ITTO950425A1

ITTO950425A1 - "REAR WHEEL OF BICYCLE"

Info

Publication number: ITTO950425A1
Application number: IT95TO000425A
Authority: IT
Inventors: Valentino Campagnolo
Original assignee: Campagnolo Srl
Priority date: 1995-05-26
Filing date: 1995-05-26
Publication date: 1996-11-26
Also published as: ITTO950425A0; IT1279747B1

Abstract

Una ruota posteriore di bicicletta ha un mozzo (1) sprovvisto di flange radiali per il collegamento dei raggi ad entrambe le sue estremità. Ciascun raggio (2, 3) presenta una porzione d'estremità rettilinea (2a, 3a), non piegata a gomito, che viene ricevuta in un incavo (13, 15) ricavato nella rispettiva superficie frontale d'estremità (11, 12) del mozzo (1). Tale porzione rettilinea termina con una testa (2b, 3b) che reagisce contro la superficie interna della rispettiva estremità del mozzo (1) con l'interposizione di un elemento di distribuzione dello sforzo (14, 16).(Figura 1).A rear bicycle wheel has a hub (1) without radial flanges for connecting the spokes to both of its ends. Each spoke (2, 3) has a rectilinear end portion (2a, 3a), not bent at the elbow, which is received in a recess (13, 15) obtained in the respective front end surface (11, 12) of the hub (1). This rectilinear portion ends with a head (2b, 3b) which reacts against the internal surface of the respective end of the hub (1) with the interposition of an effort distribution element (14, 16). (Figure 1).

Description

DESCRIZIONE dell'invenzione industriale dal titolo: "Ruota posteriore di bicicletta", DESCRIPTION of the industrial invention entitled: "Bicycle rear wheel",

TESTO DELLA DESCRIZIONE TEXT OF THE DESCRIPTION

La presente invenzione si riferisce alle ruote posteriori di bicicletta, in particolare di biciclette da competizione. Al fine di esaltare le prestazioni nella competizione, la ruota deve soddisfare svariate esigenze. Innanzi tutto, essa deve presentare ottime caratteristiche aerodinamiche. Nelle ruote posteriori tradizionali, il mozzo della ruota è provvisto alle sue estremità di flange radiali presentanti fori assiali per l’impegno delle porzioni d'estremità dei raggi della ruota, che sono piegate a gomito e che sono disposte alternativamente sui due lati della flangia radiale. Con tale configurazione, ciascun raggio sporge dalla flangia generando vortici di aria disordinati che diminuiscono le prestazioni aerodinamiche della ruota. The present invention refers to the rear wheels of bicycles, in particular of competition bicycles. In order to enhance the performance in competition, the wheel must satisfy various needs. First of all, it must have excellent aerodynamic characteristics. In traditional rear wheels, the wheel hub is provided at its ends with radial flanges having axial holes for the engagement of the end portions of the spokes of the wheel, which are bent in an elbow and which are arranged alternately on the two sides of the radial flange . With this configuration, each spoke protrudes from the flange generating disordered air swirls that decrease the aerodynamic performance of the wheel.

Un'ulteriore esigenza è quella di garantire un'elevata rigidità trasversale della ruota al fine di evitare che parte dello sforzo sui pedali vada a provocare una deformazione della ruota, prima di comandarne l’avanzamento. L'azione motrice dei pedali in qualsiasi condizione di gara è alternativa sul pedale destro e sul pedale sinistro. Durante la pedalata, pertanto, si genera alternativamente una coppia flettente in senso trasversale all’asse longitudinale della bicicletta alternativamente a destra e a sinistra. L'applicazione di tale coppia flettente determina ogni volta una deformazione trasversale della ruota, che come detto comporta uno spreco di energia e un conseguente minore avanzamento. È inoltre dimostrato che, in base alla configurazione del corpo umano, la spinta maggiore sul pedale viene data nel primo arco di 15 “-20° di rotazione a partire dal punto morto superiore. Una deformazione trasversale della ruota comporta quindi uno spreco di spinta proprio nella parte più efficace della pedalata. A further need is to ensure high transverse rigidity of the wheel in order to avoid that part of the effort on the pedals causes deformation of the wheel, before commanding its advancement. The motive action of the pedals in any race condition is alternative to the right pedal and the left pedal. During pedaling, therefore, a bending torque is alternately generated in a transverse direction to the longitudinal axis of the bicycle alternately to the right and to the left. The application of this bending torque determines each time a transverse deformation of the wheel, which, as mentioned, involves a waste of energy and a consequent lower advancement. It is also shown that, according to the configuration of the human body, the greatest thrust on the pedal is given in the first 15 “-20 ° arc of rotation starting from the top dead center. A transverse deformation of the wheel therefore involves a waste of thrust in the most effective part of the pedal stroke.

