IT202000013132A1

IT202000013132A1 - GEAR SHIFT FOR A HUMAN-POWERED VEHICLE CHAIN DRIVE SYSTEM, AND RELATED DRIVE SYSTEM AND HUMAN-POWERED VEHICLE INCLUDING SUCH SHIFT

Info

Publication number: IT202000013132A1
Application number: IT102020000013132A
Authority: IT
Inventors: Paolo Baldissera; Andrea Gallo; Anatolii Zahar
Original assignee: Torino Politecnico
Priority date: 2020-06-03
Filing date: 2020-06-03
Publication date: 2021-12-03

Description

Descrizione della domanda di brevetto per invenzione industriale dal titolo: Description of the patent application for an industrial invention entitled:

?CAMBIO DI RAPPORTO PER UN SISTEMA DI TRASMISSIONE A CATENA DI UN VEICOLO A PROPULSIONE UMANA, E RELATIVI SISTEMA DI TRASMISSIONE E VEICOLO A PROPULSIONE UMANA COMPRENDENTI DETTO CAMBIO? ?GEAR SHIFT FOR A HUMAN-POWERED VEHICLE CHAIN DRIVE SYSTEM, AND RELATED DRIVE SYSTEM AND HUMAN-POWERED VEHICLE INCLUDING SUCH SHIFT?

DESCRIZIONE DESCRIPTION

La presente invenzione ha per oggetto un cambio di rapporto per un sistema di trasmissione a catena di un veicolo a propulsione umana. The present invention relates to a gear changer for a chain transmission system of a human propulsion vehicle.

La presente invenzione ha altres? per oggetto un rispettivo sistema di trasmissione a catena ed un rispettivo veicolo a propulsione umana. The present invention also has for object a respective chain transmission system and a respective human propulsion vehicle.

Come noto allo stato dell?arte, la categoria dei veicoli a propulsione umana comprende un?ampia variet? di veicoli spinti dalla forza dell?uomo attraverso un sistema di trasmissione di potenza e possono comprendere sia biciclette di tipo tradizionale (ad esempio city-bike, bici da corsa, mountain-bike, e cos? via), sia biciclette a pedalata assistita (definite anche ?Moped?) fino a velocit? ?45 km/h e quindi classificati in categoria ciclomotori (L1e-B secondo i regolamenti UE 168/2013 e 2016/1824), sia veicoli di tipo reclinato (ad esempio i veicoli definiti ?recumbent bikes?, ?trike?, velomobili, e cos? via). As known in the state of the art, the category of human propulsion vehicles includes a wide variety of? of vehicles propelled by human strength through a power transmission system and can include both traditional bicycles (for example city-bikes, racing bikes, mountain-bikes, and so on), and pedal-assisted bicycles ( also defined ?Moped?) up to speed? ?45 km/h and therefore classified in the category of mopeds (L1e-B according to EU regulations 168/2013 and 2016/1824), and recumbent vehicles (for example the vehicles defined as ?recumbent bikes?, ?trikes?, velomobiles, and so on).

Tutti i veicoli precedentemente indicati sono realizzati in modo tale da comprendere un telaio, almeno una ruota motrice ed un sistema di trasmissione a catena. In particolare, detto sistema di trasmissione comprende almeno una ruota conduttrice (solitamente costituita da una corona dentata) azionata da almeno una pedivella, almeno un pignone collegato ad almeno una ruota motrice del veicolo ed un elemento flessibile senza fine (solitamente costituito da una catena) per collegare in trasferimento di forza detta almeno una ruota conduttrice a detto almeno un pignone. All the vehicles indicated above are made in such a way as to comprise a frame, at least one driving wheel and a chain transmission system. In particular, said transmission system comprises at least one driving wheel (usually consisting of a crown wheel) driven by at least one pedal crank, at least one pinion connected to at least one driving wheel of the vehicle and an endless flexible element (usually consisting of a chain) for force transferring connection of said at least one drive wheel to said at least one pinion.

Al fine di adeguare il rapporto di trasmissione al variare della pendenza in modo tale da restare nell?intervallo fisiologico che garantisce maggiore efficienza o potenza, ? noto realizzare il sistema di trasmissione in modo tale da comprendere una cassetta pignoni dotata di una pluralit? di pignoni (o ruote dentate), in cui i pignoni presentano un differente diametro e risultano essere uniformemente distribuiti ed egualmente distanziati tra di loro. In order to adjust the transmission ratio as the slope varies in such a way as to remain in the physiological range which guarantees greater efficiency or power, ? it is known to realize the transmission system in such a way as to comprise a sprocket box equipped with a plurality? of sprockets (or sprockets), in which the sprockets have a different diameter and are uniformly distributed and equally spaced from each other.

Nei veicoli a propulsione umana di tipo noto, i cambi di rapporto solitamente comprendono una cassetta pignoni fissa su un albero girevole, il quale ? collegato in trasferimento di coppia ad almeno una ruota motrice del veicolo; in tali fattispecie, il cambio comprende un tendicatena mobile atto a spostarsi all?atto del cambio di rapporto per far ingranare la catena con un differente pignone facente parte della cassetta pignoni fissa. In human-powered vehicles of the known type, gear changes usually comprise a fixed sprocket cassette on a rotating shaft, which is connected in torque transfer to at least one drive wheel of the vehicle; in these cases, the gearbox comprises a movable chain tensioner able to move when the gear is changed to make the chain mesh with a different sprocket forming part of the fixed sprocket cassette.

Tuttavia, tale tipologia di cambio comporta inevitabilmente un disallineamento della catena, che si trova a lavorare in condizioni non ideali; infatti, secondo recenti studi di letteratura tecnico-scientifica, il disallineamento della catena oltre a determinale un marginale calo di efficienza ha conseguenze negative sull?usura dei componenti (quali la catena, la corona ed i pignoni), con pressioni di contatto che incrementano del 100% per 1? di disallineamento ed uno stato tensionale delle maglie che aumenta del 40% rispetto alla condizione ideale allineata. However, this type of gearbox inevitably involves a misalignment of the chain, which has to work in non-ideal conditions; in fact, according to recent studies in the technical-scientific literature, the misalignment of the chain, in addition to determining a marginal drop in efficiency, has negative consequences on the wear of the components (such as the chain, the crown and the sprockets), with contact pressures which increase by 100% for 1? of misalignment and a tensional state of the links which increases by 40% compared to the ideal aligned condition.

