PEDAL SEMIARTICULADO EN BIELA PARA BICICLETAS
La presente invención se refiere a una mejora del sistema mecánico actual y
tradicionalmente conocido de transmisión que se emplea en bicicletas y otras máquinas
similares. A efectos de demostrar en que consiste dicha mejora se hace necesario
previamente el análisis del mecanismo actualmente conocido por el estado de la
técnica.
Esta mecanismo tradicional está constituido por una cadena de transmisión que
engrana de una parte una rueda motriz, conocida como catalina ó plato que es solidaria
mediante unas bielas con unos pedales de accionamiento, y de otra parte un piñón que
es solidario del eje de la rueda trasera. Con el fin de lograr diferentes relacciones de
transmisión entre la rueda dentada motriz y la rueda trasera a accionar, el eje de dicha
rueda puede llevar solidariamente piñones varios de distintos diámetros y número de
dientes. La cadena de transmisión puede actuar selectivamente sobre uno ú otro piñón
del eje de la rueda mediante un cambio accionable manualmente. Con igual objetivo el
plato ó catalina puede no ser único, sino que se combina con otro de distinto diámetro
en la bicicleta tradicional o bien con más de dos como en el nuevo tipo de
bicicleta,conocido como mountain bike, y así se permiten diversos tipos de relacciones de transmisión, pero en todos los casos se utiliza un mismo valor constante ó longitud
de biela para todas estas relacciones de transmisión en una misma máquina.
Del análisis del rendimiento que tiene la bicicleta tradicional como máquina, se
deduce que éste no es un rendimiento completo ni mucho menos, sino que de toda la
fuerza que se aplica, sólo se aprovecha una parte de la misma, que, transmitida a través
de la cadena al piñón, es la que produce el esfuerzo o momento que hace girar la rueda
trasera.
Dado que la aplicación de la fuerza al pedal es, generalizando, prácticamente vertical,
la dirección de ella respecto a la de la biela en cada momento hace que esta fuerza se
aproveche sólo en parte y sólo esta parte sea la transmitida por la cadena para producir
el esfuerzo que a su vez genera la rotación. Esto supone una pérdida de esfuerzo de
más de la tercera parte del esfuerzo transmitido. También es necesario reseñar que los
valores máximos, de las fuerzas aprovechadas durante el ciclo de una rotación completa
de un pedal, se producen en los alrededores de la posición horizontal de la biela al ser
entonces la fuerza aplicada perpendicular a aquella, luego si se quiere mejorar el
rendimiento de la bicicleta en general, hay que idear la forma de intensificar los valores
que se transmiten en esta parte del ciclo de pedaleo, mejor que en el resto de dicho
ciclo.
Por otra parte, del análisis de la mountain bike se deduce que a pesar de su novedad,
al ser el mismo tipo de mecanismo, adolece del mismo defecto es decir, de una
transmisión que aprovecha aproximadamente sólo el 65% de la fuerza que se le aplica
y, aunque la introducción de un tercer plato más pequeño que los otros dos, la ha
posibilitado para subir fuertes pendientes, imposibles de conseguir con la bicicleta
tradicional, esto ocurre mediante el sacrificio de la velocidad resultante, cuando se usa
ese tercer plato, la cual se ve muy disminuida, por lo que tampoco su análisis técnico
no resulta del todo satisfactorio,a pesar de su aceptación en el mercado.
Por todo lo anterior el objeto de la presente invención es mejorar las prestaciones de este sistema mecánico tradicional para reducir el esfuerzo necesario que se corresponde
con cualquier velocidad resultante de una frecuencia determinada y de un desarrollo
prefijado y además aprovechar más la fuerza aplicada en la parte del ciclo que ésta es más efectiva.
A continuación se describe como consiguir este objetivo.
El nuevo mecanismo, a diferencia del tradicional que utiliza una biela de valor
constante, está basado en crearunabielacompuesta, distinta de lareal, de mayor
longitud y que además tiene valores variables alcanzando sus máximas longitudes en
la zona del ciclo de rotación del pedal precisamente donde son más efectivos estos
valores, o sea, más aprovechados los valores de la fuerza aplicada, es decir, alrededor
de la posición horizontal de la biela real, como se decía al principio.
Esto se consigue con el mecanismo de mi invención que describo a continuación.
