ES2925533T3 - Mejoras en ruedas de bicicleta - Google Patents

Abstract

Una rueda (1) para usar con una bicicleta, la rueda (1) que comprende un cubo (4) sobre el cual se puede montar la rueda (1) en una bicicleta, una llanta (2) sobre la cual se puede montar un neumático (6), y una pluralidad de radios (3) que se extienden entre el buje (4) y la llanta (2), donde la llanta (2) y/o uno o más de los radios tienen un borde de ataque y/o de salida, al menos en parte de los cuales tiene una configuración ondulada. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN

Mejoras en ruedas de bicicleta

Esta invención se refiere a mejoras en ruedas de bicicleta y, en particular, a una rueda de bicicleta que tiene una configuración de llanta mejorada.

Las llantas de rueda de bicicleta convencionales se fabrican a partir de secciones extruidas rectas de material, tal como metal, que se cortan, se doblan en forma de aro y los extremos se pegan, sueldan o de otro modo se unen entre sí. Alternativamente, las llantas de rueda se pueden formar a partir de un material compuesto tal como plástico reforzado con fibra de carbono. Dichas llantas se fabrican directamente en forma de aro y, por lo tanto, no se requiere la etapa de doblado anterior. En las dos disposiciones anteriores, la llanta tiene una profundidad constante en todos los puntos alrededor de su perímetro. A continuación, los radios se conectan a varios puntos alrededor de la superficie radialmente interior de la llanta de rueda. Alternativamente, la llanta y los radios de la bicicleta se forman integralmente a partir de materiales compuestos.

Durante el uso, las llantas de rueda convencionales pueden sufrir problemas aerodinámicos. Por ejemplo, los diseños de llantas de rueda convencionales pueden dar como resultado una gran cantidad de resistencia aerodinámica en la rueda, lo que reduce la velocidad de la bicicleta. Además, el movimiento del aire ambiente, que se desplaza con un ángulo de guiñada no nulo con respecto a la dirección general en la que se desplaza la bicicleta, puede provocar que se aplique una fuerza resultante transversal a la rueda. Si esta fuerza se aplica en una ubicación hacia adelante o hacia atrás del buje, la fuerza creará un momento alrededor del centro de la rueda que, en el caso de la rueda delantera, actuará para hacer que la rueda se desvíe de la trayectoria deseada. El ciclista debe aplicar una entrada de dirección para contrarrestar esto. El punto de acción de esta fuerza sobre la rueda se conoce como centro de presión. En particular, el centro de presión se define como el punto en el que el momento alrededor de los ejes vertical y horizontal en el plano de la rueda es nulo (es decir, guiñada nula y alabeo nulo). Este punto no es aplicable a una guiñada nula ya que la fuerza lateral es efectivamente nula.

El documento EP1016552 describe una rueda de bicicleta que tiene un buje, una pluralidad de radios que se extienden hacia el exterior desde el buje y una llanta anular acoplada a los extremos exteriores de los radios para soportar un neumático. Una porción de nervadura ubicada centralmente está ubicada entre porciones de radios adyacentes para reforzar la porción de llanta entre los radios, y el segmento medio de cada una de las porciones de nervadura tiene una altura radial que es aproximadamente igual a la altura de llanta base más más de la mitad de la altura de llanta base.

El documento GB189709791 divulga depresiones sinuosas, en zig-zag o aisladas que se hacen en las llantas de metal de las ruedas de ciclo y ruedas similares para recibir las cabecillas del radio.

En la actualidad se ha ideado una nueva rueda de bicicleta que supera o mitiga sustancialmente algunas o todas las desventajas mencionadas anteriormente y/u otras de la técnica anterior.

Se ha descubierto que tener bordes delanteros y/o traseros de la llanta, y/o uno o más de los radios, con una configuración ondulada proporciona ventajas aerodinámicas, durante el uso.

Por lo tanto, de acuerdo con un primer aspecto de la invención, se proporciona una rueda para usar con una bicicleta de acuerdo con la reivindicación 1.

Se ha realizado un análisis de dinámica de fluidos computacional (CFD) que compara la resistencia aerodinámica producida a 15 m/s en una rueda con llanta con una configuración ondulada, con el producido en una rueda con una llanta convencional no ondulada. Se elige la velocidad de 15 m/s porque se acerca a la velocidad de carrera que alcanzan los ciclistas de alto nivel. Los resultados muestran una resistencia aerodinámica reducida en el caso de que la rueda tenga una llanta ondulada en un rango de ángulos de guiñada.