Sono altres? noti allo stato dell?arte i cambi di rapporto interni al mozzo o al movimento pedale, i quali funzionano mediante ingranamenti di ruote dentate e sistemi epicicloidali; in questi casi la catena resta allineata, ma tali cambi hanno rendimenti bassi a causa delle loro perdite nei rotismi e della loro usura. Am I otherwise? the gear changes internal to the hub or to the pedal movement are known in the state of the art, which work by means of gear wheel meshing and epicycloidal systems; in these cases the chain remains aligned, but these gearboxes have low efficiency due to their losses in the gears and their wear.

L?unica soluzione che mantiene il massimo dell?efficienza ? il rapporto di trasmissione fisso (vale a dire senza cambio di rapporto) utilizzato in particolar modo nelle biciclette da pista, dal momento che il rapporto di trasmissione fisso presenta un perfetto allineamento di corona e pignone e lavora in assenza di tendicatena. Tuttavia, tale soluzione non ? di utilit? pratica al di fuori delle competizioni specifiche, come ad esempio in pista, dal momento che essa non permette di adeguare il rapporto di trasmissione al variare della pendenza cos? da restare nell?intervallo fisiologico che garantisce maggiore efficienza o potenza. Esistono inoltre soluzioni di cambi di rapporto realizzati in modo tale da comprendere una cassetta pignoni di tipo traslante e che sono attualmente allo stato prototipale e non sono disponibili sul mercato, tali soluzioni prevedendo un sistema di movimentazione di tipo meccanico della cassetta pignoni. The only solution that maintains maximum efficiency? the fixed transmission ratio (i.e. without gear change) used especially in track bicycles, since the fixed transmission ratio has perfect alignment of the crown and pinion and works in the absence of a chain tensioner. However, this solution is not of utility practice outside the specific competitions, such as, for example, on the track, since it does not allow to adjust the transmission ratio as the slope changes so? to remain in the physiological range that guarantees greater efficiency or power. There are also solutions for gear shifting made in such a way as to comprise a translating type sprocket cassette and which are currently in the prototype stage and are not available on the market, these solutions providing for a mechanical movement system of the sprocket cassette.

Ad esempio, la societ? olandese Velotilt ha implementato, su un velomobile sperimentale, un sistema traslante ad azionamento meccanico manuale dalla parte del pignone maggiore. For example, the company Dutch Velotilt has implemented, on an experimental velomobile, a translating system with manual mechanical operation on the side of the major pinion.

Inoltre, la societ? olandese SinnerBikes ha implementato un prototipo applicato direttamente al mozzo ruota di una bici tradizionale, ed anche in questo caso l?azionamento ? manuale e comprende un leverismo posizionato anteriormente all?attacco ruota. Furthermore, the company Dutch SinnerBikes has implemented a prototype applied directly to the wheel hub of a traditional bike, and also in this case the drive? manual and includes a lever positioned in front of the wheel attachment.

I documenti FR2610060A1, WO0068068A1 e WO03064242A1 mostrano un cambio di rapporto comprendente una cassetta pignoni di tipo traslante, in cui la cassetta pignoni rientra in un mozzo ruota conformato a campana ed in cui il cambio di rapporto comprende una attuazione meccanica per effettuare la traslazione della cassetta pignoni mediante un sistema di leve esterne al mozzo ruota. Documents FR2610060A1, WO0068068A1 and WO03064242A1 show a gear change comprising a translating type sprocket cassette, in which the sprocket cassette fits inside a bell-shaped wheel hub and in which the gear change comprises a mechanical actuation for effecting the translation of the cassette sprockets using a system of levers external to the wheel hub.

Il documento EP1580114B1 descrive un sistema a cassetta pignoni traslante, attuato manualmente mediante un leverismo ed una molla di contrasto. The document EP1580114B1 describes a translating sprocket cassette system, actuated manually by means of a lever system and a contrast spring.

Inoltre, il documento W02015/075582A1 descrive un sistema a cassetta pignoni traslante attuata mediante rotazione di un elemento co-assiale avente una superficie inclinata che contrasta sul porta-cassetta. Furthermore, document W02015/075582A1 discloses a translating sprocket cassette system implemented by rotation of a co-axial member having an inclined surface which abuts on the cassette holder.

In sostanza tutti i cambi di rapporto con cassetta pignoni di tipo traslante precedentemente descritti presentano notevoli inconvenienti, dal momento che essi comportano un notevole ingombro in senso radiale, una rilevante riduzione del numero di pignoni applicabili/utilizzabili ed una scarsa adattabilit? a differenti tipologie di telaio del veicolo a propulsione umana. In essence, all the gear changes with the translating type sprocket cassette described above have considerable drawbacks, since they involve a considerable size in the radial direction, a significant reduction in the number of applicable/usable sprockets and poor adaptability? to different types of human-powered vehicle chassis.

Un ulteriore inconveniente dei suddetti cambi di rapporto di tipo noto con cassetta pignoni traslante ? costituito dal fatto che essi non prevedono l?implementazione di un sistema di controllo in retroazione per l?allineamento di precisione dei pignoni. A further drawback of the aforementioned gear changes of the known type with a translating sprocket cassette? consisting in the fact that they do not foresee the implementation of a feedback control system for the precision alignment of the sprockets.

In tale ambito, scopo principale della presente invenzione ? quindi quello di indicare un cambio di rapporto per un sistema di trasmissione a catena di un veicolo a propulsione umana, ed i relativi sistema di trasmissione e veicolo a propulsione umana, realizzati in modo tale da superare gli inconvenienti presenti allo stato dell?arte. In this context, the main purpose of the present invention ? therefore that of indicating a gear change for a chain transmission system of a human propulsion vehicle, and the related transmission system and human propulsion vehicle, made in such a way as to overcome the drawbacks present in the state of the art.

