WO1996015935A1 - Sistema de traccion humana por pedales independientes sincronizados con desarrollo variable de tipo senoidal - Google Patents

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traction system
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Pablo Carrasco Vergara
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    • B62M3/00—Construction of cranks operated by hand or foot
    • B62M2003/006—Crank arrangements to overcome dead points

Definitions

  • the present specification refers to a system of human traction by independent synchronized pedals with variable development of the sine type, whose obvious purpose is to increase the performance of the pedaling, making the power delivery by the legs is made a more uniform way than with the traction systems used in conventional bicycles, also increasing the average power for the same level of effort, and thus improving the quality of the effort made.
  • This invention has its application within the industry dedicated to the manufacture of bicycles and the like, and can be incorporated into different fields of industry.
  • each leg delivers practically all power, which involves (a being pedals points symmetrical about the axis) when legs work in areas 1 and 3 may together develop more power than they do in the 2 a and 4 a .
  • the human traction system by independent pedals synchronized with a sine-type variable development object of the invention consists in undoing the 1802 offset between the pedals.
  • the kinematics of the legs can be varied so that each one slowly travels through the first quadrant, gradually increasing its speed to the third, minimizing the time spent passing through the latter.
  • the resulting effect is that one leg comes to the aid of the other at the point where it begins to lose effectiveness in its effort. It is then that for a constant chain speed, the speed of rotation of the pedal varies with time according to a sine-type function (period equal to that of the cycle), as a direct consequence of the mechanism used.
  • the effect achieved is that the power curve per leg at the time of one cycle is "stretched" in the efficient zone, covering a larger area. In this way, in the representation of the curves of both legs, they begin to cross at points of greater order, so that the minimum power is increased, so that the total power will be more uniform and the total work per cycle ( and therefore the average power), will increase considerably.
  • A. The one we will call independent pedal transmission through two chains and eccentric plates.
  • B. The one we will call independent elliptical transmission by pedal with a single transmitter plate.
  • Figure 1. Shows a graph in which the connecting rod angle has been represented in degrees showing power delivery based on the angle corresponding to the right leg. The zero angle corresponds to the top dead center and this curve is similar to the effective force versus crank angle, made with real measurements in cyclists and which appears in ER Burke's "Science of Cicling".
  • Figure 2. It shows a frame that represents for the conventional bicycle, the total power during a cycle, result of the algebraic sum of both legs.
  • the work obtained per cycle is the area enclosed by the total power curve, multiplied by the period.
  • Figure 5. Shows the assembly of the mechanism (connecting rod, plate, shaft, chain, pinion and tensioner) corresponding to any one of the legs.
  • Figure 6. Corresponds to a front view of the mechanism formed by five solids or set of pieces that move in solidarity.
  • Figure 7. Corresponds to a side elevation view of the object represented in Figure 6.
  • Figure 8. Shows a plan view of the object represented in Figures 6 and 7.
  • Figure 9. Shows a perspective view of a bicycle frame with built-in rear wheel, in which the object of the invention has been arranged.
  • FIG. 10 shows a view of the bicycle frame with the support elements in which the invention is incorporated.
  • the kinematics of the legs can be varied so that each one slowly travels through the 12 quadrant, gradually increasing its speed to the 3rd, minimizing the time spent passing through the latter.
  • the right pedal is leaving the "good” zone (where almost all the work is achieved)
  • the left one moves forward, thus avoiding the coincidence of both in the "dead” zones, one above and one below ( in the middle of the 2nd and 4th quadrants): the resulting effect is that one leg comes to the aid of the other at the point where it begins to lose effectiveness in its effort.
  • the invention not only makes the power curve more uniform, but also increases the average power considerably.
  • the reference with A refers to an independent transmission by pedal through two chains and eccentric plates, in which each connecting rod is integral to its own plate, turning both freely with respect to the axis, on which they are mounted.
  • the plates will be circular (conventional) crown connected to the connecting rod by an eccentric star (or spider).
  • each of the plates will move its own chain, and these will be the ones that transmit the power to the wheel by means of two sprockets. It will be necessary to use a tensioner (change) for each chain.
  • the angle between the connecting rod and the greater radius of the plate must be such that when it attacks the chain, the pedal is around 902 of the top dead center (maximum torque point).
  • both sprockets move in solidarity, and the gap between chains will be as many links as half the teeth of the plate.
  • Figure 5 shows the assembly of the mechanism, saying the assembly formed by the connecting rod, plate, shaft, chain, pinion and tensioner corresponding to any one of the legs.
  • the advantage of this mechanism is its easy construction and adaptation to bicycles, in addition to allows several values in the same dish, placing different possible positions of the spider axis.
  • SA Solid a
  • SB Solid b
  • the angle between the connecting rod and the major radius of the ellipse must be such that when the transmission occurs at this point, the pedal is around 902 of the upper dead center (maximum torque point).
  • Solid c consisting of: left connecting rod (4) and ellipse (5). It is mounted on the shaft (1), passing through a focus of the ellipse, rotating freely with respect to it.