La configuración ondulada puede tener una forma suave. Por ejemplo, la configuración ondulada puede estar sustancialmente desprovista de transiciones angulares, o completamente desprovista de transiciones angulares, entre los picos y valles de la configuración ondulada. En modos de realización alternativos, la configuración ondulada puede disponerse a lo largo de toda la extensión del borde, de manera que el borde se ondula intermitentemente. Los picos y valles de la configuración ondulada pueden disponerse a intervalos regulares o a intervalos irregulares.

En estas disposiciones, el borde radialmente interior puede comprender una serie de regiones cóncavas y convexas alternas, que son inmediatamente adyacentes entre sí. Puede haber al menos tres pares de picos y valles a lo largo del borde radialmente interior de la llanta, más preferiblemente doce y lo más preferiblemente al menos veinticuatro.

El borde radialmente interior puede tener una disposición regular de ondulaciones, que tienen la misma altura, o alternativamente alternar entre dos o más alturas diferentes, donde la altura se define como la altura radial relativa a una porción base anular de la llanta. La diferencia de altura radial entre los picos y valles de las ondulaciones es preferiblemente de al menos 5 mm, más preferiblemente de al menos 10 mm y lo más preferiblemente de al menos 20 mm.

Uno o más de los radios también pueden tener una configuración ondulada, al menos en los bordes delanteros y/o traseros. Esta configuración ondulada tiene preferiblemente las características descritas anteriormente en relación con el borde radialmente interior de la llanta.

Uno o más de los radios pueden tener un borde delantero y/o trasero, al menos parte del cual tiene una configuración ondulada. Esto puede ser además de la configuración ondulada en el borde radialmente interior de la llanta.

En estos modos de realización, la configuración ondulada puede tener una forma suave. Por ejemplo, la configuración ondulada puede estar sustancialmente desprovista de transiciones angulares, o completamente desprovista de transiciones angulares, entre los picos y valles de la configuración ondulada. La configuración ondulada puede disponerse a lo largo de toda la extensión del borde, de modo que el borde sea intermitentemente ondulado o, lo más preferiblemente, continuamente ondulado. Los picos y valles de la configuración ondulada pueden disponerse a intervalos regulares o a intervalos irregulares.

Uno o más de los radios pueden tener una disposición de ondulaciones regular, que tienen la misma altura, o alternativamente alternar entre dos o más alturas diferentes, donde la altura se define como la altura radial relativa a una porción base anular de la llanta. La diferencia de altura radial entre los picos y valles de las ondulaciones es preferiblemente de al menos 5 mm, más preferiblemente de al menos 10 mm y lo más preferiblemente de al menos 20 mm.

Preferiblemente, el uno o más radios tienen un borde delantero y un borde trasero y al menos parte de ambos bordes delantero y trasero tiene una configuración ondulada. En modos de realización preferidos, el uno o más radios tienen una sección transversal sustancialmente ovalada o elíptica.

Las superficies laterales tienen preferiblemente una configuración lisa. En particular, las superficies laterales pueden curvarse lateralmente hacia el exterior desde la base de la llanta, y luego curvarse lateralmente hacia el interior, antes de encontrarse en el borde radialmente interior de la llanta. La separación de los bordes laterales de la llanta puede ser mayor que la separación de los bordes laterales de un neumático fijado a ella, en al menos una parte, y preferiblemente la mayor parte, de la profundidad de la llanta en el plano de la rueda.

El borde radialmente interior de la llanta, con una configuración ondulada, está preferiblemente separado hacia el interior de los bordes laterales de la llanta, y generalmente puede estar alineado centralmente entre los bordes laterales de la llanta, es decir, sustancialmente alineado con un plano central de la rueda. En algunos modos de realización, especialmente en una rueda trasera, el borde radialmente interior de la llanta puede estar desplazado, para contrarrestar la tensión desigual experimentada por los radios debido a una "concavidad" desigual. El borde radialmente interior está preferiblemente redondeado para formar una curva convexa suave en un plano ortogonal al plano de la rueda. El perfil de la sección transversal exterior de las superficies laterales en el borde interior radial de la llanta tiene preferiblemente un radio de al menos 5 mm y lo más preferiblemente de al menos 10 mm.

El análisis CFD se llevó a cabo en una rueda que tenía esta configuración de borde interior radial redondeado, con y sin ondulaciones de acuerdo con la invención, que comparaba la ubicación del centro de presión en diferentes ángulos de guiñada. El análisis mostró que, en los ángulos de guiñada de 0°, 5°, 10°, 15° y 20°, el centro de presión se ubicaba más cerca del buje en el caso de la rueda con llanta con una configuración ondulada que en el caso de la rueda que tiene una llanta convencional no ondulada. Por tanto, la rueda que tiene una llanta con una configuración ondulada no experimenta una fuerza tan grande que hace que la rueda delantera se desvíe como la rueda que tiene una llanta convencional. Esto significa que el ciclista no necesita aplicar una fuerza de dirección tan grande para contrarrestar los efectos de esta fuerza.