In particolare, uno scopo della presente invenzione ? quello di indicare un cambio di rapporto per un sistema di trasmissione a catena di un veicolo a propulsione umana, detto cambio di rapporto essendo realizzato in modo tale da presentare un ridotto ingombro in senso radiale. In particular, an object of the present invention ? that of indicating a gear change for a chain transmission system of a human propulsion vehicle, said gear change being made in such a way as to present a small size in the radial direction.

Un altro scopo della presente invenzione ? quello di indicare un cambio di rapporto per un sistema di trasmissione a catena di un veicolo a propulsione umana concepito in modo tale da poter essere facilmente adattabile a differenti tipologie di telaio del veicolo. Another object of the present invention ? that of indicating a gear change for a chain transmission system of a human propulsion vehicle conceived in such a way as to be easily adaptable to different types of vehicle chassis.

Un ulteriore scopo della presente invenzione ? quello di realizzare un cambio di rapporto per un sistema di trasmissione a catena di un veicolo a propulsione umana, detto cambio essendo realizzato in modo tale da permettere di effettuare un controllo in retroazione per l?allineamento di precisione dei pignoni. A further object of the present invention ? that of realizing a gearbox for a chain transmission system of a human propulsion vehicle, said gearbox being manufactured in such a way as to allow to carry out a feedback control for the precise alignment of the pinions.

Di conseguenza, uno scopo della presente invenzione ? quello di fornire un cambio di rapporto per un sistema di trasmissione a catena di un veicolo a propulsione umana che risulti essere preciso, di semplice realizzazione e facilmente adattabile anche ai veicoli gi? in commercio. Consequently, an object of the present invention is that of providing a gear change for a chain transmission system of a human-powered vehicle that is precise, simple to make and easily adaptable even to vehicles already in use. on the market.

Ulteriori scopi, caratteristiche e vantaggi della presente invenzione risulteranno chiari dalla descrizione particolareggiata che segue e dalle figure annesse, fornite a puro titolo di esempio esplicativo e non limitativo, in cui: - la Fig. 1 rappresenta una vista laterale di un veicolo a propulsione umana comprendente un cambio di rapporto per un sistema di trasmissione a catena secondo la presente invenzione; Further objects, characteristics and advantages of the present invention will become clear from the detailed description which follows and from the annexed figures, provided purely by way of non-limiting explanatory example, in which: - Fig. 1 represents a side view of a human propulsion vehicle comprising a gear shifter for a chain drive system according to the present invention;

- la Fig. 2 rappresenta una vista in sezione di un cambio di rapporto per un sistema di trasmissione a catena secondo la presente invenzione, in cui detta sezione ? realizzata secondo un piano parallelo e non comprendente un asse di rotazione della cassetta o pacco pignoni; - Fig. 2 represents a section view of a gear change for a chain transmission system according to the present invention, in which said section ? made according to a parallel plane and not including a rotation axis of the cassette or sprocket set;

- la Fig. 3 rappresenta una vista prospettica del cambio di rapporto secondo la presente invenzione, in cui alcuni componenti sono raffigurati esplosi; - Fig. 3 represents a perspective view of the gearbox according to the present invention, in which some components are shown exploded;

- la Fig. 4 rappresenta una vista prospettica esplosa di alcuni componenti del cambio di rapporto secondo la presente invenzione. - Fig. 4 represents an exploded perspective view of some components of the gear change according to the present invention.

Passando alla descrizione delle figure allegate, in Fig. 1 con il numero di riferimento 1 viene indicato nel suo complesso un veicolo a propulsione umana secondo la presente invenzione. Moving on to the description of the attached figures, in Fig. 1 the reference number 1 indicates as a whole a human propulsion vehicle according to the present invention.

Da notare che in Fig. 1 ? stato rappresentato un veicolo 1 costituito da una bicicletta di tipo tradizionale; tuttavia, ? possibile applicare gli insegnamenti della presente invenzione anche alle bicilette a pedalata assistita (definite anche ?Moped?), ai veicoli di tipo reclinato (ad esempio i veicoli definiti ?recumbent bikes?, ?trike?, velomobili, e cos? via), ed a qualsiasi veicolo comprendente un sistema di trasmissione a catena. It should be noted that in Fig. 1 ? a vehicle 1 consisting of a bicycle of the traditional type has been shown; However, ? It is possible to apply the teachings of the present invention also to pedal assisted bicycles (also defined as ?Moped?), to recumbent vehicles (for example the vehicles defined as ?recumbent bikes?, ?trikes?, velomobiles, and so on), and to any vehicle incorporating a chain drive system.

Il veicolo 1 comprende un telaio 2, almeno una ruota motrice 3 ed almeno una ruota di sterzo 4, dette ruote 3, 4 essendo atte a trovarsi a contatto con il terreno durante l?utilizzo del veicolo 1. The vehicle 1 comprises a frame 2, at least one driving wheel 3 and at least one steering wheel 4, said wheels 3, 4 being able to be in contact with the ground during use of the vehicle 1.

Inoltre, il veicolo 1 comprende un sistema di trasmissione (indicato nel suo complesso con il numero di riferimento 5) a catena, in particolare detto sistema di trasmissione 5 essendo azionato tramite una pedivella 6 per condurre in rotazione detta almeno una ruota motrice 3 del veicolo 1; opzionalmente, ed in particolare nel caso in cui il veicolo 1 fosse del tipo a pedalata assistita, il sistema di trasmissione 5 pu? essere aggiuntivamente azionato tramite almeno un motore elettrico. Furthermore, the vehicle 1 comprises a chain transmission system (indicated as a whole with the reference number 5), in particular said transmission system 5 being actuated by means of a pedal crank 6 to rotate said at least one driving wheel 3 of the vehicle 1; optionally, and in particular if the vehicle 1 is of the pedal assisted type, the transmission system 5 can? additionally be driven by at least one electric motor.