  • the angle formed by the connecting rod and the major radius of the ellipse must be the same as in SB, that is to say the one formed by the axis (1), right connecting rod (2) and ellipse (3), with axis at one of its spotlights
  • Solid d consisting of: one axle (6), two ellipses (7) and (8) and the wheel (9). Ellipses (7) and (8), with the axis located in one of its foci, and displaced 1802 relative to each other.
  • This "solid” d o (SD) is the one that achieves total synchronism between the pedals (ie between SB and SC): it must be indicated that the angle between the pedals will be determined by the rotation of the axis (6).
  • Solid e consisting of: a wheel or gear (10) and a plate (11). This solid is mounted on the shaft (1), on which it can rotate freely.
  • ellipses (3) and (5), as well as ellipses (7) and (8), and wheels (9) and (10) are gears.
  • Ellipses (3), (5), (7) and (8) are the same dimensions and the distance between axes (located in the foci of the ellipses) is equal to the major axis of the ellipse, thus ensuring tangency at all times, and therefore the possibility of ellipse to ellipse transmission, as can be seen in the figure 7.
  • SB and SC collect the power of the legs, delivering it in turn to SD (where the desired kinematic effect is coordinated), but which rotates in the opposite direction; then it only remains to reverse the rotation, a function that the wheels (9) and (10) fulfill and this is how SE is the one that sends the power to the wheel by means of a chain from the plate (11).
  • each connecting rod is integral to its own plate, each connecting rod-plate set being independent from the other.
  • the plates will be circular crown (or similarly adapted geometries), linked to the connecting rod by an eccentric star or spider; As stated above, the parameter constituted by the distance between centers / primitive radius of the crown will determine the eccentricity.
  • Each of the plates will consequently move its own chain, and these will be the ones that transmit the power to the wheel by means of two sprockets. It will be necessary to use a tensioner, that is to say a Change, for each chain.
  • the angle between the connecting rod and the greater radius of the plate must be such that when it attacks the chain, the pedal is around 90o from the top dead center (maximum even point).
  • each connecting rod is coupled to one of the ellipses (forming the elliptical gear-plate-gear assembly).
  • An axis (26) and ellipses (27) and (28) form a solidarity set.
  • the difference with the first embodiment or A is the introduction of a mechanism to provide full synchronism to pedaling; and the difference we seek with respect to the second embodiment or mechanism B is that the power output from the connecting rods is made directly to the wheel through the chains, without having to go through twice (round trip) by transmission of gears
  • the gears in this mechanism are only to synchronize the pedaling.
  • the gears corresponding to each pedal must be used with "freewheel", so that between these there is no more ligature than that imposed by the wheel .
  • This mechanism allows the use of gear changes in the pinions, through two changes in parallel, which would not pose synchronization problems as they would be eliminated by the fact of using freewheel pinions, and being the only effect of a delay in one of them. the one that at that moment the affected pedal transmits its power through the gears; or by a change integrated in the hub. Given its characteristics, its use The main one will be in track tests and other speed modalities (against the clock), which are normally carried out with a narrow range of developments.
  • the gears can be quasi-elliptical (for example eccentric circular, since working with small eccentricities), with the consequent gaps, provided they continue to fulfill the function of transmitting "ellipse to ellipse "(this requires a high value of the modulus of the teeth, which allows the gearing despite having lost the tangency).
  • the only modification on the conventional frame is the installation of a housing for said axis, as can be seen in Figure 10 having referenced with (33) the housing for the conventional axis and with (34) the housing for the second axis or secondary axis being this incorporation referenced with (34) the only modification that exists on a conventional frame (21), the invention allowing the situation of this second axis in any other point with respect to the frame, provided that the wheelbase is desired.
  • the elliptical transmission of the second embodiment will be used or the adaptation of the transmission of the mechanism of the first embodiment by means of belts to a secondary axis.

Abstract

Sistema de tracción humana por pedales independientes sincronizados con desarrollo variable de tipo senoidal consistente en el hecho de desligar los pedales lográndose para cada pierna una mejor distribución de potencia en función del tiempo, de forma que al sumar la de ambas piernas, se consigue una salida de potencia más alta y mejor repartida a lo largo del ciclo. Este efecto es el que se consigue al hacer que la velocidad de cada pedal, a lo largo de una vuelta, varíe desde un mínimo a 90° del punto muerto superior, hasta un máximo en el punto opuesto, siguiendo una función de tipo senoidal.

Description

SISTEMA DE TRACCION HUMANA POR PEDALES INDEPENDIENTES SINCRONIZADOS CON DESARROLLO VARIABLE DE TIPO SENOIDAL
D E S C R I P C I O N
OBJETO DE LA INVENCION
La presente memoria descriptiva se refiere a un sistema de tracción humana por pedales independientes sincronizados con desarrollo variable de tipo senoidad, cuya evidente finalidad estriba en lograr el aumentar el rendimiento del pedaleo, logrando que la entrega de potencia por parte de las piernas se haga de una forma más uniforme que con los sistemas de tracción utilizados en las bicicletas convencionales, consiguiendo además aumentar la potencia media para el mismo nivel de esfuerzo, y mejorando así la calidad del esfuerzo realizado.
