ES2829332T3 - Mecanismo de rueda libre - Google Patents

Mecanismo de rueda libre Download PDF

Info

Publication number
ES2829332T3
ES2829332T3 ES17704670T ES17704670T ES2829332T3 ES 2829332 T3 ES2829332 T3 ES 2829332T3 ES 17704670 T ES17704670 T ES 17704670T ES 17704670 T ES17704670 T ES 17704670T ES 2829332 T3 ES2829332 T3 ES 2829332T3
Authority
ES
Spain
Prior art keywords
longitudinal
ring gear
axial
carrier
recess
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
ES17704670T
Other languages
English (en)
Inventor
Vergara Pablo Carrasco
Gonzalez Juan Carlos Cambronero
Cordero Carlos Miguel Carton
Rey Fernandez Enrique Del
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Rotor Componentes Tecnologicos SL
Original Assignee
Rotor Componentes Tecnologicos SL
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Rotor Componentes Tecnologicos SL filed Critical Rotor Componentes Tecnologicos SL
Application granted granted Critical
Publication of ES2829332T3 publication Critical patent/ES2829332T3/es
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16D—COUPLINGS FOR TRANSMITTING ROTATION; CLUTCHES; BRAKES
    • F16D41/00—Freewheels or freewheel clutches
    • F16D41/24—Freewheels or freewheel clutches specially adapted for cycles
    • F16D41/32—Freewheels or freewheel clutches specially adapted for cycles with non-hinged detent
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60B—VEHICLE WHEELS; CASTORS; AXLES FOR WHEELS OR CASTORS; INCREASING WHEEL ADHESION
    • B60B27/00—Hubs
    • B60B27/02—Hubs adapted to be rotatably arranged on axle
    • B60B27/04—Hubs adapted to be rotatably arranged on axle housing driving means, e.g. sprockets
    • B60B27/047—Hubs adapted to be rotatably arranged on axle housing driving means, e.g. sprockets comprising a freewheel mechanisms
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16D—COUPLINGS FOR TRANSMITTING ROTATION; CLUTCHES; BRAKES
    • F16D41/00—Freewheels or freewheel clutches
    • F16D41/06—Freewheels or freewheel clutches with intermediate wedging coupling members between an inner and an outer surface
    • F16D41/061—Freewheels or freewheel clutches with intermediate wedging coupling members between an inner and an outer surface the intermediate members wedging by movement having an axial component
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16D—COUPLINGS FOR TRANSMITTING ROTATION; CLUTCHES; BRAKES
    • F16D41/00—Freewheels or freewheel clutches
    • F16D41/18—Freewheels or freewheel clutches with non-hinged detent
    • F16D41/185—Freewheels or freewheel clutches with non-hinged detent the engaging movement having an axial component
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16D—COUPLINGS FOR TRANSMITTING ROTATION; CLUTCHES; BRAKES
    • F16D41/00—Freewheels or freewheel clutches
    • F16D41/06—Freewheels or freewheel clutches with intermediate wedging coupling members between an inner and an outer surface
    • F16D2041/0603—Sprag details
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16D—COUPLINGS FOR TRANSMITTING ROTATION; CLUTCHES; BRAKES
    • F16D2127/00—Auxiliary mechanisms
    • F16D2127/001—Auxiliary mechanisms for automatic or self-acting brake operation
    • F16D2127/004—Auxiliary mechanisms for automatic or self-acting brake operation direction-responsive

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • One-Way And Automatic Clutches, And Combinations Of Different Clutches (AREA)
  • Mechanical Operated Clutches (AREA)
  • Transmission Devices (AREA)
  • Arrangement And Mounting Of Devices That Control Transmission Of Motive Force (AREA)

Abstract

Un mecanismo de rueda libre que comprende: un primer miembro portador (1) montado de forma giratoria a lo largo de un eje de rotación (111); un segundo miembro portador (2) coaxial, giratorio y fijado axialmente con respecto al primer miembro portador (1), en el que una dirección axial (Da) corresponde a la dirección de rotación del segundo miembro portador (2) cuando gira libremente con respecto al primer miembro portador (1), por lo tanto una dirección tangencial (Dt) corresponde al segundo sentido de rotación del miembro portador (2) cuando gira libremente con respecto al primer miembro portador (1); una corona dentada (4) coaxial con el eje de rotación (111), acoplada de forma no giratoria al segundo miembro portador (2), y que comprende un miembro dentado (47) dispuesto radialmente provisto de una pluralidad de recesos (40) que forman dientes (49) dispuestos equiespaciados periféricamente, que tienen una pendiente tangencial y además una pendiente axial; dicho primer elemento portador (1) comprende un elemento de tambor (12) provisto de al menos una cavidad longitudinal (10) para alojar al menos un trinquete longitudinal (3) dispuesto para engranarse y desengranarse con el miembro dentado (47) para respectivamente forzar a la corona dentada (4) a girar conjuntamente o por separado con el primer miembro portador (1), donde el eje longitudinal de cada cavidad longitudinal (10) es predominantemente radial pero tiene un ángulo de inclinación axial (φa) y un ángulo de inclinación tangencial (φt) que definen una dirección de enclavamiento (De); donde el trinquete longitudinal (3) alojado en la cavidad longitudinal (10), tiene un eje longitudinal (37) coincidente con el eje longitudinal de dicha cavidad longitudinal (10), permitiendo así el deslizamiento del trinquete longitudinal (3) dentro de la cavidad longitudinal (10), estando forzado hacia el miembro dentado (47) por medios de empuje (5); en el que el trinquete longitudinal (3) comprende en un extremo un miembro de engrane (33), que mira hacia afuera de la cavidad longitudinal (10) para entrar en contacto con el miembro dentado (47), el miembro de engrane comprende una cara de resbalamiento (331) ortogonal al eje longitudinal del trinquete (37) y una cara de empuje (332), dispuestas lateralmente; donde dicha cara de resbalamiento (331) está configurada para deslizarse en contacto con el miembro dentado (47) cuando gira libremente, y dicha cara de empuje (332) está configurada para empujar los recesos (40) del miembro dentado (47) para transmitir el par entre el primer y el segundo miembro portador (1, 2) cuando no giran libremente; en el que dicho segundo miembro portador (2) comprende un primer miembro transmisor de par (200) que encaja con un segundo miembro transmisor de par (400) provisto en la corona dentada (4), que fuerza al segundo miembro portador (2) y a la corona dentada (4) para que siempre giren solidarios; caracterizado porque el primer miembro transmisor de par (200) y el segundo miembro transmisor de par (400) permiten el movimiento bidireccional de la corona dentada (4) en la dirección axial (Da), siendo el desengrane el movimiento axial desde una primera posición de engrane, correspondiente a no rueda libre, hasta una segunda posición de desengrane, correspondiente al giro en rueda libre, y siendo el engrane el movimiento axial de la corona dentada (4) desde la segunda posición de desengrane a la primera posición de engrane, y siendo ambos movimientos opuestos siempre forzados por al menos un trinquete longitudinal (3), cuyo miembro de engrane (33) a través de su cara de resbalamiento (331), fuerza a la corona dentada (4) en la dirección axial (Da) alejándola del miembro de tambor (12), y guía axialmente a la corona dentada (4) a través de su cara de empuje (332), atornillándola hacia el miembro de tambor (12) cuando se aplica par y el miembro de engrane (33) se engrana con uno de los recesos (40) hasta que el miembro de engrane (33) está engranado totalmente en el fondo del receso (40).

