WO2002028680A1 - Sistema de tracción por pedales mediante bielas independientes sin punto muerto - Google Patents

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WO2002028680A1
WO2002028680A1 PCT/ES2001/000001 ES0100001W WO0228680A1 WO 2002028680 A1 WO2002028680 A1 WO 2002028680A1 ES 0100001 W ES0100001 W ES 0100001W WO 0228680 A1 WO0228680 A1 WO 0228680A1
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bottom bracket
pivot
power plate
mechanical
plate
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Pablo Carrasco Vergara
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Rotor Componentes Tecnologicos, S.L.
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    • Y10T74/21—Elements
    • Y10T74/2164—Cranks and pedals
    • Y10T74/2167—Variable

Definitions

  • the present invention concerns a pedal system primarily applicable to bicycles.
  • Said patent US 4,816,009 also includes a variant of said mechanism in which the connecting rods move said offset power plate through bolts that move through two diametrically opposite grooves made in said plate; in this case the speed variation for the connecting rods corresponds to a sine function.
  • Biomechanical problem in this case it is an intrinsic problem to the system of handles, because to achieve with a system of independent connecting rods with variable development a significant improvement that justifies the complication of the system with respect to the conventional pedaling system, the variation of Crank speeds must also be significant, which means that the aforementioned effect of saw teeth on the speed and torque request functions becomes more important: as the cranks approach their maximum torque position they suffer a strong deceleration , while, after this point, the acceleration suffered by the connecting rods is more gradual, as shown in Figure 1, where the origin of the cycle in the upper dead center (PMS) is taken.
  • PMS upper dead center
  • Figure 1 shows the velocity and relative development or torque request curves during a complete cycle for any one of the pedals corresponding to an off-center power plate mechanism and handles.
  • the position corresponding to the upper dead center (PMS) has been taken as the origin of the cycle.
  • Figure 2 shows the velocity and relative development or torque request curves during a complete cycle for any one of the pedals corresponding to an off-center power plate mechanism and pushers.
  • the position corresponding to the upper dead center (PMS) has been taken as the origin of the cycle.
  • Figure 3 shows, in elevation, a mechanical configuration corresponding to the present invention.
  • Figures 4 and 5 show, in elevation and plan respectively, a preferred mechanism corresponding to said invention.
  • FIGS 6, 7 and 8 show particular solutions in said mechanism, as will be seen later.
  • the present application also proposes a mechanism, attachable to bicycle bottom brackets and the like, based on an offset power plate, but which basically comes to solve the biomechanical problem described that corresponds to the previous ones.
  • use is also made of independent connecting rods (2 and 3) that revolve around an axis (E1) corresponding to the bottom bracket, and capable of coupling pedals at their ends; of a bottom bracket (1), which supports said connecting rods; of a power plate (4) - which rotates in its center around an axis (E2) distanced and parallel to the first axis (E1) - which is mounted - free of rotation preferably via a bearing (11) - on a eccentric support (5) attachable to the bottom bracket (0) of the bicycle; and of a transfer arm (6) that is integral with the bottom bracket (1) and with the connecting rod (3) opposite the side of the power plate (4).
  • the power plate (4) can in turn be a carrier of serrated plates (7) to give traction to a wheel by chain.
  • the power to be transmitted from the connecting rod (2) on the side of the plates and from the opposite connecting rod (3) - via the bottom bracket (1) and the arm transfer (6) - is carried out by two connecting elements (8 and 9) fixed by means of pivots (10) at one of its ends to the connecting rod (2) or to the transfer arm (6) respectively, and at the other end to the power plate (4), this pivot fixing remaining for each of said elements at diametrically opposite points of the power plate (4); but in this case, and with the sole purpose of achieving an optimized biomechanics, said connecting elements are arranged as pushers and not as handles, therefore each pivot connecting to the power plate is always ahead of the corresponding pivot connecting to the connecting rod or transfer arm, that is, when an effective torque input from each connecting rod occurs, said connecting elements will work under compression rather than
  • connection elements (8 and 9) as pushers, a kinematic variation is achieved with respect to the handles that the biomechanical improvement described above entails, but on a mechanical level, it is not simply a question of hooking the connection elements of a or another way: since each pivot connecting to the power plate (4) is always ahead of its own pusher, the anchoring points or arms for the serrated plates will have to be placed in front of said pivots so that the pushers do not collide With those arms.
  • each pivot to its connecting element, a bearing (18) or friction bushing for the radial support, and a sandwich of axial bearings or washers of anti-friction material (19 ) to achieve axial stiffness (figure 7).
  • said eccentric Being said support a piece that can be placed in any angular position with respect to the bottom bracket, said eccentric will be positionable according to the user's taste - so that the kinematics of the system can be advanced or delayed -, to later anchor it to the box of bottom bracket making use of the own fixation of the bracket of the bottom bracket - based on the standard threads made in the bottom brackets of the bicycles - and optionally, of one or several captive screws (12) housed in the eccentric, which making Pressure on the bottom bracket itself helps reinforce the fixation.
  • a second improvement is that said eccentric is formed in turn by two eccentrics: one that is part of the bottom bracket bracket, and a second one that surrounds the first and that is fixable with respect to it.
  • the connecting rod (2) on the side of the plates it must have freedom of rotation with respect to the bottom bracket (1), and yet maintain a high lateral stiffness.
  • it is coupled to said shaft by means of bearings with both radial and axial support.
  • the proposed solution is to make use of a nut (14) at the end of the axis - threaded -, which has to be lockable, to avoid loosening.
  • Said blocking is achieved by means of a conical and grooved housing (figure 8) at the end of the shaft, where when a screw (15) with a conical head is tightened, a radial expansion occurs at said end, thereby attaching the fixing between the threads of axle and nut.
  • Said plates, as well as the power plate, will preferably have four anchor points positioned at a diameter of 114 ⁇ 1 mm.
  • the support can be set by the user in the desired position, but it will be provided with marks that serve to be positioned around the optimum described.