CAMPO DE LA INVENCION
Esta invención tiene su aplicación dentro de la industria dedicada a la fabricación de bicicletas y similares, pudiendo incorporarse en distintos campos de la industria.
ANTECEDENTES DE LA INVENCION
Hasta ahora en las bicicletas convencionales, un pedal siempre ha ido desplazado 1802 con respecto al otro.
Sin embargo, si dividimos la circunferencia descrita por el pedal en cuatro cuadrantes (sea el 1º el delantero, cuando el pedal baja; y asi el 2º, 3º y 4º los siguientes en el movimiento natural del pedal), es en el primero donde cada pierna entrega prácticamente toda la potencia, lo que implica (al estar los pedales en puntos simétricos respecto al eje) que cuando las piernas trabajan en las zonas 1a y 3a, podrán juntas desarrollar más potencia que cuando lo hacen en la 2a y 4a.
Este efecto es bien conocido, y se ha intentado mejorar mediante un desarrollo variable con el ángulo girado por los pedales (usando platos elípticos u ovales, o con otros mecanismos que logran una cinemática similar), consiguiéndose que los pedales pasen a mayor velocidad por las zonas 2a y 4a, haciendo de esta manera menor el tiempo durante el cual la potencia es mínima, pero sin que ésta varíe, con lo que el incremento de trabajo por ciclo es poco significativo.
Además las piernas quedan sometidas constantemente a altas aceleraciones y deceleraciones, lo cual hace que no se pueda abusar de este método, utilizándose así grados de ovalidad pequeños e incrementos de trabajo poco relevantes.
Así, su uso no es demasiado frecuente, y depende en cualquier caso de la comodidad de cada ciclista.
En adelante se tomará como válida la hipótesis de trabajo (dentro de un cierto margen de velocidades de giro), de que la potencia desarrollable por pierna en cada momento depende sólo de la posición del pedal en ese instante; con ello se podrá presentar una gráfica de la potencia estimada durante un ciclo, correspondiente a cada pierna de un ciclista tipo, con la que se trabajará a continuación. DESCRIPCION DE LA INVENCION
El sistema de tracción humana por pedales independientes sincronizados con desarrollo variable de tipo senoidal que la invención propone, constituye por si solo una evidente novedad dentro del campo de aplicación del mismo.
De forma más concreta, el sistema de tracción humana por pedales independientes sincronizados con desarrollo variable de tipo senoidal objeto de la invención consiste en deshacer la ligadura de 1802 de desfase entre los pedales. De esta forma puede hacerse variar la cinemática de las piernas de manera que cada una recorra lentamente el primer cuadrante, aumentado su velocidad gradualmente hasta el tercero, haciendo mínimo el tiempo de paso por este último.
De este modo, cuando el pedal derecho está saliendo de la zona donde se consigue todo el trabajo, el izquierdo se adelanta, evitándose así la coincidencia de ambos en las zonas "muertas", uno arriba y otro abajo (a la mitad de los cuadrantes 2º y 4º) : el efecto resultante es que una pierna acude en ayuda de la otra en el punto en que ésta comienza a perder efectividad en su esfuerzo. Se trata entonces de que para una velocidad de cadena constante, la velocidad de giro del pedal varíe con el tiempo según una función de tipo senoidal (de período igual al del ciclo), como consecuencia directa del mecanismo empleado. El efecto conseguido es que la curva de potencia por pierna en el tiempo de un ciclo queda "estirada" en la zona eficiente, abarcando una mayor área. De esta forma, en la representación de las curvas de ambas piernas, éstas pasan a cruzarse en puntos de mayor ordenada, de modo tal que la potencia mínima queda incrementada, con lo que la potencia total será más uniforme y el trabajo total por ciclo (y por tanto la potencia media), aumentará considerablemente.
En principio es obvio que cuanto mayor sea Փ, más plana se irá haciendo la curva de potencia total entregada, aunque realmente la curva que interesaría dejar plana sería la de potencia total consumida por las piernas : la entregada y la perdida en su movimiento propio. pero aumentado Փ, varían más las velocidades y nos iremos apartando de las hipótesis de partida, pues aparecerán aceleraciones y deceleraciones en las piernas, que harán cambiar la forma misma de las curvas de potencia entregada al pedal. Este efecto en realidad no es tan desfavorable como en el caso del plano oval ya descrito, dado que las aceleraciones que se presenta aquí serán del orden del 50% en amplitud y a la mitad de frecuencia. Además hay que considerar dos efectos ventajosos. A saber :
El incremento de trabajo es ahora (para un mismo incremento de Փ) considerablemente superior, lo que resta importancia al efecto de las mencionadas acelera- ciones.
Al haber hecho más plana la curva de potencia, se podrá pedalear con desarrollos globales mayores (ya que la potencia mínima ha aumentado), y por tanto a menores revoluciones, con lo que por un lado las aceleraciones serán proporcionalmente menores, y por otro el consumo energético perdido en el movimiento propio de las piernas será más bajo.
Una vez descrita la cinemática, se describe la forma mecánica de obtenerla.