Il sistema di trasmissione 5 comprende almeno una corona o ruota conduttrice 7 ed una catena 8 (illustrata in modo schematico in Fig. 1) per collegare in trasferimento di forza detta almeno una corona 7 ad un cambio di rapporto (indicato nel suo complesso con il numero di riferimento 10 nelle figure allegate), in particolare ad una cassetta pignoni 13 del cambio 10; in tale ambito, il cambio 10 e la cassetta pignoni 13 sono collegati (direttamente o indirettamente, come noto allo stato dell?arte e come verr? spiegato anche in seguito) a detta almeno una ruota motrice 3 del veicolo 1. The transmission system 5 comprises at least one driving crown or wheel 7 and a chain 8 (illustrated schematically in Fig. 1) to connect said at least one crown 7 in force transfer to a gear change (indicated as a whole with the reference number 10 in the attached figures), in particular to a sprocket cassette 13 of the gearbox 10; in this context, the gearbox 10 and the sprocket box 13 are connected (directly or indirectly, as known in the state of the art and as will also be explained later) to said at least one driving wheel 3 of the vehicle 1.

Il sistema di trasmissione 5 comprende poi un tenditore 9 per assicurare una adeguata tensione della catena 8 per ciascuno dei rapporti o pignoni facente parte della cassetta pignoni 13 e selezionabile tramite il cambio 10. In tale ambito, ed in considerazione del fatto che la catena 8 presenta una lunghezza fissa, variando il rapporto o pignone selezionato varier? anche la configurazione del tenditore 9, che si potr? espandere o contrarre a seconda del rapporto selezionato. The transmission system 5 also comprises a tensioner 9 to ensure adequate tension of the chain 8 for each of the gears or sprockets forming part of the sprocket box 13 and selectable via the gearbox 10. In this context, and in consideration of the fact that the chain 8 has a fixed length, by varying the ratio or selected sprocket varier? also the configuration of the tensioner 9, which can be used? expand or contract depending on the selected report.

Tuttavia, come verr? dettagliatamente spiegato anche in seguito, si noti sin da ora che il cambio 10 secondo la presente invenzione opera in modo tale da mantenere la catena 8 in una posizione tale da giacere su un piano fisso e sostanzialmente perpendicolare rispetto all?asse di rotazione della ruota conduttrice 7, mantenendo inoltre anche il tenditore 9 in una posizione fissa e sostanzialmente allineata alla catena 8 ed a detta almeno una corona 7 a prescindere dal rapporto o pignone selezionato tramite il cambio 10. However, how will it come? also explained in detail below, it should be noted from now on that the gearbox 10 according to the present invention operates in such a way as to keep the chain 8 in such a position as to lie on a fixed plane and substantially perpendicular to the axis of rotation of the driving wheel 7, also keeping the tensioner 9 in a fixed position and substantially aligned with the chain 8 and with said at least one crown 7 regardless of the ratio or pinion selected via the gearbox 10.

Come si pu? notare dalle figure dalla 2 alla 4, il cambio 10 secondo la presente invenzione comprende un albero 11 girevole rispetto ad un perno fisso 11P, in particolare detto albero 11 essendo configurato per guidare in rotazione una ruota motrice 3 del veicolo 1; in particolare, il cambio 10 comprende dei cuscinetti di supporto 11C interposti tra l?albero 11 ed il perno fisso 11P per permettere la rotazione dell?albero 11 rispetto a detto perno fisso 11P. How can you? note from figures 2 to 4, the gearbox 10 according to the present invention comprises a shaft 11 rotatable with respect to a fixed pin 11P, in particular said shaft 11 being configured to drive a driving wheel 3 of vehicle 1 in rotation; in particular, the gearbox 10 comprises support bearings 11C interposed between the shaft 11 and the fixed pin 11P to allow rotation of the shaft 11 with respect to said fixed pin 11P.

Il cambio 10 comprende un manicotto 12 accoppiato a detto albero 11 mediante un accoppiamento prismatico e configurato per effettuare un movimento di traslazione su detto albero 11; in una forma realizzativa preferita e mostrata nelle figure allegate, il manicotto 12 ? accoppiato a detto albero 11 mediante un accoppiamento scanalato. Preferibilmente l?albero 11 ? opportunamente lubrificato per limitare possibili attriti durante la traslazione del manicotto 12. Il cambio 10 secondo la presente invenzione comprende altres? una cassetta pignoni (indicata nel suo complesso con il numero di riferimento 13) accoppiata al manicotto 12 e comprendente una pluralit? di pignoni, in cui ogni pignone ? configurato per azionare in rotazione l?albero 11 ed il manicotto 12, in particolare quando la trasmissione 5 ? azionata da almeno una corona 7 e da una catena 8. Come noto allo stato dell?arte, i pignoni che fanno parte della cassetta pignoni 13 sono di diverso diametro, uniformemente distribuiti ed egualmente distanziati sul manicotto 12. The gearbox 10 comprises a sleeve 12 coupled to said shaft 11 by a prismatic coupling and configured to effect a translational movement on said shaft 11; in a preferred embodiment shown in the accompanying figures, the sleeve 12 is coupled to said shaft 11 by a splined coupling. Preferably the tree 11 ? suitably lubricated to limit possible friction during the translation of the sleeve 12. The gearbox 10 according to the present invention also comprises a sprocket cassette (indicated as a whole with the reference number 13) coupled to the sleeve 12 and comprising a plurality? of sprockets, in which each sprocket ? configured to rotate the shaft 11 and the sleeve 12, in particular when the transmission 5 is? driven by at least one crown 7 and by a chain 8. As known in the state of the art, the sprockets that form part of the sprocket cassette 13 are of different diameters, uniformly distributed and equally spaced on the sleeve 12.

Preferibilmente, la cassetta pignoni 13 ? accoppiata al manicotto 12 con l?interposizione di un meccanismo di ruota libera 13A che permette di disaccoppiare il movimento fra la cassetta pignoni 13 e la ruota motrice 3 quando la velocit? di rotazione della cassetta pignoni 13 ? inferiore rispetto a quella della ruota motrice 3. In particolare, nella forma realizzativa mostrata nelle figure 2 e 3 allegate, detto meccanismo di ruota libera 13A comprende almeno un cuscinetto unidirezionale. Preferably, the 13 sprocket cassette? coupled to the sleeve 12 with the interposition of a freewheel mechanism 13A which allows to decouple the movement between the sprocket cassette 13 and the driving wheel 3 when the speed? of rotation of the sprocket box 13 ? lower than that of the driving wheel 3. In particular, in the embodiment shown in the enclosed figures 2 and 3, said freewheel mechanism 13A comprises at least one one-way bearing.