Al fine di ridurre il più possibile la flessibilità trasversale della ruota, ossia la possibilità che il cerchio si sposti trasversalmente rispetto al mozzo a seguito di una deformazione dei raggi e del cerchio, è desiderabile che l’angolo di inclinazione, o campanatura, formato da ciascuna serie di raggi collegata ad ogni estremità del mozzo ed il piano normale all'asse del mozzo sia il più elevato possibile. Tuttavia, nelle ruote tradizionali in corrispondenza dell'estremità del mozzo adiacente ai pignoni l'angolo di campanatura è limitato dall'interferenza fra le porzioni d'estremità a gomito dei raggi e il pignone immediatamente adiacente. Come già detto, in tali ruote tradizionali, le suddette porzioni a gomito impegnano i fori della flangia radiale alternativamente da un lato e dall'altro. Pertanto, le porzioni a gomito che impegnano i fori della flangia radiale dal lato esterno risultano più vicine ai pignoni e hanno pertanto una campanatura che è limitata dalla necessità di evitare l'interferenza coi pignoni. Ancora più limitata risulta di conseguenza la campanatura dei raggi le cui porzioni d'estremità impegnano i fori della flangia radiale dal lato interno. Questo fa sì che la flessibilità trasversale della ruota risulti relativamente elevata. In order to reduce as much as possible the transverse flexibility of the wheel, i.e. the possibility that the rim moves transversely with respect to the hub as a result of a deformation of the spokes and of the rim, it is desirable that the angle of inclination, or camber, formed by each set of spokes connected to each end of the hub and the plane normal to the hub axis is as high as possible. However, in conventional wheels at the end of the hub adjacent to the sprockets the camber angle is limited by the interference between the elbow end portions of the spokes and the immediately adjacent sprocket. As already mentioned, in such traditional wheels, the aforesaid elbow portions engage the holes of the radial flange alternately on one side and on the other. Therefore, the elbow portions which engage the holes of the radial flange from the external side are closest to the pinions and therefore have a camber which is limited by the need to avoid interference with the pinions. Consequently, the camber of the spokes is consequently even more limited, the end portions of which engage the holes of the radial flange from the inside. This causes the transverse flexibility of the wheel to be relatively high.

Infine, esiste l'esigenza di realizzare ruote che siano il più possibili leggere. È infatti noto che le ruote incidono, a causa del loro movimento rotatorio e di avanzamento, per il doppio del loro peso nel bilancio dell'energia necessaria per far avanzare la bicicletta. Finally, there is a need to make wheels that are as light as possible. It is in fact known that the wheels, due to their rotational and forward movement, have double their weight in the balance of the energy necessary to move the bicycle forward.

Lo scopo della presente invenzione è quello di realizzare una ruota posteriore di bicicletta che sia in grado di soddisfare simultaneamente a tutte le suddette esigenze. The object of the present invention is that of realizing a bicycle rear wheel which is capable of simultaneously satisfying all the above requirements.

