ES3045385T3 - Aerodynamic symmetric profiled element, bicycle frame, bicycle and use of such a bicycle - Google Patents

Aerodynamic symmetric profiled element, bicycle frame, bicycle and use of such a bicycle

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ES3045385T3 ES22762149T ES22762149T ES3045385T3 ES 3045385 T3 ES3045385 T3 ES 3045385T3 ES 22762149 T ES22762149 T ES 22762149T ES 22762149 T ES22762149 T ES 22762149T ES 3045385 T3 ES3045385 T3 ES 3045385T3
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Abstract

La invención se refiere a un elemento perfilado simétrico aerodinámico (1) para un vehículo con ruedas (V) que, en sección transversal perpendicular al plano de simetría (12), presenta al menos el 90 % de la parte central de una sección perfilada con al menos 5 arcos de círculo, denominada en forma de hoja de salvia, con una relación entre la anchura máxima (E), medida perpendicularmente al plano de simetría (12), y la cuerda (C), medida en el plano de simetría (12), de entre 0,1 y 0,3. Dicha sección perfilada está diseñada para generar una fuerza siempre orientada hacia el borde de ataque (16) para todas las resultantes que combinan la velocidad del viento y la velocidad de avance del vehículo. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

[0001] DESCRIPCIÓN
[0003] Elemento perfilado simétrico aerodinámico, cuadro de bicicleta, bicicleta y uso de dicha bicicleta
[0005] El objeto de la presente invención es un elemento perfilado simétrico aerodinámico para vehículos de movimiento lento, que se mueven a una velocidad inferior a 100 km/h, como las bicicletas, ventajosamente bicicletas con asistencia eléctrica.
[0007] Por vehículos de movimiento lentos, nos referimos ventajosamente a las bicicletas, bicicletas eléctricas y bicicletas motorizadas.
[0009] Muchos fabricantes de bicicletas están interesados en encontrar soluciones para mejorar el rendimiento de los ciclistas. Por ello, algunos fabricantes han buscado la manera de reducir al máximo el peso del cuadro de sus bicicletas, a veces en detrimento de su robustez.
[0011] Otros fabricantes se han interesado por mejorar la aerodinámica de la bicicleta y, en particular, la del conjunto "ciclista y bicicleta". Estos fabricantes han realizado numerosas pruebas en el túnel aerodinámico, para tratar de encontrar la aerodinámica óptima, en particular con vientos en contra.
[0013] Como ejemplos de investigaciones realizadas para mejorar la aerodinámica de una bicicleta, puede hacerse referencia a:
[0014] - Timothy N. Crouch et al, "Riding against the wind: a review of competition cycling aerodynamics", Sports Eng (2017) 20:81-110, (este artículo concluye que es necesario seguir investigando para mejorar el rendimiento de los ciclistas; en 2017, mejorar el rendimiento de un ciclista seguía siendo relevante),
[0015] - Malizia Fabio et al, "Bicycle aerodynamics: History, state-of-the-art and future perspectives", Journal of Wind Engineering & Industrial Aerodynamics 200, 2020 (estudio también concluye que la complejidad de la aerodinámica de una bicicleta plantea muchas dificultades y deja margen para la investigación y la innovación con el fin de mejorar la aerodinámica);
[0016] - Schwabb A. et al, "Some Effects of Crosswind on the Lateral Dynamics of a Bicycle", ISEA Proceedings 2018, 2, 218 (este estudio analiza el efecto del viento cruzado sobre la estabilidad de un ciclista).
[0018] Todos estos estudios demuestran que, a pesar de que ya se han introducido muchas mejoras en las bicicletas, el experto en la materia sigue buscando innovaciones en el contexto de la aerodinámica para bicicletas, para mejorar el rendimiento del ciclista.
[0020] También se han llevado a cabo investigaciones para minimizar los efectos de la resistencia aerodinámica en las bicicletas (véase, por ejemplo, la patente belga BE 2008/0357 (correspondiente al documento US2009/0322053) o el documento US2010/0253038). La patente de EE. UU. US8556208 describe un elemento perfilado simétrico aerodinámico según el preámbulo de la reivindicación 1.
[0022] El solicitante también tiene conocimiento de una serie de cuadros comercializados bajo diversas marcas o marcas registradas, concretamente Pinarello, Bianchi, Cervelo, Scott, BMC, Jamis, Trek, Ridley Bikes, Giant, Eddy Merckx, Gazelle, Peugeot, Mercedes.
[0024] Todos los cuadros descritos en estos documentos y/o comercializados no tienen un perfil con una sección transversal en forma de hoja de salvia con 5 radios tangentes.
[0026] Tras investigaciones y numerosas pruebas, el solicitante ha descubierto que utilizando perfiles muy específicos que tienen la forma de una hoja de salvia con 5 arcos tangentes o segmentos de circunferencias, ha sido posible reducir, o incluso anular por completo, la resistencia aerodinámica, pero además, en caso de viento lateral o inclinado, generar una fuerza positiva en el sentido de avance de la bicicleta, incluso con viento en contra. Este efecto es bastante sorprendente y no se describe, ni se sugiere, en la técnica anterior.
[0028] El solicitante ha observado, tras una serie de pruebas, que utilizando un cuadro de bicicleta con un perfil particular en forma de hoja de salvia, era posible, con vientos de 10 km/h a 50 km/h y un ángulo de incidencia de 10° a 25° en relación con la dirección de desplazamiento o movimiento de la bicicleta, generar un efecto motor debido al viento sobre el perfil particular del cuadro de aproximadamente 5 N a 10 N, o incluso más, lo que se traduce en una aportación de potencia de entre 30 W y 60 W, dependiendo de la velocidad de avance de la bicicleta, la velocidad del viento y su ángulo de incidencia. Este efecto beneficioso no se obtuvo utilizando cuadros de bicicleta comerciales. Aún más sorprendente es que, durante las pruebas con vientos de entre 10 y 50 km/h, el solicitante observó que siempre se obtenía un efecto motor para cualquier ángulo de incidencia del viento, es decir, tanto con viento cruzado, viento ortogonal, viento a favor como viento en contra, incluso con una incidencia baja en relación con la dirección de desplazamiento o movimiento del vehículo. El perfil particular en forma de hoja de salvia también ha demostrado tener una menor pérdida por fricción con todos los vientos, incluyendo velocidades de viento de 10 a 80 km/h.