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Abstract

Consiste en un sistema de pedaleo que hace uso de bielas independientes, de un plato de potencia - que gira en torno a un eje distanciado y paralelo al de pedalier - que va montado - vía rodamiento - sobre un soporte excéntrico fijable a la caja de pedalier, y de un brazo de transferencia que a través del eje de pedalier es solidario con la biela opuesta al lado de los platos: así el par se transmite desde la biela del lado de los platos y desde el brazo de transferencia mediante sendos empujadores conectados a puntos diametralmente opuestos del plato; durante el pedaleo, según baja cada pedal y la bicicleta va tomando inercia, el desarrollo relativo aumenta paulatinamente, y cuando el pedal se aproxima al final de su fase de descenso y va disminuyendo con rapidez la componente tangencial de la fuerza aplicada, es cuando la solicitación de par decrece más rápidamente.

Description

SISTEMA DE TRACCIÓN POR PEDALES MEDIANTE BIELAS INDEPENDIENTES SIN
PUNTO MUERTO
La presente invención concierne a un sistema de pedales principalmente aplicable a bicicletas.
Se trata de un mecanismo de bielas independientes que en sustitución del pedalier y las bielas con platos convencionales logra una cinemática optimizada para el pedaleo, de forma que cada biela se mueve más lenta durante la bajada del pedal que durante la subida, con lo que se consigue que ambas bielas nunca coincidan en el punto muerto del pedaleo, una arriba y otra abajo. Es consecuencia de esta cinemática que el par que el sistema solicita a las piernas durante la bajada del pedal, cuando se extiende la rodilla, sea mayor que durante la subida, cuando se flexiona la rodilla, lo cual se corresponde con las posibilidades de empuje de los músculos de las piernas.
ESTADO DE LA TÉCNICA
Prácticamente todas las bicicletas desde su origen hasta la actualidad hacen uso de bielas alineadas y enfrentadas las cuales mueven uno o varios platos circulares y centrados en el eje de pedales. De esta forma los pedales describen circunferencias en planos paralelos, encontrándose éstos siempre en puntos diametralmente opuestos en sendas circunferencias y moviéndose a velocidad constante para una velocidad constante de la bicicleta. Sin embargo se sabe que esta cinemática no es la más apropiada, en especial por la existencia del punto muerto en el pedaleo, lo que ha llevado a numerosos intentos de evitar dicho punto muerto, primero mediante el uso de platos ovales, y después mediante el uso de bielas independientes con velocidad y desarrollo variables.
Los platos ovales aminoran el efecto del punto muerto haciendo que la velocidad de paso de los pedales por éste sea más rápida. Sin embargo esta cinemática trae consigo efectos secundarios correspondientes a aceleraciones y deceleraciones en las piernas que suponen un perjuicio, y es por ello que en la actualidad han desaparecido del mercado.
En cuanto a ios sistemas de bielas independientes con velocidad y desarrollo variables, hay varios mecanismos que logran esta cinemática. Una posibilidad es mediante el uso de dos parejas de engranajes elípticos como en la patente US5,899,477 y la solicitud PCT/ES00/00098 correspondientes al mismo inventor de la presente: mientras una pareja de engranajes, desfasados entre ellos 180°, gira a velocidad constante, la segunda pareja que engrana con la primera y que se corresponde con sendas bielas, varia su velocidad alternativamente según una función senoidal. Otra posibilidad, propuesta en las patentes US4.816,009 y US5,067,370, es mediante un plato de potencia que gira en tomo a un eje paralelo y distanciado del eje de pedalier, plato que es arrastrado por las bielas -las cuales giran en torno al eje de pedalier- mediante tiradores anclados en puntos diametralmente opuestos del plato de potencia: de esta forma cuando el plato gira a velocidad constante las bielas irán variando su velocidad - y por tanto su desarrollo relativo o relación de transmisión - debido al descentramiento de dicho plato, que al ir girando hace variar el brazo efectivo de palanca; en este caso las funciones de velocidad y de desarrollo relativo - o solicitación de par - para las bielas, representadas en la figura 1, corresponden a sinusoides deformadas lateralmente hacia dientes de sierra debido al efecto de los tiradores. Dicha patente US4,816,009 también recoge una variante de dicho mecanismo en la que las bielas mueven dicho plato de potencia descentrado a través de bulones que se desplazan por dos ranuras diametralmente opuestas practicadas en dicho plato; en este caso la variación de velocidad para las bielas corresponde a una función senoidal.
En cuanto a la patente US5,899,477 y dicha solicitud PCT/ESOO/00098 - en la que los cuatro engranajes pasan a alojarse dentro del cuadro en una caja de pedalier especial -, se trata de un mecanismo que ha demostrado la eficacia de la cinemática propuesta y que ha logrado introducirse en el mercado. Por lo que a biomecánica se refiere se consiguen mayores niveles de potencia y uniformidad de pedaleo, con menor esfuerzo cardiovascular y menor nivel de fatiga en la articulación de la rodilla. Sin embargo, en cuanto al potencial de mercado, éste se ve limitado por la necesidad de usar un cuadro de bicicleta específico que supone un obstáculo para los fabricantes de bicicletas que tendrían que alterar su proceso de producción, y para los consumidores que han de cambiar de bicicleta.
En lo referente al sistema de plato de potencia de la patente US4,816,009, ya expirada, analizaremos las 2 versiones que incluye:
En cuanto a la versión de ranuras practicadas en el plato de potencia y variación de velocidad senoidal, las ventajas biomecánicas son las mismas antes expuestas; sin embargo se trata de un mecanismo poco fiable por los rozamientos, la mala lubricación y la imposibilidad de mantenerse limpio que suponen dichas ranuras.