Se proponen tres mecanismos distintos para obtener la cinemática deseada. A saber :
A.- La que llamaremos transmisión independiente por pedal mediante dos cadenas y platos excéntricos. B.- La que denominaremos transmisión elíptica independiente por pedal con un único plato transmisor.
C- Transmisión independiente por pedal mediante dos cadenas y dos platos excéntricos sincronizados por engranajes elípticos.
Debe significarse que los tres mecanismos tienen similares cinemáticas, pero con diferentes posibilidades de aplicación.
DESCRIPCION DE LOS DIBUJOS
Para complementar la descripción que se está realizando y con objeto de ayudar a una mejor comprensión de las características del invento, se acompaña a la presente memoria descriptiva, como parte integrante de la misma, un juego de planos en el cual con carácter ilustrativo y no limitativo, se ha representado lo siguiente: La figura 1.- Muestra una gráfica en la que se ha representado el ángulo de biela en grados mostrándose la entrega de potencia en función del ángulo correspondiente a la pierna derecha. El ángulo cero corresponde al punto muerto superior y esta curva es semejante a la fuerza efectiva frente a ángulo de biela, hecha con mediciones reales en ciclistas y que aparece en "Science of Cicling" de E. R. Burke.
La figura 2. - Muestra un cuadro que representa para la bicicleta convencional, la potencia total durante un ciclo, resultado de la suma algebraica de la de ambas piernas. El trabajo obtenido por ciclo es el área encerrada por la curva de potencia total, multiplicada por el período.
La figura 3. - Muestra las gráficas correspondientes del objeto de la invención relativo a un sistema de tracción humana por pedales independientes sincronizados con desarrollo variable de tipo senoidal las cuales han sido establecidas para un valor determinado (1,83), del parámetro Փ = (velocidad máxima de giro/velocidad mínima de giro), pretendiéndose con él únicamente mostrar el efecto que se consigue, sin que ello signifique que ese valor sea dado como el óptimo. la figura 4.- Corresponde a una gráfica comparativa entre la bicicleta convencional A, la de plato oval B, y la correspondiente a la del objeto de la invención C. En esta gráfica se puede apreciar como la curva B consigue un pequeño incremento de área respecto de a, sólo un 5 % para un grado de ovalidad exagerado en la práctica (diámetro mayor/diámetro menor = 1,35). En cambio C consigue un incremento del área del 29 % (para Փ = 1,83). Se puede afirmar por tanto que el sistema objeto de la invención no sólo hace más uniforme la curva de potencia, sino que además consigue aumentar de forma muy considerable la potencia media.
La figura 5.- Muestra el conjunto del mecanismo (biela, plato, eje, cadena, piñón y tensor) correspondiente a una cualquiera de las piernas.
La figura 6.- Corresponde a una vista frontal del mecanismo formado por cinco sólidos o conjunto de piezas que se mueven de forma solidaria.
La figura 7.- Corresponde a una vista en alzado lateral del objeto representado en la figura 6. La figura 8.- Muestra una vista en planta del objeto representado en las figuras 6 y 7.
La figura 9.- Muestra una vista en perspectiva de un cuadro de bicicleta con rueda trasera incorporada, en el que se ha dispuesto el objeto de la invención.
La figura 10.-. Muestra por último una vista del cuadro de la bicicleta con los elementos de soportes en los que se incorpora la invención.
REALIZACION PREFERENTE DE LA INVENCION
A la vista de estas figuras puede observar como el sistema de tracción humana por pedales independientes sincronizados con desarrollo variable de tipo senoidal que se preconiza consiste en deshacer la ligadura de 1802 de desfase entre los pedales.
De esta forma puede hacerse variar la cinemática de las piernas de manera que cada una recorra lentamente el 12 cuadrante, aumentando su velocidad gradualmente hasta el 3º, haciendo mínimo el tiempo de paso por este último. De este modo, cuando el pedal derecho está saliendo de la zona "buena" (donde se consigue casi todo el trabajo), el izquierdo se adelanta, evitándose así la coincidencia de ambos en las zonas "muertas", uno arriba y otro abajo (a mitad de los cuadrantes 2º y 4º) : el efecto resultante es que una pierna acude en ayuda de la otra en el punto en el que ésta comienza a perder efectividad en su esfuerzo.
Se trata entonces que para una velocidad de cadena constante, la velocidad de giro del pedal varíe con el tiempo según una función de tipo senoidal (de período igual al del ciclo), como consecuencia directa del mecanismo empleado. El efecto conseguido es que la curva de potencia por pierna en el tiempo de un ciclo queda (estirada) en la zona eficiente, abarcando una mayor área (según se representa en la gráfica 3). De esta forma, en la representación de las curvas de ambas piernas, estas pasan a cruzarse en puntos de mayor ordenada, de modo tal que la potencia mínima queda incrementada, con lo que la potencia total será más uniforme y el trabajo total por ciclo (y por tanto la potencia media), aumentará considerablemente, como se puede apreciar en la citada gráfica reflejada en la figura 3.