Description

DESCRIPCIÓN
Mecanismo de rueda libre
La presente invención es aplicable a mecanismos de tracción rotatoria, en los que se produce arrastre entre dos elementos coaxiales en sólo uno de los sentidos de la rotación relativa entre dichos elementos, teniendo giro libre en el sentido contrario; siendo aplicable, entre otros campos de la técnica, a bujes de ruedas, y en particular de bicicleta. Específicamente, la presente invención trata de un mecanismo de rueda libre con trinquetes que engranan con una corona flotante en dirección axial, que por medio de un desengrane parcial, reduce tanto el rozamiento como el ruido cuando funciona en modo de rueda libre. Además, gracias a su simplicidad, permite ser desmontado fácilmente sin herramientas para operaciones de mantenimiento.
ESTADO DE LA TÉCNICA
En la mecánica es generalizado el uso de mecanismos de rueda libre, como es el caso de los bujes de las ruedas traseras de las bicicletas.
En esta aplicación mecánica, hay diversos mecanismos históricamente conocidos: los mecanismos de trinquetes que engranan perimetralmente con una corona dentada, como se revela en US656549A; los de dos coronas dentadas coaxiales cuyas superficies dentadas se presionan axialmente una contra otra mediante un dispositivo de pretensado, como se muestra en US6588564B1; y los de "rodamientos de único sentido" para transmisión unidireccional (“one-way bearing”), bien de bolas o de rodillos, que generalmente poseen pistas de rodadura con protrusiones en forma de cuña que generan estrechamientos para que dichas bolas o rodillos queden apresadas por dichas cuñas al girar sólo en uno de los sentidos, comportándose todo el rodamiento como un único sólido hasta que se invierte el sentido del giro, como en US2843238A.
DE813815 es otro ejemplo de un mecanismo de rueda libre con trinquetes que se acoplan a una rueda dentada.
Estos últimos mecanismos de rueda libre mediante rodamiento, al no estar basados en dentado alguno, son los más silenciosos y normalmente también los que tienen menor recorrido muerto, que, en este caso, es el ángulo recorrido por un elemento de tracción para pasar de un estado de rueda libre al estado de empuje o transmisión de par. Sin embargo, estos mecanismos necesariamente conllevan una construcción muy robusta para poder soportar las fuerzas radiales tan elevadas causadas por el efecto cuña para conseguir una determinada fuerza tangencial. Esta construcción tan robusta supone a veces una penalización insalvable, cuando peso y/o volumen son grandes restricciones técnicas, como ocurre en el caso de las bicicletas.
Los mecanismos de rueda libre mediante coronas dentadas coaxiales suponen el caso opuesto, y por ello su uso está muy extendido en el caso de las bicicletas, al conseguirse un diseño suficientemente y compacto ligero, ya que las fuerzas de engrane son predominantemente tangenciales. Este mecanismo consiste en dos coronas dentadas, forzadas con efecto muelle una hacia la otra enfrentando sendos lados dentados. Al girar en una dirección, los dientes de la corona conductora se bloquean con los dientes de la corona conducida, haciéndolas girar a la misma velocidad. Si la corona conductora se ralentiza o deja de girar, los dientes de la corona conducida se deslizan sobre los dientes de la corona conductora y continúan girando. Para lograr esa carga de resorte, debemos utilizar medios de precarga, como muelles, imanes u otros. De esta manera, dicho dispositivo permite al menos a una de las coronas dentadas deslizar axialmente. La geometría de las caras de los dientes.es la clave del funcionamiento de todo el mecanismo, ya que la cara de empuje de cada diente debe tener una pendiente mayor de 90° facilitando el engrane y para forzar la atracción de ambas coronas dentadas hasta el contacto total y que permanezcan enclavadas durante la transmisión de par. De esta manera, la transmisión se realiza con toda la superficie de los dientes y nunca con sólo su zona extrema, lo que originaría la rotura de las puntas de los dientes.
Por tanto, una desventaja de estos mecanismos de coronas dentadas coaxiales es que constituyen un sistema caro debido a la dificultad del proceso de fabricación para alcanzar la calidad requerida. Además, éstos son los sistemas que mayor ángulo muerto tienen, ya que hay tantas divisiones por vuelta como dientes tiene una corona dentada. En la práctica, no se utilizan muchos dientes para poder conseguir un engrane apropiado, y con ello la fiabilidad necesaria; así, en aplicaciones de alta transferencia de par como es el caso de las bicicletas, las coronas dentadas suelen tener 18 dientes, lo que equivale a un salto de 20° entre posiciones de engrane consecutivas.
Por último, los sistemas más clásicos, de rueda libre con trinquetes, están provistos de unos elementos de engrane o enclavamiento que son dichos trinquetes, y de una corona dentada en su perímetro. Cada diente tiene una cara con una rampa moderada y una pendiente mucho más pronunciada en la otra cara, denominadas respectivamente cara de resbalamiento y de empuje. Esta geometría permite el deslizamiento del trinquete en una dirección, pero al girar en la dirección opuesta, la pendiente de la cara de empuje fuerza el acoplamiento completo de un trinquete, por lo que la transmisión de par nunca se hace de punta a punta, lo que causaría rotura de las puntas de los elementos. Dichos mecanismos tienen tanto ventajas como inconvenientes compartidos con los dos casos anteriores, aunque al ser más económicos de fabricar, se encuentra en todo tipo de aplicaciones. En este caso, existen fuerzas de engrane internas radiales como efecto secundario de la carga tangencial, las cuales en muchas ocasiones son las causantes de rotura de alguno de los componentes del sistema.
En este sistema de rueda libre clásico, si se alternan trinquetes formando dos o más grupos de engrane, se disminuye el salto angular entre posiciones de engrane consecutivas y con ello el ángulo muerto: por ejemplo, usando dos parejas (4 unidades) de trinquetes que actuasen alternativamente sobre los 24 dientes de una corona, se consigue reducir a la mitad, de 15° a 7.5°, la separación entre posiciones de engrane consecutivas.
Los inconvenientes principales de esta solución técnica se derivan del mayor diámetro y peso del mecanismo, debido a las fuerzas radiales resultantes de la transmisión de par, y a la exposición de los muelles encargados de forzar a los trinquetes hacia la corona. Así, con la rotura de un solo muelle debido al uso, las piezas quedan dispersas en el interior del mecanismo dañando todo el sistema.
En aras de la simplicidad, la invención se describirá a continuación de forma más detallada con referencia a su uso en bicicletas. Sin embargo, dicha descripción no deberá interpretarse en modo alguno como una limitación de la aplicación de la misma.
SUMARIO DE LA INVENCIÓN
Un objeto de la presente invención es un mecanismo de rueda libre muy ligero y de fácil montaje y desmontaje para su mantenimiento, que reduce, además, respecto a los mecanismos de rueda libre convencionales, el ruido, la fricción y el desgaste de los dientes cuando funciona en su estado de desengrane o rueda libre. Este mecanismo de rueda libre comprende dos miembros principales coaxiales para trasmitir par entre ellos, estando ambos miembros principales fijos axialmente, pero montados para girar alrededor de un eje. Este mecanismo de rueda libre comprende también trinquetes longitudinales que engranan con una rueda dentada situada entre ambos miembros principales, pudiendo desplazarse la rueda dentada en dicha dirección axial. Otro objeto de la presente invención es el mecanismo de rueda libre aplicado al caso particular de un buje trasero de bicicleta.
Este mecanismo de rueda libre tiene un funcionamiento en una sola dirección, pues solo permite el giro relativo entre ambos miembros principales en un sentido del giro (sentido de resbalamiento), y no en el otro sentido de giro relativo (sentido de tracción) en el que ambos miembros principales se hacen solidarios y giran juntos transmitiendo así par entre ellos.
Llamamos a uno de dichos miembros principales primer miembro portador (1), y al otro, segundo miembro portador (2). Entre ambos miembros principales, el segundo miembro portador (2) aloja y está acoplado a una corona dentada (4), la cual gira siempre solidaria con el segundo miembro portador (2) aunque puede deslizarse axialmente para así permitir el desengrane del mecanismo.
El primer miembro portador (1) comprende, en su área adyacente al segundo miembro portador (2), una pluralidad de cavidades longitudinales (10) dispuestas periféricamente, para alojar y guiar a unos trinquetes longitudinales (3). Cada trinquete longitudinal (3), que tiene forma de pasador, se desliza por dentro de su propio eje longitudinal (37) a lo largo del correspondiente eje longitudinal de la cavidad (10), con el fin de engranar o desengranar con un miembro dentado (47) provisto en la corona dentada (4).
Dicha corona dentada (4) puede deslizarse axialmente entre una primera posición de engrane, correspondiente al funcionamiento en transmisión de par, y una segunda posición de desengrane. Este desplazamiento axial de la corona dentada (4) se denomina flotabilidad. Durante el funcionamiento en rueda libre, la corona dentada (4) queda colocada en la segunda posición de desengrane, reduciendo el ruido, la fricción y el desgaste de los dientes abrasión.
Ambos miembros portadores (1 y 2) pueden ser recíprocamente miembro conductor o conducido en la transmisión. En aras de la claridad en la explicación, a partir de ahora consideraremos que el primer miembro portador (1) es el miembro conductor, y el segundo miembro portador (2) el conducido. Con relación al giro relativo entre ambos miembros, consideraremos que el segundo miembro portador (2) gira respecto del primero (1), como cuando se deja de pedalear en una bicicleta.
Se definen para cada punto del sistema las direcciones principales de funcionamiento del presente mecanismo de rueda libre: la dirección axial (Da) es la correspondiente al eje de giro (111); la dirección radial (Dr) es la del radio que define la posición de cada punto; y la dirección tangencial (Dt), aquella que es ortogonal a las dos anteriores formando un triedro a derechas. Definimos, así mismo, los sentidos positivos de cada una de dichas direcciones los siguientes:
- Sentido positivo de la Dirección axial (Da), la correspondiente al sentido de giro del segundo miembro portador (2), en el estado de funcionamiento del mecanismo como rueda libre.
- Sentido positivo de la Dirección radial (Dr), la correspondiente al sentido de alejamiento del eje de giro (111).
- Sentido positivo de la Dirección tangencial (Dt), la correspondiente a un triedro a derechas con las dos anteriores Da y Dr, siendo este sentido el correspondiente al de la velocidad local en el estado de funcionamiento como rueda libre.
Cada trinquete longitudinal (3) tiene forma de pasador y se encuentra forzado en la dirección de su eje longitudinal (37) hacia el miembro dentado (47) por acción de unos medios de empuje (5), ya sea mediante el uso de un muelle de torsión u otro elemento elástico, o mediante el uso de imanes, presión neumática, u otros medios.
Cada trinquete longitudinal (3) comprende, en su extremo contiguo al miembro dentado (47), un miembro de engrane (33), provisto de una cara de empuje (332) lateralmente dispuesta, y una cara de resbalamiento (331) ortogonal al eje longitudinal del trinquete (37). Dicho miembro de engrane (33) asoma al exterior desde su alojamiento en la cavidad longitudinal (10), para así estar en contacto con el miembro dentado (47).
Cada uno de los trinquetes longitudinales (3) comprende además un miembro de guiado (34) que tiene una sección exterior que coincide con la sección interior de las cavidades longitudinales (10). Por tanto, una cavidad longitudinal (10) aloja el trinquete longitudinal correspondiente (3), asegurando la posición del eje longitudinal del trinquete (37) a lo largo de una dirección de enclavamiento (De), permitiendo que el trinquete (3) se deslice en esa dirección.
Esta dirección de enclavamiento (De) tiene valores fijos para sus coordenadas (Dea, Den Det) en el triedro local Da-Dr-Dt antes mencionado. Así, se define para cada cavidad longitudinal (10), una dirección de enclavamiento local (De) con valores idénticos para las componentes axial, radial y tangencial en dicho triedro local Da-Dr-Dt, conformando, por tanto, el conjunto de diferentes direcciones de enclavamiento (De) correspondientes a todas las cavidades (10), los generadores rectos de un hiperboloide de revolución.
La dirección de enclavamiento (De) tiene una componente radial predominante para facilitar la tracción ya que la transmisión de par se debe a la fuerza de empuje tangencial entre los trinquetes longitudinales (3) y el miembro dentado (47), más específicamente entre el miembro de engrane (33) que empuja lateralmente a través de la cara de empuje (332) contra el miembro dentado (47). Además, la componente tangencial de dicha dirección de enclavamiento (De) corresponde con la pendiente de deslizamiento de los dientes del miembro dentado (47), que es lo suficientemente pequeña como para permitir a los trinquetes longitudinales (3) deslizarse sobre el miembro dentado (47) cuando gira libremente. Además, la dirección de enclavamiento (De) tiene una componente axial lo suficientemente grande como para facilitar que la corona dentada (4) se deslice axialmente, como resultado de que el miembro dentado (47) es empujado por los trinquetes longitudinales (3) en dicha dirección de enclavamiento (De) empujados por los medios de empuje (5), permitiendo así a la corona dentada (4) desembragarse.
