ITMI20132176A1

ITMI20132176A1 - Cambio a più rapporti per velocipede ad assetto variabile

Info

Publication number: ITMI20132176A1
Application number: IT002176A
Authority: IT
Inventors: Stefano Mangini
Original assignee: Stefano Mangini
Priority date: 2013-12-20
Filing date: 2013-12-20
Publication date: 2015-06-21
Also published as: US20170036737A1; WO2015092534A1; EP3094546A1; WO2015092534A4

Description

Descrizione del brevetto per invenzione industriale dal

Titolo: “CAMBIO A PIÙ RAPPORTI PER VELOCIPEDE AD ASSETTO VARIABILE”

Testo delle descrizione

La presente invenzione è relativa ad un cambio a più rapporti particolarmente adatto per velocipedi, richiudibili o non, che si prefigge lo scopo di essere versatile all’uso, e che migliori notevolmente le prestazioni dei velocipedi, rendendole analoghe a quelle che normalmente vengono definite buone prestazioni delle più note “biciclette”.

Con riferimento alla domanda di brevetto riguardante un velocipede ad assetto variabile, depositato dalla richiedente nella medesima data, è sempre più diffuso l’utilizzo di velocipedi costruiti per essere adatti alle esigenze dell’utilizzatore, versatili a seconda del luogo in cui detti velocipedi vengono utilizzati. Inoltre è un fattore all’avanguardia concepire velocipedi adatti sia al comodo ed agile spostamento dell’utilizzatore, che all’uso come strumenti per l’attività fisica, e che inoltre abbiano un assetto adatto a favorire le caratteristiche fisiche di ogni utilizzatore, che permettano di essere “adattati “ all’ambiente d’utilizzo, e che siano semplici e maneggevoli da utilizzare e trasportare, nonché richiedano una manutenzione minima.

Tutte queste caratteristiche sono al centro dell’interesse odierno per i velocipedi, che stanno riacquisendo quella visibilità ed importanza nelle vita di tutti i giorni che avevano perso per qualche anno in favore dell’enorme sviluppo dei veicoli a motore.

E’ dunque fondamentale per soddisfare le aspettative di utilizzatori sempre più esigenti, proporre un velocipede con le caratteristiche qui sopra descritte, ma che sia anche performante in termini di prestazioni, e che per ottenere i vantaggi di versatilità d’uso descritti non debba rinunciare ad altri fattori determinanti, e su questo aspetto si concentra lo scopo della presente invenzione.

Appare evidente che un comune velocipede d’arte nota, non possa in alcun modo essere paragonato dal punto di vista delle prestazioni ad una normale bicicletta. Allo stato dell’arte, esistono veicoli in grado di soddisfare alcune esigenze proprie di un utente che desideri utilizzare un velocipede e non un bicicletta, e che per questo ricerchi in detto veicolo un ingombro ridotto, una facile maneggevolezza, e dunque anche peso ridotto, una limitata esigenza manutentiva e scarsa rischiosità di sporcarsi, oltre a benefici di carattere estetico ottenuti grazie alla semplificazione della trasmissione, che dunque ha solitamente minore ingombro. Come diffusamente discusso nella domanda di brevetto riguardante il velocipede ad assetto variabile, vi sono ad esempio velocipedi in grado di fare a meno del movimento centrale sui cui operano solitamente i pedali e che si avvalgono di telai dalle dimensioni e dal passo ridotto, che necessitano appunto di una manutenzione meccanica minima, e che sono privi di grasso od altri elementi lubrificanti che potrebbero facilmente sporcare l’utente. Detti veicoli d’arte nota, già discussi nelle citata domanda di brevetto riguardante la struttura di un velocipede ad assetto variabile, hanno però delle prestazioni problematiche per via della tipologia di rapporto, ovvero un rapporto diretto, che può essere eventualmente ridotto o moltiplicato in modo costante, ma che non è modificabile. Da ciò nascono ulteriori problematiche, quali la mancanza di rapporti di cambio ottimali per permettere di mantenere determinati passi su varie inclinazioni di terreno. Ancora, i monocicli sono un ulteriore esempio dell’ottimizzazione dei determinate caratteristiche di maneggevolezza, compattezza e versatilità, che sono però caratterizzati come detto, da problemi ben peggiori di in termini di equilibrio, sicurezza, stabilità, aerodinamicità e comodità. Esistono altresì monocicli dotati di cambio, con due soli rapporti privi di un elemento fisso nella forcella, che interagisce nella creazione dei rapporti di cambio; tale variazione dei rapporti viene azionata in questo caso, come è logico, dai piedi. Appare in ogni caso evidente che, due rapporti solamente, non forniscono la varietà di possibilità di movimento od un tipo di prestazioni lontanamente equiparabili a quelli di una normale bicicletta. Ancora, esistono inoltre cambi da posizionarsi in modo fisso sul mozzo di una bicicletta, ricevendo la trasmissione tramite una catena, come ad esempio cambi Sturmey Archer, nei quali può essere bloccato alternativamente il solare, i satelliti o il planetario; cambi però incompatibili con velocipedi con il movimento centrale coincidente col mozzo della ruota motrice. Tali cambi moltiplicano i numeri di rapporto di cambio possibili. Ancora, esistono meccanismi di cambio di rapporto connessi direttamente all'albero dei pedali, ma anch'essi sono incompatibili con il posizionamento all'interno del mozzo della ruota motrice e hanno bisogno di una catena o di una cinghia di trasmissione per trasmettere la rotazione alla ruota.

Alcuni di detti cambi consentono di ridurre notevolmente la necessità di oliatura dei componenti della trasmissione e le operazioni di manutenzione periodica, ma nessuno di essi può fare a meno della trasmissione, che fino ad ora è sempre stata realizzata a catena, con ovvia probabilità di sporcare l’utilizzatore, e che in ogni caso complica la manutenzione del veicolo, oltre ad aumentare gli attriti, il peso del veicolo nel suo complesso, e complicare la modalità o la possibilità di richiudibilità del veicolo stesso. Ancora, un cambio siffatto grava sulla stabilità del veicolo, e dunque ne rende complicata la guida, in quanto la distribuzione dei pesi nel veicolo rende poco agevole mantenere l’equilibrio del veicolo stesso, pensando di assumere assetti differenti, come ad esempio un assetto verticale o reclinato.