A continuación se muestra en la figura 4 una gráfica comparativa entre la bicicleta convencional A, la de plato oval B, y la correspondiente a la bicicleta objeto de la invención referenciada con C.
En este gráfico se puede apreciar como la curva B consigue un pequeño incremento de área respecto de A, sólo un 5 % para un grado de ovalidad exagerado en la práctica (diámetro mayor/diámetro menor = 1,35). en cambio C consigue un incremento del área del 29 %.
Se puede afirmar por tanto que la invención no sólo hace más uniforme la curva de potencia, sino que además consigue incrementar de forma muy considerable la potencia media.
Tal y como se ha dicho en la descripción de la invención ésta cuenta con tres mecanismos distintos para obtener la cinemática deseada.
La referencida con A se refiere a una transmisión independiente por pedal mediante dos cadenas y platos excéntricos, en la cual cada biela es solidaria a un plato propio, girando ambos libremente con respecto al eje, sobre el que van montados.
Los platos serán de corona circular (convencional) ligada a la biela mediante una estrella (o araña) excéntrica. cada uno de los platos moverá pues su propia cadena, y éstas serán las que transmitan la potencia a la rueda mediante sendos piñones. Será necesario el uso de un tensor (cambio) para cada cadena.
El ángulo que forman la biela y el radio mayor del plato debe ser tal que cuando éste ataque la cadena, el pedal se encuentre entorno a 902 del punto muerto superior (punto de máximo par) .
Para conseguir el sincronismo, caso de que interese, se hará de manera que ambos piñones se muevan solidariamente, y el desfase entre cadenas será de tantos eslabones como la mitad de los dientes del plato.
En cualquier caso, el sincronismo se da sólo en el sentido natural del pedaleo, pues los pedales aquí no están preparados para recibir fuerzas negativas, que provocarían la distensión de la cadena correspondiente.
Puede interesar su uso con piñones también independiente, de forma que el propio ciclista quien da sincronismo al pedaleo (como ocurre en cualquier otra forma de locomoción humana : nadar, correr, andar, etc., etc.).
En la figura 5 se muestra el conjunto del mecanismo, el decir el conjunto formado por la biela, plato, eje, cadena, piñón y tensor correspondiente a una cualquiera de las piernas. la ventaja de este mecanismo es su fácil construcción y adaptación a las bicicletas, además de que permite en un mismo plato varios valores, situando distintos posicionamientos posibles del eje en la araña.
Sus aplicaciones principales serán pruebas de velocidad y otra aplicación idónea es su uso como prototipo a la hora de que un ciclista elija la excentricidad adecuada a sus condiciones, ya que permite cambiar fácilmente el parámetro citado anteriormente como la distancia entre centros/radio primitivo de la corona, que será el que determine la excentricidad.
En caso de necesidad, permite también el uso de cambios de marcha en los piñones, mediante dos cambios tradicionales en paralelo u otros cambios ya existentes, que mantengan fijo el desfase entre las cadenas.
Respecto a la trasmisión elíptica independiente por pedal con un único plato transmisor, referenciada con B, debe indicarse que en este caso se trata de trasmitir desde cada pedal, mediante sendas parejas de engranajes elípticos, toda la potencia a un eje secundario, que es el que coordina la cinemática de los pedales, y de ahí al plato, ya por engranajes normales. El mecanismo, según se comprueba en las figuras
5 y 6, que separaremos en cinco "sólidos" (conjunto de piezas que se mueven de forma solidaria), es el siguiente. A saber : - Sólido a (SA), formado por : cuadro de la bicicleta o chasis (0), con otro alojamiento para eje además del habitual (ya sea de una sola pieza o mediante una pieza de adaptación). - Sólido b (SB), formado por : un eje (1), una biela derecha (2) y una elipse (3), con un eje en uno de sus focos.
El ángulo que forman la biela y el radio mayor de la elipse debe ser tal que cuando la transmisión se produzca en este punto, el pedal se encuentre en torno a 902 del punto muerto superior (punto de máximo par).
Sólido c (SC), formado por : biela izquierda (4) y elipse (5). Va montado sobre el eje (1), pasando por un foco de la elipse, girando libremente respecto a él. El ángulo que forman la biela y el radio mayor de la elipse debe ser el mismo que en SB, es decir en el formado por el eje (1), biela derecha (2) y elipse (3), con eje en uno de sus focos.
Sólido d (SD), formado por : un eje (6), dos elipses (7) y (8) y la rueda (9). Las elipses (7) y (8), con el eje situado en uno de sus focos, y desplazadas 1802 una respecto de otra.
Este "sólido" d o (SD) es el que logra el sincronismo total entre los pedales (es decir entre SB y SC) : debiendo indicarse que el ángulo entre los pedales quedará determinado por el giro del eje (6) .
Sólido e (SE), formado por : una rueda o engranaje (10) y un plato (11). Va montado este sólido sobre el eje (1), sobre el que puede girar libremente.
Debe indicarse que las elipses (3) y (5), así como las elipses (7) y (8), y las ruedas (9) y (10) son engranajes. Las elipses (3), (5), (7) y (8) son de iguales dimensiones y la distancia entre ejes (situados en los focos de las elipses) es igual al eje mayor de la elipse, asegurando de esta forma la tangencia en todo momento, y por tanto la posibilidad de transmisión elipse a elipse, según puede apreciarse en la figura 7.