El segundo elemento portador (2) tiene una superficie periférica con un primer miembro transmisor de par (200) que se acopla con un segundo miembro trasmisor de par (400) dispuesto en una superficie periférica de la corona dentada (4). Estos miembros permiten que ambos elementos giren conjuntamente, pero permitiendo que la corona dentada (4) se deslice axialmente con respecto al segundo miembro portador (2). Dicho desplazamiento axial está limitado por un miembro de restricción axial (21) que determina la segunda posición de desengrane. El mecanismo de rueda libre está configurado de modo que, mientras se impulsa mediante una fuerza de empuje aplicada desde el primer miembro portador (1), la corona dentada (4) transfiere par al segundo miembro portador (2) a través del segundo miembro transmisor de par (400) engranando con el primer miembro transmisor de par (200).
La corona dentada (4) comprende, en el área de contacto con los trinquetes longitudinales (3), un miembro dentado (47) provisto de una pluralidad de recesos (40), que forman dientes (49) dispuestos periféricamente. Cada receso (40) comprende dos superficies principales: la superficie de resbalamiento (41) ubicada en la parte inferior del receso (40) y la superficie lateral (44). Esta superficie lateral (44) comprende además una superficie lateral exterior (421), una superficie de empuje (42) y una superficie lateral interior (422), formando una superficie cóncava según la dirección tangencial positiva (Dt).
Esta superficie de empuje (42) delimita a la superficie de resbalamiento (41) en la dirección tangencial positiva (Dt) y está flanqueada por la superficie lateral exterior (421) y la superficie lateral interior (422), estando esta última posicionada en la dirección axial creciente (Da).
En cada receso (40), la superficie lateral exterior (421) está delimitada radialmente entre la superficie de resbalamiento (41) y un borde lateral exterior (4211). Este borde lateral exterior (4211) empieza en el filo de la superficie de resbalamiento (41) del receso (40) anterior y termina aproximadamente en la mitad de la superficie de resbalamiento (41) del correspondiente receso (40).
Dichos dientes (49) pueden ser ejecutados con una sección en pico, de manera que cuando se solapan los recesos (40) consecutivos, cada superficie de resbalamiento (41) del receso, termina en la superficie de empuje (42) del receso siguiente según el sentido de rueda libre.
En cada receso (40), la superficie de empuje (42) se acopla con la cara de empuje (332) del miembro de engrane (33) del correspondiente trinquete longitudinal (3) engranado en dicho receso (40) cuando no gira libremente, por lo que la superficie de empuje (42) asegura el apoyo tangencial del correspondiente trinquete (3).
Además, la superficie de resbalamiento (41) de cada receso (40) es sustancialmente ortogonal a la dirección de enclavamiento (De) del correspondiente trinquete longitudinal (3) engranado en dicho receso (40) cuando no gira libremente. Asimismo, en una realización preferente, un valor distinto de cero de la componente axial de la dirección de enclavamiento (Dea) facilita enormemente la fabricación del miembro dentado (47) conformado en la periferia interna de la corona dentada (4).
Los medios de empuje (5) fuerzan a cada trinquete longitudinal (3) contra el miembro dentado (47) en su correspondiente dirección de enclavamiento (De) dando como resultado una fuerza de empuje. La suma de las fuerzas de empuje aplicadas con todos los trinquetes longitudinales (3), en las componentes radial, tangencial y axial de la dirección de enclavamiento (De), produce los siguientes efectos sobre todo el mecanismo de rueda libre de la invención:
• La suma de las fuerzas de empuje radial es cero, ya que las componentes radiales están compensadas entre sí.
• La suma de las fuerzas de empuje tangenciales genera un par de torsión resultante en el miembro dentado (47) que lo obliga a engranar con las caras de empuje (332) de los miembros de engrane (33).
• La suma de las fuerzas de empuje axiales fuerzan axialmente al miembro dentado (47) y por lo tanto a la corona dentada (4) a la segunda posición de desengrane.
De lo anterior se entiende que la resultante axial de las fuerzas de empuje tiene un efecto contrario a la resultante tangencial de las mismas, compensándose parcialmente entre ellas. Como resultado, la fuerza de empuje total se reduce en comparación con los mecanismos de rueda libre convencionales presentes en el Estado de la Técnica anterior.
Una vez descrita la arquitectura de los elementos que forman el mecanismo objeto de la invención, a continuación, describimos su funcionamiento separándolo en 4 estados diferenciados de operación: estado puro de transmisión de par (E1), estado de desengrane (E2), estado puro de rueda libre (E3) y estado de engrane (E4).
Las variables del sistema se consideran las siguientes:
(Q) = velocidad angular del segundo elemento portador (2) con respecto al primer elemento portador (1), siendo positivo en el sentido de giro de la rueda libre, llamado adelante.
(Fd) = distancia de flotabilidad. Es la distancia axial desde la primera posición de engrane hasta la posición instantánea de la corona dentada (4). Esta distancia de flotabilidad varía en el rango entre 0 y una distancia de flotabilidad máxima (FdM), correspondientes respectivamente a los estados puro de transmisión de par (E1) y estado puro de rueda libre (E3). Por tanto, la máxima distancia de flotabilidad (FdM) es la distancia entre la primera posición de engrane y la segunda posición de desengrane, siendo esta última posición determinada por el miembro de restricción axial (21).
• ESTADO PURO DE TRANSMISIÓN DE PAR (E1):
Geométricamente en este estado, la corona dentada (4) se ubica en la primera posición de engrane, que es la posición axial correspondiente al valor de distancia de flotabilidad cero (Fd) y velocidad angular cero (Q): Fd = 0; Q= 0.
En este estado, al menos un miembro de engrane (33) y preferiblemente cada uno de ellos, se encuentra completamente engranado al fondo de la superficie de empuje (42) en el miembro dentado (47). Es decir, el miembro de engrane (33) de este trinquete (3) está parcialmente abrazado por la superficie de empuje (42) de uno de los recesos (40), quedando apoyado al fondo según la dirección tangencial de dicha superficie de empuje (42), y además la cara de resbalamiento (331) está en contacto con la superficie de resbalamiento (41) de dicho receso (40).
Como consecuencia, los trinquetes longitudinales (3) y la corona dentada (4) se mueven solidariamente, y obviamente el primer miembro portador (1) y el segundo miembro portador (2) se mueven solidarios a su vez, realizando la transmisión de par entre ambos miembros portadores.
• ESTADO DE DESENGRANE (E2):
Geométricamente en este estado intermedio, la distancia de flotabilidad (Fd) aumenta desde 0 hasta la distancia de flotabilidad máxima (FdM), mientras que la velocidad angular relativa (Q) del segundo miembro portador (2) es positiva: Q > 0.
Este es un estado transitorio, cuando no hay transmisión de par y comienza la rueda libre, pasando del estado puro de transmisión de par (E1) al estado puro de rueda libre (E3). Es el comienzo del movimiento de rotación relativo entre ambos miembros portadores (1, 2).
Por tanto, las superficies de empuje (42) previamente engranadas comienzan a alejarse según la dirección tangencial de los correspondientes trinquetes longitudinales (3). Sin embargo, todavía hay contacto entre la cara de resbalamiento (331) del miembro de engrane (33) de cada trinquete y la superficie de resbalamiento (41) del receso (40) en el que cada miembro de engrane (33) estaba engranado en el estado anterior (E1), debido a la fuerza de acción de los medios de empuje (5). En consecuencia, la corona dentada (4) está desplazada axialmente para deslizarse fuera de la posición de engrane con el trinquete longitudinal (3), es decir, en el sentido de la distancia de flotabilidad (Fd) creciente. Al comienzo de este estado de desengrane (E2), la corona dentada (4), y por lo tanto el miembro dentado (47), comienza a deslizarse axialmente pero sigue estando limitado axialmente por el miembro de engrane (33) del trinquete que se encuentra en contacto con la superficie lateral exterior (421) de dicho receso (40), por lo que la corona dentada (4) describe un movimiento helicoidal de desatornillado, que combina una rotación con un desplazamiento axial simultáneo, hasta que el miembro de engrane (33) ya no está encerrado por dicha superficie lateral exterior (421). En este momento, la corona dentada (4) se desliza axialmente alejándose del primer miembro portador (1) hasta alcanzar la distancia máxima de flotabilidad (FdM), posición que corresponde al contacto entre el miembro de restricción axial (21) y la corona dentada (4), finalizando así el estado de desengrane (E2).
En una realización preferente del mecanismo de la invención, la superficie lateral interna (422) de cada receso (40) conforma una rampa lateral, de forma que al girar la corona dentada (4) avanzando en la dirección tangencial en el proceso de desengrane, dicha superficie lateral interna (422) es guiada por el miembro de engrane (33) con el cual está en contacto, lo que ayuda a forzar axialmente la corona dentada (4). Por lo tanto, cada superficie lateral interna (422) que está en contacto con el correspondiente miembro de engrane (33), fuerza a la corona dentada (4) a deslizarse axialmente en caso de que la fuerza resultante de empuje axial correspondiente a los medios de empuje (5) sea insuficiente, ya sea por pérdida de lubricación, acumulación de suciedad u otras razones que pueden provocar un mayor rozamiento en el desplazamiento axial, o bien debido a una disminución significativa de la fuerza total ejercida por los medios de empuje (5). Esta realización preferente se denomina corona dentada (4) con flotabilidad pilotada.
• ESTADO DE RUEDA LIBRE PURO (E3):
Geométricamente, la corona dentada (4) permanece en la segunda posición de desengrane, correspondiente a la distancia máxima de flotabilidad (FdM), por lo que Fd = FdM, y la velocidad angular relativa (Q) del segundo miembro portador (2) permanece positiva: Q> 0.
En este estado, la corona dentada (4) gira de manera que el miembro dentado (47) se desliza sobre la cara de resbalamiento (331) del miembro de engrane (33) de cada trinquete y, por lo tanto, cada trinquete longitudinal (3) al paso de los dientes (49), se mueve repetidamente hacia adentro y hacia afuera en su respectiva cavidad longitudinal (10) contra la acción de los medios de empuje (5). Pero la diferencia más importante en el estado de rueda libre, en comparación con los mecanismos de trinquete conocidos en la técnica anterior, es la función de desengrane debido a la flotabilidad axial de la corona dentada (4), resultando así que los trinquetes longitudinales (3) ya no están enfrentados con las superficies de empuje (42) de los recesos (40). De esta forma, cuando la cara de resbalamiento (331) del miembro de engrane (33) del trinquete deja de estar en contacto con la superficie de resbalamiento (41) de un cierto receso (40), el trinquete longitudinal (3), en lugar de saltar directamente al siguiente receso (40), primero se desliza hacia abajo sobre el borde lateral exterior (4211) del siguiente receso (40); y después, al perder el apoyo de este borde lateral exterior (4211), tras un salto mucho menor, entra en contacto con la superficie de resbalamiento (41) de dicho siguiente receso (40).
Por tanto, esta nueva función de desengrane de la corona dentada (4) da como resultado una amortiguación por vía geométrica de los impactos entre los componentes del presente mecanismo de rueda libre. Así, esto proporciona al presente mecanismo de rueda libre las siguientes ventajas: se reduce el ruido provocado cuando los trinquetes longitudinales (3) impactan con los sucesivos recesos (40) en el funcionamiento de rueda libre; como consecuencia de la distancia axial entre la corona dentada (4) y la posición de engrane, los dientes (49) se alejan de las cavidades longitudinales (10), reduciendo el desplazamiento hacia adentro de los trinquetes longitudinales (3) dentro de las cavidades (10), reduciendo así la fuerza de empuje correspondiente; además, a medida que los trinquetes longitudinales (3) se deslizan hacia abajo sobre el borde lateral exterior (4211) de los recesos (40), deja de existir contacto con la parte inferior de los recesos (40), reduciendo el desplazamiento hacia fuera de los trinquetes longitudinales (3) en las cavidades (10), y reduciendo así la energía que se necesita contra los medios de empuje (5).
Es decir, en un mecanismo convencional, los trinquetes van saltando de diente a diente de forma escalonada, pero en el mecanismo de la invención existe una rampa intermedia que suaviza ese impacto en el salto, limitando también el desplazamiento alternativo de entrada y salida del trinquete longitudinal (3), disminuyendo así la fricción, el ruido, el desgaste y el consumo de energía de los medios de empuje (5).