En cuanto a la versión correspondiente a los citados tiradores, prácticamente desaparecen estos problemas de fiabilidad pese a ser un mecanismo más complejo; no obstante, presenta dos importantes inconvenientes: ..Problema estructural: Dicha patente describe y reivindica un mecanismo en el que el pedalier estaba formado por dos ejes coaxiales, uno para cada biela, y desde los cuales salen sendas prolongaciones o brazos desde los que se produce la transmisión de potencia mediante respectivos tiradores al plato de potencia. Teniendo en cuenta que es un mecanismo concebido para ser instalado en una caja de pedalier estándar, con el tamaño justo y necesario para albergar un único eje, el problema estructural de tener que integrar dos ejes coaxiales y sus respectivos rodamientos se hace en la práctica insalvable. Además en el lado de los platos tendría que haber suficiente espacio para el plato de potencia y el elemento que le da soporte - vía rodamiento - descentrado respecto a la caja de pedalier, para dichas prolongaciones de los ejes, y para una de las bielas; y esto conllevaría tener que aumentar el espacio entre los pedales, algo totalmente desaconsejable para las piernas que tendrían que ir más abiertas. «.Problema biomecánico: en este caso se trata de un problema intrínseco al sistema de tiradores, pues para conseguir con un sistema de bielas independientes con desarrollo variable una mejora significativa que justifique la complicación del sistema respecto al sistema de pedaleo convencional, la variación de velocidades de las bielas también ha de ser significativa, lo cual conlleva que el efecto antes mencionado de dientes de sierra en las funciones de velocidad y solicitación de par tome mayor importancia: según las bielas se acercan a su posición de máximo par sufren una fuerte deceleración, mientras que, una vez pasado este punto, la aceleración que sufren las bielas es más paulatina, como se muestra en la figura 1 , donde se toma el origen del ciclo en el punto muerto superior (PMS). Este efecto es el que se produce durante la bajada del pedal, cuando cada pierna empuja, y supone igualmente un aumento repentino en la solicitación de par hasta llegar a un máximo, y a partir de ahí un decremento más paulatino. Pues bien, desde el punto de vista biomecánico resulta mucho más apropiado el efecto contrario, esto es, puesto que en cada pedalada hay que volver a acelerar la bicicleta, a medida que ésta va recuperando velocidad, el desarrollo relativo - o la solicitación de par - del pedal cuando baja desde el punto muerto superior, puede ir aumentando paulatinamente, y posteriormente, según el pedal se aproxima al final de su fase de descenso y va ya disminuyendo con rapidez la componente tangencial de la fuerza aplicada -y por ende la posibilidad de realizar fuerza efectiva-, es cuando la solicitación de par puede decrecer con mayor rapidez. Éste es el caso que muestra la figura 2, donde se toma el origen del ciclo en el punto muerto superior (PMS).
El citado problema estructural es el que soluciona la patente US5,067,370, que reivindica una solución particular en la que se hace uso conjunto de los siguientes elementos: a) un único eje que va unido a la biela opuesta al lado de los platos - quedando libre de giro la otra biela respecto de éste -; b) un soporte para dicho eje en la caja de pedalier; y c) un elemento excéntrico - respecto del eje de pedalier - portador del plato de potencia - vía un rodamiento -. Este elemento es excéntrico con la finalidad de descentrar el plato de potencia, y a su vez se monta sobre dicho soporte del eje, pudiendo variar su posición angular respecto de éste con el fin de regular la dirección de dicho descentramiento, y estando dotado de los medios necesarios para anclarlo una vez regulado. En este mecanismo la biela del lado de los platos transmite la fuerza al plato de potencia mediante tirador, mientras la biela opuesta lo hace primero a través del eje a un brazo de transferencia solidario a él, y desde ahí mediante tirador a dicho plato. Así no sólo se soluciona el problema de los dos ejes coaxiales, sino que también se consigue respetar el espacio natural entre pedales. Sin embargo dicha patente US5,067,370 sigue sin dar solución a dicho problema biomecánico. Por último, respecto al estado de la técnica, hay que comentar la existencia de la patente US6,085,613, sin embargo se ha considerado de poca relevancia pues básicamente resulta una particularización de la patente US4.816,009, en concreto en cuanto al sellado y protección de la caja de pedalier y sus dos ejes concéntricos; y en cualquier caso presenta los mismos problemas - estructural y biomecánico - antes citados.
BREVE DESCRIPCIÓN DE LAS FIGURAS
La figura 1 muestra las curvas de velocidad y de desarrollo relativo o solicitación de par durante un ciclo completo para uno cualquiera de los pedales correspondientes a un mecanismo de plato de potencia descentrado y tiradores. Se ha tomado como origen del ciclo la posición correspondiente al punto muerto superior (PMS).
La figura 2 muestra las curvas de velocidad y de desarrollo relativo o solicitación de par durante un ciclo completo para uno cualquiera de los pedales correspondientes a un mecanismo de plato de potencia descentrado y empujadores. Se ha tomado como origen del ciclo la posición correspondiente al punto muerto superior (PMS).
En estas dos figuras se puede ver la tendencia a dientes de sierra anteriormente comentada, y cómo el aumento en la solicitación de par es más brusco en el primer caso que en el segundo.
La figura 3 muestra, en alzado, una configuración mecánica correspondiente a la presente invención. Las figuras 4 y 5 muestran, en alzado y planta respectivamente, un mecanismo preferente correspondiente a dicha invención.
Las figuras 6, 7 y 8 muestran soluciones particulares en dicho mecanismo, como se verá más tarde.