Este mecanismo nuevo consiste en articular a cada biela real un gran pedal,
generalmente mayor que los actuales, el cual tiene una longitud, desde su eje donde se
une a la biela hacia la situación de la rueda delantera, mayor que los actuales, aunque
en la otra dirección, es decir, desde dicho eje hacia la rueda trasera, su tamaño es
similar a los pedales actuales.
Este gran pedal tiene la particularidad como principio básico de esta invención, que
está semiarticulado a la biela, es decir, no gira libremente en los dos sentidos sobre su
eje tal como ocurre en los tradicionales, sino que sólo lo puede hacer en un sólo
sentido, que es el contrario al que giraría por la aplicación de una fuerza por el pié de
su extremo delantero, osea el más próximo a la posición de la rueda delantera.
Al girar en el sentido citado, este pedal permite que el pié lo adapte girándolo a su
posición en cada momento y además favorece el conocido pedaleo a pistón de mejor
efectividad.
Al no girar en el sentido que podría hacerlo por el esfuerzo aplicado en su extremo
delantero por el pié, este gran pedal se convierte así en una prolongación de la biela al
hacerse solidario con ella, debido a ese tipo de articulación, la cual puede ser similar al piñón de cualquier bicicleta y también a las llaves mecánicas de trinquete que sólo
giran en un sentido y en el otro no. Esta articulación se puede situar, ya sea en el pedal
o en la cabeza de la biela y también en una posición intermedia, según así se organice
o convenga la misma.
Al constituirse este gran pedal, en la zona donde se dan los mayores rendimientos,
en una continuación o prolongación de la biela real, estamos actuando así con una biela
compuesta de mayor longitud que la real y ésta va variando de valor al variar la posición
de aquella al girar, haciendo aumentar el de la biela real desde un valor adicional cero
en la posición vertical de ésta, hasta llegar a sumarle a esta biela real toda la longitud
del gran pedal, desde su eje de giro hasta su extremo delantero cuando la biela se
encuentre en la posición horizontal, que es la más efectiva como he explicado al
principio de la descripción.
De este modo se consigue una gran mejoría o rendimiento de la bicicleta, la cual
estará en función de la longitud de gran pedal escogida y que supone una reducción por
tanto considerable del esfuerzo aplicado que puede llegar a ser incluso menos de la
mitad que en la bicicleta con pedal tradicional.
La longitud que pueda tener el gran pedal en su parte delantera está limitada por la
distancia entre la rueda delantera y la caja de pedalier y también por la altura de éste
respecto al suelo, pero se pueden armonizar todas estas distancias, incluso retrasando
algo la caja de pedalier, ya que el gran pedal obliga a poner el pié algo más adelantado
respecto a la posición del sillín que en la bicicleta tradicional, pero todo ésto es
simplemente a tener en cuenta en el diseño de una nueva bicicleta donde, en su
fabricación,se adapte el gran pedal.
Este tiene la ventaja que si la semiarticulación citada se incorpora al gran pedal y no
a la cabeza de la biela, la cual en este caso no hay que modificar, este tipo nuevo de
pedal es posible adaptarlo a cualquier bicicleta del mercado, ya sean nuevas, ya sean
en uso, las cuales pueden beneficiarse de esta gran ventaja al tener desde entonces que
realizar sus usuarios esfuerzos muy inferiores, como ya se ha dicho queda demostrado
y es fácil de comprender.
El gran pedal se puede fabricar también de longitud extensible en su parte delantera,
de modo que pueda adaptarse tanto a las condiciones de cualquier bicicleta ya
fabricada, como también al deseo de su usuario en cuanto al brazo de palanca o biela que le guste utilizar en cada momento o a cada persona distinta que lo use y de este
modo se consigue una gran versatilidad de uso y de aplicación a cualquier bicicleta.
A modo de comparación para valorar la mejora que constituye esta invención
respecto al estado actual de la técnica, una bicicleta en la que se adapte el gran pedal
se comporta en los casos de menor desarrollo mejorando a la mountain bike, porque
subiendo pendientes idénticas, esta última lo hace mucho más despacio a igualdad de
esfuerzo aplicado y por tanto mejora el comportamiento de la mountain bike donde le
es criticable y por otra parte con el gran pedal, en los casos de mayor desarrollo y para
una misma velocidad es necesario aplicar una fuerza bastante menor para conseguirla
que en la bicicleta tradicional, por lo que también supera a ésta en prestaciones. En
consecuencia puede decirse, que el mecanismo de la invención, el gran pedal
semiarticulado mejora los rendimientos de los tipos de mecanismos de bicicletas
conocidos, tanto en los casos de pequeños desarrollos como en los casos de grandes
desarrollos, así como en los casos intermedios.
