ITFR980004A1 - Bicicletta e similari ad altissima resa energetica - Google Patents

Description

Descrizione dell'invenzione avente per titolo:

"BICICLETTA E SIMILARI AD ALTISSIMA RESA ENERGETICA"

L'invenzione è consistita nel realizzare un veicolo con trazione a pedali, trasmissione a catena e cambio a piu' velocità in grado, grazie alle innovazioni apportate, di migliorare i parametri prestazionali rispetto alla bicicletta tradizionale.

Il mezzo è nato dal presupposto che la posizione assunta dal ciclista nella bicicletta tradizionale "posizione seduta", presenta dal punto di vista anatomico un funzionamento non ottimale degli organi e apparati interessati al lavoro per produrre la massima resa energetica dell'organismo.

L'inefficienza fisica, che si incontra sulla bicicletta tradizionale rispetto al funzionamento ideale degli organi e apparati, è dovuta all'eccessivo consumo di energia che consegue all'azione posta in essere dal ciclista nel pedalare, (operazione che viene ripetuta un numero di volte molto elevato nell'unità di tempo, 90-120 pedalate/minuto). Il nostro velocipede si compone di un movimento a pendolo della coscia, e di un movimento contro gravità delle gambe molto limitato (rotazione asimmetrica), questa condizione consente l'utilizzo di una leva più lunga, in virtù di una maggiore escursione del movimento dell'arto inferiore. Mentre non sussistono problemi di consumo energetico nel movimento a pendolo delle cosce, il movimento della gamba, lavorando contro gravità, rappresenterà il vero dispendio di energia di questo nuovo modo di pedalare. Per ottenere la massima resa energetica anche nel movimento delle gambe, abbiamo modificato il comune movimento circolare, con la rotazione asimmetrica, ottenuta mediante la rotazione combinata della pedivella e di una seconda pedivella (definita contropedivella) che in seguito descriveremo. In base a queste considerazioni si è provveduto a realizzare un meccanismo (meglio descritto in seguito e che verrà d'ora in avanti chiamato "pedivellacontropedivella"), che si compone di un sistema di due leve che puo' essere cosi' riassunto:

- la prima leva opera in senso circolare sull'asse del movimento centrale ed è esattamente identica nella sua funzione all'attuale pedivella della bicicletta tradizionale ( essa puo' essere di diversa lunghezza e variare in base alle caratteristiche del conducente), è costruita in modo da consentire nella fase di spinta l'utilizzo di tutti i muscoli della coscia e pertanto opera con una spinta sui pedali ad arti leggermente divaricati, in questo modo vengono utilizzati tutti i muscoli degli arti inferiori del ciclista; - la seconda leva (anch'essa ugualmente di lunghezza variabile), ruota a 360 gradi in senso circolare, sulla porzione distale della pedivella nella sede·riservata ai pedali delle attuali biciclette e consente di ottenere una rotazione asimmetrica dell'arto del conducente, riducendo il sollevamento della gamba contro gravità a tutto vantaggio della resa energetica. Un ulteriore movimento è legato all'adduzione abduzione dell'arto che si viene a realizzare a seguito dell'inclinazione verso l'esterno del sistema pedivellecontropedivelle, che durante la fase di spinta determinano una condizione di abduzione degli arti mentre nella fase di ricarica (sottrazione del gioco pedivella contropedivella) determinano una condizione di adduzione degli arti. In particolare la rotazione asimmetrica associata al movimento di abduzione (spinta) adduzione (ricarica) consente di ottenere in termini di resa energetica enormi vantaggi. L'utilizzo del meccanismo pedivella-contropedivel la consente di allungare la leva nella fase di spinta sui pedali (movimento di estensione abduzione dell'arto), nel contempo, grazie alla sottrazione del meccanismo pedivella-contropedivel 1a durante la fase di ricarica dell'arto, si realizza un'accorciamento del percorso di ricarica dell'arto, con un ridotto sollevamento antigravitazionale della gamba e un'adduzione della stessa, tutte condizioni che determineranno un bassissimo consumo di energia nella fase morta della pedalata, mettendo l'arto, nel contempo, nella condizione di espletare al meglio una nuova spinta sui pedali. Il meccanismo pedivellacontropedivella consente il bloccaggio della contropedivella sulla pedivella durante la fase di spinta sul pedale, in modo da permettere il bloccaggio della leva (contropedivella sulla pedivella) realizzando l'allungamento della leva duranta al spinta sui pedali ( estenzione dell'arto), e ottenendo il massimo della leva. Avrà invece movimento libero nella fase di ricarica dell'arto ( flessione adduzione dell'arto) riavvicinando il piede del ciclista verso il movimento centrale, prima di una nuova spinta di trazione. Per ottenere questo movimento nel tratto distale della pedivella (punto nel quale è sistemato il pedale nelle comuni biciclette), viene realizzato un meccanismo del tutto simile al meccanismo della ruota libera delle bicilette tradizionale, (opportunamente corretto ed adeguato, esso consente la rotazine libera in un senso e il bloccaggio nell'altro); mediante questi ingranaggi inseriti nel contesto della porzione distale della pedivella è stato possibile realizzare il blocco circostanziato della contropedivella sulla pedivella nella fase di spinta, consentendo invece la rotazione libera nella fase successiva (flessione abduzione dell'arto inferiore). Il sistema "pedivelle-contropedivel le" determina una serie di vantaggi nel velocipede guidato in posizione prona con arti inferiori all'indietro e pedali posizionati nei pressi della perpendicolare al terreno passante per il mozzo della ruota posteriore (bicicletta fig.1). Esso consente i seguenti vantaggi: - agevola il posizionamento dell'asse del movimento centrale del gruppo pedali nei pressi della perpendicolare al terreno passante per il mozzo della ruota posteriore, abbassando il baricentro del conducente, in modo da mogliorare l'effetto del blocco terra mozzo e determinando la massima stabilità del mezzo;

permette di utilizzare al meglio tutti i muscoli degli arti inferiori del ciclista, grazie al movimento vantaggioso dei muscoli degli arti inferiori determinato dal meccanismo sopra descritto. Esso riducendo lo sforzo del sollevamento contro gravità della gamba e del piede del ciclista, ottimizza la resa energetica della pedalata;

abbassa il baricentro del ciclista con vantaggio della tenuta di strada;

- sposta il peso del ciclista in direzione del gruppo pedali con miglioramento del bilanciamento del peso del guidatore determinando, nel contempo, una valida resistenza durante la spinta sui pedali;

- raddoppia la leva di lavoro in virtù' della sommatoria della lunghezza del sistema "pedivella-contropedivella", con aumento della energia cinetica di trazione espressa dal ciclista come potenza sulla ruota; - migliora lo sfruttamento della leva, per mezzo del movimento di abduzione e adduzione dell'arto e flesso-estensione della caviglia;

facilita il bilanciamento del ciclista consentendone una comoda, confortevole e variabile posizione, condizione che permette l'utilizzo del velocipede anche senza l'impiego dell'apparato di bilanciamento e determina importanti vantaggi pratici nell'uso del mezzo;

consente di ottenere la stabilizzazione di tutto il treno posteriore del velocipede (ruota posteriore, carro posteriore e gruppo pedali), durante la fase dinamica del mezzo; mediante l'effetto giroscopico, nella nostra biciletta, l'aumentare della velocità determina un'ulteriore vantaggio sulla tenuta di strada. Mediante una sella concava e anatomicamente costruita nel rispetto delle strutture del perineo, si ottiene il bilanciamento del corpo del conducente mediante la regolazione dell'inclinazione della sella. Il telaio di questa biciletta realizzato con materiali in commercio (identici a quelli impiegati nelle tradizionali biciclette) ha nella sua struttura una serie di vantaggi cosi' riassumibili:

1) consente in un unico tempo l'espletamento di due funzioni: astruttura di supporto per la trasmissione; b- struttura di sostegno per il conducente. In particolare detto telaio originando nell'attacco del mozzo della ruota posteriore, sale verso l'alto fungendo da supporto al gruppo pedali, proseguendo verso l'alto costituisce sostegno per l'ancoraggio della sella e proseguendo successivamente si ancorerà al canotto sterzo;

2) in virtù della posizione dei pedali sarà possibile distendere completamente gli arti inferiori, condizione che consente lo sfruttamento (per mezzo di leve adeguate) della massima escursione muscolare;

3) blocco terra mozzo creato dalla posizione dei pedali, che determina oltre alla riduzione del movimento di lateralità dei pedali, una condizione di massima stabilità del velocipede per l'impossibilità di realizzare cambiamenti direzionali della bicicletta indipendentemente dalle piccole oscillazioni laterali del gruppo pedali;

4) il posizionamento dei tubi deve essere tale da ridurre al minimo ogni movimento di torsione del guppo pedali; tale condizione è ottenuta mediante il posizionamento dell'asse del gruppo pedali all'interno di tubi disposti trasversalmente al gioco blocco terra-mozzo precedentemente descritto. Il combinarsi di queste due condizioni determina la massima fissità del gruppo pedali. Dal punto di vista tecnico-produttivo il telaio presenta il supporto (1) fig. 1 su cui viene inserito l'asse (6) del movimento centrale del gruppo pedali; esso si trova posizionato all'esterno della ruota posteriore nei pressi della perpendicolare (Z) al terreno passante per il mozzo (A) della ruota posteriore, condizione che realizza il blocco terra-mozzo; questa condizione viene ottenuta quando il supporto (1) del movimento centrale del guppo pedali è posizionato in un arco variabile, nell'intervallo di 30 gradi -30 gradi, rispetto alla perpendicolare (Z) al terreno passante per il mozzo della ruota posteriore. I tubi (3), (4) e (5) sono posizionati in modo da rappresentare una buona resistenza ai movimenti di torsione della ruota posteriore fig. 2. In particolare fig. 2, il tubo (3) può essere posizionato partendo dall'asse del gruppo pedali del movimento centrale in un arco compreso nei 30 gradi superiori (L) e 30 gradi inferiori (R), alia bisettrice (Y), della perpendicolare (Z) al terreno passante per il mozzo (A) della ruota posteriore, condizione che determina la massima efficenza al blocco di torzione dell'asse (6) del movimento centrale, condizione indispensabile alla stabità del velocipede con pedali posizionati nei pressi della perpendicolare (Z) al terreno passante per il mozzo (A) della ruota posteriore. Dal punto di vista tecnico-produttivo il sistema "pedivella-contropedivella" fig.3 puo' essere cosi' descritto: come si evince dalla fig.3 detto sistema si compone di una pedivella (7) di lunghezza variabile, in base alle diverse caratteristiche del ciclista, con un fermo (8) alla sua estremità prossimale dove si articola con la contropedivella. Il fermo (8) ha la funzione di blocco alla rotazione libera della contropedivella quando il meccanismo (9) contenuto nel contesto distale della pedivella ne realizza il fermo di rotazione, condizione che viene a verificarsi solo nella fase di spinta sul pedale di trazione; all'altra estremità c'è il foro (10), come nella tradizionale biciletta, che unisce la pedivella al mozzo del movimento centrale. La contropedivella (11), anch'essa di lunghezza variabile, si unisce mediante un foro (12) posto alla sua estremità prossimale, alla pedivella (7) contenente il meccanismo di blocco (9) precedentemente descritto e all'altra estremità (distale), vengono avvitati in un foro filettato (13), i pedali (14) come nelle comuni biciclette. Il meccanismo (9) di blocco pedivella contropedivella fig. 3 si compone di un sistema meccanico del tutto simile a quello utilizzato nelle comuni chiavi per consentire di avvitare e svitare tubi e bullonni. Dal punto di vista produttivo esso è costituito da una serie di ingranaggi messi in modo da permettere la rotazione libera in una direzione ed il bloccaggio nella direzione opposta; il meccanismo è ben noto nella comune bicicletta nel movimento della ruota libera. In questo modo si relizza il bloccaggio della contropedivella (11) sulla pedivella (7) soltanto durante la fase di spinta sui pedali. In questo velocipede è anche possibile ottenere una posizione completamente prona, avente massima penetrazione areodinamica, conservando una confortevole condizione fisica del ciclista, mediante il bilanciere (15), fig. 4, struttura semirigida posta dorsalmente al busto del conducente e inserita nel contesto della tuta è in grado di sostenere il peso del conducente anche nella condizione di massima penetrazione areodinamica. L'apparato opera unendosi con attacco(16) a sgancio rapido, posto sulla sella(17) del velocipede, sostiene il conducente e lo protegge in caso di caduta.