SUMARIO DE LA INVENCIÓN
La presente solicitud propone también un mecanismo, acoplable a las cajas de pedalier de bicicletas y similares, basado en plato de potencia descentrado, pero que fundamentalmente viene a solucionar el problema biomecánico descrito que corresponde a los anteriores. En este caso también se hace uso de bielas independientes (2 y 3) que giran en torno a un eje (E1) correspondiente al pedalier, y capaces de acoplar pedales en sus extremos; de un eje de pedalier (1), que da soporte a dichas bielas; de un plato de potencia (4) - que gira en su centro en torno a un eje (E2) distanciado y paralelo al primer eje (E1) - el cual va montado - libre de giro preferentemente vía un rodamiento (11) - sobre un soporte excéntrico (5) fijable a la caja de pedalier (0) de la bicicleta; y de un brazo de transferencia (6) que es solidario con el eje de pedalier (1) y con la biela (3) opuesta al lado del plato de potencia (4). Lógicamente y al igual que los citados mecanismos, el plato de potencia (4) a su vez puede ser portador de platos dentados (7) para dar tracción a una rueda mediante cadena. Como en los mecanismos correspondientes a US4,816,009 y a US5,067,370, la potencia a transmitir desde la biela (2) del lado de los platos y desde la biela opuesta (3) - vía el eje de pedalier (1) y el brazo de transferencia (6) - se realiza por sendos elementos de conexión (8 y 9) fijados mediante pivotes (10) en uno de sus extremos a la biela (2) o al brazo de transferencia (6) respectivamente, y en el otro extremo al plato de potencia (4), quedando esta fijación por pivote para cada uno de dichos elementos en puntos diametralmente opuestos del plato de potencia (4); pero en este caso, y con el fin exclusivo de lograr una biomecánica optimizada, dichos elementos de conexión se disponen como empujadores y no como tiradores, yendo por tanto cada pivote de unión al plato de potencia siempre por delante del correspondiente pivote de unión a la biela o brazo de transferencia, esto es, cuando se produce una entrada efectiva de par desde cada biela, dichos elementos de conexión trabajarán a compresión en lugar de a tracción. Lejos de suponer una diferencia trivial, resulta de dicha disposición la citada mejora, ya que se consigue una inversión cinemática respecto a un sistema con tiradores, y el resultado es que los pedales se deceleran más suavemente y se aceleran más rápidamente, según la figura 2, consiguiéndose de esta forma que en cada pedalada, al propulsar la bicicleta, a medida que ésta va tomando inercia, el desarrollo relativo - o la solicitación de par - del pedal, cuando baja desde el punto muerto superior, pueda ir aumentando paulatinamente, y posteriormente, según el pedal se va acercando al final de su fase de descenso y va disminuyendo la componente tangencial de la fuerza aplicada, sea cuando la solicitación de par decrezca con mayor rapidez. Así se consigue una mejora en la entrega de potencia y un mayor rendimiento para el esfuerzo del ciclista, lo que supone una diferencia cualitativa ciara respecto al estado de la técnica.
Lógicamente se hace uso de los medios necesarios para dar soporte y protección, y asegurar las piezas del mecanismo, como pueden ser: rodamientos, retenes, tornillos, tuercas, etc.
DESCRIPCIÓN DE MECANISMOS PREFERENTES
A la hora de materializar la configuración mecánica antes descrita se pueden introducir algunas soluciones que permitirán el correcto funcionamiento del sistema. El mecanismo resultante se muestra en las figuras 4 y 5.
• Sobre los pedales de una bicicleta se llegan a aplicar cargas muy elevadas, bien sea por una fuerte aplicación de par en un momento determinado o bien por estar de pie sobre los pedales cuando en marcha se afronta un escalón, salto o similar. En ese caso la solicitación mecánica sobre los pivotes (10) y el rodamiento (11) que da soporte al plato de potencia (4) podría llegar a ser crítica debido a la multiplicación de los esfuerzos que supone la relación de palanca entre las distancias pedal-pedalier y pivote-pedalier. Por ello resulta necesario que la distancia desde los pivotes (10) al eje de pedalier (1) sea lo más grande posible. Dado que la fuerza que transmiten los elementos de conexión (8 y 9) desde la biela (2) y desde el brazo de transferencia (6) al plato de potencia ha de ser preferentemente en la dirección tangencial de giro, igualmente interesa que la fijación de los pivotes a dicho plato se encuentre en puntos lo más alejados de su centro (E2) que sea posible. Con ello se conseguirá además mayor espacio libre en el centro del plato de potencia de forma que permitirá el uso de un rodamiento (11) de mayores dimensiones y por tanto capaz de soportar cargas mayores. • Sin embargo, existe una limitación a la distancia entre los pivotes en el plato de potencia, materializada en los dos platos dentados (7) que debe acoplar - cuando se va a dar tracción mediante cadena con dos o tres platos -, ya que los pivotes tienen que respetar el espacio requerido para la cadena en dichos platos, respetando además los brazos de que dispone cada plato dentado para su anclaje al plato de potencia. Como los pivotes han de situarse en puntos diametralmente opuestos del plato de potencia, la configuración ideal para los brazos de los platos dentados corresponde a un número par, preferentemente cuatro, de forma que se respeten dos espacios simétricos libres, que permitirán el movimiento que realizan los elementos de conexión y pivotes, a la mayor distancia, y por tanto pivotes y rodamientos soportarán menos carga. Así desaparece la limitación a dicha distancia que corresponde a los brazos de los platos, y que se da en el caso de cinco puntos de anclaje correspondiente a platos estándar. Una ventaja añadida al usar platos de cuatro brazos es que puesto que dichos brazos dejan de suponer un obstáculo para la situación de los pivotes, los puntos de anclaje para los platos en el plato de potencia pueden situarse a menor distancia del centro, y ello permite hacer uso de platos más pequeños en el caso del segundo plato, cuyo diámetro siempre queda limitado por abajo debido a los anclajes al plato de potencia.
• Al haber dispuesto los elementos de conexión (8 y 9) como empujadores, se consigue una variación cinemática respecto a los tiradores que conlleva la mejora biomecánica antes descrita, pero a nivel mecánico, no se trata simplemente de enganchar los elementos de conexión de una u otra forma: ya que cada pivote de conexión al plato de potencia (4) va siempre por delante de su propio empujador, los puntos o brazos de anclaje para los platos dentados tendrán que situarse por delante de dichos pivotes para que los empujadores no choquen con dichos brazos.
• Dado que se pretende hacer uso, para dar soporte libre de giro al plato de potencia, de un rodamiento (11) con la mayor dimensión que el volumen del sistema permita, existe una limitación en el caso de usar tres platos dentados, ya que el tercer plato, el más pequeño, ha de tener un diámetro holgadamente mayor que el de dicho rodamiento. Para poder utilizar el menor plato posible dicho plato habrá de colocarse en el lado interior del rodamiento, y anclarse al plato de potencia no con un anclaje con tornillos estándar (16) como los platos mayores, sino con tornillos pequeños (13), de forma que se minimice el espacio requerido para su anclaje. Además esta fijación del tercer plato contiguo a dicho rodamiento se puede aprovechar para asegurar la fijación de este rodamiento al plato de potencia.