Inoltre, in accordo con una forma realizzativa preferita (mostrata soprattutto nelle figure 2 e 3), il cambio 10 comprende un bicchiere 13B su cui si innesta la cassetta pignoni 13, detto bicchiere 13B essendo supportato rispetto al manicotto 12 dal meccanismo di ruota libera 13A e da un cuscinetto a rullini 13C; preferibilmente, il cambio 10 comprende una ghiera di chiusura 13D per realizzare il bloccaggio della cassetta pignoni 13 sul bicchiere 13B. Furthermore, in accordance with a preferred embodiment (shown above all in figures 2 and 3), the gearbox 10 comprises a socket 13B on which the sprocket cassette 13 engages, said socket 13B being supported with respect to the sleeve 12 by the freewheel mechanism 13A and a needle bearing 13C; preferably, the gearbox 10 comprises a closing ring nut 13D for locking the sprocket cassette 13 on the cup 13B.

In riferimento alla cassetta pignoni 13 si noti che, in accordo con la presente invenzione, il suo accoppiamento con il manicotto 12 pu? essere realizzato anche in modo differente rispetto a quanto mostrato nelle figure allegate, ad esempio la cassetta pignoni 13 potendo essere innestata direttamente sul manicotto 12, vale a dire senza l?interposizione del bicchiere 13B ma con l?interposizione del meccanismo di ruota libera 13A. With reference to the sprocket box 13, it should be noted that, in accordance with the present invention, its coupling with the sleeve 12 can also be made in a different way with respect to what is shown in the attached figures, for example the sprocket cassette 13 being able to be engaged directly on the sleeve 12, ie without the interposition of the cup 13B but with the interposition of the free wheel mechanism 13A.

Il cambio 10 secondo la presente invenzione comprende poi un attuatore lineare 14, 15, 16 configurato per effettuare la traslazione del manicotto 12 lungo l?albero 11, detto attuatore lineare comprendendo un motore 14 rotativo ed un ingranaggio 15 per convertire un movimento rotatorio del motore 14 in uno spostamento lineare di un elemento mobile 16. The gearbox 10 according to the present invention also comprises a linear actuator 14, 15, 16 configured to translate the sleeve 12 along the shaft 11, said linear actuator comprising a rotary motor 14 and a gear 15 to convert a rotary movement of the motor 14 in a linear movement of a mobile element 16.

In una forma di realizzazione preferita, il motore 14 ? costituito da un servomotore, in particolare di tipo elettrico ed alimentato da una batteria (non mostrata nelle figure allegate) di tipo ricaricabile; inoltre, l?ingranaggio 15 ? costituito da una vite e l?elemento mobile 16 ? costituito da una chiocciola o madrevite. In a preferred embodiment, the motor 14 is consisting of a servomotor, in particular of the electric type and powered by a battery (not shown in the attached figures) of the rechargeable type; moreover, the gear 15 ? made up of a screw and the mobile element 16 ? consisting of a nut or nut.

In tale ambito, l?ingranaggio 15 si sviluppa in una direzione sostanzialmente parallela a, o sostanzialmente coincidente con, un asse di rotazione X (rappresentato mediante una linea tratto-punto in Fig. 2) di detto albero 11; in particolare, detto asse di rotazione X ? sostanzialmente orizzontale, vale a dire sostanzialmente perpendicolare rispetto ad un piano su cui giace ogni pignone della cassetta pignoni 13. Di conseguenza, lo spostamento dell?elemento mobile 16 ? realizzato in detta direzione sostanzialmente parallela a, o sostanzialmente coincidente con, l?asse di rotazione X dell?albero 11. In this context, the gear 15 extends in a direction substantially parallel to, or substantially coinciding with, a rotation axis X (represented by a dash-dot line in Fig. 2) of said shaft 11; in particular, said axis of rotation X ? substantially horizontal, i.e. substantially perpendicular to a plane on which each sprocket of the sprocket box 13 lies. Consequently, the movement of the movable element 16 is? made in said direction substantially parallel to, or substantially coinciding with, the axis of rotation X of the shaft 11.

? tuttavia evidente che l?attuatore lineare secondo la presente invenzione pu? essere realizzato in modo differente, potendo ad esempio comprendere un sistema a ricircolo di sfere o un sistema a cremagliera. ? however it is clear that the linear actuator according to the present invention can be made in a different way, being able for example to include a recirculating ball system or a rack system.

In accordo con la presente invenzione, l?ingranaggio 15 e l?elemento mobile 16 sono alloggiati all?interno dell?albero 11, detto albero 11 essendo dotato di almeno una asola 11A passante e che si sviluppa longitudinalmente lungo detto albero 11, in cui detta almeno una asola 11A permette il passaggio di mezzi di accoppiamento 17, 18 che uniscono l?elemento mobile 16 al manicotto 12 in modo tale da realizzare una traslazione del manicotto 12 e della cassetta pignoni 13 corrispondente allo spostamento lineare dell?elemento mobile 16. In accordance with the present invention, the gear 15 and the mobile element 16 are housed inside the shaft 11, said shaft 11 being provided with at least one through slot 11A which extends longitudinally along said shaft 11, in which said at least one slot 11A allows the passage of coupling means 17, 18 which join the mobile element 16 to the sleeve 12 in such a way as to carry out a translation of the sleeve 12 and of the sprocket cassette 13 corresponding to the linear movement of the mobile element 16.

A tal proposito si noti che il termine ?passante? riferito a detta almeno una asola 11A ? stato utilizzato al fine di indicare il fatto che detta almeno una asola 11A attraversa la parete dell?albero 11 (come si pu? notare soprattutto dalle figure 3 e 4), in particolare in modo tale da mettere in comunicazione l?ambiente esterno a detto albero 11 con la camera dell?albero 11 al cui interno sono alloggiati l?ingranaggio 15 e l?elemento mobile 16. In this regard, it should be noted that the term ?passing? referring to said at least one slot 11A ? been used in order to indicate the fact that said at least one slot 11A crosses the wall of the shaft 11 (as can be seen above all from figures 3 and 4), in particular in such a way as to put the external environment into communication with said shaft 11 with the chamber of the shaft 11 inside which the gear 15 and the mobile element 16 are housed.