[0030] Las pruebas realizadas por el solicitante han demostrado que, cuando se desvía de este perfil de hoja de salvia, ya no se produce ningún efecto motor notable por el viento lateral, por ejemplo, con un viento en contra con un ángulo de incidencia de 15° o menos.
[0032] El efecto motor obtenido por la invención es particularmente interesante para las bicicletas con asistencia eléctrica, ya que ahorra Wh (vatios-hora) de la batería, lo que permite reducir el tamaño de la batería para la asistencia al movimiento en una distancia determinada, reducir el peso total de la bicicleta con la batería o proporcionar asistencia eléctrica al movimiento de la bicicleta en una distancia mayor. La reducción del tamaño de la batería también permite integrarla mejor en el cuadro de la bicicleta o en un compartimento de la misma y, por lo tanto, protegerla mejor de las inclemencias del tiempo y del robo u otros actos de vandalismo.
[0034] La invención se refiere así a un elemento perfilado aerodinámicamente simétrico (1) para una bicicleta (V) con ruedas que tiene, en sección transversal perpendicular al plano de simetría (12), al menos el 90 % de la parte central de un perfil con al menos 5 arcos de circunferencias, llamado hoja de salvia, con una relación entre la separación máxima (E) medida perpendicular al plano de simetría (12) y el cordón (C) medido en el plano de simetría (12) de entre 0,1 y 0,3. Dicho perfil está adaptado para crear una fuerza siempre dirigida hacia el borde anterior o frontal del perfil para todas las resultantes que combinan la velocidad del viento y la velocidad de avance del vehículo, facilitando el movimiento hacia adelante de la bicicleta.
[0036] El objeto de la invención es pues un elemento perfilado simétrico aerodinámico para una bicicleta (V) con ruedas adaptada para desplazarse al menos sobre una superficie que define un plano de rodadura horizontal a una velocidad inferior a 100 km/h, en particular para una bicicleta con asistencia eléctrica, teniendo dicho elemento perfilado (1,2,3,4) un plano de simetría (12) y un extremo frontal curvado (10) con al menos un borde anterior, en donde en posición del elemento perfilado con el plano de simetría (12) colocado en un plano vertical, dicho elemento perfilado (1,2,3,4) tiene el extremo frontal curvado (10), un extremo posterior (11), y a ambos lados de dicho plano de simetría vertical (12), una cara exterior curvada (13,14), definiendo dichas caras exteriores curvadas (13,14) en sección transversal en un plano perpendicular al plano de simetría (12) y paralelo a dicho plano de rodadura, un perfil aerodinámico (15), en el que al menos para una parte del elemento perfilado (1,2,3,4), el elemento perfilado tiene en sección transversal perpendicular al plano de simetría (12) y paralela a dicho plano de rodadura (H), el perfil aerodinámico (15) que tiene al menos el 90 % de la parte central de un perfil de hoja de salvia con una relación entre la separación máxima (E) medida perpendicular al plano de simetría (12) y el cordón máximo (C) medido en el plano de simetría (12) de entre 0,1 y 0,3, ventajosamente entre 0,1 y 0,25, y
[0038] en el que el perfil aerodinámico (15) con una relación separación máxima (E) / cuerda máxima (C) de entre 0,1 y 0,3, ventajosamente entre 0,1 y 0,25, comprende dos formas o caras curvadas simétricas (13,14) con respecto a dicho plano de simetría sustancialmente vertical (12), estando cada forma o cara curvada (13,14) de dichas dos formas o caras curvadas simétricas (13,14) formada en sección transversal entre un primer punto frontal (16) y un segundo punto posterior (17), extendiéndose dichos puntos primero y segundo (16,17) a lo largo de un eje de simetría (AX) del plano de simetría (12) paralelo a dicho plano de rodadura horizontal (H).
[0040] De acuerdo con la invención, el elemento perfilado se caracteriza por que:
[0042] * cada forma o cara curvada (13,14) de dichas dos formas o caras curvadas simétricas (13,14) de dicho perfil aerodinámico (15) está definida en sección transversal sustancialmente por 5 a 10 arcos sucesivos de circunferencias, ventajosamente 5 o 6 o 7 arcos sucesivos de circunferencias, preferentemente 5 arcos sucesivos de circunferencias (A1 de la circunferencia C1, A2 de la circunferencia C2, A3 de la circunferencia C3, A4 de la circunferencia C4, A5 de la circunferencia C5), siendo dichos arcos sucesivos de circunferencias (A1, A2, A3,A4,A5) tangentes interiores dos a dos y con radios de curvatura crecientes (R1,R2,R3,R4,R5) con un radio de curvatura mínimo (R1) para la parte curvada en las proximidades del primer punto frontal (16) y un radio de curvatura máximo (R5) para la parte curvada en las proximidades del segundo punto posterior (17), definiéndose el arco de la circunferencia (A1) del extremo frontal curvado que pasa por el primer punto frontal (16) con un centro de curvatura (CC1) situado a lo largo de dicho eje de simetría (AX) del plano de simetría (12) y con un primer radio de curvatura (R1) comprendido entre 0,2 y 0,3 veces la separación máxima (E),
[0043] * dicha sección transversal para dicha al menos parte del elemento perfilado (1,2,3,4) es al menos en un 95 % sustancialmente una sección transversal definida por dichos cinco arcos sucesivos de circunferencias, para lo cual, con respecto al radio de curvatura (R1) del primer arco de circunferencia (A1),
[0044] el segundo arco de circunferencia (A2) tiene un radio de curvatura (R2) comprendido entre 1,8 y 2,2 veces el primer radio de curvatura (R1);
[0045] el tercer arco de circunferencia (A3) tiene un radio de curvatura (R3) comprendido entre 8,5 y 10,5 veces el primer radio de curvatura (R1);
[0046] el cuarto arco de circunferencia (A4) tiene un radio de curvatura (R4) comprendido entre 25 y 30 veces el primer radio de curvatura (R1); y
[0047] el quinto arco de circunferencia (A5) tiene un radio de curvatura (R5) comprendido entre 50 y 70 veces el primer radio de curvatura (R1).
