómetros (aunque no es necesaria tanta), en la práctica habrá de tenerse en cuenta una pequeña holgura (reducción en elementos interiores y/o ampliación de elementos exteriores) para que puedan encajar, de la forma más precisa, que dependerá de la tecnología de fabricación, pero idealmente esta holgura sería de pocas décimas de milímetro (idealmente no más de 4 décimas de mm).

La separación de las protuberancias de apoyo que hay en la estructura de soporte-guía dependerá de lo largas que hagamos las barras-carril; y a su vez, el número de barras-carril y su longitud dependerá de lo largas que sean las barras de empuje (mayor o menor número de dientes en ellas). La anchura de las protuberancias será igual a la separación o vano entre las barras-carril, y diseñadas de forma que los extremos de la barra-carril se deslice sobre las caras laterales de las protuberancias durante el cambio de dirección, para lo cual los extremos de las barras-carril serán redondeadas. Lo que sobresalgan las protuberancias dependerá de lo robustas que queramos que sean. El diseño de las protuberancias de apoyo y el de las barras-carril son interdependientes y podemos modificar sus dimensiones dentro de lo razonable.

Los diseños expuestos son un ejemplo base, como tal admite diversas modificaciones o variaciones, por ejemplo para que el desplazamiento horizontal sea más largo o más corto, o el giro del cambio más amplio, o un diseño más ancho o más robusto, o remodelación de algunos o todos los dientes, cambio de dimensiones bien manteniendo la proporción o aumentando dientes en los engranajes, barras-carril más grandes, etcétera. No obstante, estas sencillas variaciones en ningún caso suponen una modificación o cambio de la idea que aquí se patenta, sino que tan solo supondrían derivaciones o adaptaciones del diseño base aquí expuesto.

Como es lógico en cualquier sistema similar (cigüeñal-biela, manivela, etc.) la fuerza de empuje debe de ejercerse dentro del mismo plano de la trayectoria. También observo que, al igual que en toda maquinaría donde se produce fricción entre metales, debe de usarse una película de aceite a modo de engrase.

Un diseño posible para realizar la construcción práctica que yo propongo es la ya mostrada en las figuras 15 hasta

20. En dichas figuras se demuestra un encaje de dientes perfectos y con gran precisión. Todos los dibujos referentes al diseño, si bien son prácticos, los he hecho orientados más para tener una mejor comprensión de la idea que al acabado final, por ser este ya evidente. El ensamblaje constructivo sería sencillo y sería asunto del proceso de fabricación; por ello y para poder hacer los dibujos más sencillos y centrarme en la idea fundamental, no lo he detallado y lo dejo como tarea menor para quien lo fabricase.

Según los cálculos realizados en mí diseño, las dimensiones son:

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Número de dientes en cada disco de los engranajes emparejados = 64.

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Diámetro de los engranajes emparejados = 16 cm.

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Longitud de cada diente de engranaje = 7’854 mm (5,625º para diámetro de 16 cm.).

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Longitud de cada diente de barra de empuje = 7’854 mm.

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Longitud del tramo de dientes (recto) de la barra de empuje = 07854 x 56 = 43’98 mm.

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Distancia entre centros de los engranajes emparejados = 15’334 cm.

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Profundidad de los dientes de los engranajes emparejados = 16 -15’334 = 0’666 cm.

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Profundidad (máxima posible) de los dientes de la pieza de empuje (excepto dientes de cambio) 20 0’666 cm.

Entre las posibles aplicaciones de este invento están:

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Desplazamiento de carros o transporte.

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Generación de energía, unido a un alternador o dinamo.

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Actividad lúdico-deportiva en una bicicleta como la que se describe a continuación.

Aplicación práctica: bicicleta reclinada

Se trata de una bicicleta reclinada cuyo sistema de tracción para la rueda motriz es el conversor descrito en esta solicitud de patente y al cual se le complementaría con una transmisión por cadena similar al de las bicicletas corrientes, y con platos y piñones. En el figura 22 represento esta bicicleta reclinada, si bien considerando mis limitadas aptitudes para el dibujo, la idea queda plasmada. No obstante, esta idea solo marca el camino y queda abierta a mejoras por parte del posible fabricante; una sugerencia es por ejemplo, que haya una cadena de transmisión entre conversor y un plato simple por un lado, mientras que por el otro lado estén los platos de cambio de marchas y los piñones de rueda trasera (rueda motriz) con su cadena; el plato simple giraría solidario con los platos de cambio de marchas de la misma manera en que lo hacen los dos pedales de una bicicleta.