El funcionamiento será el siguiente. A saber :
SB y SC recogen la potencia de las piernas, entregándola a su vez a SD (donde se coordina el efecto cinemático deseado), pero que gira en sentido contrario; entonces ya sólo queda invertir el giro, función que cumplen las ruedas (9) y (10) y así es como SE el que manda la potencia a la rueda mediante una cadena desde el plato (11).
Dado que a partir del plato (11) lo que hay es una transmisión convencional (la posición del plato es la misma que en las bicicletas convencionales), se podrá disponer de los sistemas de cambio de marchas para bicicletas existentes en el mercado.
Si llamamos E a la excentricidad de la elipse
(r (Θ) = p/ (1 + EcosΘ) es la ecuación de la elipse en coordenadas polares), la relación entre ambos mecanismos viene dada por E = al parámetro formado por la distancia entre centros/radio primitivo de la corona/2.
Para las curvas presentadas como ejemplo en los cuadros 3 y 4, se tomó E = 0,15.
Por supuesto que al aumentar E, aumentará también el parámetro Փ antes mencionado, en cualquier caso, ahora que ya se ha definido E, por ser directamente medible, será E el parámetro a tener en cuenta. El campo de aplicación de este mecanismo no está limitado como en el caso anterior, ya que se trata de un sistema en el que hay una ligadura cinemática total entre ambos pedales, con lo que no existe el problema de las fuerzas negativas que se presentaba en el primer mecanismo.
Además tiene la ventaja de que sigue siendo utilizable el sistema de cambios de marchas convencionales, con lo que es aplicable a la totalidad de modalidades ciclistas.
Respecto a la realización relativa a la transmisión independiente por pedal de dos cadenas y dos platos excéntricos sincronizados por engranajes elípticos referenciada con C, debe indicarse que este mecanismo se puede considerar como una variante híbrida de las dos realizaciones anteriores. Como en el mecanismo A, cada biela es solidaria a un plato propio, siendo cada conjunto biela-plato independiente con respecto al otro.
Los platos serán de corona circular (o de geometrías adaptadas similares), ligada a la biela mediante una estrella o araña excéntrica; como se ha dicho anteriormente el parámetro constituido por la distancia entre centros/radio primitivo de la corona, será el que determine la excentricidad.
Cada uno de los platos moverá consecuentemente su propia cadena, y estas serán las que transmitan la potencia a la rueda mediante sendos piñones. Será necesario el uso de un tensor, es decir un cambio, para cada cadena.
El ángulo que forma la biela y el radio mayor del plato debe ser tal que cuando éste ataque la cadena, el pedal se encuentre entorno a 90º del punto muerto superior (punto máximo par).
Para conseguir el sincronismo total, se hace uso de dos parejas de engranajes elípticos de la misma forma que en el mecanismo B o segunda realización, y por tanto es necesario el acoplamiento de un eje secundario, por cuyo giro venga determinado el desfase entre ambos pedales. En este caso cada biela se acopla a una de las elipses (formando el conjunto biela-plato-engranaje elíptico).
En las figura 8 y 9 se distinguen las siguientes partes. A saber :
Cuadro o chasis (21), con dos alojamientos para los ejes. Una biela (22), un plato (23) y un engranaje elíptico (24) , correspondientes a la pierna derecha, mientras que los simétricos corresponderán a la pierna izquierda. Un eje (25) que permite el giro libre de al menos uno de los conjuntos biela (22), plato (23) y elipse anteriores.
Un eje (26) y las elipses (27) y (28) forman un conjunto solidario. La cadena izquierda (29), con su correspondiente tensor o cambio (30) así como sus simétricas en el lado derecho. La rueda (31), con un conjunto de piñones a la derecha (32) y su simétrico a la izquierda.
La diferencia con la primera realización o A es la introducción de un mecanismo para dotar de sincronismo total al pedaleo; y la diferencia que buscamos con respecto a la segunda realización o mecanismo B consiste en que la salida de potencia desde las bielas se hace directamente a la rueda a través de las cadenas, sin tener que atravesar dos veces (ida y vuelta) por transmisión de engranajes.
De esta forma, los engranajes en este mecanismo están únicamente para sincronizar el pedaleo. Para lograr satisfactoriamente este propósito, esto es, que la potencia principal no pase a través de los engranajes, se deben utilizar los piñones correspondientes a cada pedal con "rueda libre", para que entre estos no haya más ligadura que la impuesta por la rueda.