[0049] Según realizaciones ventajosas, el elemento perfilado según la invención tiene una o más de las siguientes características:
[0050] * las circunferencias que definen los 5 arcos de circunferencias son circunferencias tangentes interiores dos a dos, siendo la primera circunferencia (C1) que define el primer arco de circunferencia (A1) tangente interior de la segunda circunferencia (C2), siendo la segunda circunferencia (C2) que define el segundo arco de circunferencia (A2) tangente interior de la tercera circunferencia (C3), siendo la tercera circunferencia (C3) que define el tercer arco de circunferencia (A3) tangente interior de la cuarta circunferencia (C4), y siendo la cuarta circunferencia (C4) que define el cuarto arco de circunferencia (A4) tangente interior de la quinta circunferencia (C5) que define el quinto arco de circunferencia (A5), definiendo dichas circunferencias tangentes interiores una serie de puntos de tangencia distintos (T1, T2, T3, T4).
[0052] * en sección transversal perpendicular al plano de simetría (12) para dicha al menos parte del elemento perfilado (1,2,3,4), el perfil aerodinámico (15) tiene al menos el 95 % de la parte central de un perfil de hoja de salvia con una relación [separación máxima (E) medida perpendicular al plano de simetría vertical (12) / cordón máximo (C) medido en el plano de simetría vertical (12)] de entre 0,2 y 0,25.
[0054] * el elemento perfilado (1,2,3,4) es al menos parcialmente hueco.
[0056] * con respecto al plano de simetría vertical (12), con la bicicleta (V) con sus ruedas apoyadas en el plano de rodadura horizontal (H), el elemento perfilado (1,2,3,4) tiene al menos:
[0058] * una primera porción del elemento perfilado (3) entre, por un lado, un plano de corte inferior (P1) del elemento perfilado (3), siendo dicho plano de corte inferior (P1) paralelo al plano de rodadura horizontal (H), y por otro lado, un primer plano de corte intermedio (P2) del elemento perfilado (3) paralelo al plano de corte inferior (P1), y * una segunda porción del elemento perfilado (3) entre, por un lado, el primer plano de corte intermedio (P2) o un posible segundo plano de corte intermedio paralelo al plano de corte inferior (P1) y distinto del primer plano de corte intermedio (P2) y, por otro lado, un plano de corte superior (P3) del elemento perfilado (3) paralelo al plano de corte inferior (P1),
[0060] en donde el primer plano intermedio (P2) se extiende entre el plano de corte inferior (P1) y el plano de corte superior (P3), mientras que el segundo plano de corte intermedio opcional se extiende entre el primer plano de corte intermedio (P2) y el plano de corte superior (P3);
[0062] en donde dicha primera porción del elemento perfilado (3) tiene, para cada plano de corte paralelo al plano de corte inferior (P1) entre el plano de corte inferior (P1) y el primer plano de corte intermedio (P2), por un lado, una sección transversal de hoja de salvia sustancialmente constante con un cordón (C) medido en el plano de simetría vertical (12) y, por otro lado, una separación máxima (E) medida perpendicular al plano de simetría vertical (12) sustancialmente constante, con una relación entre la separación máxima (E) medida perpendicular al plano de simetría vertical (12) y el cordón máximo (C) medido en el plano de simetría vertical (12) de entre 0,1 y 0,3, ventajosamente entre 0,1 y 0,25, preferentemente, entre 0,2 y 0,25.
[0064] Preferentemente, la segunda porción del elemento perfilado (3) tiene, para cada plano de corte paralelo al plano de corte inferior (P1) entre el primer o segundo plano de corte intermedio y el plano de corte superior (P3):
[0066] * una sección transversal de hoja de salvia que varía continuamente entre
[0068] - una sección transversal de hoja de salvia máxima a lo largo del primer o segundo plano de corte intermedio (P2) con un cordón máximo (C) medido en el plano de simetría vertical (12) y una separación máxima (E) medida perpendicular al plano de simetría vertical (12), y
[0069] * una sección transversal de hoja de salvia mínima a lo largo del plano de corte superior (P3) con un cordón mínimo (C') medido en el plano de simetría vertical (12) inferior al cordón máximo (C) y una separación mínima (E') inferior a la separación máxima (E),
[0070] teniendo cada sección transversal de hoja de salvia una relación entre separación (E,E') medida perpendicular al plano de simetría / cordón (C,C') medido en el plano de simetría (12) entre 0,1 y 0, 3, ventajosamente entre 0,1 y 0,25, preferentemente, entre 0,2 y 0,25.
[0072] * con la bicicleta (V) en posición vertical con las ruedas apoyadas en el plano de rodadura horizontal (H), el elemento perfilado tiene:
[0074] - el plano de simetría vertical (12) y
[0075] - al menos una porción que se extiende entre un primer plano horizontal perpendicular a dicho plano de simetría vertical (12) y un segundo plano horizontal perpendicular a dicho plano de simetría vertical (12), estando dicha porción caracterizada por una sección transversal horizontal sustancialmente constante sustancialmente en hoja de salvia definida con sustancialmente una misma longitud del cordón (C) medida en el plano de simetría vertical (12) y una misma separación (E) medida perpendicular al plano de simetría vertical (12).
[0077] * una combinación de dos o más de estas características.
[0078] La invención también se refiere a un cuadro (20) de una bicicleta (V) adaptado para soportar al menos una rueda frontal (21) y una rueda posterior (22), comprendiendo dicho cuadro (20) al menos:
[0080] (a) un perfil de sillín (23) con un extremo inferior (23A) y un extremo superior (23B) adaptados para soportar una tija de sillín (24),
[0081] (b) un perfil de dirección (25) adaptado para recibir un vástago de dirección (26) asociado al menos a una horquilla (27) para la rueda frontal (21) y a un manillar (28),
[0082] (c) un perfil diagonal (1) que conecta el extremo inferior (23A) del perfil de sillín (23) con el perfil de dirección (25), y ventajosamente
[0083] (d) un perfil sustancialmente horizontal (2) que conecta el extremo superior (23B) del perfil de sillín (23) con dicho perfil de dirección (25),
[0084] estando dicho cuadro (20) ventajosamente asociado a al menos un tirante de asiento (31) y a un tirante de cadena posterior (29) adecuado para soportar la rueda posterior (22), y/o a una horquilla (27) para la rueda frontal (21), y/o un guardabarros frontal (30) adaptado para cubrir al menos parcialmente la parte superior de la rueda frontal (21), y/o un guardabarros posterior (3) adaptado para cubrir al menos parcialmente la parte superior de la rueda posterior (22) y/o una tapa (4),
[0086] estando dicho cuadro caracterizado esencialmente por que al menos un elemento elegido de entre el perfil de sillín (23) , el perfil de dirección (25), el perfil diagonal (1), el perfil sustancialmente horizontal (2) opcional, el posible guardabarros frontal (30), el posible guardabarros posterior (3) y la posible tapa (4), posiblemente en combinación entre sí, es un elemento perfilado simétrico aerodinámico según la invención, como se ha descrito anteriormente.