La configuración ondulada puede tener una forma suave, comprendiendo el borde radialmente interior de la llanta una serie de regiones alternas cóncavas y convexas, que son inmediatamente adyacentes entre sí.

La llanta puede tener una porción de base anular y una porción de soporte para cada radio que sobresale de la porción de base.

La porción de soporte para cada radio sobresaldrá normalmente radialmente en dirección interior desde la porción de base, o aproximadamente radialmente en el caso en que los radios estén conectados a cada lado del buje, por ejemplo, en un patrón cruzado.

La porción de soporte de cada radio está preferiblemente conformada para reducir la concentración de tensiones en el material de la llanta con respecto a un radio montado en una superficie que tiene una posición radial constante, es decir, una superficie radial uniforme. Cada porción de soporte tiene preferiblemente una altura, es decir, la distancia que sobresale la porción de soporte con respecto a la porción de base, que es al menos el 10 %, más preferiblemente al menos el 20 % y lo más preferiblemente al menos el 25 % del ancho de la porción de soporte en su base. Cada porción de soporte sobresale preferiblemente al menos 5 mm con respecto a la porción de base, más preferiblemente al menos 10 mm y lo más preferiblemente al menos 20 mm.

Cada porción de soporte puede tener un ancho en su base que sea sustancialmente igual a la separación entre los radios en la llanta, de modo que las porciones de soporte estén dispuestas inmediatamente adyacentes entre sí.

Alternativamente, cada porción de soporte puede tener un ancho en su base que sea menor que la separación entre los radios en la llanta, de modo que la porción de base de la llanta u otras formaciones se interpongan entre las porciones de soporte de los radios adyacentes en la superficie radialmente interior de la llanta.

La llanta puede incluir formaciones auxiliares interpuestas entre las porciones de soporte que están adaptadas para proporcionar ventajas aerodinámicas, como se expone con más detalle a continuación. Estas formaciones pueden incluir salientes que tengan una forma similar a las porciones de soporte. De forma lo más preferible, sin embargo, estas formaciones tienen un perfil convexo en el plano de la rueda, y preferiblemente tienen generalmente forma de cúpula, por ejemplo con una sección transversal en un plano perpendicular al eje longitudinal del radio que es generalmente de forma elíptica.

El vértice de cada porción de soporte tiene preferiblemente una superficie extrema a la que o bien se conecta o se forma integralmente el radio. En el caso de que los radios sean componentes separados de la llanta, el vértice de la porción de soporte se sujeta preferiblemente al extremo del radio. Alternativamente, los radios pueden formarse como parte del mismo componente que la llanta y, por lo tanto, formarse integralmente con ella.

En los modos de realización actualmente preferidos, existe una transición sustancialmente suave entre las superficies de la porción de soporte y las superficies adyacentes del radio, por ejemplo, de manera que no se forma sustancialmente ningún reborde entre la porción de soporte y el radio. Lo más preferible es que esto se consiga formando integralmente la llanta y los radios mediante moldeo, por ejemplo, en material compuesto. Sin embargo, en algunos modos de realización, puede estar presente un pequeño reborde. El reborde está preferiblemente a menos de 15 mm, y lo más preferiblemente a unos 10 mm o menos, o a unos 8 mm o menos, desde el radio. La superficie extrema definida por la porción de soporte en estos modos de realización, entre el radio y el reborde, tiene preferiblemente un área que es inferior al 50 % del área de la sección transversal de la base de la porción de soporte, es decir, la interfaz con la porción de base anular de la llanta. El área de la superficie extrema es más preferiblemente inferior al 30 % de la base de la porción de soporte, y lo más preferiblemente inferior al 20 %.

Cuando los radios se forman como componentes separados que se sujetan a la llanta, los radios se fijan preferiblemente en las porciones de soporte asociadas mediante una sujeción adecuada. La sujeción se puede adaptar para poner el radio bajo tensión cuando se monta. Las sujeciones convencionales se extienden a través de una abertura en una pared de la llanta, con una cabeza ensanchada que se ubica en el lado radialmente exterior de la pared de la llanta y un conector roscado que se ubica en el lado radialmente interior de la pared de la llanta, al cual está conectado el radio. Cuando se utiliza este tipo de sujeción, el vértice de la porción de soporte puede incluir una abertura en la que se monta la sujeción, como se expuso anteriormente. En estas disposiciones, también se prefiere que haya una transición sustancialmente suave entre las superficies de la porción de soporte y las superficies adyacentes del radio, por ejemplo, de modo que no se forme sustancialmente ningún reborde entre la porción de soporte y el radio.