• ESTADO DE ENGRANE (E4):
Geométricamente, en este estado de transición, la velocidad angular relativa (Q) del segundo miembro portador (2) es negativo: Q<0, mientras que la distancia de flotabilidad (Fd) disminuye desde la distancia de flotabilidad máxima (FdM) a 0.
Este es el estado de transición cuando el mecanismo cambia la dirección de rotación, para pasar del estado puro de rueda libre (E3) al estado puro de transición de par (E1). La velocidad angular relativa (Q) del segundo miembro portador (2) permanece negativa hasta el estado puro de transición de par (E1) cuando ambos miembros portadores (1, 2) se moverán conjuntamente para transmitir el par.
Al comienzo del estado de engrane (E4), como los trinquetes longitudinales (3) se deslizan sobre el miembro dentado (47), cada cara de resbalamiento (331) del miembro de engrane (33) del trinquete puede estar solo en una de estas dos situaciones de contacto: ya sea con su cara de resbalamiento (331) en contacto con el borde lateral exterior (4211) de un receso (40), o bien con su cara de resbalamiento (331) contactando con la superficie de resbalamiento (41) de un receso (40).
En la primera situación de contacto, la corona dentada (4) gira hacia atrás, mientras que dicho trinquete longitudinal (3), desliza sobre el borde lateral exterior (4211), entra en su alojamiento, según una dirección de enclavamiento (De) negativa, moviéndose en contra de los medios de empuje (5). Esta situación de contacto continúa hasta que la rotación de la corona dentada (4) produce el contacto entre la cara de resbalamiento (331) y la superficie de resbalamiento (41) del siguiente receso (40) yendo hacia atrás. En este momento, el trinquete longitudinal (3) alcanza la posición más profunda en su alojamiento dentro de una cavidad (10), y luego comienza la segunda situación de contacto.
En esta segunda situación de contacto, la corona dentada (4) continúa girando hacia atrás, mientras que el miembro de engrane (33) de cada trinquete se desliza sobre la superficie de resbalamiento (41) de un receso (40), y cada trinquete longitudinal (3) sale hacia afuera de una cavidad longitudinal (10) en su correspondiente dirección de enclavamiento (De). En un momento, llamado en el instante de inicio de engrane (E4e), la cara de empuje (332) del trinquete contacta con la superficie lateral exterior (421) de dicho receso (40), y aparece una fuerza ortogonal a la superficie lateral exterior (421) produciendo una carga axial sobre la corona dentada (4). A medida que la corona dentada (4) continúa girando hacia atrás y la cara de empuje (332) del trinquete permanece en contacto con la superficie lateral exterior (421), dicha carga axial fuerza a la corona dentada (4) a deslizarse axialmente dando como resultado un efecto de atornillado, por lo que la corona dentada (4) describe un movimiento helicoidal, que combina la rotación con un desplazamiento axial simultáneo.
Por tanto, la distancia máxima de flotación (FdM) debe ser lo suficientemente pequeña, preferiblemente en el rango del 10% -20% de la dimensión transversal del trinquete longitudinal (3), para permitir que la superficie lateral exterior (421) abrace parcialmente la cara de empuje (332) del trinquete como se describe para el instante de inicio de engrane (E4e).
Una vez queda asegurado al menos un trinquete longitudinal (3) engranado totalmente en la parte inferior del receso (40), cuando su miembro de engrane (33) está en contacto con la cara de resbalamiento (331) y simultáneamente con la superficie de empuje (42), este estado de engrane (E4) acaba permitiendo pasar al estado puro de transmisión de par (E1).
En los mecanismos de rueda libre y trinquete ya conocidos en el Estado de la Técnica anterior, el enclavamiento de los trinquetes con los dientes se produce en el estado intermedio de rueda libre a transmisión de par, y se debe a las fuerzas de empuje y a la pendiente específica que tienen las superficies de empuje de los dientes que contactan con las correspondientes superficies del trinquete.
Sin embargo, en el mecanismo de rueda libre objeto de la invención, el enclavamiento de los trinquetes longitudinales (3) con los dientes (49) se produce en el estado intermedio de rueda libre a transmisión de par, que hemos llamado el estado de engrane (E4), y es debido a las cargas de empuje y a la flotabilidad axial de la corona dentada (4), lo que hace posible el engrane completo del miembro de engrane (33) en el fondo del receso (40) en el estado de rueda libre (E3).
En los dos mecanismos mencionados, solo los medios de empuje serían insuficientes para engranar completamente un trinquete si el movimiento de transmisión de par comienza cuando el trinquete está cambiando de un receso al siguiente. En ese caso, los trinquetes y los dientes podrían engancharse sólo en sus puntas, y provocarían en caso de transmitir un par elevado, la rotura del trinquete y las puntas de los dientes, y en consecuencia la rotura del mecanismo. Por lo tanto, se necesita una solución geométrica (ya sea la pendiente conocida del trinquete o la flotabilidad axial de la corona dentada de la presente invención) para permitir que el par fuerce el engrane completo.
Además, como en el presente mecanismo de rueda libre las fuerzas tangenciales son las cargas predominantes para transmitir el par, se consigue un mecanismo muy ligero.
En comparación con los mecanismos de rueda libre de trinquete y trinquetes anticipados en el estado de la técnica, el presente mecanismo de rueda libre se puede montar y desmontar más fácilmente debido a la flotabilidad axial de la corona dentada (4) y la simplicidad de los trinquetes longitudinales (3). Esta es una ventaja adicional importante, especialmente en su mantenimiento.
DESCRIPCIÓN BREVE DE LAS FIGURAS
■ FIG.1 muestra un mecanismo de rueda libre de bicicleta objeto de la invención, que comprende dos miembros principales coaxiales fijados axialmente, pero giratorios respecto a un eje de rotación (111), que son un primer miembro portador (1) y un segundo miembro portador (2). También se muestra un sistema de coordenadas cartesianas local que comprende sus tres direcciones ortogonales: dirección axial (Da) paralela al eje de rotación (111), dirección radial (Dr) y dirección tangencial (Dt).
■ FIG. 2 muestra un casete de piñones traseros (9) que conduce al primer elemento portador (1) a través de los correspondientes medios de arrastre del casete (900).
■ FIG. 3 muestra una vista en perspectiva del segundo miembro portador (2) de la figura 1 con un primer miembro transmisor de par (200).
■ FIG. 4A y 4B muestran respectivamente una vista lateral y la sección A-A' de la rueda libre de la Figura 1, donde podemos ver el primer miembro portador (1), el segundo miembro portador (2) y, dispuesta entre ambos, una corona dentada (4) en la que engranan trinquetes longitudinales (3) forzados por medios de empuje (5). También se muestra el eje del conjunto (7), los conjuntos de rodamientos (81, 82) y un miembro de restricción axial (21), que limita axialmente el deslizamiento de la corona dentada (4), cuando hace contacto con un miembro de tope axial (43). También se muestra la dirección de desengrane (D2) y la dirección de engrane (D1) correspondiente al deslizamiento axial de la corona dentada (4).
■ FIG. 5A y 5B respectivamente muestran una vista frontal y la sección B-B 'de la rueda libre de FIG. 1. En esta última sección se muestra el miembro dentado (47) que engrana y desliza con los trinquetes longitudinales (3). También se muestran las cavidades (10) dispuestas en el primer miembro portador (1) para albergar a los trinquetes, y los medios de empuje (5) que fuerzan a los trinquetes longitudinales (3) hacia la corona dentada (4) según la dirección de enclavamiento (De).
■ FIG. 6 muestra una perspectiva explosionada del primer miembro portador (1) que comprende un miembro tubular (11) y un miembro de tambor (12), la corona dentada (4) que comprende una abertura interior (45) y un segundo miembro transmisor de par (400) para arrastrar al segundo miembro portador (2), los trinquetes longitudinales (3) forzados por los medios de empuje (5) y las cavidades (10) que alojan a dichos trinquetes longitudinales (3).
■ FIG. 7A-7B y 7C muestran diferentes vistas, secciones C-C ', D-D' y detalles de una realización de la corona dentada (4); donde los dientes (49) del miembro dentado (47) se forman superponiendo recesos (40) contiguos. También se describen las partes principales de cada receso (40): la superficie de resbalamiento (41) y la superficie de empuje (42). También se describen ambas superficies laterales de la superficie de empuje (42): la superficie lateral exterior (421) y la superficie lateral interior (422); y el borde lateral exterior (4211) de dicho receso (40) correspondiente a dicha superficie lateral exterior (421). También se muestra un miembro de tope axial (43) que delimita en esta realización el deslizamiento axial de la corona dentada (4) cuando entra en contacto con un correspondiente miembro de restricción axial (21) del segundo miembro portador (2).
■ FIG. 8A y 8B y 8C muestran diferentes vistas, secciones E-E ', F-F' y detalles de una realización alternativa en la que la corona dentada (4) está provista de flotabilidad pilotada, donde podemos ver el miembro dentado (47), la superficie de resbalamiento (41) y la superficie de empuje (42) de cada receso (40), la superficie lateral exterior (421), la superficie lateral interior (422) y el borde lateral exterior (4211).
■ FIG. 9 muestra mediante secciones esquemáticas del mecanismo de FIG. 5, los cuatro diferentes estados de trabajo E1, E2, E3, E4, que describen el funcionamiento del mecanismo objeto de la invención, mostrando para cada estado, las diferentes posiciones del miembro de engrane (33) y del miembro dentado (47) que se desliza axialmente en la dirección de desengrane (D2) durante E2, de E1 a E3, y en sentido opuesto, dirección de engrane (D1), durante E4, desde el instante de inicio de engrane E4e a E1.
■ FIG.10 muestra dos secciones del mecanismo de FIG. 5: G-G' correspondiente al estado puro de transmisión de par (E1) y F-F' correspondiente al estado puro de rueda libre (E3).
■ FIG. 11 muestra el detalle de los dos estados de trabajo de la fig. 10, estado puro de transmisión de par (E1) y estado puro de rueda libre (E3). También se muestra un miembro de engrane (33) con una cara de resbalamiento (331) ortogonal al eje longitudinal del trinquete (37).
■ FIG. 12 muestra una vista explosionada en perspectiva de una realización alternativa de la invención, en la que cada miembro de engrane (33) del trinquete comprende una cara de empuje (332) de forma cónica.
■ FIG. 13 muestra una sección transversal de la realización alternativa de FIG. 12 en el estado puro de transmisión de par (E1), donde cada superficie de empuje (42) del receso tiene forma cónica para acoplarse con la cara de empuje (332) del trinquete correspondiente.
■ FIG. 14 muestra diferentes vistas del primer miembro portador (1) con cavidades longitudinales (10) para alojar los trinquetes longitudinales (3), con un sistema de coordenadas cartesianas local correspondiente a una cavidad (10) formada por tres direcciones ortogonales: dirección axial (Da), dirección radial (Dr) y dirección tangencial (Dt). También se muestra la dirección de enclavamiento local (De) correspondiente a dicha cavidad (10).
■ FIG. 15 muestra una vista detallada del sistema de coordenadas cartesianas local de la FIG. 14, que describe el ángulo de inclinación tangencial (9t) y el ángulo de inclinación axial (9a).
■ FIG.16 muestra una simulación del proceso de fresado de los múltiples recesos (40) en la corona dentada (4) mediante una fresa (401), para apreciar mejor las superficies que forman cada uno de los recesos (40).
■ FIG.17 muestra una vista en sección de detalle de la corona dentada (4) en mitad del proceso de mecanizado descrito en la figura 16 que muestra la abertura interior (45) que comprende una superficie de revolución (46).
EXPOSICIÓN DETALLADA DE UN MODO PREFERENTE DE REALIZACIÓN
En una realización preferente del mecanismo objeto de la invención, se propone el mecanismo de rueda libre de un buje de rueda trasera para bicicletas, donde el primer miembro portador (1) es la pieza, comúnmente llamada núcleo, encargada de acoplar el casete de piñones (9), y el segundo miembro portador (2) es el cuerpo del buje. El primer elemento portador (1) está montado de forma giratoria a lo largo de un eje de rotación (111); el segundo miembro portador (2) es coaxial, giratorio y axialmente fijo con respecto al primer miembro portador (1).
La dirección axial (Da) corresponde a la dirección de rotación del segundo miembro portador (2) cuando gira libremente con respecto al primer miembro portador (1). La dirección tangencial (Dt) corresponde al sentido de rotación del segundo miembro portador (2) cuando gira libremente con respecto al primer miembro portador (1).
La corona dentada (4) es coaxial a lo largo del eje de rotación (111) y está acoplada de manera no giratoria al segundo miembro portador (2). La corona dentada (4) comprende un miembro dentado (47) dispuesto radialmente provisto de una pluralidad de recesos (40) que forman dientes (49) dispuestos equiespaciados periféricamente, y que tienen una pendiente tangencial y además una pendiente axial.