[0087] Ventajosamente, el cuadro comprende al menos un perfil horizontal, un perfil diagonal y un guardabarros posterior que son cada uno un elemento perfilado simétrico aerodinámico según la invención.
[0089] Según otra realización particular, el perfil diagonal (1), el perfil de sillín (23) y el perfil horizontal (2) opcional están integrados en el mismo elemento perfilado según la invención.
[0091] Otro objeto de la invención es una bicicleta que comprende un cuadro según la invención y/o asociado a un elemento perfilado según la invención en forma de cubierta o cubierta parcial.
[0093] Según una realización particular de la bicicleta según la invención, para la cual, cuando está en una posición vertical con las ruedas apoyadas en el plano horizontal (H), el elemento perfilado aerodinámico simétrico (3) de al menos un elemento elegido de entre el perfil de sillín (23), el perfil de dirección (25), el perfil diagonal (1), el perfil sustancialmente horizontal (2) opcional, el guardabarros frontal (30) opcional, el guardabarros posterior (3) opcional y la tapa (4) opcional, opcionalmente combinados entre sí, tiene al menos una porción con, en sección transversal horizontal, una sección transversal de hoja de salvia tal como se ha definido anteriormente para el perfil según la invención.
[0095] Otro objeto de la invención es el uso de una bicicleta con ruedas adecuada para desplazarse por tierra a una velocidad inferior a 100 km/h en un plano de rodadura horizontal, comprendiendo dicha bicicleta al menos un elemento perfilado según la invención, en particular al menos un cuadro según la invención, para generar al menos una fuerza motriz de entre 2 N y 10 N en el sentido de la marcha de la bicicleta por efecto de los vientos sobre dicho al menos un elemento perfilado para al menos vientos con velocidades entre 10 km/h y 80 km/h con un ángulo de ataque o ángulo de incidencia comprendido al menos entre 10° y 170° con respecto al sentido de la marcha de la bicicleta.
[0097] El uso según la invención es un uso para generar al menos una fuerza motriz de entre 2 N y 10 N en el sentido de la marcha de la bicicleta por efecto de los vientos sobre dicho al menos un elemento perfilado para al menos velocidades de viento entre 10 km/h y 80 km/h con un ángulo de incidencia al menos dentro del intervalo de 10° a 170° con respecto al sentido de la marcha de la bicicleta.
[0099] Ventajosamente, la fuerza motriz generada genera una potencia motriz que es el producto de dicha fuerza motriz por la velocidad de avance del ciclista.
[0101] Por tanto, la invención permite utilizar el viento para generar una fuerza motriz para la bicicleta, tanto si el viento viene de frente, ortogonal al desplazamiento, como si viene por detrás en relación con la velocidad de avance de la bicicleta, para vientos con una velocidad de, por ejemplo, 10 a 60 km/h. Esto permite reducir el esfuerzo requerido por el ciclista y/o por el motor auxiliar de la bicicleta entre un 10 y un 40 % aproximadamente, lo que reduce la fatiga del ciclista y prolonga la duración de la batería. Por lo tanto, si la potencia de un ciclista que se desplaza a unos 30 km/h con un viento en contra o frontal de 20 a 50 km/h con un ángulo de incidencia de 15 a 45° con respecto al sentido de la marcha es de unos 200 W con una bicicleta tradicional, la potencia necesaria para el mismo ciclista que utiliza una bicicleta con un cuadro según la invención se reduce entre un 10 y un 35 %.
[0103] Las características y detalles de la invención se desprenderán de la siguiente descripción, en la que se hace referencia a los dibujos adjuntos.
[0104] En estos dibujos,
[0106] - la figura 1 es una vista lateral de una bicicleta según la invención,
[0107] - la figura 2 es una vista en sección a lo largo de la línea M-M del perfil diagonal del cuadro de la bicicleta de la figura 1,
[0108] - la figura 3 es una vista en sección a lo largo de la línea MI-MI de la sección horizontal del cuadro de la bicicleta de la figura 1,
[0109] - las figuras 4A, 4B y 4C son vistas en sección respectivamente a lo largo de las líneas IVA, IVB e IVC del perfil horizontal del cuadro de la bicicleta de la figura 1 (véase también la figura 3 para las líneas de corte IVA, IVB, IVC), - la figura 5 es una vista en sección a lo largo de la línea V-V del guardabarros posterior del cuadro de la bicicleta de la figura 1,
[0110] - la figura 6 es una vista en sección a lo largo de la línea VI-VI del guardabarros posterior del cuadro de la bicicleta de la figura 1,
[0111] - la figura 7 es una vista lateral de una cubierta o carenado de bicicleta,
[0112] - las figuras 8 y 9 son vistas en sección a lo largo de las líneas VIII-VIII y IX-IX de la cubierta o carenado de la figura 7, y
[0113] - la figura 10 es una forma que representa los arcos circulares tangentes interiores de una cara de un perfil de hoja de salvia de la invención.