Una disposición alternativa para sujetar los radios a la llanta comprende radios que se extienden a través de una abertura en la pared de la llanta y se retienen en virtud de que el radio tiene una cabeza ensanchada ubicada en el lado radialmente exterior de la pared de la llanta. Una alternativa adicional es que los radios se puedan pegar mediante adhesivo a la llanta.

Cada porción de soporte tiene preferiblemente un solo radio que está alineado o aproximadamente alineado con un eje central de la porción de soporte. En particular, el radio puede extenderse desde el centro de una superficie extrema de la porción de soporte. En una disposición alternativa, cada porción de soporte soporta dos radios, conectándose los radios preferiblemente a lados opuestos del buje. La porción de soporte es preferiblemente simétrica, al menos en el plano de la rueda, más preferiblemente alrededor de un eje longitudinal del radio. Alternativamente, la porción de soporte puede ser no simétrica alrededor del plano de la rueda y, en particular, desplazada hacia un lado. Esto puede ser útil en aplicaciones en las que los radios de las ruedas requieren una tensión desigual en un lado de la rueda en comparación con el otro o en casos en los que esta disposición proporciona otros beneficios.

La porción de base anular de la llanta tiene preferiblemente una altura radial constante y, por lo tanto, representa una altura radial mínima de la llanta, desde la cual sobresalen las porciones de soporte y cualquier otra formación. La altura radial de la porción de base anular puede ser mayor que la altura radial de las porciones de soporte, con respecto a la porción de base.

El buje puede tener una forma convencional, estando adaptado para montarse de forma giratoria en el cuadro de una bicicleta. Por lo general, el buje definirá un saliente a cada lado de la rueda, que se monta de forma giratoria en el cuadro. Por ejemplo, el buje puede comprender un saliente cilíndrico a cada lado de la rueda, que se recibe de forma giratoria dentro de las correspondientes aberturas en el cuadro. Los radios pueden estar conectados al buje mediante disposiciones de sujeción adecuadas, o formarse integralmente con el buje. Comúnmente, el buje define puntos de conexión para la conexión a los radios, que pueden tomar la forma de aberturas dentro de las cuales se ubican sujeciones para los radios. En algunos modos de realización, el buje incluye un miembro central que tiene una forma sustancialmente cilíndrica. El miembro central puede estar provisto de bridas elevadas, a las que se conectan los radios.

La llanta puede definir una superficie radialmente exterior adaptada para retener un neumático. La superficie radialmente exterior define normalmente un canal circunferencial adaptado para recibir un neumático, que puede tener generalmente una forma de sección en U o en V. El canal circunferencial puede estar definido por bridas de soporte anulares, que sobresalen desde cada borde lateral de la superficie radialmente exterior. La llanta puede estar hecha de metal o de materiales compuestos moldeados.

Los radios son preferiblemente de forma alargada y están dispuestos para proporcionar una conexión apropiada entre el buje y la llanta para la naturaleza de la bicicleta en la que se montará la rueda. Los radios pueden estar formados por metal, plástico o material compuesto, y pueden tener forma de varillas, palas o secciones aerodinámicas.

La rueda tendrá normalmente tres o más radios, por ejemplo doce, dieciséis o más. Cuando se proporcionan doce o más radios, los radios son preferiblemente componentes separados que se montan en un extremo en el buje de la rueda y en el otro extremo en una porción de soporte. Por lo general, los radios se forman o moldean por separado en metal, un material compuesto u otro material adecuado, y luego se montan en la llanta y el buje mediante unión, soldadura o remaches, o se unen usando otros métodos o combinaciones de los mismos para formar una estructura de una sola pieza. Sin embargo, particularmente cuando la bicicleta está destinada a carreras de contrarreloj, la rueda puede tener menos de doce radios, por ejemplo, tres, cuatro, cinco o seis radios. En estas disposiciones, los radios se forman preferiblemente integralmente con el buje y la llanta de la rueda, por ejemplo mediante moldeo de materiales compuestos.