Dicho primer miembro portador (1) comprende un miembro de tambor (12) provisto de al menos una cavidad longitudinal (10) que aloja al menos un trinquete longitudinal (3) dispuesto para engranarse y desengranarse con el miembro dentado (47) y así forzar a la corona dentada (4) a girar, respectivamente, de manera conjunta o separada con el primer miembro portador (1).
El eje longitudinal de cada cavidad longitudinal (10) es predominantemente radial, aunque tiene un ángulo de inclinación axial (9a) y un ángulo de inclinación tangencial (9t), definiendo por tanto una dirección de enclavamiento (De). El trinquete longitudinal (3) alojado en la cavidad longitudinal (10), tiene un eje longitudinal (37) coincidente con el eje longitudinal de dicha cavidad longitudinal (10), permitiendo así el deslizamiento del trinquete longitudinal (3) en la cavidad longitudinal (10), forzado hacia el miembro dentado (47) por medios de empuje (5).
El trinquete longitudinal (3) comprende en un extremo un miembro de engrane (33), que mira hacia fuera desde la cavidad longitudinal (10) para entrar en contacto con el miembro dentado (47). Este miembro de engrane comprende dispuestas lateralmente una cara de resbalamiento (331) ortogonal al eje longitudinal del trinquete (37) y una cara de empuje (332). Dicha cara de resbalamiento (331) está configurada para deslizarse en contacto con el miembro dentado (47) cuando gira libremente, y dicha cara de empuje (332) está configurada para empujar a los recesos (40) del miembro dentado (47) para poder transmitir el par entre el primer y el segundo miembros portadores (1,2) cuando no giran libremente.
Dicho segundo miembro portador (2) comprende un primer miembro transmisor de par (200) que encaja con un segundo miembro transmisor de par (400) provisto en la corona dentada (4), que fuerza al segundo miembro portador (2) y a la corona dentada (4) a rotar siempre solidarios. El primer miembro transmisor de par (200) y el segundo elemento transmisor de par (400) permiten movimientos bidireccionales de la corona dentada (4) en la dirección axial (Da), llamando desengrane al movimiento axial que va desde una primera posición de engrane, correspondiente al estado puro de transmisión de par, hasta una segunda posición de desengrane, correspondiente a la rueda libre, y llamando desengrane al movimiento axial de la corona dentada (4) desde la segunda posición de desengrane hasta la primera posición de engrane, siendo ambos movimientos opuestos forzados siempre por al menos un trinquete longitudinal (3), cuyo miembro de engrane(33), a través de su cara de resbalamiento (331), es el que empuja a la corona dentada (4) en dirección axial (Da) alejándola del miembro de tambor (12) y, a través de su cara de empuje (332), guía axialmente a la corona dentada (4) atornillándola hacia el miembro de tambor (12 ) cuando se aplica un par de torsión y el miembro de engrane (33) se engrana con uno de los recesos (40) hasta que el miembro de engrane (33) está completamente engranado en el fondo del receso (40).
Ambos miembros principales (1 y 2) son coaxiales y están montados de manera giratoria mediante conjuntos de rodamientos (81, 82) a un eje (7) de buje no giratorio, aunque están fijados axialmente a través de un eje (7) del conjunto de una forma conocida en el Estado de la Técnica anterior. Este eje (7) del conjunto, que en el caso de las bicicletas se encuentra fijo, comprende diferentes elementos (70, 71, 72, 73, 74) y dos pares de conjuntos de rodamientos (81, 82) que sirven para posicionar axialmente ambos elementos portadores (1, 2) limitando la distancia axial entre ellos.
Dicho primer elemento portador (1) comprende además una superficie periférica exterior provista de medios de engrane externos (100) dispuestos como un perfil ranurado que se acopla con los correspondientes medios de engrane internos (900) dispuestos en el casete de piñones traseros (9).
En esta realización preferente, los trinquetes longitudinales (3) atacan a la corona dentada (4) desde el interior en una dirección de enclavamiento (De) mayoritariamente radial, pero con cierto ángulo de inclinación tangencial y axial. Dicha inclinación tangencial es negativa, es decir, en la dirección tangencial negativa, siendo el ángulo de inclinación tangencial (9t), el ángulo formado entre dirección radial (Dr) y la proyección de la dirección de enclavamiento (De) en el plano ortogonal a la dirección axial (Da). Este ángulo de inclinación tangencial (9t) está dentro del intervalo de 10°-15°, siendo preferiblemente 12,5 °. Así, la corona dentada (4) tiene un equilibrio adecuado entre maximizar la profundidad de las superficies de empuje (42) y minimizar la pendiente de las superficies de resbalamiento (41). Dicha profundidad máxima es necesaria para maximizar la transferencia de par, y dicha pendiente mínima es necesaria para optimizar un deslizamiento longitudinal suave del trinquete (3) que facilite el desengrane y reduzca la fricción y el ruido al girar en modo de rueda libre.
Dicha inclinación axial es en la dirección axial positiva, siendo el ángulo de inclinación axial (9a), el ángulo formado entre la dirección radial (Dr) y la proyección de la dirección de enclavamiento (De) en el plano ortogonal a la dirección tangencial (Dt). Este ángulo de inclinación tangencial (9a) está dentro del rango de 10°-15°, siendo preferiblemente de 12°, para por un lado, facilitar el deslizamiento y el engrane-desengrane del mecanismo, y por otro lado facilitar enormemente la fabricación de la propia corona dentada (4), por ejemplo por fresado de un elemento toroidal.
En una realización más preferente de la invención, cada trinquete longitudinal (3) está dispuesto como un componente de revolución que comprende dos miembros coaxiales: un miembro de guía cilíndrico (34) y un miembro de engrane (33) de revolución. El miembro de guía cilíndrico (34) tiene una sección transversal circular exterior constante que se acopla con la sección transversal circular interior de la correspondiente cavidad longitudinal (10), haciendo coincidir el eje del trinquete longitudinal (37), con la dirección de enclavamiento (De) de dicha cavidad longitudinal (10).
Esta realización preferente con trinquetes longitudinales (3) de revolución tiene ventajas adicionales. Una de ellas es facilitar el engrane, ya que en el estado de engrane (E4) la fuerza de fricción entre ambas superficies hace que cada trinquete longitudinal (3) ruede sobre la superficie lateral exterior (421), suavizando el contacto entre los elementos hasta el engrane completo. Por tanto, cada trinquete longitudinal (3) gira sobre sí mismo dentro de la correspondiente cavidad longitudinal (10), configurada para garantizar el posicionamiento coaxial con el trinquete longitudinal (3) en dicha dirección de enclavamiento (De).
Además, cada miembro de engrane (33) comprende una cara de resbalamiento (331) ligeramente abovedada y convexa, para facilitar el deslizamiento en todo momento al contactar con las superficies de resbalamiento (41) de los recesos (40) de la corona dentada (4). Cada trinquete longitudinal (3) es forzado en la dirección de enclavamiento (De), hacia la corona dentada (4) mediante la acción de unos medios de empuje (5) dispuestos como resortes de torsión alojados dentro de las cavidades longitudinales (10) del primer miembro portador (1). Para poder lograr un diseño más compacto y ligero, cada trinquete longitudinal (3) está provisto, en el extremo opuesto al miembro de engrane (33), con un miembro de guía (34) que comprende un orificio en el mismo, denominado agujero de alojamiento (35), para contener parcialmente y guiar en la dirección de enclavamiento (De) a dichos medios de empuje (5). Esta realización preferente con trinquetes longitudinales (3) de revolución permite una fabricación fácil, pero de alta precisión, ya que es posible fabricar por fresado tanto las cavidades longitudinales (10) del primer miembro portador (1), dispuestos como taladros, como los recesos (40) de la corona dentada (4). Además, para la fabricación de los trinquetes longitudinales (3) se utiliza un torno. Por tanto, su industrialización es económica.
Como se describió anteriormente para el instante de inicio de engrane (E4e), la distancia máxima de flotabilidad (FdM), que limita el deslizamiento axial de la corona dentada (4) al alejarse del miembro de tambor (12), debe ser suficientemente pequeña, estando preferiblemente por debajo del 25% del máximo de la dimensión transversal o diámetro del miembro de engrane (33), y más preferiblemente dentro del intervalo 10%-20%. En esta realización preferente, la distancia máxima de flotabilidad (FdM) es el 13,7% del diámetro máximo del miembro de engrane (3), asegurando que la superficie lateral exterior (421) del respectivo receso (40) entra en contacto con la cara de empuje (332) del miembro de engrane (33).
Además, en esta realización particular, el segundo miembro portador (2), que engrana con la corona dentada (4) a través del primer miembro transmisor de par (200) que está acoplado con el correspondiente segundo miembro transmisor de par (400) de la corona dentada (4), también comprende un miembro de restricción axial (21) dispuesto en la parte inferior del alojamiento de la corona dentada (20) en el segundo miembro portador (2).
En una realización preferente, el primer miembro portador (1) comprende un miembro tubular (11), que tiene en su superficie periférica exterior unos medios de engrane externos (100) para engancharse con el casete de piñones traseros (9), y un miembro de tambor (12) adyacente a la corona dentada (4) provisto de una superficie exterior (120) de forma troncocónica, cuyo diámetro disminuye en la dirección axial positiva (Da). En esta superficie exterior (120) del elemento de tambor (12) están dispuestas periféricamente las aberturas de las cavidades longitudinales (10) mencionadas anteriormente para alojar y guiar a los trinquetes longitudinales (3).
Según esto, en esta realización, la corona dentada (4) tiene forma anular con una abertura interior (45) que se acopla con dicha superficie exterior (120) del elemento de tambor (12) para permitir un alojamiento con juego radial entre la corona dentada (4) y el elemento de tambor (12). Dicha abertura interior (45) comprende además en la zona de contacto con los trinquetes longitudinales (3) una superficie de revolución (46) respecto al eje de giro (111), cuya dimensión radial disminuye en la dirección axial positiva (Da) para facilitar el engrane y desengrane del mecanismo. Además, dicha superficie de revolución (46) está provista de N1 recesos (40) que forman dientes (49) equiespaciados angularmente. Debido a la geometría antes mencionada de la superficie de revolución (46), el borde lateral exterior (4211) termina aproximadamente en el medio de la superficie de resbalamiento (41) del correspondiente receso (40).
El proceso de mecanizado de cada receso (40), como se muestra en las Figuras 16 y 17, es preferiblemente fresado con profundidad constante, de modo que cada superficie de resbalamiento (41) sea plana e inclinada un ángulo de inclinación axial (9a) y un ángulo de inclinación tangencial (9t); y la superficie de empuje (42) es curva y cóncava vista desde el trinquete longitudinal (3). Además, los dientes (49) de la corona dentada (4) están hechos con una sección de pico de modo que los recesos (40) consecutivos se solapan entre sí y cada superficie de resbalamiento (41) de un receso (40) termina en la superficie de empuje (42) del siguiente receso (40) en el giro como rueda libre.
En una realización preferente, cada miembro de engrane (33) está parcialmente abrazado por la superficie de empuje (42) del receso (40) al que está engranado, en el estado puro de transmisión de par (E1). Por lo tanto, las secciones transversales de la superficie de empuje (42) y del miembro de engrane (33) coinciden parcialmente, y se define un eje longitudinal de la superficie de empuje (42) que coincide con el eje longitudinal del miembro de engrane (33), coincidente, a su vez, con la dirección de enclavamiento (De) de la correspondiente cavidad longitudinal (10).
En una realización alternativa de la invención, los recesos (40) consecutivos no se solapan entre sí, ya que N1 es lo suficientemente pequeño para proporcionar una mayor separación angular entre los recesos (40) consecutivos. Como consecuencia, los dientes (49) de la corona dentada (4) se aplanan adoptando forma de meseta; y las superficies de la corona dentada (4) que conectan a los recesos (40) consecutivos funcionan como una extensión de las superficies de resbalamiento (41).