In vista di raggiungere tale scopo, l'invenzione ha per oggetto una ruota posteriore di bicicletta, comprendente un mozzo e due serie di raggi per il collegamento delle estremità del mozzo al cerchio della ruota, caratterizzata dal fatto che entrambe le estremità del mozzo sono prive di flange radiali per il collegamento dei raggi, che in corrispondenza di ciascuna sua estremità il mozzo presenta una superficie anulare frontale presentante una pluralità di incavi frontali estendentisi per tutta la dimensione radiale della suddetta superficie frontale anulare, e che ciascun raggio presenta una porzione d'estremità rettilinea, non piegata a gomito, collegata al mozzo, che viene ricevuta in un rispettivo incavo dei suddetti incavi frontali e che presenta una testa ingrossata che è in appoggio contro la parete interna della rispettiva estremità del mozzo. In order to achieve this object, the invention relates to a rear bicycle wheel, comprising a hub and two series of spokes for connecting the ends of the hub to the wheel rim, characterized in that both ends of the hub are free of radial flanges for connecting the spokes, which at each of its ends the hub has a front annular surface presenting a plurality of front recesses extending for the entire radial dimension of the aforementioned annular front surface, and that each spoke has a portion of straight end, not elbowed, connected to the hub, which is received in a respective recess of the aforesaid front recesses and which has an enlarged head which rests against the internal wall of the respective end of the hub.

Come si vede, nella ruota secondo l’invenzione, tutti i raggi collegati a ciascuna estremità del mozzo sono disposti nello stesso piano e non presentano porzioni a gomito che possano generare vortici disordinati d'aria a scapito delle caratteristiche aerodinamiche della ruota. Le prestazioni aerodinamiche risultano ulteriormente incrementate grazie alla eliminazione della tradizionale flangia radiale a tutte e due le estremità del mozzo. Quest'ultimo presenta pertanto una sezione frontale ridotta e più fluente ai filetti d'aria che lo attraversano. As can be seen, in the wheel according to the invention, all the spokes connected to each end of the hub are arranged in the same plane and do not have elbow portions that can generate disordered vortices of air to the detriment of the aerodynamic characteristics of the wheel. Aerodynamic performance is further increased thanks to the elimination of the traditional radial flange at both ends of the hub. The latter therefore has a reduced front section and more flowing to the air threads that pass through it.

Inoltre, grazie alla disposizione dei raggi su uno stesso piano, l'angolo di campanatura può essere portato ad un valore soddisfacente per tutti i raggi della ruota, aumentando considerevolmente la rigidità trasversale di quest'ultima rispetto alle soluzioni tradizionali. L'aumento di rigidità può anche arrivare ad essere dell'ordine del 43%. Furthermore, thanks to the arrangement of the spokes on the same plane, the camber angle can be brought to a satisfactory value for all the spokes of the wheel, considerably increasing the transversal rigidity of the latter compared to traditional solutions. The increase in stiffness can even be of the order of 43%.

Infine, l'eliminazione delle flange radiali consente di incrementare notevolmente la leggerezza della ruota. Finally, the elimination of the radial flanges makes it possible to significantly increase the lightness of the wheel.

In una forma preferita di attuazione, su ciascuna estremità del mozzo vengono predisposti soltanto sei raggi. Tale disposizione con numero di raggi ridotto rispetto al caso tradizionale di ruota a sedici raggi dà luogo ad una riduzione dello 0,5% dello sforzo di penetrazione aerodinamica ad una velocità di 40 km all'ora. In a preferred embodiment, only six spokes are provided on each end of the hub. This arrangement with a reduced number of spokes compared to the traditional case of a wheel with sixteen spokes results in a 0.5% reduction in the aerodynamic penetration effort at a speed of 40 km per hour.

Nella suddetta forma preferita di attuazione, sull'estremità del mozzo rivolta verso i pignoni di ingranamento della catena della bicicletta, i suddetti incavi si estendono obliquamente rispetto alla rispettiva direzione radiale, per consentire di disporre i raggi a due a due incrociati fra loro, per sopportare lo sforzo di torsione trasmesso dal pignone motore. In the aforementioned preferred embodiment, on the end of the hub facing the sprockets for meshing the bicycle chain, the aforementioned recesses extend obliquely with respect to the respective radial direction, to allow the spokes to be arranged two by two crossed with each other, to withstand the torsional stress transmitted by the motor pinion.