Para reducir el peso, la llanta es normalmente hueca, con paredes radialmente interiores y exteriores, paredes laterales de conexión y una cámara definida entre ellas. En algunos modos de realización, la llanta puede incluir un material central de refuerzo, tal como una espuma de polímero, madera tal como balsa u otro material central de refuerzo interior. La rueda incluye preferiblemente un neumático montado en la superficie radialmente exterior de la llanta. El neumático es normalmente inflable y extraíble de la llanta cuando está desinflado. La presente invención es adecuada para su uso con una amplia variedad de diferentes tipos de bicicletas, incluidas las bicicletas de carreras y las bicicletas de recreo.

A continuación se describirán modos de realización de la invención con mayor detalle, únicamente a modo de ilustración, con referencia a los dibujos adjuntos, en los que

la figura 1 es una vista lateral de un primer modo de realización de una rueda de acuerdo con la invención;

la figura 2 es una vista frontal de la rueda de la figura 1;

la figura 3 es una vista en perspectiva de la rueda de las figuras 1 y 2;

la figura 4 es una sección transversal a través de la llanta de la rueda de las figuras 1 a 3;

la figura 5 es una vista lateral de un segundo modo de realización de una rueda de acuerdo con la invención;

la figura 6 es una vista frontal de la rueda de la figura 5;

la figura 7 es una vista en perspectiva de la rueda de las figuras 5 y 6;

la figura 8 es una vista en perspectiva de un tercer modo de realización de una rueda de acuerdo con la invención; la figura 9 es una vista lateral de un cuarto modo de realización de una rueda que no forma parte de la presente invención;

la figura 10 es una vista frontal de la rueda de la figura 9;

la figura 11 es una vista en perspectiva de la rueda de las figuras 9 y 10.

la figura 12 muestra vistas laterales de dos ruedas convencionales y dos ruedas de acuerdo con la invención, que se sometieron a análisis CFD;

la figura 13 muestra el perfil transversal exterior de la llanta de cada rueda de la figura 12.

la figura 14 muestra los datos del análisis CFD para las ruedas de las figuras 12 y 13;

la figura 15 ilustra los datos del análisis CFD de la figura 14 con respecto a las fuerzas de resistencia aerodinámica a lo largo de un rango de ángulos de guiñada; y

la figura 16 ilustra los datos del análisis CFD de la figura 14 con respecto a la ubicación del centro de presión a lo largo de un rango de ángulos de guiñada.

Con referencia a la figura 1, una rueda de bicicleta generalmente se designa con 1. La rueda 1 tiene una llanta 2 anular, radios 3 alargados y un buje 4 central.

La llanta 2 tiene la forma de un anillo circular. La llanta 2 define superficies 5 radialmente interiores y radialmente exteriores así como superficies 7, 8 laterales. La superficie 5 interior define la periferia interior de la llanta 2, es decir, mira hacia el interior, hacia el buje 4 central. La superficie exterior define la periferia exterior de la llanta 2, es decir, mira hacia el exterior, alejándose del buje 4.

Las superficies 7, 8 laterales de la llanta 2 son simétricas con respecto al plano en el que se encuentra la rueda 1, véase la figura 4. En particular, cada una de las superficies 7, 8 laterales está curvada en un plano ortogonal a aquel en el que se encuentra la rueda 1 y generalmente tiene una forma convexa. Las mismas se encuentran en un punto de la superficie interior de la llanta 2, en particular, en un borde radialmente interior de la llanta. Las superficies laterales se curvan lateralmente hacia el exterior desde la base de la llanta, y luego se curvan lateralmente hacia el interior, antes de encontrarse en el borde radialmente interior de la llanta. Las superficies laterales tienen una configuración suave.

Se proporciona un canal anular sustancialmente en forma de V en la periferia exterior de la llanta 2, dentro del cual se recibe un neumático 6.

El buje 4 comprende un cilindro 13 alargado. Se proporcionan dos bridas 14 en el cilindro 13, una cerca de cada extremo del cilindro 13. Cada radio 3 se conecta a una de las bridas 14 en las ubicaciones de conexión en la superficie que mira hacia el exterior de la brida 14. Estas ubicaciones de conexión están separadas a intervalos regulares alrededor de la brida 14. Se proporcionan formaciones de conexión en estas ubicaciones que están adaptadas para conectarse a formaciones de conexión correspondientes proporcionadas en los radios 3. Los radios 3 son varillas metálicas alargadas. En el modo de realización mostrado en las figuras 1 a 3, hay doce radios en total. Seis de los radios están conectados a una de las bridas 14, y seis están conectados a la otra brida 14, en una disposición alterna.

Como se observó anteriormente, las bridas 14 están ubicadas cerca de los extremos del cilindro 13, pero no en ellos. Esto significa que las porciones 15 extremas del cilindro 13 sobresalen de la rueda 1 y están adaptadas para montar giratoriamente la rueda 1 en el cuadro de una bicicleta.