El recorrido de los pies sería como la trayectoria de la figura 1, esto supone un movimiento muy cómodo y un esfuerzo muy eficaz para las piernas. Además el conversor se puede rediseñar fácilmente para que el desplazamiento horizontal sea mayor o menor variando la longitud de la barra de empuje (mayor o menor número de dientes).

El diseño de la dirección (manillar) permite hacerse obteniendo la comodidad de los brazos y de las manos. La dirección está en la rueda delantera.

Para cada pierna, hay una barra envolvente. Para que el pedaleo sea compensado o antisimétrico entre ambas piernas, y si queremos usar el mismo par de engranajes emparejados para ambas barras, una de las barras envolventes tendría que tener los dientes desplazados medio diente (7’854/2 3’927 mm, figura 23). Pero otra manera más sencilla sería poner un conjunto conversor para cada pierna, de manera que los dos engranajes traseros estuvieran unidos y girasen solidariamente, estando los dientes de un engranaje desplazados 2’8 grados respecto a los del otro engranaje.

La rueda motriz es la trasera, dicha rueda es de mayor diámetro respecto a una rueda normal, en proporción de unos 77 cm en vez de unos 63 cm de la bicicleta actual. Es posible tener una rueda motriz tan grande gracias a la gran fuerza de tracción que podemos transmitirle, lo cual supone mayor velocidad a igual esfuerzo. El hecho de ser tan grande también permite mayor inclinación hacia arriba sin volcar hacia atrás para subir pendientes más inclinadas; y además cuanto más cuesta arriba, más peso le cargamos a dicha rueda trasera y por tanto tendrá mayor agarre, para que no resbale ni pierda tracción. Por el contrario, la rueda delantera (la de la dirección), tendrá que ser un poco menor, debido a la disposición del convertidor, que es sobre el cual se realiza el pedaleo.

El sillín abarca toda la espalda y glúteos; y llevaría preferiblemente reposacabezas, para una mayor comodidad.

El pedal tendría que ser especialmente diseñado, de manera que sobre el talón repose todo el peso de la pierna; este apoya-talones consistiría en una pieza rígida (en forma de “LI” ) unida a la parte baja de la pieza de empuje y situada a mitad de la anchura de dicha pieza. Este apoyo del talón permite ejercer un cómodo y eficaz esfuerzo mientras la pierna se estira y se encoge. Se le añadiría sobre este apoyo otros apéndices rígidos (p.e. barritas) donde encajaría la puntera del pie para transmitir el empuje con la planta del pié (además del talón) al extender la pierna y con el empeine al recogerla (figura 24). Otra opción es usar pedales-plantilla pivotantes sobre un solo punto de agarre) a la pieza de empuje).

Como sugerencias de construcción:

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Sería muy deseable que tuviera amortiguación en la rueda delantera.

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Recomiendo que el chasis fuera ligero y resistente.

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Poner pequeña placa solar para el cuentakilómetros.

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Portaobjetos o cestillo en la parte posterior, sobre la rueda trasera.

Esta bicicleta presenta las siguientes ventajas sobre una bicicleta convencional: -Mayor comodidad y relajación, posición muy ergonómica para la espalda, evitando tensión en la nuca y dolores en huesos de apoyo en glúteos. -Mayor estabilidad, por la situación más baja del centro de gravedad y ubicación de este más interior dentro del conjunto persona-bicicleta. -Mayor seguridad en cualquier circunstancia (especialmente cuesta abajo); pues es más difícil caerse y, aún en caso de pérdida de estabilidad, sería más fácil el poder evitar la caída. Pero aún en caso de caída, el cuerpo caería en una posición menos vulnerable y menos dañina; ya que sería una caída de culo y con la cara mirando

hacia arriba y los pies por delante, en vez de cara al suelo y con la cabeza por delante. -Mejor transmisión del esfuerzo. -Permite subir cuestas más inclinadas y cualquier subida con menos cansancio. -Mayor velocidad a igual esfuerzo que con la bicicleta convencional o incluso de carreras; y mayor distancia

recorrida a igual esfuerzo. -El viento frontal no frena tanto, mientras que el trasero nos empuja más y mejor (ligero levantamiento). -Mayor campo de visión, especialmente hacia arriba. Con ello se disfruta mucho más al ir mirando ligeramente

hacia arriba, vemos el cielo y el horizonte y el suelo, en vez de ver solo hacia el suelo. -Permite fortalecer los brazos con una posición ergonómica muy favorable para ellos; durante las cuestas arriba podemos ayudamos de ellos para incrementar el esfuerzo. -Mejor control de la dirección en las cuestas abajo por no tener que cargar el peso del cuerpo sobre los brazos.

Por todo ello se disfruta mucho más de su uso que con la bicicleta típica.