Molti di questi limiti sono stati superati dal veicolo descritto nella domanda di brevetto depositata dalla presente in pari data. Alcuni di questi limiti invece, in particolare quelli riguardanti le prestazioni del veicolo, saranno superati grazie al cambio a più rapporti descritto presente invenzione. L’uso di detto cambio, in particolare sul velocipede ad assetto variabile qui citato, permette dunque, in modo particolarmente vantaggioso, di superare tutti i limiti qui poc’anzi descritti.

Allo stato dell'arte non esistono sistemi di cambio di rapporto di trasmissione almeno potenzialmente adattabili a velocipedi con l'asse dei pedali coincidente con quello della ruota motrice che abbiano più di due rapporti. Inoltre non ne esistono di privi di componenti esterni al mozzo della ruota, quali di trasmissioni a catena o simili, che permettano di controllare il cambio fra i rapporti dalle mani, sensibili e reattive, piuttosto che dagli arti inferiori, meno idonei e usi a regolare con precisione i controlli. Né esistono cambi, dotati o meno di catena, capaci di moltiplicare il numero di rapporti di trasmissione senza aumentare l'ampiezza della distanza fra i pedali, fattore che ha un nome noto agli esperti del settore ciclistico, ovvero fattore Q, che per varie ragioni è considerato vantaggioso se limitato.

Non esistono, inoltre, sistemi di cambio di rapporto di trasmissione interna al mozzo che si avvalgano della forcella come elemento componente la struttura del cambio, permettendo così la piena realizzazione di un cambio, né di tipo sequenziale né epicicloidale, ovvero con un solare, dei satelliti e un planetario fra i quali un componente risulta fisso solidalmente alla forcella del veicolo. Simili limitazioni impediscono una concorrenzialità fra veicoli del tipo velocipede, nonostante la loro potenziale altissima richiudibilità e scomponibilità rispetto a quelli del tipo bicicletta, dotati di potenzialità di cambio di rapporto di varia natura e largo raggio di moltiplicazioni anche con ruote piccole, anche nel comparto della mobilità intermodale, particolarmente in auge e corrispondente alla crescente sensibilità e necessità di sostenibilità ambientale. Tale mancanza impedisce anche di godere dei vantaggi prestazionali che talune configurazioni di velocipede potrebbero permettere rispetto al settore delle biciclette.

Detto velocipede ad assetto variabile, unitamente al cambio a più rapporti secondo la presente invenzione, ha dunque lo scopo di coniugare in un unico veicolo i vantaggi prestazionali di un velocipede a trazione in posizione verticale, con baricentro non particolarmente arretrato rispetto all'asse motore e una buona maneggevolezza e visibilità, ai vantaggi di un velocipede reclinato, dal baricentro abbassato, ideale per le discese e la velocità, anche in pianura o moderata salita.

Lo scopo della presente invenzione dunque è descrivere un cambio per velocipede, particolarmente, ma non solamente, adatto ad un velocipede ad assetto variabile, che conferisca a detto velocipede, che di per sé già presenta numerosi vantaggio rispetto ai velocipedi d’arte nota, anche ulteriori caratteristiche vantaggiose in termini di ottimizzazione delle prestazioni di detti velocipedi.

In particolare, uno scopo della presente invenzione è proporre un cambio particolarmente leggero ed adatto ad integrarsi con le caratteristiche di maneggevolezza e peso ridotto del velocipede nel suo complesso per rispettare gli scopi dell’invenzione.

Ancora uno scopo della presente invenzione è descrivere un cambio con un'ampia varietà di possibilità di movimento a seconda delle condizioni d’uso del veicolo.

Un ulteriore scopo della presente invenzione è descrivere un cambio che sia dotato di buone performance e che sia economico da produrre.

Ancora, uno scopo della presente invenzione è descrivere un cambio che sia semplice da montare e che possa essere smontato, congiuntamente alla ruota, ad esempio in caso di forature quando adoperato con ruote dotate di pneumatici, su detto velocipede e che richieda una scarsa manutenzione.

Un ulteriore scopo della presente invenzione è quello di proporre un cambio che consenta di avere prestazioni elevate sia dal punto di vista della velocità assoluta raggiunta rispetto all’energia impiegata per ottenere detta velocità, sia puntuale che complessiva. (questo dunque permette di mantenere una buona velocità per prolungati periodo di tempo e con agevolezza, senza rinunciare agli ulteriori vantaggi che comporta il velocipede cosi come descritto)

In particolare, gli scopi qui descritti vengono realizzati dalla presente invenzione che descrive un cambio a più rapporti posizionato internamente al mozzo della ruota anteriore solidalmente ai pedali, dunque in grado di offrire prestazioni migliorate per velocipedi, come ad esempio quello descritto nelle citata domanda di brevetto depositata dalla richiedente nella medesima data, rispetto a quelle ottenibili con cambi a più rapporti d’arte nota che solitamente vengono utilizzati per i velocipedi d’arte nota.

Il cambio a più rapporti descritto nella presente invenzione è in grado di far ottenere a detto veicolo a trazione umana prestazioni analoghe a quelle delle normali biciclette, che solitamente sono molto più performanti dei velocipedi.

Inoltre il cambio a più rapporti descritto dalla presente invenzione permette vantaggiosamente di conferire a detto velocipede ad assetto variabile tutti i vantaggi di un velocipede ad elevate prestazioni, con buon controllo dell’accelerazione e della velocità. I rapporti permettono di regolare di volta in volta la miglior distanza di rotolamento della ruota per ogni pedalata di detto velocipede per ottimizzare il rapporto energie spesa/prestazione ottenuta.