La superficie 5 interior de la llanta 2 define una pluralidad de elevaciones. Estas incluyen elevaciones 9 de soporte, que se ubican en la región de conexión de cada radio con la superficie 5 interior. Cada elevación 9 de soporte se conecta a un radio 3. Las elevaciones también incluyen elevaciones 10 auxiliares, que están ubicadas entre las elevaciones de soporte. Tanto las elevaciones 9 de soporte como las auxiliares 10 tienen una configuración generalmente en forma de cúpula. Las elevaciones 9 de soporte y las elevaciones 10 auxiliares cooperan para proporcionar una superficie interior ondulada regularmente de la llanta 102. Cuando la rueda 1 se ve desde un lado, como se muestra en la figura 1, se puede ver que las elevaciones 9 de soporte están ligeramente elevadas con respecto a las elevaciones 10 auxiliares.

En las figuras 5 a 7 se muestra un segundo modo de realización de una rueda de acuerdo con la invención, que generalmente se designa con 201. La figura 5 muestra una rueda 201 de bicicleta que tiene una llanta 202 y un buje 204. La llanta 202 tiene superficies radialmente interior 205 y exterior 206, y superficies 207, 208 laterales. Al igual que con el primer modo de realización, la superficie 205 interior define la periferia interior de la llanta 202, es decir, mira hacia el buje 204 central. La superficie 206 exterior define la periferia exterior de la llanta, es decir, mira hacia el exterior, alejándose del buje 204.

Como en el primer modo de realización, las superficies 207, 208 laterales son simétricas con respecto al plano en el que se encuentra la rueda 201. Las superficies 207, 208 laterales están curvadas en un plano ortogonal al que se encuentra la rueda 201, de modo que se encuentran en un borde anular en la superficie 205 interior de la llanta 202.

En el ejemplo de las figuras 5 a 7, hay cuatro radios 216 anchos. Los radios conectan la superficie 205 interior de la llanta 202 al buje 204. Los radios 216 se conectan a la superficie 205 interior en ubicaciones uniformemente separadas a lo largo de la superficie 205 interior.

Los rebajes 210 uniformemente separados están definidos en las porciones de la superficie 205 interior que están ubicadas entre los puntos de conexión de la superficie 205 interior a los radios 203. Estos rebajes 210 definen una serie de ondulaciones, de manera que, cuando se mira la rueda desde un lado como en la figura 5, se ve un perfil continuo de elevaciones 211 y rebajes 210. Las alturas de las elevaciones alternan entre dos valores ligeramente diferentes a lo largo de la superficie interior, como se puede ver en la figura 5. Como se expuso anteriormente en relación con el primer modo de realización, se ha encontrado que esta superficie interior ondulada regularmente de una llanta 202 proporciona ventajas aerodinámicas.

El buje 204 que se muestra en las figuras 5 a 7 comprende un disco circular que es achatado, es decir, el grosor del disco es mayor en su región central que en su periferia. El buje 204 tiene superficies laterales curvadas que se encuentran en un borde anular en la periferia del disco, dando al disco una sección transversal en forma de cigarro. El buje 204 define además un eje 218 central que sobresale hacia el exterior desde las superficies laterales del buje 204. El eje 218 está adaptado para montarse de forma giratoria en el cuadro de una bicicleta, por ejemplo, al recibirlo dentro de las correspondientes aberturas en el cuadro.

Los radios 216 se conectan al buje 204 en puntos que están uniformemente separados en la periferia del disco.

En la figura 8 se muestra un cuarto modo de realización de una rueda de acuerdo con la invención, que generalmente se designa como 301. Este difiere del modo de realización que se muestra en las figuras 5 a 7 en que las ondulaciones 319 también están definidas en los radios 316. En particular, las ondulaciones 319 se definen en los bordes largos de los radios 316 que se encuentran en el plano de la rueda 301. También se ha descubierto que la superficie ondulada de los radios 316 proporciona ventajas aerodinámicas.

En las figuras 9 a 11 se muestra un modo de realización adicional de una rueda que no forma parte de la presente invención, que generalmente se designa como 101.

La superficie interior de la llanta 102 define rebajes 110 a intervalos regulares a lo largo de su longitud. La presencia de los rebajes 110 significa que la superficie 105 interior define una pluralidad de elevaciones 111 de soporte, cada una de las cuales tiene un vértice angular. El perfil de las elevaciones 111 de soporte del presente modo de realización es más empinado que el perfil de las elevaciones 9, 10 que se muestra en la figura 3.