Secondo un'ulteriore caratteristica preferita dell'invenzione, fra la testa di ciascun raggio e la rispettiva superficie di appoggio del mozzo è interposto un elemento di distribuzione dello sforzo. According to a further preferred feature of the invention, a force distribution element is interposed between the head of each spoke and the respective bearing surface of the hub.

Nel caso dell'estremità di sinistra del mozzo, più distante dai pignoni, tale elemento di distribuzione dello sforzo può essere costituito ad esempio da una piastrina conformata a tegolo con un foro centrale svasato per l'appoggio della testa del raggio. Nel caso invece dell'estremità del mozzo rivolta verso i pignoni, il suddetto elemento di distribuzione dello sforzo è un corpo semicilindrico che viene ricevuto in una estremità allargata del rispettivo incavo e che presenta un foro centrale svasato per l’impegno della testa del raggio. In the case of the left end of the hub, further away from the pinions, this force distribution element can be constituted for example by a plate shaped like a tile with a central countersunk hole for supporting the head of the spoke. In the case instead of the end of the hub facing the pinions, the aforementioned stress distribution element is a semi-cylindrical body which is received in an enlarged end of the respective recess and which has a central countersunk hole for the engagement of the spoke head.

Ulteriori caratteristiche e vantaggi dell'invenzione risulteranno dalla descrizione che segue con riferimento ai disegni annessi, forniti a puro titolo di esempio non limitativo, in cui: Further characteristics and advantages of the invention will emerge from the following description with reference to the attached drawings, provided purely by way of non-limiting example, in which:

la figura 1 è una vista parzialmente sezionata del mozzo di una ruota secondo l'invenzione, Figure 1 is a partially sectioned view of the hub of a wheel according to the invention,

la figura 2 è una vista in scala ampliata di un particolare della figura, Figure 2 is an enlarged scale view of a detail of the figure,

la figura 3 è una vista in scala ampliata di un ulteriore particolare della figura 1, Figure 3 is an enlarged scale view of a further detail of Figure 1,

la figura 4 è una vista frontale dell'estremità destra del mozzo della figura 1, Figure 4 is a front view of the right end of the hub of Figure 1,

la figura 5 è una vista prospettica in scala ampliata di un particolare della figura 3, figure 5 is a perspective view on an enlarged scale of a detail of figure 3,

la figura 6 è una vista frontale del particolare della figura 5, figure 6 is a front view of the detail of figure 5,

la figura 7 è una vista in sezione secondo la linea VII-VII della figura 6, Figure 7 is a sectional view along the line VII-VII of Figure 6,

la figura 8 è una vista prospettica di un'estremità del mozzo della figura 1, Figure 8 is a perspective view of one end of the hub of Figure 1,

la figura 9 è una vista prospettica in scala ampliata di un particolare della figura 2, figure 9 is a perspective view on an enlarged scale of a detail of figure 2,

la figura 10 è una vista frontale del particolare della figura 9, e Figure 10 is a front view of the detail of Figure 9, and

la figura 11 è una vista in sezione secondo la linea XI-XI della figura 10. Figure 11 is a sectional view along the line XI-XI of Figure 10.

Con riferimento alla figura 1, il numero di riferimento 1 indica nel suo insieme un mozzo di ruota posteriore di bicicletta le cui estremità sono collegate al cerchio (non illustrato) della ruota mediante due serie di raggi 2, 3. With reference to Figure 1, the reference number 1 indicates as a whole a bicycle rear wheel hub whose ends are connected to the rim (not shown) of the wheel by means of two series of spokes 2, 3.

Secondo la tecnica tradizionale, il mozzo 1 è montato girevole mediante cuscinetti 4, 5 su un albero 6 destinato ad essere fissato al telaio della bicicletta e portante nel modo usuale un gruppo 7 di ruota libera provvisto di pignoni 8 destinati ad ingranare selettivamente con la catena della bicicletta. According to the traditional technique, the hub 1 is rotatably mounted by means of bearings 4, 5 on a shaft 6 intended to be fixed to the bicycle frame and carrying in the usual way a freewheel assembly 7 provided with pinions 8 intended to selectively mesh with the chain of the bicycle.