CONCLUSIONI

Mediante il posizionamento fig.5 dell'asse (6) del movimento centrale del gruppo pedali nei pressi della perpendicolare (Z) al terreno passante per il mozzo (A) della ruota posteriore, il mezzo ha un' elevata tenuta di strada per la resistenza operata dal blocco terra mozzo e per l'effetto giroscopico stabilizzante durante la fase dinamica del velocipede, creando condizioni che rendbno impossibili i cambiamenti direzionali della ruota posteriore. La posizione dei pedali realizza condizioni che indipendentemente dalle pur minime oscillazioni laterali che l'asse del movimeto centrale viene a subire nella fase di massima spinta sui pedali non si verificano cambiamenti direzionali. L’unico movimento che potrebbe determinare il cambiamento direzionale del mezzo (quando i pedali si trovano nei pressi della perpendicolare al terreno passante per il mozzo della ruota posteriore), è la torsione dell'asse del movimento centrale; il blocco del momento torsionale è realizzato dall'intersecarsi dei tubi (3, 4, 5, e 2), fig.1, oppure (18,19,20,21 e 22), fig. 5, come descritti in precedenza. Il sistema pedivellacontropedivella consente i seguenti vantaggi:

- abbassa il baricentro del mezzo;

- allunga la leva di lavoro;

- migliora il bilanciamento e il comfort del conducente;

riduce il consumo energetico per il minor lavoro antigravitazionale delle gambe;

permette il movimento di abduzione-adduzione ottimizzando il lavoro muscolare degli arti inferiori. L'abbassamento del baricentro del mezzo determina un vantaggio sulla tenuta di strada; lo spostamento indietro ed in basso del peso del conducente realizza un'adeguata resistenza alla spinta sui pedali.

Claims (1)