En una realización preferente, el primer miembro trasmisor de par (200) está dispuesto en una superficie periférica interior del segundo miembro portador (2) que encaja con el segundo miembro transmisor de par (400), el cual está dispuesto en una superficie periférica exterior de la corona dentada (4) alojada en el mismo. Tanto el primer miembro trasmisor de par (200) como el segundo miembro trasmisor de par (400) son perfiles que se extienden axialmente paralelos al eje de rotación (111), provistos de rebajes y salientes dispuestos periféricamente y que se extienden en la dirección axial (Da). en las áreas de contacto, para acoplar de forma no giratoria la corona dentada (4) con el segundo miembro portador (2). Además, la dimensión según la dirección axial (Da) del primer miembro trasmisor de par (200) es mayor que la dimensión axial correspondiente del segundo miembro trasmisor de par (400), lo que permite el desplazamiento axial de la corona dentada (4) en la dirección axial (Da), y el segundo miembro portador (2) está provisto del miembro de restricción axial (21) para limitar axialmente el deslizamiento de la corona dentada (4), cuando el miembro de restricción axial (21) contacta con la corona dentada (4) a través de un miembro de tope axial (43).
En una realización preferente de la invención, la superficie lateral interna (422) de cada receso (40) forma una rampa lateral inclinada un ángulo de 12° con respecto a la dirección tangencial (Dt), cerrando así la apertura de salida del receso (40). Entonces, al desengranarse, como la corona dentada (4) gira hacia adelante en la dirección tangencial, la superficie lateral interior (422) se convierte en una rampa de guía que en caso de contacto con la cara de empuje (332) del miembro de engrane (33), fuerza a la corona dentada (4) a moverse axialmente en la dirección de desengrane (D2) alejándose del miembro de tambor (12) y acercándose al miembro de restricción axial (21).
En otra realización preferente de la invención, la superficie lateral exterior (421) de cada receso (40) forma una rampa lateral inclinada en una pendiente aguda respecto a la dirección tangencial (Dt), preferiblemente de 45°, abriendo así la abertura de entrada del receso (40). Entonces, al engranarse, como la corona dentada (4) gira hacia atrás en la dirección tangencial negativa (Dt), la superficie lateral exterior (421) se convierte en una rampa de guiado que soporta a la cara de empuje (332) del miembro de engrane (33), forzando así a la corona dentada (4) a moverse axialmente en la dirección de engrane (D1) hacia el miembro de tambor (12). Dicha pendiente aguda define el instante de inicio de engrane (E4e), cuando comienza el efecto de atornillado que fuerza axialmente a la corona dentada (4) a deslizar, alejándose del miembro de restricción axial (21).
Como ocurre en otros mecanismos de rueda libre del Estado de la Técnica anterior, para garantizar el correcto funcionamiento, el número N1 de recesos (40) debe tener un valor equilibrado: siendo lo suficientemente pequeño para maximizar la profundidad de la superficie de empuje (42) para permitir un engrane adecuado y la transmisión de par requerida en el estado de transmisión de par, pero lo suficientemente grande para minimizar la separación angular entre los recesos (40) consecutivos.
El primer elemento portador (1) comprende N2 cavidades longitudinales (10) cuya función es albergar N3 trinquetes longitudinales (3) de revolución.
Existen múltiples combinaciones de trabajo para el mecanismo de rueda libre objeto de la invención, con diferentes valores para N1, N2 y N3, según diferentes requisitos relativos a ángulo muerto mínimo, par máximo a transmitir, peso mínimo, ruido deseado cuando funciona en rueda libre, etc. Por lo tanto, se proponen los siguientes valores preferidos para N1, N2 y N3:
• En una realización preferente, N2> N3, y N3 y N2 son divisores de N1, lo que proporciona ventajas adicionales: primero, reduce el peso del primer miembro portador (1), al tiempo que facilita las operaciones de mantenimiento ya que cuenta con una serie de cavidades longitudinales (10) alternativas adicionales, listas para usarse cuando el desgaste limite la vida útil; y segundo, da la opción de incrementar la capacidad de transferencia de carga al añadir trinquetes longitudinales (3) de engrane simultáneo adicionales, hasta el máximo N3=N2. Citando como dos ejemplos preferidos más:
(N1=36, N2=12, N3=6): Ángulo muerto resultante=360/N1=10°
(N1=30, N2=10, N3=5): Ángulo muerto resultante=12°
• En otra realización preferente, N2=N3, y N3 y N2 son divisores de N1: (N1=30, N2=6, N3=6): Ángulo muerto resultante=12°
• En una realización alternativa preferente, N2> N3, y N3 es divisor de N1, N3 es divisor de N2, pero N2 no es divisor de N1, lo que proporciona otras ventajas: primero, reduce el peso del primer miembro portador (1), al tiempo que facilita las operaciones de mantenimiento al estar provisto de una serie de cavidades longitudinales (10) alternativas adicionales listas para usarse cuando el desgaste limite la vida útil; y segundo, da la opción de disminuir el ángulo muerto al proporcionar trinquetes longitudinales (3) de engrane simultáneo adicionales, hasta el máximo N3=N2. Citando como un ejemplo más preferente: (N1=25, N2=10, N3=5): Ángulo muerto resultante=14,4°.
• En otra realización preferente, N2=N3 y N3 es divisor de N1, N3 es divisor de N2, pero N2 no es divisor de N1:
(N1=25, N2=10, N3=10): Ángulo muerto resultante=7,2°
Entonces, en esta realización, como solo hay 5 trinquetes longitudinales (3) engranados al mismo tiempo, el segundo grupo de 5 está a medio camino para la siguiente posición de engrane, lo que resulta en un ángulo muerto del 50% del que hay en el caso anterior.
En la aplicación específica de la presente invención a un mecanismo de rueda libre de bicicleta, destaca la facilidad en las operaciones de desmontaje y mantenimiento, resolviendo el problema de desmontaje existente en los bujes de bicicleta del Estado de la Técnica anterior. En estos mecanismos conocidos, una vez que la corona dentada está enroscada en la carcasa del buje, es difícil de quitar, debido a la geometría de la superficie de deslizamiento del diente. En estos mecanismos conocidos el atornillado es fácil aprovechando las superficies de empuje del receso, pero el desmontaje es casi imposible porque esta operación requiere apoyar una herramienta sobre la superficie de deslizamiento de dicho receso, lo que no permite sostener dicha herramienta adecuadamente.
Sin embargo, en el caso del mecanismo de la invención, la corona dentada (4), alojada en el cuerpo del buje o segundo miembro portador (2), no necesita ninguna herramienta para su desmontaje. Para acceder al interior del segundo miembro portador (2) para realizar operaciones de mantenimiento, como retirar conjuntos de cojinetes, solo se necesita retirar la segunda tapa (71), permitiendo así el libre acceso al segundo miembro portador (2) o cuerpo del buje, mientras que la corona dentada (4), los trinquetes longitudinales (3) y el primer elemento portador (1) permanecen ensamblados entre sí, lo que facilita enormemente la manipulación del conjunto.
OTRAS FORMAS DE REALIZACIÓN
En una realización alternativa de la presente invención, el trinquete longitudinal (3) de revolución tiene forma externa de cilindro, por lo que la cara lateral (30) del miembro de guía (34) y la cara de empuje (332) del miembro de engrane (33) están comprendidos en la misma superficie cilíndrica. Por tanto, en la correspondiente corona dentada (4) de esta realización, la superficie de resbalamiento (41) de cada receso (40) es sustancialmente ortogonal a los generadores de la superficie de empuje (42) en cada receso (40), siendo estos generadores paralelos a la dirección de enclavamiento (De) correspondiente a un miembro de engrane (33) que está engranado en dicho receso (40) cuando no gira libremente; de modo que la superficie de empuje (42) asegura el soporte tangencial del miembro de engrane (33) correspondiente.
En una realización alternativa preferente de la presente invención, la forma del miembro de engrane (33) se optimiza para evitar el desgaste y prolongar la vida útil del mecanismo. En este caso, la cara de empuje (332) del miembro de engrane (33) tiene preferentemente forma cónica con dimensión radial creciente hacia la cara de resbalamiento (331). Para permitir el engrane y desengrane entre los trinquetes longitudinales (3) y la corona dentada (4), cada superficie de empuje (42) tiene también forma cónica, formando un ángulo agudo con la superficie de resbalamiento (41) del correspondiente receso (40), y encajando en la antes mencionada cara de empuje (332) que se encuentra en el miembro de engrane (33). Esta última realización cónica del miembro de engrane (33) evita un acoplamiento parcial de cualquier miembro de engrane (33) en un receso (40), evitando así cualquier transmisión de par entre las puntas del diente (49) y las puntas del miembro de engrane (33), prolongando la vida útil del mecanismo.
En la forma de realización cilíndrica antes mencionada del miembro de engrane (33), dicho acoplamiento parcial podría suceder cuando los N3 trinquetes longitudinales (3) no engranan todos a la vez, por lo que al menos uno de dichos miembros de engrane (33) permanece alineado con la superficie de empuje (42) del receso (40) pero aún en contacto con la superficie de resbalamiento (41) del receso anterior (40), produciendo por tanto el contacto entre las puntas del diente (49) y las puntas del miembro de engrane (33).
Por otro lado, en la presente realización cónica del miembro de engrane (33), dicho acoplamiento parcial no puede suceder, porque incluso en el caso de que los N3 trinquetes longitudinales (3) no engranen todos a la vez, el miembro de engrane (33) que no ha engranado, permanece en el receso anterior (40) en contacto con la superficie de resbalamiento (41) pero no con la superficie de empuje (42).
Además, en esta forma de realización cónica, la cara de resbalamiento (331) permanece ortogonal al eje longitudinal del trinquete longitudinal (3), y sigue siendo preferiblemente ligeramente abovedada y convexa, para facilitar el deslizamiento en todo momento al entrar en contacto con la superficie de resbalamiento (41) de cada receso (40).
En una realización más preferida, el miembro de engrane (33) comprende además una cara de conexión (333) que conecta la cara de empuje (332) con el miembro de guía (34).
En otra realización alternativa, el miembro de guía (34) de cada trinquete longitudinal (3) tiene forma de prisma con una sección transversal exterior poligonal constante que coincide con la sección transversal interior de la cavidad longitudinal (10) correspondiente, estando provisto al menos de dos caras paralelas.
En otra realización alternativa de la invención, la corona dentada (4) está dentada hacia fuera, estando por tanto sus recesos (40) en la zona periférica exterior de dicha corona dentada (4), de manera que los trinquetes longitudinales (3) la atacan según una dirección de enclavamiento (De) con componente radial decreciente, en lugar de creciente como se describió anteriormente en la realización preferente. Esta configuración, en una realización más preferida en la que la corona dentada (4) tiene flotabilidad guiada, se puede disponer particularmente con una dirección de enclavamiento (De) sin componente axial, lo que puede ser relevante en aplicaciones en las que se necesita una dimensión axial mínima del mecanismo.
Otra realización alternativa de la invención es un mecanismo de rueda libre totalmente desengranable, en lugar de parcialmente desengranable como se mencionó anteriormente en la presente solicitud. Para lograrlo, el miembro de restricción axial (21) que limita la flotabilidad axial de la corona dentada (4), se encuentra en un miembro externo diferente de ambos miembros portadores (1, 2). Dicho miembro de restricción axial (21) puede oscilar al menos entre dos posiciones axiales diferentes y predeterminadas, a través de medios ya conocidos, manejados manualmente por el usuario:
• Una posición correspondiente a la Distancia Máxima de Flotabilidad (FdM) que significa un desacoplamiento parcial y que permite volver a engranar cuando se produce una rotación no de rueda libre, de acuerdo con lo anterior;
• Una segunda posición en la que el deslizamiento axial de la corona dentada (4) excede el valor de la Distancia Máxima de Flotabilidad (FdM), conduciendo así al desacoplamiento completo, posición desengranada, en la que ambos elementos portadores giran independientemente sin importar el sentido de giro.
Otra realización alternativa de la invención es una rueda libre en la que la distancia fijada axialmente y predeterminada entre ambos elementos portadores (1,2) puede ser seleccionada previamente por el usuario, entre al menos dos posiciones alternativas, separando o acercándose a ambos elementos portadores (1, 2) a través de medios existentes:
• Una posición correspondiente a la Distancia Máxima de Flotabilidad (FdM) que significa un desacoplamiento parcial y permite volver a engranar cuando se produce una rotación sin rueda libre, de acuerdo con lo anteriormente descrito en la solicitud;
• Una segunda posición en la que la flotabilidad axial de la corona dentada (4) excede al valor de la Distancia Máxima de Flotabilidad (FdM) que conduce al desacoplamiento completo.
Las aplicaciones mecánicas de la presente invención de rueda libre son múltiples y aplicables a diferentes campos técnicos, como una alternativa a los ya conocidos mecanismos de "rodamientos de único sentido" para transmisión unidireccional y otras ruedas libres convencionales. Así, la descripción de una aplicación particular de la presente invención en los bujes de bicicleta se proporciona únicamente con fines ilustrativos, y no con el fin de limitar la invención.