Vantaggiosamente, il cambio a più rapporti secondo la presente invenzione essendo particolarmente leggero permette di non peggiorare le caratteristiche particolarmente positive di maneggevolezza e leggerezza del velocipede qui descritto, ma esserne anzi parte integrante.

In particolare il cambio descritto dalla presente invenzione è un cambio, eventualmente di tipo epicicloidale a due o più rapporti, particolarmente adatto ad essere utilizzato con un velocipede ad assetto variabile che sia dotato di una forcella adatta al montaggio di detto cambio sull’ asse centrale del mozzo di detto velocipede.

Queste ed ulteriori vantaggi caratterizzanti il cambio a più rapporti secondo la presente invenzione, risulteranno evidenti dalla seguente descrizione dettagliata di alcune forme di realizzazione preferite, fatte con riferimento alle annesse tavole di disegni in cui:

In fig. 1 è rappresentato un dettaglio del velocipede su cui viene montato il cambio secondo la presente invenzione;

In fig. 2 è rappresentato un dettaglio di una forma di realizzazione preferita del cambio secondo la presente invenzione, particolarmente adatta a fornire una molteplicità di rapporti con costi costruttivi contenuti e limitazione dei pesi, in sezione e vista laterale;

In fig. 3a è rappresentata una sezione di un esempio di cambio epicicloidale a tre rapporti d’arte nota;

in fig. 3b è rappresentata una sezione di un esempio di cambio epicicloidale a tre rapporti secondo la presente invenzione;

in fig. 4d è visibile la struttura esteriore del cambio con riferimento alla sezioni effettuate per figura 4a;

In fig. 4a, 4b e 4c sono rappresentata due sezioni di due forme di realizzazione del cambio secondo la presente invenzione di un cambio a sei rapporti con porta satellite fisso, e rispettivamente, sempre a sei e a tre rapporti con porta satelliti rotante, queste ultimi funzionali come riduttori;

In fig. 4d è rappresentata la visione esterna reale delle sezioni analizzate in figura 4a; In fig. 5 è rappresentata una sezione, con relativo riferimento, di un’ ulteriore forma di realizzazione preferita del cambio secondo la presente invenzione di un cambio a 7 rapporti epicicloidale innovativo.

Con riferimento ora alla figura 1, il cambio secondo la presente invenzione viene connesso alla forcella 2 tramite un elemento fisso 3, che si inserisce in un appositamente realizzata cavità 1 di detto cambio; (detta cavità, per omogeneità di rappresentazione, verrà definita sempre cavità 1, in tutte le forme di realizzazione della presente invenzione essendo detta cavità molto rilevante ai fini dell’invenzione). Grazie alla possibilità di bloccare uno o più elementi su questo elemento - che può eventualmente essere rotante su se stesso ed essere corrispondente a un albero porta satelliti, di tipo più o meno sequenziale o epicicloidale (figure 2 e 4a), o, solo in caso di trasmissione di tipo epicicloidale, anche all'albero che porta gli ingranaggi comunemente noti come solari (figura 5 e 3b), piuttosto che alla corona esterna nota come planetario (figure 4b e 4c) - se ne possono derivare diversi rapporti di cambio direttamente determinati dalla concatenazione sequenziale fra ruote dentate o, in caso di epicicloidale, dalle ben note formule di Willis. A seconda della configurazione di detto elemento fisso 3, variano le possibili configurazione di detto cambio, e con esse i possibili vantaggi. Ad esempio, detto elemento fisso 3 può essere coincidente con l’asse dei satelliti, ovvero con l’albero: oppure con il planetario o con l’ asse noto come solare, come presentato in figura. L’elemento fisso 3 si sviluppa, per ogni tipologia di applicazione, solo su una porzione dello spazio intercorrente tra le forcelle 2. Ci possono essere una o due forcelle 2, a seconda della tipologia di velocipede d’interesse. In corrispondenza dei cuscinetti 5 di supporto di raccordo con la forcella 2 è possibile installare organi di trasmissione moltiplicata ed eventualmente atti a cambiare rapporto. Nella presente invenzione dunque vantaggiosamente il cambio a più rapporti si monta su un asse centrale rappresentato da detto elemento fisso 3.

Sostanzialmente, detto cambio a più rapporti, montato su detto velocipede comprendente la qui sopra descritta forcella, comprendente almeno un elemento fisso innestato nella cavità 1, può essere un cambio a due o più rapporti che, vantaggiosamente, rispetto ad un cambio epicicloidale, permette l'azione moltiplicabile o demoltiplicabile dei pedali sullo stesso centro di rotazione della ruota motrice e perciò, può anche risultare più economico da produrre rispetto ad un cambio tradizionale di simile conformazione. Inoltre, montando un siffatto cambio su di un velocipede dotato di cambio di rapporti di trasmissione, come detto, si alleggerisce notevolmente il peso complessivo del velocipede, in quanto non è più necessaria la parte di trasmissione fra diversi centri di trasmissione, (riferiti a ruota motrice ed asse dei pedali) che, come è noto, appesantisce il veicolo. Ed ancora, in modo particolarmente vantaggioso, comprende al centro un asse cavo, all’interno del quale è posizionato il movimento centrale, ovvero quello dei pedali, ed è posto all’interno del mozzo della ruota, tipicamente, ma non necessariamente, sulla ruota anteriore.

Come vedremo descritto qui di seguito nel dettaglio delle figure, questa configurazione innovativa è descritta dai forme di rappresentazione preferite di cambio rappresentato nelle figura 2, 3b, 4a, 4b, 4c e 5.

Si noti che, in modo particolarmente vantaggioso, in questo modo è possibile realizzare cambi a tre rapporti, od ancora più vantaggiosamente cambi a sei rapporti, od addirittura a sette rapporti e più, che mantengano tutte le caratteristiche vantaggiose descritte qui sopra, e permettano dunque di raggiungere l'agognato traguardo di mettere realisticamente in competizione, dal punto di vista prestazionale, un velocipede ed una tradizionale bicicletta.