[0115] La figura 1 muestra una bicicleta (V) con un cuadro (20) adaptado para soportar al menos una rueda frontal (21) y una rueda posterior (22), comprendiendo dicho cuadro (20) al menos:
[0117] (a) un perfil de sillín (23) con un extremo inferior (23A) y un extremo superior (23B) adaptados para soportar una tija de sillín (24) que soporta el sillín (24A),
[0118] (b) un perfil de dirección (25) adaptado para recibir un vástago de dirección (26) asociado al menos a una horquilla (27) para la rueda frontal (21) y a un manillar (28),
[0119] (c) un perfil diagonal (1) que conecta el extremo inferior (23A) del perfil de sillín (23) con el perfil de dirección (25), (para este perfil diagonal, se muestra un tubo de un cuadro tradicional en líneas discontinuas),
[0120] (d) un perfil sustancialmente horizontal (2) (horizontal cuando las ruedas de la bicicleta mantenidas en posición vertical o recta descansan sobre un plano horizontal H) que conecta el extremo superior (23B) del perfil de sillín (23) con dicho perfil de dirección (25), (para este perfil sustancialmente horizontal, un tubo de un cuadro tradicional se muestra en líneas discontinuas),
[0121] (e) al menos un tirante de asiento (31) y un tirante de cadena (29) adaptados para soportar la rueda posterior (22), (f) la horquilla (27) para la rueda frontal (21),
[0122] (g) un guardabarros frontal (30) adaptado para cubrir al menos parcialmente la parte superior de la rueda frontal (21) , y
[0123] (h) un guardabarros posterior (3) adaptado para cubrir al menos parcialmente la parte superior de la rueda posterior (22) .
[0125] La bicicleta comprende tradicionalmente un sistema de transmisión, por ejemplo con una cadena, pedales, ruedas dentadas, una unidad de cambio y, ventajosamente, un motor eléctrico para ayudar al ciclista en su movimiento o desplazamiento.
[0127] En esta bicicleta mostrada a modo de ejemplo únicamente como una bicicleta destinada a desplazarse en un plano horizontal a una velocidad inferior a 100 km/h, por ejemplo a una velocidad máxima en el plano horizontal H de 30 a 40 km/h con viento en contra (VF en la figura 2 o figura 3) con un ángulo de incidencia (p respecto al plano de simetría 12) de 5 a 175° (como, a modo de ejemplos específicos: 5°, 15°, 30°, 45°, 60°, 90°, 120°, 135°, 150°, 165° y 175°) (permitiendo así una ayuda al desplazamiento, capaz de reducir la potencia muscular del ciclista entre un 5 y un 30 %), el guardabarros frontal (30), el guardabarros posterior (3), el perfil sustancialmente horizontal (2) y el perfil diagonal (1) tienen ventajosamente un perfil aerodinámico particular en hoja de salvia.
[0129] El perfil de hoja de salvia de estos elementos tiene, en sección transversal perpendicular al plano de simetría 12, una relación [separación máxima (E) medida perpendicular al plano de simetría (12) / cordón máximo (C) medido en el plano de simetría (12)] de entre 0,1 y 0,3, ventajosamente entre 0,1 y 0,2.
[0131] El perfil de hoja de salvia (15) de estos elementos (1,2,3,30) comprende dos formas curvadas simétricas (13,14) (formando un espacio hueco entre ellas) con respecto a dicho plano de simetría 12 sustancialmente vertical, estando cada forma curvada (13,14) formada entre un primer punto frontal (16) y un segundo punto posterior (17) que se extienden en el plano de simetría (12) y estando definidas sustancialmente por 5 arcos circulares sucesivos (A1, A2, A3,A4,A5) tangentes y de radios de curvatura crecientes (R1,R2,R3,R4,R5) con un radio de curvatura mínimo para la parte curvada en las proximidades del primer punto o extremo frontal (16) y un radio de curvatura máximo (R5) para la parte curvada en las proximidades del segundo punto o extremo posterior (17), definiéndose el arco de circunferencia (A1) del extremo frontal que pasa por el primer punto frontal (16) con un centro de curvatura (CC1) situado en el plano de simetría (12) y con un primer radio de curvatura (R1) comprendido entre 0,2 y 0,3 veces la separación máxima (E). (véase la figura 10) Los centros de los distintos arcos de curvatura no están alineados a lo largo de una misma línea.
[0132] Con respecto al radio de curvatura (R1) del primer arco de circunferencia (A1),
[0134] el segundo arco circular (A2) tiene un radio de curvatura (R2) comprendido entre 1,8 y 2,2 veces el primer radio de curvatura (R1);
[0135] el tercer arco de una circunferencia (A3) tiene un radio de curvatura (R3) comprendido entre 8,5 y 10,5 veces el primer radio de curvatura (R1);
[0136] el cuarto arco circular (A4) tiene un radio de curvatura (R4) comprendido entre 25 y 30 veces el primer radio de curvatura (R1); y
[0137] el quinto arco circular (A5) tiene un radio de curvatura (R5) comprendido entre 50 y 70 veces el primer radio de curvatura (R1).
[0139] Las circunferencias (C1, C2, C3, C4, C5) que definen los 5 arcos de circunferencias son circunferencias tangentes interiores dos a dos, siendo la primera circunferencia (C1) que define el primer arco de una circunferencia (A1) tangente interior de la segunda circunferencia (C2), siendo la segunda circunferencia (C2) que define el segundo arco de una circunferencia (A2) tangente interior de la tercera circunferencia (C3), siendo la tercera circunferencia (C3) que define el tercer arco de una circunferencia (A3) tangente interior de la cuarta circunferencia (C4), y siendo la cuarta circunferencia (C4) que define el cuarto arco de una circunferencia (A4) tangente interior de la quinta circunferencia (C5) que define el quinto arco de una circunferencia (A5), definiendo dichas circunferencias tangentes interiores una serie de puntos de tangencia distintos (T1,T2,T3,T4). Las circunferencias C3, C4 y C5 solo se muestran parcialmente.
[0140] Los perfiles 1 y 2 tienen cada uno un plano de simetría vertical (12) para la bicicleta (V) en posición vertical con las ruedas apoyadas en un plano horizontal (H). Este plano de simetría vertical (12) corresponde ventajosamente al plano de simetría vertical de la rueda posterior (22) de la bicicleta (V). Cada plano de corte horizontal (perpendicular al plano de simetría vertical (12) con la bicicleta V en posición vertical o recta, las ruedas apoyadas en un plano horizontal (H)) de dichos elementos perfilados (1 y 2) define una sección transversal que tiene un eje central (AX) horizontal. En prácticamente toda la altura (vertical) de cada uno de los elementos de perfiles (1 y 2), la sección transversal en los planos de corte horizontales permanece sustancialmente constante para la bicicleta V en posición vertical con las ruedas apoyadas en un plano horizontal.