Claims (19)

REIVINDICACIONES
1. Un mecanismo de rueda libre que comprende:
un primer miembro portador (1) montado de forma giratoria a lo largo de un eje de rotación (111); un segundo miembro portador (2) coaxial, giratorio y fijado axialmente con respecto al primer miembro portador (1), en el que una dirección axial (Da) corresponde a la dirección de rotación del segundo miembro portador (2) cuando gira libremente con respecto al primer miembro portador (1), por lo tanto una dirección tangencial (Dt) corresponde al segundo sentido de rotación del miembro portador (2) cuando gira libremente con respecto al primer miembro portador (1); una corona dentada (4) coaxial con el eje de rotación (111), acoplada de forma no giratoria al segundo miembro portador (2), y que comprende un miembro dentado (47) dispuesto radialmente provisto de una pluralidad de recesos (40) que forman dientes (49) dispuestos equiespaciados periféricamente, que tienen una pendiente tangencial y además una pendiente axial; dicho primer elemento portador (1) comprende un elemento de tambor (12) provisto de al menos una cavidad longitudinal (10) para alojar al menos un trinquete longitudinal (3) dispuesto para engranarse y desengranarse con el miembro dentado (47) para respectivamente forzar a la corona dentada (4) a girar conjuntamente o por separado con el primer miembro portador (1), donde el eje longitudinal de cada cavidad longitudinal (10) es predominantemente radial pero tiene un ángulo de inclinación axial (9a) y un ángulo de inclinación tangencial (9t) que definen una dirección de enclavamiento (De); donde el trinquete longitudinal (3) alojado en la cavidad longitudinal (10), tiene un eje longitudinal (37) coincidente con el eje longitudinal de dicha cavidad longitudinal (10), permitiendo así el deslizamiento del trinquete longitudinal (3) dentro de la cavidad longitudinal (10), estando forzado hacia el miembro dentado (47) por medios de empuje (5); en el que el trinquete longitudinal (3) comprende en un extremo un miembro de engrane (33), que mira hacia afuera de la cavidad longitudinal (10) para entrar en contacto con el miembro dentado (47), el miembro de engrane comprende una cara de resbalamiento (331) ortogonal al eje longitudinal del trinquete (37) y una cara de empuje (332), dispuestas lateralmente; donde dicha cara de resbalamiento (331) está configurada para deslizarse en contacto con el miembro dentado (47) cuando gira libremente, y dicha cara de empuje (332) está configurada para empujar los recesos (40) del miembro dentado (47) para transmitir el par entre el primer y el segundo miembro portador (1, 2) cuando no giran libremente; en el que dicho segundo miembro portador (2) comprende un primer miembro transmisor de par (200) que encaja con un segundo miembro transmisor de par (400) provisto en la corona dentada (4), que fuerza al segundo miembro portador (2) y a la corona dentada (4) para que siempre giren solidarios;
caracterizado porque el primer miembro transmisor de par (200) y el segundo miembro transmisor de par (400) permiten el movimiento bidireccional de la corona dentada (4) en la dirección axial (Da), siendo el desengrane el movimiento axial desde una primera posición de engrane, correspondiente a no rueda libre, hasta una segunda posición de desengrane, correspondiente al giro en rueda libre, y siendo el engrane el movimiento axial de la corona dentada (4) desde la segunda posición de desengrane a la primera posición de engrane, y siendo ambos movimientos opuestos siempre forzados por al menos un trinquete longitudinal (3), cuyo miembro de engrane (33) a través de su cara de resbalamiento (331), fuerza a la corona dentada (4) en la dirección axial (Da) alejándola del miembro de tambor (12), y guía axialmente a la corona dentada (4) a través de su cara de empuje (332), atornillándola hacia el miembro de tambor (12) cuando se aplica par y el miembro de engrane (33) se engrana con uno de los recesos (40) hasta que el miembro de engrane (33) está engranado totalmente en el fondo del receso (40).
2. Mecanismo de rueda libre según la reivindicación 1, en el que el trinquete longitudinal (3) comprende además un elemento de guía (34) que tiene una sección transversal exterior que coincide con la sección transversal interior de las cavidades longitudinales (10), lo que permite al trinquete longitudinal (3) deslizar a lo largo de la dirección de enclavamiento (De) de la correspondiente cavidad (10) que lo aloja.
3. Mecanismo de rueda libre según la reivindicación 1, en el que el primer miembro transmisor de par (200) y el segundo miembro transmisor de par (400) están configurados como perfiles con rebajes y salientes dispuestos periféricamente y que se extienden en la dirección axial (Da) siendo la dimensión a lo largo de la dirección axial (Da) del primer miembro transmisor de par (200) mayor que la dimensión axial correspondiente del segundo miembro transmisor de par (400), lo que permite el desplazamiento axial de la corona dentada (4) en la dirección axial (Da).
4. Mecanismo de rueda libre de acuerdo con la reivindicación 1, donde la primera posición de engrane correspondiente al giro de no libre rueda es cuando al menos un trinquete longitudinal (3) se engrana con el miembro dentado (47) obligando a ambos miembros portadores (1, 2) a rotar solidarios transmitiendo par entre ellos, y donde la segunda posición de desengrane está determinada por el contacto entre un elemento de tope axial (43) de la corona dentada (4) con un miembro de restricción axial (21) dispuesto en el segundo miembro portador (2), siendo la distancia axial entre cada posición instantánea de la corona dentada (4) y la primera posición de engrane la distancia de flotabilidad (Fd) de manera que la segunda posición de desengrane corresponde a la distancia de flotabilidad máxima (FdM).
5. Mecanismo de rueda libre de acuerdo con la reivindicación 4, donde dicha distancia de flotabilidad máxima (FdM), que limita el deslizamiento axial de la corona dentada (4) en su alejamiento del miembro de tambor (12), es suficientemente pequeña, siendo inferior al 25% de la máxima dimensión transversal del miembro de engrane (3).
6. Un mecanismo de rueda libre de acuerdo con la reivindicación 5, en el que dicha distancia de flotabilidad máxima (FdM) está dentro del rango del 10% al 20% de la máxima dimensión transversal del miembro de engrane (3).
7. Mecanismo de rueda libre según las reivindicaciones 1 a 3, en el que cada receso (40) comprende una superficie de resbalamiento (41) situada en el fondo del receso (40) y una superficie lateral (44) cóncava según la dirección tangencial (Dt).
8. Mecanismo de rueda libre de acuerdo con la reivindicación 7, en el que la superficie de resbalamiento (41) de cada receso (40) es substancialmente ortogonal a la dirección de enclavamiento (De) del correspondiente trinquete longitudinal (3) acoplado en dicho receso (40) cuando no gira libremente.
9. Mecanismo de rueda libre según la reivindicación 7, en el que dicha superficie lateral (44) comprende una superficie de empuje (42) que delimita a la superficie de resbalamiento (41) en la dirección tangencial positiva (Dt), una superficie lateral exterior (421) y una superficie lateral interior (422), flanqueando ambas últimas a la superficie de empuje (42) en la dirección axial (Da ), estando la superficie lateral interior (422) posicionada en la dirección axial creciente (Da), estando la superficie lateral exterior (421) delimitada radialmente entre la superficie de resbalamiento (41), y un borde lateral exterior (4211)
10. Mecanismo de rueda libre según la reivindicación 9, donde la superficie de empuje (42) encaja con la cara de empuje (332) del miembro de engrane (33) correspondiente.
11. Mecanismo de rueda libre según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que los trinquetes longitudinales (3) son elementos de revolución que comprenden un elemento de guiado (34) de sección transversal circular.
12. Mecanismo de rueda libre según reivindicación 10, en el que en el estado puro de transmisión de par (E1), cada miembro de engrane (33) está completamente engranado en la parte inferior de una superficie de empuje (42) y está parcialmente abrazado y soportado en la dirección tangencial (Dt) por dicha superficie de empuje (42) del receso (40) al cual está engranado, y donde la cara de deslizamiento (331) está en contacto con la superficie de resbalamiento (41) de dicho receso (40) al cual está engranado.
13. Mecanismo de rueda libre según la reivindicación 11, en el que la superficie lateral interior (422) de cada receso (40) tiene forma de rampa lateral con respecto a la dirección tangencial (Dt), por lo que al desengranarse, cuando la corona dentada (4) gira hacia adelante en la dirección tangencial (Dt), la superficie lateral interna (422) se vuelve una rampa de guía que contacta con la cara de empuje (332), forzando a la corona dentada (4) a moverse axialmente alejándose del miembro de tambor (12).
14. Mecanismo de rueda libre según la reivindicación 13, caracterizado porque la superficie lateral interior (422) de cada receso (40) forma una rampa lateral inclinada un ángulo de 12° con respecto a la dirección tangencial (Dt).
15. Mecanismo de rueda libre según la reivindicación 11, caracterizado porque la superficie lateral exterior (421) de cada receso (40) forma una rampa lateral inclinada una pendiente aguda con respecto a la dirección tangencial (Dt), por lo que en el engrane, a medida que la corona dentada (4) gira hacia atrás en dirección tangencial negativa (Dt), la superficie lateral exterior (421) se convierte en una rampa de guía que soporta a la cara de empuje (332), obligando a la corona dentada (4) a moverse axialmente hacia el miembro de tambor (12).
16. Mecanismo de rueda libre según la reivindicación 15, caracterizado porque la superficie lateral exterior (421) de cada receso (40) forma una rampa lateral inclinada un ángulo de 45° con respecto a la dirección tangencial (Dt).
17. Mecanismo de rueda libre según la reivindicación 1, en el que en la dirección de enclavamiento (De) tiene un ángulo de inclinación tangencial (9t) dentro del rango 10°-15°, siendo este ángulo el formado entre la dirección radial (Dr) y la proyección de la dirección de enclavamiento (De) en el plano ortogonal a la dirección axial (Da).
18. Mecanismo de rueda libre de acuerdo con la reivindicación 1, donde-en la dirección de enclavamiento (De) tiene un ángulo de inclinación axial (9a) dentro del rango de 10°-15°, siendo este ángulo el formado entre la dirección radial (Dr) y la proyección de la dirección de enclavamiento (De) en el plano ortogonal a la dirección tangencial (Dt).
19. Mecanismo de rueda libre según la reivindicación 12, en el que la cara de resbalamiento (331) es ligeramente convexa en la dirección de enclavamiento (De) para facilitar el deslizamiento al entrar en contacto con la superficie de resbalamiento (41) de cada receso (40).
ES17704670T 2016-03-31 2017-02-10 Mecanismo de rueda libre Active ES2829332T3 (es)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
ES201630389 2016-03-31
PCT/EP2017/025025 WO2017167453A1 (en) 2016-03-31 2017-02-10 Freewheel mechanism