Este mecanismo permite el uso de cambios de marcha en los piñones, mediante dos cambios en paralelo, que no plantearían problemas de sincronismo pues quedarían eliminados por el hecho de usar piñones de rueda libre, y siendo el único efecto de un retardo en uno de ellos el que en ese instante el pedal afectado transmita su potencia a través de los engranajes; o mediante un cambio integrado en el buje. Dadas sus características, su utilización principal será en pruebas de pista y otras modalidades de velocidad (contra reloj), que se realizan normalmente con un margen estrecho de desarrollos . A la vista de las tres realizaciones reflejadas, debe tenerse en cuenta que los engranajes pueden ser cuasielípticos (por ejemplo circulares excéntricos, ya que se trabaja con excentricidades pequeñas), con las consiguiente holguras, siempre que sigan cumpliendo la función de transmitir "elipse a elipse" (esto exige un valor alto del módulo de los dientes, que permita el engrane pese haberse perdido la tangencia).
Ya que la segunda y tercera realización incorporan un segundo eje (eje secundario), la única modificación sobre el cuadro convencional es la instalación de un alojamiento para dicho eje, como se puede apreciar en la figura 10 habiéndose referenciado con (33) el alojamiento para el eje convencional y con (34) el alojamiento para el segundo eje o eje secundario siendo esta incorporación referenciada con (34) la única modificación que existe sobre un cuadro convencional (21), permitiendo la invención la situación de este segundo eje en cualquier otro punto respecto al cuadro, siempre que la distancia entre ejes sea la deseada.
Además puede considerarse la posibilidad de proteger mediante un cadenado (por ejemplo una carcasa de plástico) el conjunto de engranajes en cualquiera de las dos bicicletas.
Con independencia de estos mecanismos, la cinemática descrita tiene aplicación en el campo de las bicicletas estáticas, dado que aunque en este caso no se trate de tracción propiamente dicha al no existir movi miento, los flujos de potencia son similares.
Estos aparatos de gimnasia dotados de bielas ligadas a 1802, carecen de la continuidad de pedaleo necesaria al no disponer de la inercia natural de las bicicletas, lo que conlleva una incomodidad en el pedaleo, es decir el paso por los puntos muertos se percibe como una sensación de pedaleo a golpes, y además de verse penalizados por unas posibilidades de consumo energético más limitadas.
El uso de los pedales independientes sincronizados permite un gasto calórico mucho mayor con un pedaleo más cómodo y continuo, lo cual es el fin de estos aparatos.
Para esta aplicación se utilizará la transmisión elíptica de la segunda realización o bien la adaptación de la transmisión del mecanismo de la realización primera mediante correas hasta un eje secundario.
Por último debe indicarse que las figuras utilizadas muestran una configuración de ejemplo, de como puede montarse el mecanismo y que por su alteración, siempre que se mantengan las transmisiones de potencia descritas es perfectamente factible (por ejemplo el colocar los engranajes a uno u otro lado del cuadro, incluso en el interior, caso de utilizarse un cuadro de doble peladier o una estructura de casco).
El objeto de esta patente, pues, es abarcar tanto las modalidades deportivas que comprende el campo del ciclismo como todas aquellas aplicaciones en que sea necesario el uso de la tracción mediante pedales, dado que como ya hemos descrito aumenta de forma espectacular el rendimiento de los sistemas de tracción a pedales empleados en la actualidad.

Claims

R E I V I N D I C A C I O N E S
1a.- sistema de tracción humana por pedales independientes sincronizados con desarrollo variable del tipo senoidal que se caracteriza porque al desligar los pedales se pueden lograr para cada pierna de forma independiente una mejor distribución de potencia en función del tiempo, de forma que al sumar la de ambas piernas, se consigue una salida de potencia más alta, y mejor repartida a lo largo del ciclo. Este efecto es el que se consigue al hacer que la velocidad de cada pedal, a lo largo de una vuelta varíe de un mínimo a 902 del punto muerto superior, hasta un máximo en el punto opuesto, siguiendo una función de tipo senoidad, evitándose de esta manera la coincidencia de ambas piernas en las zonas muertas, esto es, cuando los pedales se encuentran uno arriba y otro abajo, que es el punto más ineficiente del sistema de tracción convencional. 2a.- sistema de tracción humana por pedales independientes sincronizados con desarrollo variable del tipo senoidal, según la primera reivindicación, caracterizado porque la transmisión se realiza por medio de pedales independientes mediante el uso de dos cadenas, una para cada pedal, y piñones paralelos ligados, siendo los platos utilizados circulares descentrados o corona circular con estrella o araña excéntrica, pudiéndose elegir distintos valores para esa excentricidad. 3a.- sistema de tracción humana por pedales independientes sincronizados con desarrollo variable del tipo senoidal, según la primera reivindicación, caracterizado porque la transmisión desde cada uno de los pedales independientes, se realiza a través de sendas parejas de engranajes elípticos a un segundo eje parale- lo, siendo este eje solidario con sus engranajes elípticos correspondiente, que van desfasados 1802, sincronizando así la cinemática de los pedales, y convirtiéndose en el eje de salida de potencia (aunque con sentido de giro inverso al de los pedales) .