[0142] Para el elemento perfilado (3) representado en sección transversal vertical en la figura 6 (sección transversal a lo largo de la línea VI-VI de la figura 1) y en sección transversal horizontal en la figura 5 (para la bicicleta en una posición vertical con las ruedas apoyadas en un plano horizontal (H)), el elemento perfilado (3) tiene un plano de simetría vertical (12). Para una primera porción del elemento perfilado (3) que se extiende entre un plano inferior (P1) y un plano intermedio (P2) (siendo dichos planos (P1) y (P2) horizontales y perpendiculares al plano de simetría vertical (12) para la bicicleta en una posición vertical con las ruedas apoyadas en un plano horizontal (H)), tiene caras (13 y 14) simétricas con respecto al plano (12) vertical. Para esta primera porción, tiene una sección transversal horizontal en forma de hoja de salvia (definida por las líneas 13 y 14 de la figura 5) que es constante entre el plano inferior (P1) y el plano intermedio (P2). Esta sección transversal horizontal de hoja de salvia tiene un cordón (C) y una separación (E)
[0143] Para una segunda porción del perfil (3) que se extiende entre el plano horizontal intermedio (P2) y un plano horizontal superior (P3) para la bicicleta (V) en la posición erguida o vertical con las ruedas apoyadas en un plano horizontal, esta segunda porción está definida por las caras (13A) y (14A). A lo largo de planos de corte horizontales, la sección transversal de hoja de salvia de esta segunda porción varía continuamente entre una sección transversal de hoja de salvia máxima (correspondiente a la sección transversal en el plano intermedio (P2)) con un cordón máximo (C) y una separación máxima (E), y una sección transversal de hoja de salvia mínima (correspondiente a la sección transversal de hoja de salvia en el plano superior (P3)) con un cordón (C') inferior al cordón máximo (C) y una separación (E') reducida en comparación con la separación máxima (E). Para esta segunda porción del elemento perfilado (3), el cordón varía continuamente entre un cordón máximo (E) y un cordón mínimo (E')
[0144] El elemento perfilado (3) está cubierto por una tapa (300) que une las caras (13A y 14A) de la segunda porción, a nivel del plano superior (P3). (véanse las figuras 5 y 6)
[0146] Los elementos perfilados (1,2, 3 y 30) pueden presentarse como dos piezas independientes que se pueden unir entre sí. Por ejemplo, los elementos perfilados (1 y 2) tienen dos partes destinadas a unirse entre sí mientras envuelven un tubo de un cuadro tradicional de bicicleta.
[0148] Los tubos 23, 1 y 2 (partes mostradas con líneas discontinuas para las referencias 1 y 2 en la figura 1) pueden incorporarse en un único elemento perfilado aerodinámico (3) según la invención. El espacio 1223 definido entre las referencias 1, 2 y 23 puede entonces cerrarse mediante un elemento perfilado según la invención.
[0150] La figura 7 es una vista esquemática de una tapa o cubierta (4) que puede montarse en una bicicleta mediante fijaciones no mostradas en el cuadro de la bicicleta o en la bandeja (con o sin asiento) en la parte delantera y/o posterior de una bicicleta de carga. Esta tapa (4) forma una cámara interior que forma un espacio de refugio para el ciclista y/o un alojamiento para el equipo que se va a transportar, para el equipo de mantenimiento de la bicicleta o para una o varias baterías cuando la bicicleta está equipada con asistencia eléctrica. Esta tapa (4) tiene un plano de simetría vertical (12), un eje central horizontal (AX) para la bicicleta (V) en posición vertical con las ruedas apoyadas en un plano horizontal. En sección transversal entre los planos horizontales inferior y medio (P1 y P2), la sección transversal horizontal tiene una sección transversal de hoja de salvia constante con una relación E/C de 0,18 (siendo E la separación, mientras que C es el cordón), con un perfil transversal para cada cara (13,14) definido por 5 arcos circulares sucesivos (arco A1 de la circunferencia C1, arco A2 de la circunferencia C2, arco A3 de la circunferencia C3, arco A4 de la circunferencia C4, arco A5 de la circunferencia C5) tangentes dos a dos y con un radio de curvatura (R1,R2,R3,R4,R5) creciente con un radio de curvatura mínimo (R1) para la parte curvada cerca del extremo frontal o borde anterior (16) y un radio de curvatura máximo (R5) para la parte curvada en las proximidades del extremo posterior o cola (17), definiéndose el arco de circunferencia (A1) del extremo frontal que pasa por el primer punto frontal (16) con un centro de curvatura (CC1) situado en el plano de simetría (12) y con un primer radio de curvatura (R1) de entre 0,2 y 0,3 veces la separación máxima (E). (véase figura 10) Los centros de los diferentes arcos de curvatura (CC2 para el arco A2 que se extiende entre los puntos T1 y T2, CC3 para el arco A3 que se extiende entre los puntos T2 y T3, CC4 para el arco A4 que se extiende entre los puntos T3 y T4, CC5 para el arco A5 que se extiende entre los puntos T4 y 17) no están alineados a lo largo de una misma línea. (véase la figura 10)
[0152] Entre el plano intermedio (P2) y el plano superior (P3), el perfil de la sección transversal es un perfil de hoja de salvia del tipo mostrado en la figura 10, pero cuyo cordón C' y separación E' disminuyen, cuanto más nos acercamos al plano superior (P3).
[0154] Las caras (13,14) de los elementos perfilados (1,2,3,30) también pueden asociarse a celdas fotovoltaicas para recargar una o varias baterías, en particular para una bicicleta con asistencia de motor eléctrico.