In una forma di realizzazione preferita, anche il motore 14 ? almeno parzialmente alloggiato all?interno dell?albero 11. A tal proposito, si noti che in Fig. 2 il motore 14 ? illustrato come totalmente alloggiato all?interno dell?albero 11; tuttavia, ? anche possibile realizzare il cambio 10 secondo la presente invenzione in modo tale per cui almeno una porzione del motore 14 sia posizionato al di fuori dell?albero 11. In a preferred embodiment, the motor 14 is also? at least partially housed inside the shaft 11. In this regard, it should be noted that in Fig. 2 the motor 14 is? shown as fully seated within shaft 11; However, ? It is also possible to make the gearbox 10 according to the present invention in such a way that at least a portion of the motor 14 is positioned outside the shaft 11.

In accordo con la presente invenzione, detti mezzi di accoppiamento comprendono almeno uno stelo 17 dotato di una prima porzione 17A accoppiata al manicotto 12 e di una seconda porzione 17B accoppiata all?elemento mobile 16; in particolare, l?accoppiamento tra la prima porzione 17A dello stelo 17 ed il manicotto 12 avviene mediante un aggancio a scatto. In accordance with the present invention, said coupling means comprise at least one stem 17 equipped with a first portion 17A coupled to the sleeve 12 and with a second portion 17B coupled to the movable element 16; in particular, the coupling between the first portion 17A of the stem 17 and the sleeve 12 takes place by means of a snap coupling.

Inoltre, detti mezzi di accoppiamento preferibilmente comprendono almeno un cuscinetto 18 interposto tra detta seconda porzione 17B dello stelo 17 e l?elemento mobile 16. Furthermore, said coupling means preferably comprise at least one bearing 18 interposed between said second portion 17B of the stem 17 and the mobile element 16.

In una forma di realizzazione preferita, detta almeno una asola 11A comprende una pluralit? di asole 11A distanziate tra di loro e che si estendono longitudinalmente sull?albero 11, in cui ogni asola 11A ? atta a permettere il passaggio di un rispettivo stelo 17. In a preferred embodiment, said at least one slot 11A comprises a plurality? of slots 11A spaced apart from each other and extending longitudinally on the shaft 11, wherein each slot 11A is adapted to allow the passage of a respective rod 17.

In sostanza, ogni asola 11A si estende sull?albero 11 in modo sostanzialmente parallelo rispetto all?asse di rotazione X di detto albero 11. Basically, each slot 11A extends on the shaft 11 substantially parallel to the rotation axis X of said shaft 11.

In accordo con la presente invenzione, il cambio 10 comprende una unit? di controllo (non rappresentata nelle figure allegate) che controlla il servomotore 14 in base a una relazione lineare tra un segnale di ingresso al servomotore 14 per cambiare il rapporto di trasmissione ed una risultante posizione del manicotto 12 lungo l?albero 11. In accordance with the present invention, the gearbox 10 comprises a unit? controller (not shown in the accompanying figures) which controls the servomotor 14 based on a linear relationship between an input signal to the servomotor 14 for changing the gear ratio and a resulting position of the sleeve 12 along the shaft 11.

In tale ambito, il cambio 10 comprende almeno un sensore 19 per rilevare una posizione del manicotto 12 e fornire un segnale di retroazione a detta unit? di controllo programmata per comandare in anello chiuso il motore 14 sulla base di un segnale d?ingresso, in particolare generato quando un utente del veicolo 1 decide di cambiare marcia e, a tal proposito, aziona una interfaccia utente di comando (comprendente, ad esempio, un leveraggio o un pulsante o una interfaccia utente di tipologia similare). In this context, the gearbox 10 comprises at least one sensor 19 for detecting a position of the sleeve 12 and supplying a feedback signal to said unit. programmed to control the engine 14 in closed loop on the basis of an input signal, in particular generated when a user of the vehicle 1 decides to change gear and, in this regard, activates a command user interface (comprising, for example , a linkage or a button or a user interface of a similar type).

Preferibilmente, detto almeno un sensore 19 comprende una pluralit? di sensori 19, in particolare di tipo Hall, distanziati longitudinalmente tra di loro sull?albero 11 ed atti a rilevare la posizione relativa tra l?albero 11 ed il manicotto 12; in tal modo, viene permessa una rilevazione di una posizione precisa (che tiene gi? conto di giochi e tolleranze della catena cinematica) fra l?albero 11 ed il manicotto 12. Preferably, said at least one sensor 19 comprises a plurality? sensors 19, in particular of the Hall type, spaced longitudinally from each other on the shaft 11 and able to detect the relative position between the shaft 11 and the sleeve 12; in this way, it is possible to detect a precise position (which already takes into account the clearances and tolerances of the kinematic chain) between the shaft 11 and the sleeve 12.

Inoltre, l?unit? di controllo ? programmata per controllare, tramite l?ingresso generato dai sensori 19, la posizione del manicotto 12 in modo lineare rispetto a tale segnale d?ingresso; ci? semplifica grandemente il controllo e la configurazione del cambio 10. Gli spostamenti memorizzati nell?unit? di controllo e corrispondenti ai segnali d?ingresso sono determinati in una fase di calibrazione e i sensori 19 garantiscono che il motore 14, quando azionato sulla base del segnale d?ingresso, posizioni il manicotto 12 nella posizione memorizzata. Furthermore, the unit? control ? programmed to control, via the input generated by the sensors 19, the position of the sleeve 12 in a linear manner with respect to this input signal; There? greatly simplifies the control and configuration of the gearbox 10. The shifts memorized in the unit? and corresponding to the input signals are determined in a calibration step and the sensors 19 ensure that the motor 14, when operated on the basis of the input signal, positions the sleeve 12 in the stored position.

Secondo una forma di realizzazione preferita, i sensori 19 sono inoltre configurati per consentire all?unit? di controllo di verificare la posizione del manicotto 12 sull?albero 11, in particolare rispetto al telaio 2, dopo un periodo di inattivit? del veicolo 1 e di spegnimento dell?unit? di controllo elettronica; ? infatti possibile che, durante tale condizione, il manicotto 12 possa subire urti accidentali che ne modificano la posizione in modo indipendente da un segnale di comando per cambiare il rapporto. According to a preferred embodiment, the sensors 19 are further configured to allow the unit? control to verify the position of the sleeve 12 on the shaft 11, in particular with respect to the frame 2, after a period of inactivity? of vehicle 1 and turning off the? unit? electronic control; ? in fact, it is possible that, during this condition, the sleeve 12 may undergo accidental shocks which modify its position independently of a command signal for changing the ratio.