• Por otra parte, las fuerzas motrices que transmiten los elementos de conexión o empujadores (8 y 9) están contenidas en un plano paralelo al que contiene el rodamiento
(11) que da soporte al plato de potencia. De ello resulta un par transversal sobre dicho rodamiento que puede resultar perjudicial. Para aminorar este efecto se hace uso de dos rótulas (17) - o también rodamientos - alineadas en la unión de cada pivote (10) a su elemento de conexión o empujador (figura 6). Con ello se consigue aumentar la rigidez lateral del sistema creando dos puentes rígidos: uno entre la biela (2), el elemento de conexión o empujador (8) y el plato de potencia (4); y otro entre el brazo de transferencia (6), el elemento de conexión o empujador (9) y el plato de potencia (4). Igualmente podría conseguirse una elevada rigidez lateral haciendo uso en la unión de cada pivote a su elemento de conexión, de un rodamiento (18) o caequillo de fricción para el apoyo radial, y de un sandwich de rodamientos axiales o arandelas de material antifricción (19) para lograr la rigidez axial (figura 7).
• Respecto al soporte excéntrico (5) portador del plato de potencia (4) - vía el rodamiento (11) -, que como se ha dicho ha de ser fijable a la caja de pedalier (0) de la bicicleta, la solución que se propone es que sea la misma pieza que da soporte al eje de pedalier - mediante rodamientos -, la que en su prolongación exterior hacia el lado de los platos sea excéntrica. De este modo el soporte (5) lo es en el exterior de la caja de pedalier para el plato de potencia (4), y en el interior para el eje de pedalier (1). Al ser dicho soporte una pieza que se puede colocar en cualquier posición angular respecto a la caja de pedalier, será posicionable dicha excéntrica según el gusto del usuario - de forma que la cinemática del sistema podrá adelantarse o retrasarse -, para posteriormente anclarla a la caja de pedalier haciendo uso conjunto de la propia fijación del soporte del eje de pedalier - basado en las roscas estándar practicadas en las cajas de pedalier de las bicicletas - y opcionalmente, de uno o varios tornillos prisioneros (12) alojados en la excéntrica, que haciendo presión sobre la propia caja de pedalier ayuden a reforzar la fijación. Una segunda mejora, no representada en las figuras, es que dicha excéntrica esté formada a su vez por dos excéntricas: una que forma parte del soporte del pedalier, y una segunda que rodea a la primera y que es fijable respecto a ella. Así, según se vayan desalineando ambas excentricidades, irá disminuyendo el valor de la excentricidad total; sin embargo esta mejora no se considera una opción preferente, por robustez y simplicidad, y se considera más interesante la opción de tener en el mercado distintos soportes excéntricos acoplables al sistema pero con distintas excentricidades.
• En cuanto a la biela (2) del lado de los platos, ha de tener libertad de giro respecto al eje de pedalier (1), y sin embargo mantener una gran rigidez lateral. Para ello se acopla en dicho eje mediante rodamientos con apoyo tanto radial como axial. Para conseguir el apriete axial que garantice la citada rigidez, la solución que se propone es hacer uso de una tuerca (14) en el extremo del eje - roscado -, la cual ha de ser bloqueable, para evitar que se afloje. Dicho bloqueo se consigue mediante un alojamiento cónico y ranurado (figura 8) en el extremo del eje, donde al apretar un tornillo (15) con cabeza cónica, se produce una expansión radial en dicho extremo con lo que se logra la fijación entre las roscas del eje y la tuerca. • Por último, hay que comentar que para lograr una biomecánica óptima en cuanto al rendimiento deportivo, hay dos valores fundamentales: a) la relación entre desarrollos relativos máximo y mínimo, lo cual está directamente relacionado con el ángulo mínimo que llega a darse entre bielas; y b) la posición angular en que se fija el soporte excéntrico (5) respecto a la horizontal, que está directamente relacionado con la posición angular donde se encuentra la posición de máxima solicitación de par. Para el primer valor (a) se propone un valor óptimo de 1.4 ± 0.07, que equivale a un ángulo mínimo entre bielas de 161.5° ± 2.5°. Para el segundo valor (b) se propone un óptimo entre 15° y 22°, lo que equivale a una posición de máximo par entre los 9° y los 16° por debajo de la horizontal. Como el primero de estos valores (a) depende directamente de las dimensiones principales del sistema - salvo factor de escala, que afecta a la capacidad mecánica del sistema -, estas dimensiones se dan a continuación para lo que se considera óptimo:
- excentricidad del soporte excéntrico (5): 7.7 ± 1 mm
- longitud de elementos de conexión (8 y 9): 28.5 ± 2.5 mm - distancia del eje de pedalier (1 ) al pivote (10) en la biela (2): 52 ± 5 mm
- distancia del centro (E2) al pivote (10) en el plato de potencia (4): 49 ± 5 mm
Son en estas dimensiones donde, buscando la mayor capacidad de carga y la posibilidad de usar platos de dientes de diámetros estándar, se ha buscado el mayor factor de escala posible.
Dichos platos, así como el plato de potencia dispondrán preferentemente de cuatro puntos de anclaje posicionados en un diámetro de 114 ± 1 mm. En cuanto al segundo valor (b), el soporte es fijable por el usuario en la posición que desee, pero estará dotado de marcas que sirvan para ser posicionado en torno al óptimo descrito.