El sistema mecánico descrito objeto de la invención, por sus características, puede
ser utilizado no sólo en vehículos de dos ruedas que incluyan mecanismos como el de
la bicicleta tradicional, sino también en vehículos de tres ó de más ruedas, así como en
aquellas máquinas donde se utilice un mecanismo similar al de la bicicleta tradicional
y que sea factible de ser mejorado su rendimiento mediante este sistema.
Al pedal tradicional también se le puede poner la articulación a su biela con las
características de la de esta invención y también tendrá una pequeña ventaja pero no tan
apreciable como si además se le da al pedal una mayor dimensión de su parte delantera
para aumentar más el brazo de palanca.
Con el fin de que pueda comprenderse mejor tanto la constitución como las ventajas
del mecanismo de la invención, a continuación se hace una descripción más detallada
del mismo, con referencia a los dibujos adjuntos, donde se muestran ejemplos de
realización no limitativos en ninguno de los casos.
En los dibujos:
La figura 1 es un alzado lateral de la parte derecha de una bicicleta donde se
encuentra el eje del pedalier y el conjunto de bielas, pedales y plato que forma parte del
mecanismo de aquella, y dotada, en este caso, de un tipo de pedales que se corresponde
con los de la invención.
La figura 2 es el mecanismo referido en la figura anterior, pero visto en planta, es
decir, desde arriba, y por tanto aparecen en ella un tipo de pedales que se corresponden
con los de la invención vistos desde este otro plano distinto que el de la figura 1.
La figura 3 corresponde a un alzado lateral de una bicicleta completa, la cual está
dotada con el mecanismo que se representa en las figuras 1 y 2, y por tanto con un tipo
de pedales que se corresponden con los de la invención.
Las figuras 4, 5, 6 y 7 representan una variante del gran pedal caracterizado por tener
la puntera extensible lo que le permite regular la longitud de su parte delantera.
Las figuras 8, 9 y 10 presentan un tipo, o pedal que se corresponde con la invención,
el cual está resuelto en voladizo y la semiarticulación está situada en la cabeza de la biela.
Se describen y explican a continuación cada una de estas figuras.
En la figura 1 se representa parte del mecanismo de una bicicleta en la que en la caja
del pedalier 7, confluyen las barras del cuadro 4, 5 y 9. En esa caja de pedalier 7 está articulada la biela de la parte derecha 8 que a su vez es solidaria con el plato dentado
10, al que se engrana la cadena de transmisión 11. En el lado izquierdo de la bicicleta,
en la caja de pedalier se articula la biela izquierda 8a. Hasta aquí el mecanismo descrito
es coincidente con el de la bicicleta tradicional.
La novedad de la invención consiste en que en los extremosde las bielas 6 y 6a,
opuestos a donde éstas se articulan a la caja de pedalier 7, se semiarticula en cada una
de ellas un gran pedal 2 y 2a, el cual a diferencia del tradicional en el que sus bordes
son equidistantes respecto a su eje de giro; en el nuevo pedal 2 y 2a la distancia entre
su eje de giro 12 y 12a y su parte trasera 13 y 13a (parte más próxima a la rueda
trasera) y que puede ser similar a la de un pedal tradicional, es en cambio bastante
menor que la distancia entre su eje de giro 12, 12a y su puntera 14 y 14a (parte más
próxima a la rueda delantera), lo que ya de por sí lo diferencia del pedal tradicional,
pero además también lo diferencia el hecho importante y principio fundamental de esta
invención, de que este gran pedal 2 y 2a decimos que está semiarticulado a la biela
porque sólo gira en un sentido a diferencia del tradicional que lo hace en los dos.
Debido al tipo de articulación, este gran pedal no puedegirar en el sentido marcado
en la figura 1 conun NO, que es el que corresponde al sentido de las agujas del reloj
si se mira el lateral derecho de la bicicleta, como es el caso del dibujo, o bien el sentido
contrario si se mirase el lado izquierdo de la misma.
En cambio el gran pedal si puede girar en el sentido contrario al descrito el cual se
marca en la figura 1 con un SI, teniendo en cuenta que representa el lateral derecho,
ya que si fuera el izquierdo sería el contrario el sentido permitido.