Con riferimento alla figura 2, è rappresentata una prima variante di una forma di realizzazione preferita del cambio secondo la presente invenzione, che si ritiene particolarmente rappresentativa dei vantaggi immediati conferiti dall’uso di questo tipo di cambio montato su un velocipede come descritto in precedenza, anche senza sviluppare meccanismi epicicloidali tipici dei cambi nel mozzo della ruota. (che verranno descritti nelle successive forme di realizzazione, come ulteriore alternativa vantaggiosa di detto tipo di cambi). Infatti, una serie di soluzioni più o meno semplici ed efficienti è possibile secondo lo schema rappresentato in figura. Un albero motore 121 che congiunge due pedali, qui non rappresentati, ruota solidalmente al moto delle gambe del o dei conducente/i, azionando così la rotazione dell'elemento fisso 120 Il moto induce quindi una rotazione attorno al proprio asse dell'elemento fisso 120 grazie ad esempio ad una vite 122. In questo caso detta vite 122 è azionata da una ghiera 123, condotta dal cavo 124, che viene azionato del conducente stesso. Tale vite 122, grazie a una qualunque rivettatura o innesto adatto, che permetta di spostare su un asse un elemento libero di ruotare su quello perpendicolare, fa scorrere a destra o sinistra, alternativamente, gli elementi rotanti 125 A e 125 B, andando a innestare frontalmente e alternatamente gli elementi 126 A, 126 B e 126 C, altrimenti liberi di ruotare eventualmente su appositi cuscinetti 131. Tali elementi portano alla rotazione dell’ elemento fisso 120. Per trasferire il movimento dalla ruota, la vite 122, ruotando, fa scorrere a destra o sinistra alternativamente uno degli elementi 125 C o 125 D, che permettono di innestare una rotazione solidale con l'elemento fisso 120 appositi ingranaggi 126 D, 126 E, 126 F, 126 G. Questi ultimi vanno a ingranare con ruote dentate 129a,b,c presenti negli elementi 127 A, su cui fanno presa gli ultimi quattro elementi 126, come ad esempio una serie di anelli,eventualmente separati tra loro, che agiscono congiuntamente sul lato opposto al mozzo della ruota motrice 127) , conferendo così alla carcassa esterna del mozzo della ruota motrice 127, una rotazione nello stesso verso rispetto ai pedali, ma moltiplicata o demoltiplicata in base al rapporto fra l'albero motore 121a, e alternativamente 126 A, 126 B o 126 C e alternativamente fra gli elementi 126 D, 126 E, 126 F o 126 G e l'elemento 127 A. In questo caso si sviluppano dunque 12 rapporti diversi di trasmissione.

È possibile sostenere l'elemento fisso 120 eventualmente con cuscinetti appositi, (qui in questo caso non rappresentati) sia inseriti una cavità, ad esempio, nel mozzo della ruota 127, sia supportati da elementi collegati ad un eventuale estensione della forcella 2 che si diparta dallo stesso lato su cui è inserito l'elemento fisso 120, ma che vadano a sorreggerne l'altra estremità, per supportare l’elemento fisso 120 sui due lati.

Naturalmente, è possibile sostituire gli innesti frontali 125 con innesti radiali o diretti, sia evitando di posizionare dei cuscinetti fra l'albero motore 121 che porta detti cuscinetti, e gli ingranaggi 126 di detti cuscinetti; sia facendo passare l'innesto 125 attraverso una o più sezioni di cuscinetti nei quali sia presente un’ apertura realizzata sulla circonferenza di detti cuscinetti. Variazioni di questo genere, anche se qui non rappresentate, sono da considerarsi come oggetto della presente invenzione.

Inoltre, in questo caso si è disegnato il cambio 100 con l'elemento fisso che si sviluppa su due assi 13) posti rispettivamente a 180 gradi rispetto al centro del mozzo 127, ma è naturalmente possibile, con le conseguenze costruttive del caso, prevedere un numero variabile di elementi fissi 120, ad esempio uno o tre o più, disposti in quest'ultimo caso a 120° fra loro rispetto al centro del mozzo 127.

Naturalmente è possibile aumentare o diminuire il numero e i diametri degli ingranaggi connessi, accrescendo o meno il numero di rapporti di cambio ottenibili e le variazioni dei rapporti stessi. Inoltre è possibile adottare e adattare, con variazioni in termini di pesi e costi costruttivi, qualunque sistema di cambio sequenziale d'arte nota, dotato o meno di innesto diretto, di rapporti di riduzione oltre che di moltiplicazione, di comando esterno all'albero 121 e quant'altro sia ottenibile tramite il fissaggio di ulteriori elementi, eventualmente ricorrendo tramite le formule di Willis allo sviluppo di cambiate di tipo epicicloidale, con la possibilità di poter fissare con appositi comandi rispettivamente un elemento in posizione di solare o uno che agisca come planetario. Inoltre, come ad esempio in figura 4a, è possibile dividere l'elemento fisso in una componente portasatelliti fissa e in una vite di comando agente sull'asse solare, mantenendo la natura in questo caso sequenziale del cambio, ma rendendo possibile una riduzione del diametro dell'albero portasatelliti. Naturalmente in questo caso la vite di innesto dei rapporti può essere posta sul lato opposto a quello di figura 2, come in figura 1 e nelle successive, e le componenti 121a e 127a debbono essere sostituite da semialberi su cui ruotano ingranaggi alternativamente fissati dalla vite di innesto.

Pertanto va considerata come oggetto della presente invenzione qualunque forma di cambio sequenziale che si possa applicare a un veicolo a trazione umana azionato da pedali i quali agiscano sul centro di rotazione della ruota motrice e, tramite una serie di ingranaggi facenti leva su un elemento fisso .