Come visibile nei disegni, entrambe le estremità del mozzo 1 sono sprovviste di flange radiali, bensì presentano due flange assiali anulari 9, 10 aventi superfici frontali anulari 11, 12. As can be seen in the drawings, both ends of the hub 1 are devoid of radial flanges, but have two annular axial flanges 9, 10 having annular front surfaces 11, 12.

Come si vede, inoltre, entrambe le serie di raggi 2, 3 sono disposte con porzioni d'estremità rettilinee 2a, 3a, che non sono piegate a gomito. Furthermore, as can be seen, both series of spokes 2, 3 are arranged with straight end portions 2a, 3a, which are not elbowed.

Come visibile chiaramente nella figura 8, la superficie frontale anulare 12 presenta una pluralità di incavi 13 estendentisi per tutta la dimensione radiale della superficie anulare 12. Tali incavi ricevono la rispettiva porzione d'estremità 3a del raggio 3 (vedere anche figura 4), terminante con una testa ingrossata 3b. La testa 3b reagisce contro la superficie interna della flangia assiale 10 tramite interposizione di un elemento di distribuzione dello sforzo 14 avente un corpo semicilindrico (figure 5-7) che viene ricevuto in una porzione allargata 13a (figura 8), a sezione semicircolare, di ciascun incavo 13. Come chiaramente visibile nella figura 4, nell'esempio illustrato, gli incavi 13 si estendono obliquamente rispetto ad una direzione radiale, per consentire di disporre i raggi 3 in numero totale di 6, incrociati a due a due. Il corpo semicilindrico 14 presenta un foro centrale 14a per il passaggio della rispettiva porzione d'estremità 3a, con una superficie svasata 14b per l'appoggio della testa 3b. Il foro 14a presenta due incavi 14c per consentire il passaggio del raggio che presenta nel suo tratto principale una sezione appiattita aerodinamica. As clearly visible in Figure 8, the annular front surface 12 has a plurality of recesses 13 extending for the entire radial dimension of the annular surface 12. These recesses receive the respective end portion 3a of the spoke 3 (see also Figure 4), ending with an enlarged head 3b. The head 3b reacts against the internal surface of the axial flange 10 through the interposition of a force distribution element 14 having a semi-cylindrical body (Figures 5-7) which is received in an enlarged portion 13a (Figure 8), with a semicircular section, of each recess 13. As clearly visible in Figure 4, in the example illustrated, the recesses 13 extend obliquely with respect to a radial direction, to allow the spokes 3 to be arranged in a total number of 6, crossed two by two. The semi-cylindrical body 14 has a central hole 14a for the passage of the respective end portion 3a, with a countersunk surface 14b for supporting the head 3b. The hole 14a has two recesses 14c to allow the passage of the spoke which has a flattened aerodynamic section in its main section.

All'estremità opposta, il mozzo 1 presenta analogamente una pluralità di incavi 15 ricavati a partire dalla superficie anulare d'estremità 11 ed estendentisi per tutta la dimensione radiale di tale superficie. In questo caso, gli incavi 11 sono diretti radialmente, in quanto i raggi 2 non sono incrociati. Ciascuna porzione d'estremità 2a di un raggio 2 viene ricevuta in un rispettivo incavo 15 e la sua testa d'estremità 2b appoggia contro la superficie interna della flangia assiale 9 tramite interposizione di un elemento di distribuzione dello sforzo 16 (figure 9-11) che è in forma di tegolo, con un foro centrale 16a terminante in una superficie svasata 16b e provvista di due incavi 16c corrispondenti alla forma della sezione del raggio. At the opposite end, the hub 1 similarly has a plurality of recesses 15 formed starting from the annular end surface 11 and extending over the entire radial dimension of this surface. In this case, the recesses 11 are radially directed, since the spokes 2 are not crossed. Each end portion 2a of a spoke 2 is received in a respective recess 15 and its end head 2b rests against the internal surface of the axial flange 9 through the interposition of a force distribution element 16 (Figures 9-11) which is in the form of a tile, with a central hole 16a ending in a countersunk surface 16b and provided with two recesses 16c corresponding to the shape of the section of the spoke.