Este tipo de semiarticulación puede ser similar al que constituye el piñón de la
bicicleta tradicional ó también a las llaves mecánicas que están dotadas de trinquetes
ó elementos que sólo le permiten girar en un sentido y no en el otro y que es un tipo
de articulación bien conocido por el estado de la técnica en otras aplicaciones
como las dos citadas como ejemplos y que por eso no se detallan en los dibujos.
En la figura 1 , la parte interior de esa semiarticulación 15a es solidaria con el
extremo de la biela y la parte exterior de aquella es solidaria con el gran pedal, aunque
también podría ser a la inversa, ya que el efecto sería el mismo ya descrito, siempre que
entre una parte y la otra estén los elementos tales como trinquetes y rodamientos que
permitan sólo uno de los giros posibles.
La semiarticulación puede ir incorporada en el gran pedal con su eje, o bien, en el
extremo de la biela 16,16a, o bien en una posición intermedia 6, 6a.
En el primer caso tiene la ventaja que el nuevo gran pedal puede adaptarse a
cualquier bicicleta,sustituyendose cada uno de sus pedales por el aquí descrito.
Al gran pedal puede ser conveniente dotarlo bien de un tope 3, 3a en su puntera, sea
de una forma u otra, o bien del rastral que a veces se usa en los pedales tradicionales,
a fin de que el pié no se escape y la aplicación de la fuerza se haga lo más próxima al
extremo del gran pedal para mejorar su efecto.
Cuando se aplica una fuerza 1 sobre el pedal en su extremo, puesto que la puntera
del pié se sitúa sobre la del gran pedal, y al no poder girar éste sobre su eje en el sentido
en que lo obligaría dicha fuerza, debido al tipo de semiarticulación citado, este gran
pedal se hace solidario con su biela produciéndose el efecto como si de una gran biela
se tratara aumentando así considerablemente el brazo de palanca respecto al que
corresponde a la biela normal.
Por tanto, comparativamente para una misma fuerza 1 aplicada igualmente a un
pedal tradicional y a un gran pedal semiarticulado a su biela, el efecto sobre el plato
será en este último caso mucho más eficiente. De modo que en una misma situación, es
decir, ante una misma resistencia al avance, con el gran pedal la fuerza 1 a aplicar será
mucho menor que con un pedal tradicional, puesto que estaremos actuando con un brazo de palanca mucho mayor en un caso que en otro.
Se da la circunstancia que con la disposición del gran pedal del modo citado el pié
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10 recorre la misma circunferencia que si el pedal fuese el tradicional, es decir, este gran
pedal no hace aumentar este recorrido, y además, dadas sus características y su
articulación el gran pedal puede ser utilizado por el ciclista a su conveniencia, es decir,
ya sea como un pedal tradicional mediante la aplicación de la fuerza en la zona del
mismo donde se encuentra su eje, como ocurre con el tradicional o bien aplicando la
fuerza lo más próximo a la puntera, ya sea protegida o no por tope o rastral para
facilitarlo y así obtener los óptimos resultados de la invención ya descritos.
También se da el caso que por la posición del gran pedal los mayores valores del brazo de palanca resultante deesta asociación de biela y pedal se producen en la zona
del giro de la biela donde son más efectivos, es decir, en el entorno de la posición
horizontal de la biela, lo que aún hace más favorable el utilizar el gran pedal a
diferencia del tradicional.
Al ser posible el giro del pedal en el otro sentido, éste, en relacción con la biela, va
adaptando su posición a la del pié, más o menos horizontal, a gusto del ciclista, al igual
que en un pedal tradicional, aunque incluso permite un mejor pedaleo a pistón hasta
posiciones muy bajas del pié con gran efectividad, aspecto que también colabora a
valorar aún más favorablemente este gran pedal respecto al tradicional.
La figura 2 sirve para apreciar lo ya descrito desde otro plano distinto, o sea, en
proyección horizontal o planta, habiéndose utilizado la misma numeración para
designar cada elemento, a fin de una mejor comprensión de la invención, aunque en
este caso no se ha reflejado el tope o rastral del extremo que sí aparece en la figura 1
por no ser imprescindible aunque sí conveniente.
En la figura 3 ya se aprecia una bicicleta completa a la que se ha dotado del gran
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11 pedal a cada una de sus bielas, y así se aprecia que podría adaptarse a cualquier
bicicleta.