Con riferimento ora alla figura 3a, è rappresentato un cambio a tre rapporti di tipo epicicloidale d’arte nota 3’ che viene qui brevemente descritto, per sottolineare successivamente le differenze tra un cambio d’arte nota di questo tipo e i cambi a più rapporti di tipo epicicloidale particolarmente innovativi realizzati secondo la presente invenzione; Solitamente, azionando una generica leva di cambio, si genera uno spostamento del cursore 10’ attraverso un elemento di traino 11 che è collegato al cavo che va al manubrio. Il cursore 10’ ha tre posizioni, che come è noto, corrispondono a tre rapporti.

Un cambio, ad esempio un cambio a tre rapporti 3’ comprende un cursore 10’ che nella posizione qui rappresentata, ha un rapporto lento. Il cursore 10’ prende il moto dall’anello scanalato 12’ sul quale è fissata la corona porta catena 13’, e lo trasmette al porta satellite 14’ tramite un accoppiamento frontale. A sua volta il porta satellite 14 trasmette il moto alla corona dentata esterna 15’ tramite un elemento di innesto 30’ basculante, imperniato a detta corona dentata esterna 15’. Detta corona dentata esterna 15’ è solidale alla carcassa porta raggi 16’, con cui porta il moto alla ruota.

Similmente, nella posizione intermedia del cursore 10’ si avrà il rapporto diretto, e nella posizione di cursore 10’ a destra si ha il moto veloce. Nel caso di rapporto diretto, il cursore 10’ azione l’elemento di innesto 31’ basculante, applicato all’anello scanalato 12’, il quale innesta la corona dentata intermedia 17’, la quale a sua volta, similmente a quando descritto poc’anzi, si innesta con la corona dentata esterna 15’ portando quindi fuori il moto. Il cursore 10’non trasmette il moto, che dunque in questo caso passa direttamente dall’anello scanalato 12’ direttamente alla corona dentata intermedia 17’.

Ancora, nel caso di rapporto veloce, che coincide con la posizione del cursore 10’ a destra, il cursore 10’ azione l’elemento di innesto 31’,sganciando la corona dentata intermedia 17’, dalla corona dentata esterna 15 ’. L’elemento di innesto 30’ rimane innestato . Il cursore 10’ non trasmette il moto, che passa dall’anello scanalato 12’ direttamente alla corona dentata intermedia 17’. La corona dentata intermedia 17’ a sua volta trasmette il modo ai satelliti 18’, portando in rotazione il porta satellite 14’ , che tramite l’elemento d’innesto 32’ basculante , trasmette direttamente il moto alla carcassa porta raggi 16’. L’albero centrale 20’ del cambio è dunque in questo caso fisso, ed è collegato tramite un cavo 22’ ai comandi di cambio noti.

Con riferimento ora alla figura 3b, appare immediatamente evidente ad un esperto del settore, che nella presente forma di realizzazione preferita del cambio 3 secondo la presente invenzione a tre rapporti, detto cambio 3 comprende un elemento fisso 20 ed un albero motore 21, che è alloggiato all’interno dell’elemento fisso 20. Il moto in questo caso, viene trasmesso dal cursore di cambio 10, attraverso l’anello scanalato 12 solidalmente fissato con l’albero motore 21.

Si noti che, in modo particolarmente vantaggioso, il cinematismo interno rimane invariato. Ciò che inventivamente è stato concepito è il sistema di cambio marcia, che si trova dal lato opposto rispetto al medesimo sistema di un cambio d’arte nota 3’, si veda l’uscita del cavo di cambio 22 in figura 2b. Inoltre, detto sistema di cambio marcia ha come elemento di traino due aste di traino 24a, 24b, contrapposte, che agiscono sul cursore 10, determinandone lo spostamento. Dette aste di traino sono alloggiate in cavità 25a, 25b, ricavate nell’elemento fisso 20. Il cambio a tre rapporti 3 qui rappresentato, come appare evidente ad un esperto del settore, è ingegnosamente semplice da costruire, ed è anche economico. Ovviamente ulteriormente vantaggioso è disporre di un cambio innovativo, che permette di mettere il movimento centrale, ovvero quello dei pedali, internamente al mozzo della ruota; si ha dunque un cambio cosi detto a ciambella, ovvero concentrico, nella trasmissione del mozzo, con al centro i pedali.

Nelle figure 4a, 4b e 4c sono rappresentate ulteriori forme di realizzazione di tipo epicicloidale della presente invenzione, dove, vantaggiosamente, il cambio 6a è un esempio di forma di realizzazione di cambio secondo la presente invenzione con porta satelliti 40 fisso.

In questo caso, il moto entra dall’albero motore 21 di ingresso del moto e si trasmette ad una quaterna di ingranaggi 41 (individuati con 41a,b,c,d), ad esso coassiali, che si alternano con gli anelli di innesto 42 interposti tra gli ingranaggi 41. Detti anelli di innesto 42 sono solidali all’albero e scorrono rispetto ad esso grazie a delle apposite scanalature. L’innesto è in questo caso un innesto di tipo frontale. Gli anelli di innesto 42 sono a loro volta azionati dagli anelli desmo 43, che scorrono su di un albero cavo, definito albero desmo 44, che è costituito da un filetto od elemento compatibile, a geometria variabile, in modo tale che ad ogni spostamento angolare dell’albero desmo 44, corrisponda l’innesto di un determinato ingranaggio della quaterna di ingranaggi 41 suddetta. L’albero desmo 44 viene azionato dal cavo proveniente dalla leva del cambio, qui non rappresentata. Detta quaterna di ingranaggi è sempre e simultaneamente in presa con gli ingranaggi satelliti 41 che ruotano rispetto ad un asse 45 solidale al porta satelliti 40, dove il porta satelliti 40 è, come detto, fisso. Il moto che esce da uno degli ingranaggi 41 delle quaterna di ingranaggi passa dal satellite 46 e ritorna ad uno degli ingranaggi delle quaterna a seconda dell’innesto selezionato. A questo punto il moto viene trasmesso al satellite 46a di un secondo asse 45a, tramite una corona dentata intermedia 47. Questi scambi possono avvenire in quanto in particolare l’albero motore 21 è coassiale ad un secondo albero intermedio 48, sul quale sono calettati due dei quattro ingranaggi 41 della quaterna. La divisione tra albero motore 21, e albero intermedio 48, consente di ottenere un cambio a 6 rapporti grazie a detti innesti. Si noti che uno dei sei rapporti si ottiene senza passare dai satelliti 46, bensì innestando l’albero motore 21 con l’albero intermedio 48. Il moto che arriva alla coppia di satelliti 46b del secondo asse 45b viene quindi trasmesso alla corona esterna 50. In figura 3c è rappresentato il cambio di figura 3a così come appare alla esterno in corrispondenza delle sezioni utilizzate per la descrizione della figura 3a.