Nella forma realizzativa mostrata in Fig. 1, che si riferisce ad una implementazione del cambio 10 su un veicolo 1 costituito da una bicicletta di tipo tradizionale, l?albero 11 ? reso solidale ad un mozzo ruota 20, in particolare mediante una flangia 21; preferibilmente, in tale forma realizzativa il mozzo ruota 20 presenta una conformazione a campana, vale a dire aperta da un lato (come si pu? notare dalla Fig. 2), cos? da permettere lo scorrimento della cassetta pignoni 13 solidale al manicotto 12 verso la mezzeria del veicolo 1. In the embodiment shown in Fig. 1, which refers to an implementation of the gearbox 10 on a vehicle 1 consisting of a bicycle of the traditional type, the shaft 11 is? made integral with a wheel hub 20, in particular by means of a flange 21; preferably, in this embodiment the wheel hub 20 has a bell shape, i.e. open on one side (as can be seen from Fig. 2), thus to allow the sliding of the sprocket box 13 integral with the sleeve 12 towards the center line of the vehicle 1.

Tuttavia, come gi? spiegato in riferimento a Fig. 1, ? possibile applicare gli insegnamenti della presente invenzione anche alle bicilette a pedalata assistita (definite anche ?Moped?), ai veicoli di tipo reclinato (ad esempio i veicoli definiti ?recumbent bikes?, ?trike?, velomobili, e cos? via), ed a qualsiasi veicolo comprendente un sistema di trasmissione a catena. However, how already? explained with reference to Fig. 1, ? It is possible to apply the teachings of the present invention also to pedal assisted bicycles (also defined as ?Moped?), to recumbent vehicles (for example the vehicles defined as ?recumbent bikes?, ?trikes?, velomobiles, and so on), and to any vehicle incorporating a chain drive system.

In tale ambito, o pi? in generale laddove il cambio 10 non sia associato al carro posteriore in corrispondenza del mozzo ruota, l?albero 11 pu? essere dotato di un pignone fisso (non mostrato) a sua volta collegato ad una ulteriore catena che trasmetter? il moto ad un pignone calettato sul mozzo ruota ed eventualmente provvisto di ruota libera. In this area, or more? in general where the gearbox 10 is not associated with the rear stay at the wheel hub, the shaft 11 can? be equipped with a fixed sprocket (not shown) in turn connected to a further chain that will transmit? motion to a pinion keyed to the wheel hub and possibly equipped with a free wheel.

Di conseguenza, ? evidente che: Consequentially, ? evident that:

- nelle fattispecie (mostrata nelle figure 1 e 2 allegate) in cui l?albero 11 ? reso solidale ad un mozzo ruota 20, il cambio 10 e la cassetta pignoni 13 sono collegati direttamente alla ruota motrice 3 del veicolo 1; - in the case in point (shown in the enclosed figures 1 and 2) in which the shaft 11 is? made integral with a wheel hub 20, the gearbox 10 and the sprocket box 13 are connected directly to the driving wheel 3 of the vehicle 1;

- nelle fattispecie (non mostrata nelle figure allegate) in cui l?albero 11 ? collegato ad una ulteriore catena (solitamente mediante un pignone fisso) che trasmetter? il moto ad un mozzo ruota, il cambio 10 e la cassetta pignoni 13 sono collegati indirettamente ad almeno una ruota motrice del veicolo 1. Dalla descrizione effettuata risultano dunque evidenti le caratteristiche del cambio 10 di rapporto per un sistema di trasmissione 5 a catena di un veicolo a propulsione umana 1 secondo la presente invenzione, cos? come chiari risultano i relativi vantaggi. - in the case in point (not shown in the enclosed figures) in which the shaft 11 ? connected to a further chain (usually by means of a fixed sprocket) that will transmit? the drive to a wheel hub, the gearbox 10 and the sprocket box 13 are indirectly connected to at least one driving wheel of the vehicle 1. From the description given, the characteristics of the gearbox 10 for a chain transmission system 5 of a human propulsion vehicle 1 according to the present invention, so? how clear are the relative advantages.

In particolare, le peculiari caratteristiche del cambio 10 secondo la presente invenzione permettono di ridurre fortemente gli ingombri in senso radiale. Inoltre, il cambio 10 secondo la presente invenzione risulta essere concepito in modo tale da poter essere facilmente adattabile a differenti tipologie di telaio del veicolo 1, indifferentemente dal fatto che il veicolo 1 sia costituito da una bicicletta di tipo tradizionale, da una biciletta a pedalata assistita, da un veicolo 1 di tipo reclinato, e cos? via. In particular, the peculiar characteristics of the gearbox 10 according to the present invention make it possible to greatly reduce the overall dimensions in the radial direction. Furthermore, the gearbox 10 according to the present invention is designed in such a way that it can be easily adapted to different types of chassis of the vehicle 1, irrespective of whether the vehicle 1 consists of a traditional bicycle, a pedal bicycle assisted, by a vehicle 1 of the recumbent type, and so? Street.

? poi evidente che il cambio 10 secondo la presente invenzione risulti essere preciso, di semplice realizzazione e facilmente adattabile anche ai veicoli 1 gi? in commercio. ? then it is clear that the gearbox 10 according to the present invention is precise, simple to make and easily adaptable also to vehicles 1 already? on the market.

Un ulteriore vantaggio della presente invenzione ? costituito dal fatto che il cambio 10 ? realizzato in modo tale da permettere di effettuare un controllo in retroazione per l?allineamento di precisione dei pignoni, in particolare grazie alla previsione dei sensori 19 di tipo Hall e della loro interazione con l?unit? di controllo del veicolo 1. A further advantage of the present invention ? constituted by the fact that the change 10 ? realized in such a way as to allow to carry out a feedback control for the precision alignment of the sprockets, in particular thanks to the provision of the Hall type sensors 19 and their interaction with the unit? vehicle control 1.