Publications (1)

Publication Number Publication Date
ES2829332T3 true ES2829332T3 (es) 2021-05-31

Family

ID=58018057

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
ES17704670T Active ES2829332T3 (es) 2016-03-31 2017-02-10 Mecanismo de rueda libre

Country Status (6)

Country Link
US (1) US10508697B2 (es)
EP (1) EP3436714B1 (es)
CN (1) CN108884883B (es)
ES (1) ES2829332T3 (es)
TW (1) TWI653160B (es)
WO (1) WO2017167453A1 (es)

Families Citing this family (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
NO345740B1 (en) 2018-12-21 2021-07-12 Ca Tech Systems As Clutch and multispeed gear
TWI696770B (zh) * 2019-02-21 2020-06-21 昱泓工業有限公司 具多齒塊的輪轂結構
CN111677781B (zh) * 2020-04-28 2021-10-26 宁波欣达螺杆压缩机有限公司 双向棘轮结构
TWI717288B (zh) * 2020-06-04 2021-01-21 喬紳股份有限公司 自行車花轂結構
TWI762256B (zh) * 2021-03-29 2022-04-21 劉衛庭 自行車之花轂棘輪結構
US11904633B2 (en) * 2021-04-14 2024-02-20 Wei-Ting Liu Freehub of bicycle
EP4074517A1 (en) * 2021-04-18 2022-10-19 Wei-Ting Liu Freehub of bicycle

Family Cites Families (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US656549A (en) 1899-06-26 1900-08-21 Henrique C Kennedy Clutch mechanism.
DE813815C (de) * 1950-01-27 1951-09-17 Fichtel & Sachs Ag Gesperre fuer Freilaufnaben, insbesondere von Fahrraedern
US2843238A (en) 1955-11-23 1958-07-15 Parkersburg Aetna Corp One-way clutch
DE4323955C2 (de) * 1993-07-21 1997-03-20 Franz Josef Brzoska Freilauf-Kupplung zur Einleitung von Kräften in eine sich drehende Welle
DE19847673A1 (de) 1998-10-15 2000-04-20 Dt Swiss Ag Nabe, insbesondere für Fahrräder u. dgl.
CN2699051Y (zh) * 2004-04-30 2005-05-11 宁波小星星车业有限公司 用于童车上的轮芯装置
EP1712811A1 (en) * 2005-04-15 2006-10-18 Campagnolo S.R.L. One-way transmission device for a hub of a rear wheel of a bicycle, pawl carrying body for such device and hub comprising such device
CN201068942Y (zh) * 2007-07-06 2008-06-04 鲍文光 电动自行车超越离合器
CN202484136U (zh) * 2011-12-29 2012-10-10 张建龙 一种单向离合器
DE102014108087A1 (de) * 2014-06-06 2015-12-17 tune U. Fahl e.K. Unidirektionale Drehmoment-Kupplung und Verfahren dazu
DE202014102671U1 (de) * 2014-06-06 2015-09-11 tune U. Fahl e.K. Unidirektionale Drehmoment-Kupplung
CN104895955B (zh) * 2015-05-25 2017-04-19 严振华 电动自行车机械变速式电机用飞轮

Also Published As

Publication number Publication date
TWI653160B (zh) 2019-03-11
EP3436714A1 (en) 2019-02-06
EP3436714B1 (en) 2020-07-29
CN108884883A (zh) 2018-11-23
CN108884883B (zh) 2020-07-28
TW201736157A (zh) 2017-10-16
US20190072139A1 (en) 2019-03-07
US10508697B2 (en) 2019-12-17
WO2017167453A1 (en) 2017-10-05

Similar Documents

Publication Publication Date Title
ES2829332T3 (es) Mecanismo de rueda libre
US11642565B2 (en) Weight apparatus including weight adjustment arrangement
ES2548232T3 (es) Mejoras en y en relación con acoplamientos de accionamiento anti marcha atrás
US20080083595A1 (en) Multi-tooth pawl type gearing mechanism
TWI604137B (zh) Bicycle free wheel hub
ES2951167T3 (es) Dispositivo de levantamiento de pesas ajustable
US8172055B2 (en) One-way clutch
TW201829938A (zh) 具有正傳動比的同軸齒輪機構
US709900A (en) Free-wheel or like clutch.
WO2018099205A1 (zh) 双棘轮式单向离合器
JP2008008447A (ja) 一方向クラッチユニット
EP3351824B1 (en) Transmission for motor
JP2010106985A (ja) ワンウェイクラッチ
ES2290213T3 (es) Atornilladora electrica con accesorio limitador del par de giro.
KR101082084B1 (ko) 일방향 래칫 클러치
US20190162257A1 (en) Unidirectional Rotary Brake
ES2354101B1 (es) Mecanismo de engranajes para conversión de giro.
ES2859455T3 (es) Unidad de accionamiento eléctrico para toldos o persianas enrollables
US20050183918A1 (en) Ratchet paw module structure
JP7187600B2 (ja) 制動力を段階的に調整可能な制動装置
EP2770224A1 (en) Driving system for bicycle hub
JP2008208851A (ja) 一方向クラッチ
ES2223865T3 (es) Dispositivo de cierre de vehiculos con mecanismo de bloqueo de sobrecarga.
WO2015079076A1 (es) Motorreductor compacto
JP2022148519A (ja) 回転体の回転状態を切り換え可能な回転制御装置