Con riferimento ora alla figura 4b, è rappresentata una forma di realizzazione del cambio a più rapporti secondo la presente invenzione in cui, in particolare detto cambio 6b in questo caso è sei rapporti con porta satelliti rotante. Come in figura 4c questo cambio fornisce solo rapporti di riduzione e, in quanto tale, è considerabile come adatto in particolar modo alle salite più impervie, o come componente ulteriormente aggiungibile a cambi come il precedente (figura 4a) o il successivo (figura 5). In questo caso il moto, entrando dall’albero motore 60 viene trasmesso, attraverso il sistema di cambio desmo, composto, come nella versione di figura 4a, da anelli desmo 62 ed un albero d’innesto 61, eventualmente di tipo desmo, di cambio rapporto, alla sestina di ingranaggi 63 coassiali all’albero motore 60. Detta sestina di ingranaggi 63 è simultaneamente accoppiata rispettivamente con la sestina di satelliti 64, che ruotano rispetto ad un asse 65 solidale al porta satelliti 66. Detto porta satelliti 66 è rotante e funge anche da corona porta raggi. Il moto passa quindi direttamente dalla sestina di ingranaggi 63 alla corona esterna 67 attraverso un solo albero di moto 66, che in questo caso è rotante. Questo avviene in quanto uno dei satelliti 64 è in presa con una corona fissa 67.

Si osservi che in questo caso, la corona esterna 67 e l'albero desmo 61, fanno facente funzione dell elemento fisso 20, con riferimento alle altre figure.

La configurazione a porta satelliti rotante permette di costruire un cambio particolarmente leggero e omogeneo, molto economico da costruire, col quale è particolarmente agevole sviluppare rapporti di trasmissione bassi.

Con riferimento ora alla figura 4c, vediamo un ulteriore esempio di cambio, anche in questo caso riduttore di rapporti, secondo una realizzazione forma di realizzazione particolarmente conveniente in termini di pesi, ingombri e attriti rispetto ad un cambio d'arte nota.

Una prima forma di realizzazione con tali caratteristiche, risulta particolarmente adatta per realizzare un cambio con pochi rapporti come quello in figura 4c descritta qui di seguito.

L'albero motore 221 trasmette la rotazione in questo caso centralmente all'anello d'innesto del terzo rapporto 210 e a quello del secondo e primo 211, solidale al primo.

Tali anelli 210, 211 scorrono orizzontalmente, azionati dagli anelli desmo 212a e 212b, a loro volta attivati dalla vite desmo 216, che viene mossa dalla ghiera di cambio rapporto 213a sua volta mossa dal cavo di cambio marcia 215. L'anello d'innesto 211 può, scorrendo verso destra, innescare un rapporto di trasmissione diretta che induce direttamente alla rotazione la corona di uscita moto 219. In alternativa, scorrendo verso sinistra, detto anello di innesto 211 attiva l'ingranaggio 222a. Detto ingranaggio 222a, aziona l'albero porta satelliti 223 che reagisce sul planetario 224 collegato all'anello fisso 225 e trasmette il moto alla corona d'uscita 219 del moto. Similmente, avviene quando gli anelli desmo 212a, 212b si configurano in modo da lasciare in posizione intermedia e svincolata l'anello d'innesto 211 e ingaggiando l'anello d'innesto del terzo rapporto, 210, all'anello desmo 212b. Si osservi che in questo caso, sono il planetario 224 e la vite desmo 216 a fare funzione dell'elemento fisso 20, con riferimento alle altre figure. La particolare configurazione di questo cambio 3’’ permette di avere comodamente dei rapporti di riduzione molto adatti alle salite. Implementando detta particolare conformazione congiuntamente ad altre versioni di cambio, che invece moltiplicano i rapporti, è possibile offrire la possibilità di fornire cambi che riducano la distanza di rotolamento rispetto al diametro della ruota.

Si osservi come, per questi ultimi due cambi, posizionando il planetario 224 nella presente figura 4c e il planetario 67 nella precedente 4b al di sotto dell'albero porta satelliti il moto può essere accelerato, ma invertito rispetto al senso di marcia. Ciò può essere adoperato per permettere di realizzare un cambio per velocipede che permetta di andare in avanti con una rotazione dei pedali invertita rispetto al consueto o per far procedere in avanti veicoli che, invece che da pedali, semplici, sono azionati da prolungamenti invertenti il senso di rotazione, quali leverismi a forma di pistone oscillante. Alternativamente, inserendo in questa soluzione un ingranaggio intermedio, è possibile produrre variazioni di rapporto moltiplicative nel senso di rotazione consueto.