Numerose sono le varianti possibili al veicolo 1 e/o alla trasmissione 5 e/o al cambio 10 descritti come esempio, senza per questo uscire dai principi di novit? insiti nell?idea inventiva, cos? come ? chiaro che nella sua attuazione pratica le forme dei dettagli illustrati potranno essere diverse, e gli stessi potranno essere sostituiti con degli elementi tecnicamente equivalenti. There are numerous possible variants to the vehicle 1 and/or to the transmission 5 and/or to the gearbox 10 described as an example, without departing from the principles of novelty? inherent in the inventive idea, cos? as ? it is clear that in its practical implementation the forms of the illustrated details may be different, and they may be replaced with technically equivalent elements.

Dunque, ? facilmente comprensibile che la presente invenzione non ? limitata al veicolo 1 e/o alla trasmissione 5 e/o al cambio 10 precedentemente descritti ma ? passibile di varie modificazioni, perfezionamenti, sostituzioni di parti ed elementi equivalenti senza per? allontanarsi dall?idea dell?invenzione, cos? come ? precisato meglio nelle seguenti rivendicazioni. So, ? easily understandable that the present invention is not limited to the vehicle 1 and/or to the transmission 5 and/or to the gearbox 10 previously described but ? subject to various modifications, improvements, replacements of parts and equivalent elements without for? move away from the idea of the invention, so? as ? better specified in the following claims.

Claims

1. Ratio gearbox (10) for a chain transmission system (5) of a human-powered vehicle (1), said gearbox (10) comprising:

- a shaft (11) rotatable with respect to a fixed pin (11P), in particular said shaft (11) being configured to drive a driving wheel (3) of the vehicle (1) in rotation,

- a sleeve (12) coupled to said shaft (11) by means of a prismatic coupling, said sleeve (12) being configured to effect a translational movement on said shaft (11),

- a sprocket cassette (13) coupled to the sleeve (12) and comprising a plurality? of sprockets, in which each sprocket ? configured to rotate the shaft (11) and the sleeve (12), in particular when the transmission (5) is? driven by at least one crown wheel (7) and by a chain (8), - a linear actuator (14, 15, 16) configured to translate the sleeve (12) along the shaft (11), said linear actuator comprising a rotary motor (14) and a gear (15) for converting a rotary motion of the motor (14) into a linear motion of a movable element (16),

said gearbox (10) being characterized in that

the gear (15) and the mobile element (16) are housed inside the shaft (11), said shaft (11) being provided with at least one through slot (11A) which extends longitudinally along said shaft (11 ), in which said at least one slot (11A) allows the passage of coupling means (17, 18) which join the mobile element (16) to the sleeve (12) in such a way as to carry out a translation of the sleeve (12) and of the sprocket box (13) corresponding to the linear displacement of the mobile element (16).

2. Gearbox (10) according to claim 1, characterized in that said motor (14) is at least partially housed inside the shaft (11).

3. Exchange (10) according to one or more? of the preceding claims, characterized in that said coupling means (17, 18) comprise at least one stem (17) provided with a first portion (17A) coupled to the sleeve (12) and with a second portion (17B) coupled to the element mobile (16).

4. Gearbox (10) according to claim 3, characterized in that said coupling means (17, 18) comprise at least one bearing (18) interposed between said second portion (17B) of the rod (17) and the movable element (16) .

5. Exchange (10) according to one or more? of the preceding claims, characterized in that said at least one slot (11A) comprises a plurality of slots (11A) spaced apart from each other and extending longitudinally on the shaft (11), wherein each slot (11A) ? designed to allow the passage of a respective stem (17).

6. Gearbox (10) according to claim 5, characterized in that each slot (11A) extends on the shaft (11) in a substantially parallel manner with respect to an axis of rotation (X) of said shaft (11).

7. Exchange (10) according to one or more? of the preceding claims, characterized in that the motor (14) ? consisting of a servomotor, in particular of the electric type and powered by a rechargeable battery.

8. Exchange (10) according to one or more? of the preceding claims, characterized in that said gearbox (10) comprises a unit? controller which controls the servomotor (14) based on a linear relationship between an input signal to the servomotor (14) for changing the gear ratio and a resulting position of the sleeve (12) along the shaft (11).

9. Gearbox (10) according to claim 8, characterized in that said gearbox (10) comprises at least one sensor (19) for detecting a position of the sleeve (12) and supplying a feedback signal to said unit? programmed to control the motor (14) in closed loop on the basis of an input signal.

10. Exchange (10) according to one or more? of the preceding claims, characterized in that said at least one sensor (19) comprises a plurality of sensors (19), in particular of the Hall type, spaced longitudinally from each other on the shaft (11) and adapted to detect the relative position between the shaft (11) and the sleeve (12).

11. Exchange (10) according to one or more? of the preceding claims, characterized by the fact that the gear (15) ? made up of a screw and the mobile element (16) ? consisting of a nut or nut.

12. Exchange (10) according to one or more? of the preceding claims, characterized in that the gear (15) extends in a direction substantially parallel to, or substantially coinciding with, a rotation axis (X) of said shaft (11).

13. Exchange (10) according to one or more? of the preceding claims, characterized in that the sprocket cassette (13) ? coupled to the sleeve (12) with the interposition of a free wheel mechanism (13A).

14. Gearbox (10) according to claim 13, characterized in that said gearbox (10) comprises a socket (13B) on which the sprocket cassette (13) engages, said socket (13B) being supported with respect to the sleeve (12) by the freewheel mechanism (13A) and by a needle bearing (13C).

15. Exchange (10) according to one or more? of the preceding claims, characterized in that the sleeve (12) is coupled to said shaft (11) by means of a splined coupling.

16. Exchange (10) according to one or more? of the preceding claims, characterized in that the shaft (11) ? made integral with a wheel hub (20), in particular by means of a flange (21).

17. Gearbox (10) according to claim 13, characterized in that said wheel hub (20) has a bell shape.

18. Chain transmission system (5) of a human propulsion vehicle (1) comprising a gear change (10) according to one or more? of claims 1 to 17.

19. Human propulsion vehicle (1) comprising a chain transmission system (5) according to claim 14 and/or comprising a ratio gearbox (10) according to one or more? of claims 1 to 17.