Claims

REIVINDICACIONES
Se reivindica como nuevo y de propia invención:
1) Un sistema mecánico de pedaleo acoplable a una caja de pedalier que comprende: un eje de pedalier (1), con los rodamientos y el soporte necesario para ser acoplado a dicha caja de pedalier (0); dos bielas (2 y 3), una de ellas (3) solidaria a dicho eje de pedalier y la otra (2) con libre giro respecto de éste; • un plato de potencia (4), que gira en su centro en torno a un eje (E2) distanciado y paralelo al eje de pedalier (1); un soporte excéntrico (5) a un lado de la caja de pedalier (0), siendo fijable a ésta, y que es excéntrico respecto al eje de pedalier (1), con la finalidad de dar soporte a dicho plato de potencia, con libertad de giro, (4); • un brazo de transferencia (6), que a través de dicho eje de pedalier (1) es solidario con la biela (3) opuesta al lado de dicho plato (4); dos elementos de conexión, el primero de ellos (8) unido por uno de sus extremos a la biela (2) del lado del plato de potencia (4) y por el otro extremo a dicho plato de potencia, y el segundo elemento (9) unido por uno de sus extremos a dicho brazo de transferencia (6) y por el otro extremo al plato de potencia (4) , siendo estas cuatro uniones mediante pivote (10), y quedando las dos uniones de pivote correspondientes al plato de potencia en puntos diametralmente opuestos de dicho plato; y que está caracterizado por que con el fin exclusivo de lograr una biomecánica optimizada, dichos elementos de conexión se disponen como empujadores y no como tiradores, yendo por tanto cada pivote de unión al plato de potencia siempre por delante del correspondiente pivote de unión a la biela o brazo de transferencia; resultando de dicha disposición la citada mejora, ya que se consigue una inversión cinemática respecto a un sistema con tiradores, y el resultado es que los pedales se deceleran más lentamente y se aceleran más rápidamente, consiguiéndose de esta forma que en cada pedalada, al propulsar la bicicleta, a medida que ésta va tomando inercia, el desarrollo relativo vaya creciendo suavemente, y posteriormente, según el pedal se va acercando al final de su fase de descenso y va disminuyendo la componente tangencial de la fuerza aplicada, sea cuando la solicitación de par decrezca con mayor rapidez. 2) Un sistema mecánico de pedaleo según la reivindicación 1, caracterizado por que dicho plato de potencia (4) es portador de platos dentados (7) con la finalidad de dar tracción a una rueda trasera de bicicleta mediante cadena.
3) Un sistema mecánico de pedaleo según la reivindicación 2, caracterizado por que dicho plato de potencia (4) está dotado de cuatro puntos de anclaje para dos platos dentados (7), los cuales respetan dos espacios libres simétricos que permiten el juego de los elementos de conexión o empujadores (8 y 9), quedando cada uno de los puntos de anclaje de los pivotes (10) correspondientes al plato de potencia (4), por detrás de uno de dichos puntos de anclaje.
4) Un sistema mecánico de pedaleo según la reivindicación 1, caracterizado por que se hace uso de dos rótulas (17) alineadas en la unión de cada pivote (10) a su elemento de conexión o empujador (8 y 9), con la finalidad de aportar rigidez a la unión pivote-elemento de conexión.
5) Un sistema mecánico de pedaleo según la reivindicación 1 , caracterizado por que se hace uso de dos rodamientos alineados en la unión de cada pivote (10) a su elemento de conexión o empujador (8 y 9), con la finalidad de aportar rigidez a la unión pivote-elemento de conexión.
6) Un sistema mecánico de pedaleo según la reivindicación 1, caracterizado por que en la unión de cada pivote (10) a su elemento de conexión o empujador (8 y 9), con la finalidad de aportar rigidez a la unión pivote-elemento de conexión, se hace uso de un sandwich de arandelas (19) de material antifricción.
7) Un sistema mecánico de pedaleo según la reivindicación 1 , caracterizado por que en la unión de cada pivote (10) a su elemento de conexión o empujador (8 y 9), con la finalidad de aportar rigidez a la unión pivote-elemento de conexión, se hace uso de un sandwich de rodamientos axiales.
8) Un sistema mecánico de pedaleo según la reivindicación 1, caracterizado por que dicho soporte excéntrico (5) está conformado por el propio soporte del eje de pedalier en su prolongación hacia el exterior de la caja de pedalier (0); tratándose por tanto de una pieza fijable a la caja de pedalier, que da soporte interiormente al eje de pedalier (1) con eje (E1) en la caja de pedalier, y exteriormente al plato de potencia (4) con eje (E2) paralelo y distanciado al de pedalier.
9) Un sistema mecánico de pedaleo según la reivindicación 8, caracterizado por que dicho soporte excéntrico (5), se rosca a la caja de pedalier (0) para conseguir su fijación, haciendo uso de las propias roscas de la caja de pedalier; al ser dicho soporte una pieza enroscabie que se puede colocar en cualquier posición angular respecto a la caja de pedalier, la dirección de la excentricidad será posicionable según el gusto del usuario.
10) Un sistema mecánico de pedaleo según la reivindicación 9, caracterizado por que dicho soporte excéntrico (5), para reforzar su fijación a la caja de pedalier (0), hace uso de uno o varios tornillos prisioneros (12) que presionan sobre dicha caja de pedalier.
11) Un sistema mecánico de pedaleo según la reivindicación 9, caracterizado por que dicho soporte excéntrico (5) está formado a su vez por dos excéntricas: una que forma parte del soporte del pedalier, y una segunda que rodea a la primera y que es fijable respecto a ella, pudiéndose variar la posición relativa entre ambas excéntricas, con lo que la excentricidad total es modificable.
12) Un conjunto de soportes excéntricos (5) según la reivindicación 9, caracterizado por que está formado por piezas intercambiables y con excentricidades diferentes, con lo que al hacer uso de los distintos elementos de dicho conjunto se puede variar la cinemática del sistema.
13) Un sistema mecánico de pedaleo según la reivindicación 2, caracterizado por que dicho plato de potencia (4), con el fin de acoplar en su cara interior un tercer plato dentado, dispone de taladros roscados para la fijación mediante tomillos (13), y aprovecha la colocación lateral del plato para fijar lateralmente al rodamiento (11) que le da soporte.