In modo vantaggioso il cambio realizzato secondo la presente invenzione può, anche se di tipo epicicloidale, essere un cambio a sette o più rapporti moltiplicativi, e appare immediatamente evidente quanto questo possa apportare benefici e vantaggi rilevanti dal punto di vista delle prestazioni di un velocipede, che sia ad assetto variabile o meno. In figura 5 è rappresentato un esempio di una forma di realizzazione preferita di detto cambio 7 dotato sette rapporti di cambio, in questo caso, il rapporto 1 è sempre innestato, salvo un meccanismo a ruota libera 80 che permette al mozzo di girare nel senso di marcia anche senza che l'albero ruoti in tal senso. Tale connessione si ottiene (lato sinistro di figura 5), collegando solidalmente albero motore 221, al primo albero porta satelliti 75 o A1, e all'esterno alla carcassa esterna 81 tramite un secondo meccanismo a ruota libera R1, che invece permette rotazioni più veloci rispetto a quelle che induce nell'altro senso di rotazione rispetto al primo meccanismo a ruota libera 80, ovvero nel senso di marcia. Tale rapporto si realizza senza fissare alcun solare, satellite o planetario. Nel caso in cui, tramite gli innesti 90 a e 90 b, azionati dal cavo tramite l'elemento fisso 200 grazie alla vite a spirale X, si fissi il primo solare 71a ai due satelliti solidali 74 , la rotazione di detti due satelliti solidali 74, fa sì che sul planetario, 73 si sviluppi un moto accelerato. Nel caso in cui si fissi il secondo solare 71b a 74’, si ottiene un moto ancor più accelerato. Tale innesto avviene tramite il terzo meccanismo a ruota libera R2,con direzione identica a quella dell'albero motore 221 e di quella indotta da R1, libera nello stesso verso di R1, fra il planetario 73 e la carcassa esterna, ruotante nello stesso senso di rotazione del planetario 73, in questi casi in modo accelerato rispetto alla rotazione di R1, cosa permessa dal meccanismo a ruota libera in esso presente. Gli innesti con la carcassa esterna 81, sia sul rapporto 1-R1, che sui rapporti 2-3, R2, sono, nel caso di rapporto 1-R1, un innesto diretto, e senza satelliti; e nel secondo caso, ovvero sui rapporti 2-3-R2, un innesto collegato al planetario a sua volta connesso al secondo satellite, che è solidale col primo, e detti primo e secondo satellite ruotano assieme sullo stesso cuscinetto alla stessa velocità, determinata dalla rotazione dell'albero motore 70 trasmessa all’albero 75 dei satelliti 74 e 74’, e dal blocco dell'ingranaggio 71a o 71b. Tali innesti R1 e R2 sono sempre connessi e attivi, ma il meccanismo a ruota libera permette alla carcassa esterna 81 di ruotare più velocemente di quanto sarebbe indotta dai rispettivi innesti R1 e anche R2.

Appare evidente, anche solo limitandosi alla valutazione funzionale di questi elementi, come sia così sviluppabile un cambio a tre rapporti anche senza bisogno di inserire un meccanismo a ruota libera corrispondente all'innesto R2, e come sia detto cambio semplice e funzionale, d’uso agevole e più leggero rispetto ad adattamenti dei cambi d’arte nota come, quello in figura 3b, che vengono utilizzati per scopi simili, quando questo sia possibile.

Grazie a detta ruota libera R2, e all'aggiunta di un secondo albero portasatelliti A2 è possibile sviluppare altri rapporti ancora più accelerati. Questi sono resi possibili tramite la trasmissione del moto del planetario 73 al secondo albero porta satelliti A2 grazie all'innesto 76. In caso di blocco di un solare 71a o 71b, tale trasmissione è sempre in atto. Quando vado a bloccare, sempre grazie all'azione di cambio sull'elemento fisso 20, oltre a uno dei due solari 71a o 71b alternativamente, od alternativamente anche uno dei due solari 71 c o 71d, che fanno reazione sulla coppia di satelliti 75, rispettivamente 75i e 75’’, producendo così un moto ulteriormente accelerato. Ciò, permette di realizzare altri quattro rapporti di trasmissione tramite l'uscita che fa da planetario R3, combinata con il satellite 75’’. Se viene mantenuto fisso uno dei due solari 71a e 71b al corrispondente perno, e ne viene fissato uno di quelli corrispondenti al secondo albero 71c e 71d, si ottengono dei rapporti differenti: ovvero ottengo altri due rapporti (se fisso 71a a 87) con (71a 71c) o (71a 71d) ed altrettanti con il secondo (71b a 88) (71b 71c) o (71b 71d).

Dunque, con i rapporti prodotti dai primi due solari (71a e 71b) da soli e con il rapporto diretto, in totale si realizzano sette rapporti.

Come avviene di consueto nei cambi epicicloidali, ai fini di un equilibrio costruttivo, si usa posizionare più alberi concentrici e identici, ad esempio tre alberi, con un angolo di inclinazione di 120° fra i rispettivi centri.

Per ragioni di leggerezza, ingombri, economicità e semplicità costruttiva si è evitato qui di inserire un innesto, ad esempio frontale, che potesse congiungere o dividere in due parti 73. Ciò può permetterebbe di svincolare. E’comunque possibile implementare tale soluzione per permette di ridurre gli attriti.

Si noti ulteriormente che in questo caso l’anello 225 e il planetario 224 fanno da facente funzione dell’ elemento fisso 20, descritto nelle precedenti figure.

Alla luce delle forme di realizzazione descritte, appare ora evidente, grazie alla presente invenzione, come sia ora possibile dedurre come, senza stravolgere il cambio e senza aumentare in modo spropositato gli ingombri, sia possibile con l'inserzione di alcuni elementi, quali solari o satelliti aggiuntivi, od anche alberi, per sviluppare cambi con molti più rapporti, ad esempio dieci o tredici.

La possibilità di un semplice sviluppo di ulteriori soluzioni, oltre ad una buona semplicità costruttiva ed una valida sequenza di rapporti facilmente implementabile e adattabile, fanno di questa versione cambio la forma di realizzazione particolarmente preferita fra quelle epicicloidali qui presentate allo scopo di illustrare alcune delle molteplici varianti di questo sistema di cambio di trasmissione.