Las figuras 4, 5, 6 y 7 corresponden a un ejemplo no limitativo tampoco de un gran
pedal que respondiendo al principio fundamental de la invención, que es el de la
semiarticulación entrebiela y pedal del modo explicado tiene además la particularidad
de ser regulable y por tanto variable el tamaño que se puede dar a la parte delantera del
mismo con la finalidad de ajustado, ya sea a las condiciones de la bicicleta donde va
a montarse o bien a gusto del usuario,en función de sus preferencias en cuanto al brazo
de palanca que desea y lógicamente también por las dos razones aludidas
conj untamente .
Las figuras 4 y 5 representan en sección longitudinal A-B, y en planta
respectivamente este pedal en su posición no extendida.
Las figuras 6 y 7 representan en sección longitudinal C-D, y en planta
respectivamente este pedal en suposición más extendida, aunque puede tener posiciones
intermedias.
Tiene este pedal dos partes, la fija 2 y la móvil 3 que es su puntera, la cual tiene dos
piezas laterales con unos taladros 7 que coincidirán en sus varias posiciones con un taladro situado en la pieza fija 2. Un pernio pasante 4 une y fija en la posición escogida
la parte fija 2 con la puntera móvil 3 dando así varias opciones a la longitud de la parte
delantera del gran pedal.
En el caso del pedal aquí representado la semiarticulación 5 formada por sus dos
partes que giran concéntricamente enun sólo sentido, está situada en el pedal, ya que
sería el caso de su adaptación a bicicletas ya fabricadas en las que la cabeza de la biela
6 no tiene prevista ese tipo de semiarticulación.
Las figuras 8, 9 y 10 presentan un tipo de gran pedal que tampoco tiene carácter
limitativo y que responde a las características de la invención y que en este caso está
resuelto en voladizo como una simplicidad y estilización respecto al concepto
tradicional de pedal.
La figura 8 representa la cara externa del pedal derecho, la figura 9 representa la cara
interna del pedal derecho y la figura 10 representa una sección vertical por el eje A-B
de giro en un sólo sentido del pedal.
La distancia desde su eje 5 a la puntera 1 es mayor que desde aquél a su parte trasera 6.
Está resuelto con una huella 3 en parte horizontal y en parte algo inclinada, aligerada
con taladros, y por una parte vertical 4 de sección variable según el esfuerzo a absorver
en cada una de ellas y que es la parte que está ligada solidariamente al eje del pedal 5.
En este ejemplo, tal como se ve en su sección por su eje A-B representada en la
figura 10. se ha situado la semiarticulación en la cabeza de la biela 7, en la que su parte
interior 8 se solidariza con el eje 5 del pedal, quedando su parte exterior 9 solidaria a
la biela 7, en cuyo interior los trinquetes y rodamientos permiten el giro de uno respecto
a otro en un sólo sentido a fin de que se pueda hacer solidario el gran pedal a la biela
cuando se aplique fuerza en el extremo de aquél.
En este ejemplo se ha dotado al gran pedal de un tope extremo 2 en su puntera 1 a
modo de rastral que mejora la aplicación de la fuerza en el extremo delantero del mismo
aumentando así el brazo de palanca con que dicha fuerza actúa, y por tanto aumentado el valor del momento de giro respecto al eje de la caja de pedalier que es lo que se
pretende con esta invención.
Como se deduce de todo lo anterior, este nuevo mecanismo formado por un gran
pedal y su semiarticulación, ya se encuentre está en el propio pedal, bien en la cabeza
de la biela o bien entre ambos, supone una considerable ventaja respecto al pedal
tradicional que va a facilitar el uso de la bicicleta y análogos especialmente en las
subidas, que es donde más se va a apreciar esta mejora, y en función del tamaño del
gran pedal que se use, así será más o menos apreciable esta ventaja, que va a permitir
usar la bicicleta incluso a personas que con el pedal tradicional encuentran dificultades
para recorridos con pendientes o bien personas que lleven cargada la bicicleta, por lo
que queda suficientemente demostrada la mejora que supone la invención respecto al
sistema tradicional.
El gran pedal no sólo es adaptable a bicicletas, sino que es igual de válido para otros vehículos donde se emplee el sistema de biela y pedal, ya sean de dos o más ruedas, o
bien acuáticos a pedal, etc. ya que el efecto sería el mismo descrito, es decir, el
aumentar considerablemente el brazo de palanca con que se actúa.
Descrita suficientemente la naturaleza del invento, así como la manera de realizarlo en la práctica, debe hacerse constar que las disposiciones anteriormente indicadas y
representadas en los dibujos adjuntos son subceptibles de modificaciones de detalle en
cuanto no alteren su principio fundamental.