14) Un sistema mecánico de pedaleo según la reivindicación 1, caracterizado por que la biela (2) que es independiente respecto al eje de pedalier (1), se acopla en dicho eje mediante rodamientos con apoyo tanto radial como axial, y se aprieta axialmente haciendo uso de una tuerca (14) en el extremo de dicho eje; siendo dicha tuerca bloqueable mediante un alojamiento cónico y ranurado en el extremo del eje, de forma que al apretar un tornillo (15) con cabeza cónica, se produce una expansión radial en dicho extremo que logra la fijación entre las roscas del eje y la tuerca.
15) Un sistema mecánico de pedaleo según la reivindicación 1, caracterizado por que para lograr la optimización en la relación de prestaciones biomecánicas y mecánicas, la relación entre desarrollos relativos máximo y mínimo presenta un valor de 1.4 ± 0.07, lo cual equivale a un ángulo mínimo entre bielas de 161.5° ± 2.5°; y las dimensiones principales del sistema son:
- excentricidad del soporte excéntrico (5): 7.7 ± 1 mm
- longitud de elementos de conexión (8 y 9): 28.5 ± 2.5 mm
- distancia del eje de pedalier (1) al pivote (10) en la biela (2): 52 ± 5 mm
- distancia del centro (E2) al pivote (10) en el plato de potencia (4): 49 ± 5 mm REIVINDICACIONES MODIFICADAS
[recibidas por la oficina Internacional el 27 de noviembre de 2001 (27.11.01); reivindicaciones 1 a 3 remplazadas por nueva reivindicación 1; otras reivindicaciones sin modificación (2 páginas)]
REIVINDICACIONES
Se reivindica como nuevo y de propia invención:
1) Un sistema mecánico de pedaleo acoplable a una caja de pedalier que comprende: un eje de pedalier (1 ), con los rociamientos y el soporte necesario para ser acoplado a dicha caja de pedalier (0); dos bielas (2 y 3), una de ellas (3) solidaria a dicho eje de pedalier y la otra (2) con libre giro respecto de éste; • un plato de potencia (4), que gira en su centro en torno a un eje (E2) distanciado y paralelo al eje de pedalier (1), y que es portador de platos dentados para dar tracción; un soporte excéntrico (5) a un lado de la caja de pedalier (0), siendo fijable a ésta, y que es excéntrico respecto al eje de pedalier (1), con la finalidad de dar soporte a dicho plato de potencia, con libertad de giro, (4); un brazo de transferencia (6), que a través de dicho eje de pedalier (1 ) es solidario con la biela (3) opuesta al lado de dicho plato (4); dos elementos de conexión, el primero de ellos (8) unido por uno de sus extremos a la biela (2) del lado del plato de potencia (4) y por el otro extremo a dicho plato de potencia, y el segundo elemento (9) unido por uno de sus extremos a dicho brazo de transferencia (6) y por el otro extremo al plato de potencia (4) , siendo estas cuatro uniones mediante pivote (10), y quedando las dos uniones de pivote correspondientes al plato de potencia en puntos diametralmente opuestos de dicho plato; que está caracterizado por que con el fin exclusivo de lograr una biomecánica optimizada, dichos elementos de conexión se disponen como empujadores y no como tiradores, yendo por tanto cada pivote de unión al plato de potencia siempre por delante del correspondiente pivote de unión a la biela o brazo de transferencia; resultando de dicha disposición la citada mejora, ya que se consigue una inversión cinemática respecto a un sistema con tiradores, y el resultado es que los pedales se deceleran más lentamente y se aceleran más rápidamente, consiguiéndose de esta forma que en cada pedalada, al propulsar la bicicleta, a medida que ésta va tomando inercia, el desarrollo relativo vaya creciendo suavemente, y posteriormente, según el pedal se va acercando al final de su fase de descenso y va disminuyendo la componente tangencial de la fuerza aplicada, sea cuando la solicitación de par decrezca con mayor rapidez; y por que con el fin específico de lograr la resistencia estructural necesaria, dicho plato de potencia (4) está dotado de un número par de puntos de anclaje para platos dentados (7), los cuales respetan dos espacios libres simétricos que permiten el juego de los empujadores (8 y 9), quedando cada uno de los puntos de anclaje de los pivotes (10) correspondientes al plato de potencia (4), por detrás de uno de dichos puntos de anclaje para platos dentados.
4) Un sistema mecánico de pedaleo según la reivindicación 1 , caracterizado por que se hace uso de dos rótulas (17) alineadas en la unión de cada pivote (10) a su elemento de conexión o empujador (8 y 9), con la finalidad de aportar rigidez a la unión pivote-elemento de conexión. 5) Un sistema mecánico de pedaleo según la reivindicación 1, caracterizado por que se hace uso de dos rodamientos alineados en la unión de cada pivote (10) a su elemento de conexión o empujador (8 y 9), con la finalidad de aportar rigidez a la unión pivote-elemento de conexión.
6) Un sistema mecánico de pedaleo según la reivindicación 1 , caracterizado por que en la unión de cada pivote (10) a su elemento de conexión o empujador (8 y 9), con la finalidad de aportar rigidez a la unión pivote-elemento de conexión, se hace uso de un sandwich de arandelas (19) de material antifricción.
7) Un sistema mecánico de pedaleo según la reivindicación 1 , caracterizado por que en la unión de cada pivote (10) a su elemento de conexión o empujador (8 y 9), con la finalidad de aportar rigidez a la unión pivote-elemento de conexión, se hace uso de un sandwich de rodamientos axiales.
8) Un sistema mecánico de pedaleo según la reivindicación 1 , caracterizado por que dicho soporte excéntrico (5) está conformado por el propio soporte del eje de pedalier en su prolongación hacia el exterior de la caja de pedalier (0); tratándose por tanto de una pieza fijable a la caja de pedalier, que da soporte interiormente al eje de pedalier (1) con eje (E1) en la caja de pedalier, y exteriormente al plato de potencia (4) con eje (E2) paralelo y distanciado al de pedalier.