Alla luce della descrizione delle presenti figure appare dunque evidente che il cambio a più rapporti realizzato dalla presente invenzione è adatto a colmare tutte carenze poc’anzi citate che fino ad ora hanno contraddistinto i velocipedi dal punto di vista prestazionale. Detto cambio a due o più rapporti facente leva su un elemento fisso connesso solidalmente a una porzione di forcella permette infatti di realizzare un autentico cambio, sequenziale o epicicloidale, per sistemi di trasmissione concentrati e coassiali al mozzo della ruota motrice. Come è stato descritto, essendo caratterizzato da una trasmissione diretta da parte dell'albero dei pedali al sistema di trasmissione a essi coassiale da un lato, mentre, sullo stesso lato in caso di cambio sequenziale e dall'altro lato in caso di epicicloidale ospitando sulla forcella un passaggio che permette di comandare a distanza, tramite rimandi effettuati per mezzo di cavi o altro, la disposizione degli ingranaggi, fornendo al contempo, un supporto fisso per permettere la realizzazione di un vero e proprio sistema di cambio epicicloidale. La componente epicicloidale può essere, a seconda delle forme di realizzazione, il solare, i satelliti o il planetario fisso e rispettivamente essendo le altre mobili.

Queste sono dunque solo alcune forme di realizzazione preferite della presente invenzione, ove l'eventuale scelta del componente fisso fra solare, satelliti o planetario, offre vantaggi e svantaggi dipendenti da configurazioni specifiche di cui sono state fornite esemplificazioni tutt'affatto vincolanti bensì valide a titolo di esempio delle molteplici potenzialità realizzative derivanti da questo genere di trasmissione caratterizzata dai fattori descritti, ed in particolare: trasmissione da parte dell'albero pedali al mozzo concentrico da un lato e elemento fisso connesso in modo invariabile alla forcella tramite il quale passa anche la trasmissione che permette agli ingranaggi di sistemarsi in modo da fornire i molteplici rapporti di trasmissione. Si osservi dunque che eventuali forme di realizzazione di cambi a più rapporti che comprendano gli elementi qui descritti, sono da considerarsi oggetto della presente invenzione, ed inoltre detto cambio innovativo, pur essendo particolarmente adatto ad essere utilizzato con il velocipede ad assetto variabile descritto nel brevetto depositato in data medesima dall’inventore, è adatto ad essere utilizzato su qualsivoglia tipo di velocipede a cui vengano apportate opportune modifiche, come descritto qui in precedenza e dunque opportune modifiche possono essere apportate senza per questo discostarsi dall’ambito di protezione della presente invenzione così come definita dalle annesse rivendicazioni.

Claims

RIVENDICAZONI 1. Cambio a due o più rapporti per velocipede, eventualmente di tipo epicicloidale, comprendente almeno due alberi, un numero variabile di ingranaggi, una carcassa esterna ed almeno una cavità centrale in cui è fissato l'albero dei pedali di detto velocipede, caratterizzato dal fatto di comprendere inoltre una seconda cavità di innesto (1) per almeno un elemento fisso (3,20) protendente da una forcella (2) di detto velocipede, e detti alberi, di cui almeno un albero motore (21, 60, 70, 121, 221) e almeno uno porta satelliti (120, 45, A1, 65, 223) essendo posizionati concentricamente rispetto all'asse centrale della ruota motrice e innescanti detti ingranaggi (18, 126, 121A, 127A, 41, 46, 63, 64, 222, 223, 71, 74, 75) fra loro, fissandone alcuni (18, 126, 41, 63, 222, 71) a seconda dell'innesto (125, 10, 42, 62, 210, 211, 212, 90) selezionato da almeno parte di detto almeno un elemento fisso (3,20), per ottenere due o più rapporti di trasmissione sul mozzo di detta ruota motrice, essendo detto mozzo coincidente con l’asse dei pedali di detto velocipede e l'asse dell'albero motore (21) di detto cambio essendo coincidente con l’asse della ruota motrice di detto velocipede.
2. Cambio a due o più rapporti per velocipede secondo la rivendicazione 1, in cui detto cambio è a dodici rapporti ed è di tipo sequenziale, e comprende un albero motore 121, elementi rotanti (125 A e 125B) che vanno ad a innestare frontalmente e alternatamente gli elementi (126 A, 126 B e 126 C), detti elementi (126) portanti alla rotazione dell’ elemento fisso (120) e detto elemento fisso (120) portante alla rotazione, tramite l'innesto di ulteriori elementi (125 e 126, 127a), del mozzo 127.
3. Cambio a due o più rapporti per velocipede secondo la rivendicazione 1, in cui detto cambio (100) a dodici rapporti, a quattro e a sei rapporti comprende un albero (121, 21) motore composto da parte dell’ albero motore (121A) ed un elemento (127A), oppure da detto albero motore (21) ed un albero intermedio (48).
4. Cambio a due o più rapporti per velocipede secondo la rivendicazione 1, in cui detto cambio (6b) è a sei rapporti e di tipo epicicloidale e la corona esterna (67) e l'albero d’innesto (61), di detto cambio (6b) svolgono la funzione dell’ elemento fisso (20).
5. Cambio a due o più rapporti per velocipede secondo la rivendicazione 1, in cui detto cambio a sei rapporti è di tipo epicicloidale e detto almeno un elemento fisso (20) comprende almeno un albero porta satelliti (45) e un albero d’innesto (44).
6. Cambio a due o più rapporti per velocipede secondo la rivendicazione 1, in cui per il cambio (3’’) a tre rapporti il planetario (224), l’anello (225) e la vite desmo (216) svolgono la funzione dell'elemento fisso (20).
7. Sistema di montaggio per cambio a due più rapporti secondo la rivendicazione 1, comprendente almeno una o più forcelle (2), caratterizzato dal fatto che detta almeno una forcella comprende almeno un elemento fisso (3) per montare detto cambio su detta forcella (2), in corrispondenza dell’asse centrale del mozzo di detta ruota motrice, coincidente con l asse dei pedali di detto velocipede.