1. RIVENDICAZIONI 1- biciletta e similari che si caratterizza per il blocco terramozzo fig 1, quando l'asse (6) del movimento centrale del gruppo pedali è localizzato nei pressi della perpendicolare (Z) al terreno passante per il mozzo (A) della ruota posteriore, si realizza il blocco delle oscillazioni laterali del gruppo pedali, condizione che riduce al minimo le oscillazioni laterali del movimento centrale durante la spinta di trazione, un ulteriore vantaggio si avrà nella fase dinamica del velocipede per l'effetto giroscopico stabilizzante il treno posteriore. 2- bicicletta e similari caratterizzata dalla massima efficienza del blocco terra mozzo, quando l'asse (6) del movimento centrale è compreso nei 15 gradi anteriori e 15 gradi posteriori alla perpendicolare (Z) al terreno passante per il mozzo (A) della ruota posteriore, il mezzo avrà la massima stabilità. 3- bicicletta e similari caratterizzata dall'asse (6) del movimento centrale del gruppo pedali posizionato all'esterno della ruota posteriore, all'interno di un'area di 60 gradi delimitata dalle rette (E) - (F) , corrispondente ai 30 gradi anteriori (E) e 30 gradi posteriori (F) alla perpendicolare (Z) al al terreno passante per il mozzo della ruota posteriore, quando l'asse (6) del movimento centrale del gruppo pedali è compreso in quest'area il mezzo presenta efficienza nel blocco delle oscillazioni laterali del gruppo pedali, consentendo al velocipede buoni livelli di tenuta di strada e stabilità. 4- biciclette e similari avente rotazione asimmetrica degli arti inferiori, essa è ottenuta grazie alla rotazione combinata di due pedivelle fig. 3 (sistema pedivella contropedivella), la pedivella (7) fissata all'asse del movimento centrale come nelle comuni biciclette, la contropedivella (11) ruotante a 360 gradi distalmente alla prima; da questa rotazione combinata si ha una rotazione asimmetrica che caratterizza questo velocipede per il minimo sollevamento antigravitazionale delle gambe durante la rotazione degli arti inferiori a conducente prono; mediante la nuova posizione dei pedali (rotazione asimmetrica), è possibile per il ciclista realizzare la massima estensione dell'arto inferiore permettendo l'utilizzo della massima leva di lavoro. 5- biciletta e similari caratterizzata dal blocco pedivella e contropedivella, mediante un meccanismo (9), fig.3 del tutto simile a quello usato nelle comuni chiavi avvita-svita bulloni e nella ruota libera delle attuali biciclette, opportunamente modificato ed inserito nella porzione distale della pedivella (7) si ha la rotazione obbligata unidirezionale della contropedivella (11) sulla pedivella, condizione che determina un'allungamento della leva nella fase di trazione. 6- bicicletta e similari avente tubo (3) e tubo (4) del telaio fig. 2 e tubi (18,19 e 20), fig. 5, disposti trasversalmente all'asse del movimento centrale del gruppo pedali, in modo da realizzare una buona resistenza alla torzione dell'asse del movimento centrale. 7- bicicletta e similari avente tubi f i g . 2 , del telaio che partono dal gruppo pedali del movimento centrale, compresi nei 30 gradi superiori (L) e 30 gradi inferiori (R) alla bisettrice (Y) della perpendicolare (Z) al terreno passante per il mozzo (A) della ruota posteriore, condizione che realizza una efficenza al blocco di torzione dell'asse del movimento centrale, condizione indispensabile alla stabità del velocipede con pedali posizionati nei pressi della perpendicolare al terreno passante per il mozzo della ruota posteriore. 8- bicilette e similari avente inclinazione verso l'esterno della pedivella (7) in grado di realizzare per mezzo del gioco pedivella contropedivella un movimento di adduzione abduzione degli arti inferiori durante la fase di rotazione, a seguito del sommarsi e del sottrarsi della lunghezza della pedivella e della contropedivella rispetto alla linea mediana del corpo del guidatore; nella fase di estensione dell'arto la somma della lunghezza della pedivella (7) e della contropedivella (11) a seguito della inclinazione verso l'esterno della prima si ha un'abduzione dell'arto, mentre nella fase di ricarica della pedalata la posizione verso l'alto della pedivella determina un'inclinazione a direzione mediana della contropedivella, che come effetto determina un movimento di adduzione dell'arto. 9- bicicletta e similari caratterizzata dall'utilizzo del bilanciere (15), fig. 4, apparato costituito da materiale flessibile contenuto nel contesto della tuta e posto dorsalmente al conducente sostiene il busto del ciclista operando il bilanciamento, dei pesi unendosi al velocipede per mezzo di un attacco (16) a sgancio rapido posto distalmente al busto del conducente, mediante questo apparato è possibile assumere posizioni con massima penetrazione areodinamica riducendo considerevolmente il peso sulle braccia. 10- biciletta e similari con asse (6) del movimento centrale compresso all'interno dei tubi (18,19 e 20) del telaio in modo da rappresentare la massima efficienza torzionale fig. 5.