9) Un sistema mecánico de pedaleo según la reivindicación 8, caracterizado por que dicho soporte excéntrico (5), se rosca a la caja de pedalier (0) para conseguir su fijación, haciendo uso de las propias roscas de la caja de pedalier; al ser dicho soporte una pieza enroscable que se puede colocar en cualquier posición angular respecto a la caja de pedalier, la dirección de la excentricidad será posicionable según el gusto del usuario.
10) Un sistema mecánico de pedaleo según la reivindicación 9, caracterizado por que dicho soporte excéntrico (5), para reforzar su fijación a la caja de pedalier (0), hace uso de uno o varios tornillos prisioneros (12) que presionan sobre dicha caja de pedalier. 11 ) Un sistema mecánico de pedaleo según la reivindicación 9, caracterizado por que dicho soporte excéntrico (5) está formado a su vez por dos excéntricas: una que forma parte del soporte del pedalier, y una segunda que rodea a la primera y que es fijable respecto a ella, pudiéndose variar la posición relativa entre ambas excéntricas, con lo que la excentricidad total es modificable.
12) Un conjunto de soportes excéntricos (5) según la reivindicación 9, caracterizado por que está formado por piezas intercambiables y con excentricidades diferentes, con lo que al hacer uso de los distintos elementos de dicho conjunto se puede variar la cinemática del sistema. 13) Un sistema mecánico de pedaleo según la reivindicación 2, caracterizado por que dicho plato de potencia (4), con el fin de acoplar en su cara interior un tercer plato dentado, dispone de taladros roscados para la fijación mediante tornillos (13), y aprovecha la colocación lateral del plato para fijar lateralmente al rodamiento (11) que le da soporte. 14) Un sistema mecánico de pedaleo según la reivindicación 1 , caracterizado por que la biela (2) que es independiente respecto al eje de pedalier (1 ), se acopla en dicho eje mediante rodamientos con apoyo tanto radial como axial, y se aprieta axialmente haciendo uso de una tuerca (14) en el extremo de dicho eje; siendo dicha tuerca bloqueable mediante un alojamiento cónico y ranurado en el extremo del eje, de forma que al apretar un tornillo (15) con cabeza cónica, se produce una expansión radial en dicho extremo que logra la fijación entre las roscas del eje y la tuerca.
15) Un sistema mecánico de pedaleo según la reivindicación 1, caracterizado por que para lograr la optimización en la relación de prestaciones biomecánicas y mecánicas, la relación entre desarrollos relativos máximo y mínimo presenta un valor de 1.4 ± 0.07, lo cual equivale a un ángulo mínimo entre bielas de 161.5° ± 2.5°; y las dimensiones principales del sistema son:
- excentricidad del soporte excéntrico (5): 7.7 ± 1 mm
- longitud de elementos de conexión (8 y 9): 28.5 ± 2.5 mm
- distancia del eje de pedalier (1) al pivote (10) en la biela (2): 52 ± 5 mm - distancia del centro (E2) al pivote (10) en el plato de potencia (4): 49 ± 5 mm DECLARACIÓN SEGÚN EL ARTICULO 19.1 DEL TRATADO PCT.
Tras la emisión del Informe de Búsqueda Internacional en el expediente de la PCT/ESO 1/00001 por BIELAS INDEPENDIENTES SIN PUNTO MUERTO, y ante el resultado del mismo, junto con la presente declaración se presenta nueva redacción de las reivindicaciones contenidas en esta patente, todo ello en virtud del artículo 19 del Trato de Cooperación en Materia de Patentes.
Así, en el referido Informe de Búsqueda Internacional han sido señaladas, a demás de otras patentes calificadas con la letra (A), las patentes: US 5442972 con la calificación Y) para las reivindicaciones 1,2,11, y la patente US 5067370 con (Y) para las reivindicaciones 1,2,11, y ( A) para la 9.
Por este motivo, y con objeto de destacar más claramente las diferencias existentes entre el mecanismo de bielas independientes sin punto muerto descrito en la PCT ESO 1/ 00001 y el contenido en las ya citadas patentes, se ha refundido en una única reivindicación las numeradas originariamente como 1, 2 y 3.
De esta forma, la PCT/ES/00001 resuelve problemas biomecánicos y estructurales no conseguidos en las patentes que hemos señalado.
Así una de las patentes señaladas co o antecedente (Y) en el Informe de Búsqueda Internacional de nuestra PCT, la US 5442972, presentaba algunas novedades desde el plano biomecánico respecto al Estado de la Técnica anterior, si bien no llegaba a aportar un mecanismo que fuera viable para bicicletas. Y la otra patente mencionada, la US 5067370, si bien presenta una configuración mecánica sknilar a la de la PCT/ES/00001, no incluye ni la optimización biomecánica ni la optimización estructural que hacen al mecanismo competitivo en cuanto al rendimiento biomecánico-deportivo y fiable en cuanto a su resistencia estructural.
Por el contrario, el sistema reivindicado por la PCT/ES/00001, consigue en un único mecanismo mejorar la biomecánica y a su vez resolver definitivamente el tema estructural que hace viable su aplicación.
La resistencia estrαctural no conseguida en la patente señalada US 5067370, se obtiene en la PCT/ESO 1/00001 al dotar al plato de potencia de un número par de puntos de anclaje para platos dentados, que respeta en su configuración la actuación de los empujadores al quedar situado los puntos de anclaje de los pivotes correspondientes al plato de potencia por detrás de los puntos de anclaje para los platos dentados.
Finalmente, destacar que la refundición de las tres primeras reivindicaciones en una nueva Ia, pretende la protección de la configuración mecánica más concreta, según venimos indicando, salvando así los documentos de las patentes citados, ya que en ellos no se contiene esta misma configuración mecánica, como señala el hecho de que la reivindicación 3 de nuestra patente no hubiera sido citada en el Informe de Búsqueda Internacional.
De esta forma, el mecanismo de bielas independientes sin punto muerto descrito en la PCT/ESO 1/00001 da soluciones no obtenidas en los mecanismos protegidos por las patentes US
5442972 y US 5067370.
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