Claims (11)

1. REIVINDICACIONES
1. Un elemento perfilado simétrico aerodinámico para una bicicleta (V) con ruedas adaptada para desplazarse al menos sobre una superficie que define un plano de rodadura horizontal (H) a una velocidad inferior a 100 km/h, en particular para una bicicleta con asistencia eléctrica, teniendo dicho elemento perfilado (1,2,3,4) un plano de simetría (12) y un extremo frontal curvado (10) con al menos un borde anterior, en donde en la posición del elemento perfilado con el plano de simetría (12) situado en un plano vertical, dicho elemento perfilado (1,2,3,4) tiene el extremo frontal curvado (10), un extremo posterior (11), y a ambos lados de dicho plano de simetría vertical (12), una cara exterior curvada (13,14), definiendo las dichas caras exteriores curvadas (13,14), en sección transversal en un plano perpendicular al plano de simetría (12) y paralelo al dicho plano de rodadura, un perfil aerodinámico (15), en el que al menos para parte del elemento perfilado (1,2,3,4), el elemento perfilado tiene, en sección transversal perpendicular al plano de simetría (12) y paralela al dicho plano de rodadura (H), el perfil aerodinámico (15) que tiene al menos el 90 % de la parte central de un perfil de hoja de salvia con una relación entre la separación máxima (E) medida perpendicular al plano de simetría (12) y la cuerda máxima (C) medida en el plano de simetría (12) de entre 0,1 y 0,3, ventajosamente entre 0,1 y 0,25,
en el que dicho perfil aerodinámico (15) con una relación separación máxima (E) / cuerda máxima (C) de entre 0,1 y 0,3, ventajosamente entre 0,1 y 0,25, comprende dos formas o caras curvadas simétricas (13,14) con respecto a dicho plano de simetría sustancialmente vertical (12), estando cada forma o cara curvada (13,14) de dichas dos formas o caras curvadas simétricas (13,14) formada en sección transversal entre un primer punto frontal (16) y un segundo punto posterior (17), extendiéndose dichos puntos primero y segundo (16,17) a lo largo de un eje de simetría (AX) del plano de simetría (12) paralelo a dicho plano de rodadura horizontal (H),
caracterizado por que cada forma o cara curvada (13,14) de dichas dos formas o caras curvadas simétricas (13,14) de dicho perfil aerodinámico está definida en sección transversal sustancialmente por 5 a 10 arcos sucesivos de circunferencias, ventajosamente 5 o 6 o 7 arcos sucesivos de circunferencias, preferentemente 5 arcos sucesivos de circunferencias (A1,A2,A3,A4,A5), siendo dichos arcos sucesivos de circunferencias (A1,A2,A3,A4,A5) tangentes hacia el interior por pares y de radio de curvatura (R1,R2,R3,R4,R5) creciente con un radio de curvatura mínimo (R1) para la parte curvada en las proximidades del extremo frontal (10) y un radio de curvatura máximo (R5) para la parte curvada en las proximidades del extremo posterior (11), definiéndose el arco de una circunferencia (A1) del extremo frontal que pasa por el punto frontal (16) con un centro de curvatura (CC1) situado a lo largo del dicho eje de simetría (AX) del plano de simetría (12) y con un primer radio de curvatura (R1) de entre 0,2 y 0,3 veces la separación máxima (E),
en donde dicha sección transversal para dicha al menos parte del elemento perfilado (1,2,3,4) es al menos en un 95 % sustancialmente una sección transversal definida por dichos cinco arcos sucesivos de circunferencia, para lo cual, en relación con el radio de curvatura (R1) del primer arco de circunferencia (A1)
el segundo arco de circunferencia (A2) tiene un radio de curvatura (R2) de entre 1,8 y 2,2 veces el primer radio de curvatura (R1);
el tercer arco de circunferencia (A3) tiene un radio de curvatura (R3) de entre 8,5 y 10,5 veces el primer radio de curvatura (R1);
el cuarto arco de circunferencia (A4) tiene un radio de curvatura (R4) de entre 25 y 30 veces el primer radio de curvatura (R1); y
el quinto arco de circunferencia (A5) tiene un radio de curvatura (R5) de entre 50 y 70 veces el primer radio de curvatura (R1).
2. Un elemento perfilado aerodinámico simétrico según la reivindicación 1, caracterizado por que las circunferencias que definen los 5 arcos de circunferencias son circunferencias que son tangentes hacia el interior por pares, siendo la primera circunferencia (C1) que define el primer arco de circunferencia (A1) tangente hacia el interior de la segunda circunferencia (C2), siendo la segunda circunferencia (C2) que define el segundo arco de circunferencia (A2) tangente hacia el interior de la tercera circunferencia (C3), siendo la tercera circunferencia (C3) que define el tercer arco de circunferencia (A3) tangente hacia el interior de la cuarta circunferencia (C4), y siendo la cuarta circunferencia (C4) que define el cuarto arco de circunferencia (A4) tangente hacia el interior de la quinta circunferencia (C5) que define el quinto arco de circunferencia (A5), definiendo dichas circunferencias tangentes interiores una serie de puntos de tangencia distintos (T1,T2,T3,T4).
3. Elemento perfilado aerodinámico simétrico según la reivindicación 1 o 2, caracterizado por que en sección transversal perpendicular al plano de simetría (12) de dicha al menos una parte del elemento perfilado (1,2,3,4), el perfil aerodinámico (15) tiene al menos el 95 % de la parte central de un perfil de hoja de salvia con una relación entre la separación máxima (E) medida perpendicular al plano de simetría vertical (12) y la cuerda máxima (C) medida en el plano de simetría vertical (12) de entre 0,2 y 0,25.
4. Un elemento perfilado aerodinámico simétrico según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que el elemento perfilado (1,2,3,4) es al menos parcialmente hueco.