Claims (2)

1. REIVINDICACIONES

   1. Convertidor de movimiento lineal alterno en rotatorio, caracterizado porque comprende los siguientes componentes:

   a) “Pieza de empuje”. Es la pieza rígida que se somete al movimiento lineal alterno (ida-vuelta). Está formada por dos barras rectas, dentadas por una parte (cremallera o hilera de dientes). Dichas barras dentadas se mantienen siempre paralelas y separadas a una distancia fija, al estar sus extremos unidos solidariamente a otras dos barras semicircunferenciales, y de forma en que los dientes de cada barra estén enfrentadas entre sí.

   b) Dos ruedas dentadas (engranajes), acopladas entre sí (engranadas), y que también están, cada una de estas ruedas, acoplada con una de las cremalleras o hilera dentada de la “pieza de empuje”; (cada rueda con una barra dentada diferente). Dichas ruedas dentadas son las que propiamente convierten el movimiento lineal o recto de la pieza de empuje en circular; extrayendo por tanto el movimiento rotatorio de la rueda dentada para su uso o utilidad final.

   c) “Soporte-guía”. Es una estructura rígida e inmóvil. Soporta a las ruedas dentadas por sus ejes, y las mantiene a distancia fija. También guía y conduce a la pieza de empuje, forzando a esta a seguir una trayectoria que, en su punto medio geométrico (punto de simetría) se asemeja a un lazo horizontal parecido a un ocho caído y estirado horizontalmente (∞), con dos tramos rectos cruzados (recorridos de ida y vuelta) unidos por un tramo curvo en cada extremo lateral. Durante cada tramo curvo, se va realizando el intercambio del contacto de cada cremallera con el otro engranaje, (alternándose así en cada semitrayectoria), debido a que el “soporte-guía” obliga a la “pieza de empuje” a bascular sobre este mismo, para cambiar de dirección.

   Para forzar la trayectoria, la “pieza de empuje” dispone de una barra longitudinal discontinua (en tramos) -“barraguía” -que va guiada firmemente entre unos resaltes o salientes que hay en el “soporte-guía” (protuberancias de guía y apoyo).

   Las barras dentadas siempre aplican su fuerza durante los tramos rectos de trayectoria en posición perpendicular a su correspondiente engranaje, por lo que el rendimiento mecánico del convertidor es alto.
2. 2. Convertidor de movimiento lineal alterno en rotatorio según la reivindicación 1ª, caracterizado porque se puede diseñar y realizar con más de una barra-guía en la pieza de empuje, cada una de ellas con sus correspondientes resaltes (protuberancias de guía y apoyo) en la estructura de soporte-guía.

   OFICINA ESPAÑOLA DE PATENTES Y MARCAS

   N.º solicitud: 200801930

   ESPAÑA

   Fecha de presentación de la solicitud: 21.07.2008

   Fecha de prioridad:

   INFORME SOBRE EL ESTADO DE LA TECNICA

   51 Int. Cl. : F16H19/04 (2006.01)

   DOCUMENTOS RELEVANTES

   Categoría

   Documentos citados Reivindicaciones afectadas

   A

   WO 2005095285 A1 (GORSHKOV Y. A.) 13.10.2005, resumen; figuras 1-3. 1

   A

   GB 1562576 A (BARKER & NELSON) 12.03.1980, página 1, líneas 45-81; figura. 1

   A

   FR 15184E A (J. FEIDT) 11.05.1912, documento completo. 1

   A

   US 1160048 A (J. M. COOK) 09.11.1915, documento completo. 1

   A

   FR 572540 A (H. P. BRUNEL) 07.06.1924, documento completo. 1

   A

   US 466352 A (A. LEWIS) 05.01.1892, documento completo. 1

   Categoría de los documentos citados X: de particular relevancia Y: de particular relevancia combinado con otro/s de la misma categoría A: refleja el estado de la técnica O: referido a divulgación no escrita P: publicado entre la fecha de prioridad y la de presentación de la solicitud E: documento anterior, pero publicado después de la fecha de presentación de la solicitud

   El presente informe ha sido realizado • para todas las reivindicaciones • para las reivindicaciones nº:

   Fecha de realización del informe 07.11.2011

   Examinador S. Gómez Fernández Página 1/2

   INFORME DEL ESTADO DE LA TÉCNICA

   Nº de solicitud: 200801930

   Documentación mínima buscada (sistema de clasificación seguido de los símbolos de clasificación) F16H Bases de datos electrónicas consultadas durante la búsqueda (nombre de la base de datos y, si es posible, términos de

   búsqueda utilizados) INVENES, EPODOC

   Informe del Estado de la Técnica Página 2/2