Come si vede, tutti i raggi 2, 3 sono collegati al mozzo senza la necessità di prevedere estremità piegate a gomito. Tutti i raggi 3 sono disposti nello stesso piano, all'angolo di campanatura massimo consentito dalla necessità di non interferire con i pignoni 8. Si ottiene pertanto una ruota di prestazioni aerodinamiche elevate e rigida trasversalmente. Anche il peso della ruota risulta sensibilmente ridotto grazie alla eliminazione delle flange radiali d'estremità del mozzo, utilizzate neLle soluzioni tradizionali. La predisposizione degli incavi 13, 15 consente il facile assemblaggio della ruota, e la predisposizione degli elementi di distribuzione dello sforzo 14, 16 garantisce elevate caratteristiche di resistenza e di affidabilità. In corrispondenza della superficie frontale 11 del mozzo è montato un anello di copertura a calotta 17 avente un bordo incastrato su un rispettivo bordo Ila della superficie frontale 11. As can be seen, all the spokes 2, 3 are connected to the hub without the need to provide elbow-bent ends. All the spokes 3 are arranged in the same plane, at the maximum camber angle allowed by the need not to interfere with the pinions 8. A wheel with high aerodynamic performance and transversely rigid is therefore obtained. The weight of the wheel is also significantly reduced thanks to the elimination of the radial flanges at the end of the hub, used in traditional solutions. The arrangement of the grooves 13, 15 allows easy assembly of the wheel, and the arrangement of the force distribution elements 14, 16 guarantees high resistance and reliability characteristics. At the front surface 11 of the hub there is mounted a cap-like covering ring 17 having an edge wedged on a respective edge 11a of the front surface 11.

Naturalmente, fermo restando il principio del trovato, i particolari di costruzione e le forme di attuazione potranno ampiamente variare rispetto a quanto descritto ed illustrato a puro titolo di esempio, senza per questo uscire dall'ambito della presente invenzione. Naturally, the principle of the invention remaining the same, the details of construction and the embodiments may vary widely with respect to those described and illustrated purely by way of example, without thereby departing from the scope of the present invention.

Claims

CLAIMS 1. Bicycle rear wheel, comprising a hub (1) and two sets of spokes (2, 3) for connecting the ends of the hub (1) to the wheel rim, characterized in that both ends of the hub (1) they have no radial flanges for connecting the spokes (2, 3), which at each of its ends the hub (1) has a front annular surface (11, 12) having a plurality of front recesses (13, 15), extending for the entire radial dimension of said front annular surface (11, 12), and that each spoke (2, 3) has a straight end portion (2a, 3a), not elbowed, connected to the hub (1 ), which is received in a respective recess of the aforesaid front recesses (13, 15), and which has an enlarged head (2a, 3a) which rests against the internal wall of the respective end of the hub (1).

2. Wheel according to claim 1, characterized in that on the end of the hub (1) facing the sprockets (8) for meshing the bicycle chain, the aforementioned grooves (13) extend obliquely with respect to a radial direction, to allow the spokes (3) to be arranged two by two crossed with each other.

3. Wheel according to claim 2, characterized in that the spokes associated with each end of the hub are contained in the same plane.

4. Wheel according to claim 1 or 2, characterized in that a force distribution element (14, 16) is interposed between the head (2a, 3a) of each spoke and the respective bearing surface of the hub (1).

5. Wheel according to claim 4, characterized in that the aforesaid force distribution element is a plate (16) shaped like a tile with a central hole (16a) countersunk for supporting the head (2a) of the spoke (2) .

6. Wheel according to claim 4, characterized in that the aforesaid force distribution element (14) has a semicylindrical body which is received in an enlarged end (13a), with a semicircular section, of the respective recess (13), said semi-cylindrical body (14) having a central countersunk hole (14a) for the engagement of the head (3a) of the spoke (3). All substantially as described and illustrated and for the specified purposes.