Dichas elevaciones 111 de soporte están ubicadas a ambos lados de cada rebaje 110. Por lo tanto, las elevaciones 111 de soporte también están separadas a intervalos regulares a lo largo de la superficie 105 interior de la llanta 102. Cuando la rueda 101 se ve desde un lado, como se muestra en la figura 9, cada rebaje 110 es simétrico con respecto a una línea trazada a través del buje 104 y que divide en dos las dos elevaciones 111 de soporte adyacentes.

En este modo de realización, los rebajes 110 en la llanta 102 son más profundos que en el primer modo de realización. Además, las elevaciones 111 de soporte no se curvan suavemente sino que tienen un vértice angular. Además, cada una de las elevaciones de la periferia interior de la llanta está conectada a un radio 103.

En este modo de realización, las elevaciones 111 de soporte ofrecen la ventaja de reducir la tensión experimentada en la llanta 102 en el punto en el que se monta el radio 103.

Cada radio 103 conecta una de las bridas 14 con el vértice de una de las elevaciones 11 de soporte. Se proporciona una formación de conexión en el vértice de cada elevación 11 de soporte. Esta formación de conexión está adaptada para conectarse a una formación de conexión correspondiente proporcionada en el radio 3. En el ejemplo que se muestra en las figuras 9 a 11, cada elevación 111 está conectada a la brida opuesta 114 a sus elevaciones 111 de soporte adyacentes.

Durante el uso, el peso del cuadro y del ciclista pasa a través del buje 104 de cada una de las ruedas 101 de la bicicleta. Esto ejerce tensión sobre la rueda 101 y, en particular, sobre las regiones de las llantas 102 en las proximidades de los puntos en los que los radios 103 se conectan a la superficie 105 interior de las llantas 102. Debido a la configuración reivindicada de la rueda, las tensiones experimentadas en esas regiones son menores que las experimentadas en las regiones correspondientes de las ruedas 101 que no tienen dicha configuración.

La elevación 111 de soporte para cada radio 103 reduce la tensión experimentada en la llanta 102 en el punto en el que se monta el radio 103. Esto significa que se puede utilizar una cantidad menor de material, o un material más ligero, para fabricar una rueda que tenga la misma resistencia que una rueda convencional, reduciendo por tanto el peso de la rueda y posiblemente también los costes de fabricación. Alternativamente, se puede fabricar una rueda que tenga el mismo peso que las ruedas convencionales, pero con mayor resistencia.

La figura 12 muestra vistas laterales de dos ruedas convencionales y dos ruedas de acuerdo con la invención, que se sometieron a análisis CFD. Las ruedas (a) y (d) tienen llantas convencionales no onduladas. La rueda (c) tiene sustancialmente la misma configuración que el modo de realización de la invención que se muestra en las figuras 1 a 4. La rueda (b) tiene sustancialmente la misma configuración que el modo de realización de la invención que se muestra en las figuras 9 a 11. El perfil de la sección transversal exterior de cada llanta se muestra en la figura 13. Las ruedas (a) y (c) tienen un perfil de mayor grosor en la mayor parte de su extensión radial, y un borde radialmente interior con una forma más redondeada, con respecto a las ruedas (b) y (c). Sin embargo, cada una de las ruedas (a) a (d) tiene el mismo número de radios y la misma configuración de buje. Además, todos los radios presentes en las ruedas (a) a (d) tienen la misma sección transversal. Esto garantiza que cualquier diferencia en los resultados del análisis CFD entre las ruedas se deba a las diferentes configuraciones de las llantas en lugar de a las diferentes configuraciones de los radios o los bujes.

El análisis de dinámica de fluidos computacional (CFD) se llevó a cabo en estas ruedas, a una velocidad de 15 m/s, y en ángulos de guiñada de 0°, 5°, 10°, 15° y 20°. Los datos de las fuerzas de elevación, de resistencia aerodinámica y laterales, el par y el centro de presión de cada rueda, en cada ángulo de guiñada, se establecen en la figura 14.

La figura 15 ilustra los datos del análisis CFD de la figura 14 en relación con las fuerzas de resistencia aerodinámica en el rango de ángulos de guiñada probados. Las ruedas (a) y (c) tienen la misma forma de sección transversal, siendo la única diferencia la configuración ondulada del borde radialmente interior de la rueda (c). Los datos CFD muestran que en todos los ángulos de guiñada probados, la rueda con la configuración ondulada, rueda (c), tiene menos resistencia aerodinámica que la rueda con la configuración no ondulada convencional, rueda (a). De manera similar, las ruedas (b) y (d) tienen la misma forma de sección transversal, siendo la única diferencia la configuración ondulada del borde radialmente interior de la rueda (b). Los datos CFD muestran que en ángulos de guiñada de 0-10° como mínimo, la rueda con la configuración ondulada, rueda (b), tiene menos resistencia aerodinámica que la rueda con la configuración no ondulada convencional, rueda (d). Los datos CFD también muestran que la rueda (c) logra la menor resistencia aerodinámica, ya que tiene una configuración ondulada en combinación con un borde interior radialmente más redondeado.