4a.- Sistema de tracción humana por pedales independientes sincronizados con desarrollo variable del tipo senoidal, según la primera y segunda reivindicación, caracterizado porque los piñones pueden girar a contra rueda, es decir rueda libre de forma independiente, de modo que sea el propio usuario el que de sincronismo al pedaleo. 5a.- sistema de tracción humana por pedales independientes sincronizados con desarrollo variable del tipo senoidal, según la primera, segunda y cuarta reivindicación, caracterizado porque los platos o la estrella o araña que se sujeta a la corona, incorporan distintos posicionamientos posibles para el eje a distintas distancias del centro, de forma que se pueda regular para trabajar con distintas excentricidades, entre las cuales el usuario podrá elegir la más apropiada. 6a.- sistema de tracción humana por pedales independientes sincronizados con desarrollo variable del tipo senoidal, según las anteriores reivindicaciones, caracterizado porque puede incorporar sistemas de cambios de marcha.
7a.- sistema de tracción humana por pedales independientes sincronizados con desarrollo variable del tipo senoidal, según las anteriores reivindicaciones, caracterizado porque la transmisión se realiza desde los pedales independientes, sincronizados por medios de sendas parejas de engranajes elípticos, a través de dos platos excéntricos y dos cadenas en paralelo.
8a.- sistema de tracción humana por pedales independientes sincronizados con desarrollo variable del tipo senoidal, según las anteriores reivindicaciones, caracterizado por el uso de un buje en la rueda trasera que disponga de sendos piñones, o conjunto de piñones, con posibilidad de girar a contra rueda (rueda libre), y de adoptar sistemas de cambios de marcha.
9a.- sistema de tracción humana por pedales independientes sincronizados con desarrollo variable del tipo senoidal, según las anteriores reivindicaciones, caracterizado porque los engranajes utilizados sean cuasielípticos, por ejemplo circulares excéntricos, con las consiguientes holguras, siempre que sigan cumpliendo la función de transmitir "elipse a elipse". 10a.- sistema de tracción humana por pedales independientes sincronizados con desarrollo variable del tipo senoidal, según las anteriores reivindicaciones, caracterizado por usar un chasis o cuadro en el caso de las bicicletas con dos alojamientos (33) y (34) para sendos ejes.
11a.- sistema de tracción humana por pedales independientes sincronizados con desarrollo variable del tipo senoidal, según las anteriores reivindicaciones, caracterizado por permitir su aplicación en bicicletas estáticas. REIVINDICACIONES MODIFICADAS
[recibidas por la oficina Internacional el 30 de abril de 1996 (30.04.96) reivindicaciones originales 1-11 reemplazadas por las reivindicaciones 1-9 modificadas; (2 paginas)]
1a.- Sistema de tracción humana por pedales independientes sincronizados con desarrollo variable de tipo senoidal, caracterizado porque la transmisión se realiza por medio de pedales independientes raβndiante el uso de dos cadenas, una para cada pedal, y piñones paralelos ligados, siendo los platos utilizados circulares descentrados (o corona circular con estrella o arafla excéntrica), pudiéndose elegir distintos valores para esa excentricidad. Con ello se consigue que la velocidad de cada pedal, a lo largo de una vuelta, varié desde un mínimo en torno a 90º del punto muerto superior, hasta un máximo en el punto opuesto, siguiendo una función de tipo senoidal, evitándose de esta manera la coincidencia de ambas piernas en las zonas muertas, esto es, cuando los pedales se encuentran uno arriba y otro abajo.
2a.- Un sistema mecánico de tracción, según la 1a reivindicación, en el que los piñones pueden girar a contra rueda (rueda libre) de forma independiente, de modo que sea el propio usuario el que dé sincronismo al pedaleo.
3a.- Un sistema mecánico de tracción, según las anteriores reivindicaciones, en el que los platos (o la estrella o araña que sujeta la corona) incorporen distintos posicionamientoβ posibles para el eje a distintas distancias del centro, de forma que se pueda regular para trabajar con distintas excentricidades, entre las cuales el usuario podrá elegir la mas apropiada.
4a.- un sistema mecánico de tracción, según las anteriores reivindicaciones, al que se puedan incorporar sistemas de cambios de marcha. anteriore reivindicaciones, carácter ado porque la transmisión se realiza desde dos pedales independientes, sincronizados por medio de sendas parejas de engranajes elípticos (con el correspondiente eje secundario (26) al que son solidarios dos de los engranajes elípticos desfasados 1800), a través de dos platos excéntricos y dos cadenas en paralelo. 6a.- Un sistema mecánico de tracción, según las anteriores reivindicaciones, caracterizado por el uso del un buje en la rueda trasera que disponga de sendos piñones, o conjuntos de piñones, con posibilidad de girar a contra rueda (rueda libre), y de adoptar sistemas de cambios de marchas.
7a.- Un sistema mecánico de tracción, según la reivindicación 5a, caracterizado porgue los engranajes utilizados sean cuasiellpticos (por ejemplo circulares excéntricos), con las consiguientes holguras, siempre que sigan cumpliendo la función de transmitir "elipse a elipse".
8a.- Un sistema mecánico de tracción, según las reivindicaciones 5a y 7a, caracterizado por usar un chasis (el cuadro en el caso de la bicicleta) con dos alojamientos (33) y (34) para sendos ejes.
9a.- Un sistema mecánico, según las anteriores reivindicaciones, cuya aplicación especifica sean las bicicletas estáticas.
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