5. Un elemento perfilado aerodinámicamente simétrico según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que respecto al plano de simetría vertical (12) para la bicicleta (V) con sus ruedas apoyadas en el plano de rodadura horizontal (H), el elemento perfilado (3) tiene al menos:
* una primera porción del elemento perfilado (3) comprendida entre, por un lado, un plano de corte inferior (P1) del elemento perfilado (3), siendo dicho plano inferior (P1) paralelo al plano de rodadura horizontal (H), y, por otro lado, un primer plano de corte intermedio (P2) del elemento perfilado (3) paralelo al plano de corte inferior (P1), y
* una segunda porción del elemento perfilado (3) entre, por un lado, el primer plano intermedio (P2) o un posible segundo plano de corte intermedio (P2) paralelo al plano inferior (P1) y distinto del primer plano intermedio (P2) y, por otro lado, un plano de corte superior (P3) del elemento perfilado (3) paralelo al plano de corte inferior (P1), en el que el primer plano intermedio (P2) se extiende entre el plano inferior (P1) y el plano superior (P3), mientras que el posible segundo plano intermedio se extiende entre el primer plano intermedio (P2) y el plano superior (P3); en el que la dicha primera porción del elemento perfilado (3) tiene, para cada plano de corte paralelo al plano inferior (P1) entre el plano de corte inferior (P1) y el primer plano de corte intermedio (P2), una sección transversal de hoja de salvia sustancialmente constante con una cuerda (C) medida en el plano de simetría vertical (12) y una separación (E) sustancialmente constante medida perpendicular al plano de simetría vertical (12), con una relación entre la separación máxima (E) medida perpendicular al plano de simetría vertical (12) y la cuerda máxima (C) medida en el plano de simetría vertical (12) de entre 0,1 y 0,3, ventajosamente entre 0,1 y 0,25, preferentemente, entre 0,2 y 0,25;
en el que la segunda porción del elemento perfilado (3) tiene, para cada plano de corte paralelo al plano inferior (P1) entre el primer o segundo plano intermedio y el plano superior (P3), una sección transversal de hoja de salvia que varía continuamente entre:
* una sección transversal de hoja de salvia máxima a lo largo del primer o segundo plano de corte intermedio (P2) con una cuerda máxima (C) medida en el plano de simetría vertical (12) y una separación máxima (E) medida perpendicular al plano de simetría vertical (12), y
* una sección transversal de hoja de salvia mínima a lo largo del plano de corte superior (P3) con una cuerda mínima (C') medida en el plano de simetría vertical (12) inferior a la cuerda máxima (C) y una separación mínima (E') inferior a la separación máxima (E),
teniendo cada sección transversal de hoja de salvia una relación entre la separación máxima (E,E') medida perpendicular al plano de simetría y la cuerda máxima (C,C') medida en el plano de simetría (12) de entre 0,1 y 0,3, ventajosamente entre 0,1 y 0,25, preferentemente, entre 0,2 y 0,25.
6. Elemento perfilado aerodinámico simétrico según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que con la bicicleta (V) en posición vertical con las ruedas apoyadas en el plano de rodadura horizontal, tiene:
- el plano de simetría vertical (12) y
- al menos una porción que se extiende entre, por un lado, un primer plano horizontal perpendicular a dicho plano de simetría vertical (12) y, por otro lado, un segundo plano horizontal perpendicular a dicho plano de simetría vertical (12), teniendo dicha porción una sección transversal horizontal sustancialmente constante sustancialmente en la forma de una hoja de salvia definida con sustancialmente la misma longitud de cuerda (C) medida en el plano de simetría vertical (12) y la misma separación (E) medida perpendicular al plano de simetría vertical (12).
7. Cuadro (20) para una bicicleta (V) adaptado para soportar al menos una rueda frontal (21) y una rueda posterior (22) , comprendiendo dicho cuadro (20) al menos (a) un perfil de asiento (23) con un extremo inferior (23A) y un extremo superior (23B) adaptado para soportar una tija de asiento (24), (b) un perfil de dirección (25) adaptado para recibir un vástago de dirección (26) asociado al menos a una horquilla (27) para la rueda frontal (21) y un manillar (28), (c) un perfil diagonal (1) que conecta el extremo inferior (23A) del perfil de asiento (23) con el perfil de dirección (25), y ventajosamente (d) un perfil sustancialmente horizontal (2) que conecta el extremo superior (23B) del perfil de asiento (23) con dicho perfil de dirección (25),
estando dicho cuadro (20) ventajosamente asociado a un tirante de asiento (31) y a un tirante de cadena posterior (29) adaptados para soportar la rueda posterior (22), y/o a una horquilla (27) para la rueda frontal (21), y/o a un guardabarros frontal (30) adaptado para cubrir al menos parcialmente la parte superior de la rueda frontal (21), y/o a un guardabarros posterior (3) adaptado para cubrir al menos parcialmente la parte superior de la rueda posterior (22) y/o a una tapa (4), caracterizado por que al menos un elemento seleccionado del perfil de asiento (23), el perfil de dirección (25), el posible perfil diagonal (1), el posible perfil sustancialmente horizontal (2), el posible guardabarros frontal (30), el posible guardabarros posterior (3) y la posible cubierta (4), posiblemente en combinación entre sí, es un elemento de perfil simétrico aerodinámico según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores.
8. Cuadro según la reivindicación 7, caracterizado por que el perfil diagonal (1), el perfil de asiento (23) y el posible perfil horizontal (2) están integrados en el mismo elemento de perfil según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6.
9. Bicicleta (V) que comprende un cuadro según la reivindicación 7 u 8.
10. Bicicleta (V) según la reivindicación 9, para la cual, cuando está en posición vertical con las ruedas apoyadas en el plano de rodadura horizontal (H), el elemento perfilado aerodinámicamente simétrico de al menos un elemento seleccionado de entre el perfil de asiento (23), el perfil de dirección (25), el perfil diagonal (1), el posible perfil sustancialmente horizontal (2), el posible guardabarros frontal (30), el posible guardabarros posterior (3) y la posible
cubierta (4), posiblemente en combinación entre sí, tiene al menos una porción con, en sección transversal horizontal, una sección transversal de hoja de salvia tal como se define al menos en una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6.
11. Uso de una bicicleta (V) con ruedas adaptada para circular por tierra a una velocidad inferior a 100 km/h en un plano de rodadura horizontal, en particular una bicicleta (V) con asistencia eléctrica, en particular, una bicicleta según la reivindicación 9 o 10, comprendiendo dicha bicicleta al menos un elemento perfilado según una cualquiera de las reivindicaciones 1a 6, en particular, al menos un cuadro según la reivindicación 7, para generar al menos una fuerza motriz de entre 2 N y 10 N en la dirección de avance de la bicicleta por efecto del viento sobre el dicho al menos un elemento perfilado para al menos velocidades del viento de entre 10 km/h y 80 km/h con una incidencia de al menos entre 10° y 170° con respecto a la dirección de avance de la bicicleta, generando esta fuerza motriz ventajosamente una potencia motriz que es el producto de la dicha fuerza motriz y la velocidad de avance del ciclista.
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