La figura 16 ilustra los datos del análisis CFD de la figura 14 con respecto a la ubicación del centro de presión a lo largo de un rango de ángulos de guiñada. Por lo general, cuanto más cerca está el centro de presión del buje, menos fuerza experimenta el ciclista que hace que la rueda delantera gire. Esto significa que el ciclista no necesita aplicar una fuerza de dirección tan grande para contrarrestar los efectos de esta fuerza. Los datos CFD muestran que las ruedas que tienen un borde interior radialmente más redondeado, ruedas (a) y (c), tienen un centro de presión que está constantemente a una distancia corta de la parte delantera del buje en todo el rango de ángulos de guiñada probados. De esas ruedas, los datos CFD muestran que en todos los ángulos de guiñada probados, la rueda con la configuración ondulada, rueda (c), tiene un centro de presión que está más cerca del buje que la rueda con la configuración no ondulada convencional, rueda (a), a través del rango de ángulos de guiñada probados.

Claims (14)

REIVINDICACIONES

1. Una rueda (1) para usar con una bicicleta, la rueda que comprende un buje (4) alrededor del cual se puede montar la rueda en una bicicleta, una llanta (2) alrededor de la cual se puede montar un neumático y una pluralidad de radios (3) que se extienden entre el buje (4) y la llanta (2), en donde la llanta (2) tiene un borde (5) radialmente interior, y la llanta tiene superficies (7, 8) laterales que se encuentran en el borde (5) radialmente interior de la llanta (2), y al menos parte del borde radialmente interior tiene una configuración ondulada y una distancia radial que varía continuamente entre picos y valles de la configuración ondulada, cada pico de la configuración ondulada que tiene un perfil exterior convexo en el plano de la rueda

caracterizada por que las superficies (7, 8) laterales están configuradas de manera que el borde (5) radialmente interior está definido por porciones interiores redondeadas de las superficies (7, 8) laterales, y por que las superficies (7, 8) laterales son de forma convexa y el borde (5) radialmente interior forma una curva convexa en un plano ortogonal al plano de la rueda.

2. Una rueda según la reivindicación 1, en donde el borde (5) radialmente interior tiene una disposición de ondulaciones regular, dispuestas a lo largo de toda la extensión del borde (5) radialmente interior.

3. Una rueda según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde la configuración ondulada define una serie de ondulaciones ubicadas entre los puntos de conexión del borde (5) radialmente interior y los radios (3).

4. Una rueda según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde la configuración ondulada define elevaciones (9) de soporte ubicadas en la región de conexión de cada radio (3) con el borde (5) radialmente interior, y al menos una elevación (10) auxiliar ubicada entre conexiones de radios adyacentes.

5. Una rueda según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde la configuración ondulada tiene una forma suave.

6. Una rueda según la reivindicación 5, en donde la configuración ondulada está sustancialmente desprovista de transiciones angulares entre los picos y valles de la configuración ondulada.

7. Una rueda según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde el borde (5) radialmente interior se ondula continuamente.

8. Una rueda según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde el borde (5) radialmente interior comprende una serie de regiones cóncavas y convexas alternas, que son inmediatamente adyacentes entre sí.

9. Una rueda según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde se proporcionan al menos doce pares de picos y valles a lo largo del borde (5) radialmente interior de la llanta (2).

10. Una rueda según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde se proporcionan al menos veinticuatro pares de picos y valles a lo largo del borde (5) radialmente interior de la llanta (2).

11. Una rueda según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde el borde (5) radialmente interior tiene una disposición de ondulaciones regular, que tienen la misma altura, o alternativamente alternan entre dos o más alturas diferentes.

12. Una rueda según la reivindicación 11, en donde la diferencia de altura radial entre los picos y valles de las ondulaciones es de al menos 5 mm.

13. Una rueda según la reivindicación 12, en donde la diferencia de altura radial entre los picos y los valles es de al menos 10 mm.

14. Una rueda según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde el perfil de la sección transversal exterior de las superficies (7, 8) laterales en el borde (5) radialmente interior de la llanta (2) tiene un radio de al menos 5 mm.