WO2010010206A1 - Convertidor de movimiento lineal alternativo en rotatorio - Google Patents

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WO2010010206A1
WO2010010206A1 PCT/ES2009/000367 ES2009000367W WO2010010206A1 WO 2010010206 A1 WO2010010206 A1 WO 2010010206A1 ES 2009000367 W ES2009000367 W ES 2009000367W WO 2010010206 A1 WO2010010206 A1 WO 2010010206A1
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bars
support
rail
teeth
guide structure
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WO2010010206A4 (es
Inventor
Angel Asterio Zignoli Santero
Original Assignee
Angel Asterio Zignoli Santero
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Application filed by Angel Asterio Zignoli Santero filed Critical Angel Asterio Zignoli Santero
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16H—GEARING
    • F16H19/00—Gearings comprising essentially only toothed gears or friction members and not capable of conveying indefinitely-continuing rotary motion
    • F16H19/02—Gearings comprising essentially only toothed gears or friction members and not capable of conveying indefinitely-continuing rotary motion for interconverting rotary or oscillating motion and reciprocating motion
    • F16H19/04—Gearings comprising essentially only toothed gears or friction members and not capable of conveying indefinitely-continuing rotary motion for interconverting rotary or oscillating motion and reciprocating motion comprising a rack
    • F16H19/043—Gearings comprising essentially only toothed gears or friction members and not capable of conveying indefinitely-continuing rotary motion for interconverting rotary or oscillating motion and reciprocating motion comprising a rack for converting reciprocating movement in a continuous rotary movement or vice versa, e.g. by opposite racks engaging intermittently for a part of the stroke
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16H—GEARING
    • F16H19/00—Gearings comprising essentially only toothed gears or friction members and not capable of conveying indefinitely-continuing rotary motion
    • F16H19/02—Gearings comprising essentially only toothed gears or friction members and not capable of conveying indefinitely-continuing rotary motion for interconverting rotary or oscillating motion and reciprocating motion
    • F16H19/04—Gearings comprising essentially only toothed gears or friction members and not capable of conveying indefinitely-continuing rotary motion for interconverting rotary or oscillating motion and reciprocating motion comprising a rack

Definitions

  • the objective of this invention is to achieve a rotational (circular) movement from the straight back and forth movement with the path shown in Figure 1.
  • This invention belongs globally to the set of mechanical developments that transform straight movement into circular or rotary movement. Although in this invention it is intended that its main application is to propel cars, bicycles, or vehicles in general.
  • three structures consist of two paired gears (la, Ib), a thrust piece consisting of toothed bars and shells (2) and a guide support (3).
  • a paired gears or both
  • a cogwheel responsible for transmitting, by means of a chain or belt, the traction force wherever it is needed.
  • the force is applied on the enveloping thrust piece, whose teeth rotate both gears constantly, synchronously, and unidirectionally.
  • crankshaft-connecting rod (or crank) method is the known crankshaft-connecting rod (or crank) method.
  • the object of the invention described herein is to make a much more efficient system to achieve continuous circular motion, and thus save energy or effort.
  • This converter when working at less speed does not need refrigeration, and is relatively simple to manufacture and assemble, and predictably much cheaper to manufacture and with much less investment. And its mechanics are very simple, unlike the complexity of construction and control of an explosion engine. On the contrary, this converter needs a system that provides the linear impulse; This could be electric by means of batteries.
  • This converter system basically consists of 3 elements: paired gears, consisting of two gear wheels with bearings in their centers.
  • b- thrust piece it consists of two sprockets facing each other and joined by semicircular arches at their ends; so that they externally surround both gears and thus perform double traction (figures 15, 16 and 17).
  • c- Base structure supports the other elements and guides the thrust piece. On it pivots the thrust piece during the changes of direction. In this structure are also the branches of attachment and attachment to the machine in which the converter is housed,
  • figure 2 they are represented in a simplified way to understand the idea.
  • the trajectory of the movement is composed of two straight sections, one round and one back, which have a small inclination with respect to the horizontal; + 2,8125 ° round trip and -2,8125 ° round trip (or vice versa), plus a semicircle at each end (see figure 1); so that at the ends of the route a curved path is followed, to link the end of the first leg with the beginning of the round, and vice versa, (the whole path is made within the same plane).
  • the straight paths are for the thrust, and with it the traction is produced, and the curves or semicircular are for the "change of direction".
  • CdS system center
  • the operation consists in pushing the thrust piece, so that it rotates the gears during the straight parts of the path (figure 2).
  • Figures n ° 3 to n ° 14 show different moments (angles) of the change of direction, from + 2.8125 ° (figure n ° 3) to -2.8125 ° (figure n ° 14).
  • the dashed line with arrows in Figure 3 shows the direction of
  • the change of direction control is carried out only through the interaction of the teeth involved.
  • the teeth of the thrust piece control the teeth of the gears, so that the rotation of the gears is adapted to the rotation of the thrust piece.
  • the paired gears are stopped progressively (not suddenly) until they stop and even very briefly reverse the direction of rotation of said paired gears, this is necessary to be able to synchronize the coupling between the teeth of the thrust piece with the of cogwheels.
  • Length of each gear tooth 7.854 mm (5.625 ° for 16cm diameter.).
  • Length of each tooth of push bar 7 '854 mm.
  • T ° - It is clean for the environment, since its high efficiency allows great energy savings. If used with a bidirectional electromagnetic pusher, electrical energy is consumed instead of fossil fuel; that is, wind, solar, nuclear, gas, hydraulics, and so on; and not only fossil. It would be integrated into a system that would be recharged by means of an electric accumulator in the home socket, with the consequent comfort and time saving for the user.
  • the exposed design is a base example, as such it admits various modifications or variations, for example so that the horizontal displacement is longer or shorter, or the path of the broadest change, or a wider or more robust design, or remodeling of Some tooth, etc.
  • these simple variations in no case imply a modification or change of the idea that is patented here, but would only imply derivations or adaptations of the base design presented here.
  • the "RODANDANTE DE SANTERO" is a recumbent bicycle whose traction system for the driving wheel is the Santero converter described in this patent application and which would be complemented by a chain transmission similar to that of ordinary bicycles, and with plates and pine nuts.
  • the path of the feet would be like the trajectory of figure 1, this is a very comfortable movement and a very effective effort for the legs.
  • the converter can be easily redesigned so that the horizontal displacement is greater or lesser - varying the length of the push bar (greater or lesser number of teeth).
  • the design of the steering allows to obtain the comfort of the arms and hands.
  • the steering is on the front wheel.
  • the driving wheel is the rear, said wheel is larger in diameter than a normal wheel, in proportion to about 77cm instead of about 63cm of the current bike. It is possible to have such a large driving wheel thanks to the great traction force that we can transmit, which means greater speed with equal effort.
  • the saddle covers the entire back and buttocks; and would preferably carry headrests, for greater comfort.
  • the pedal should be specially designed, so that the entire leg weight rests on the heel; this heel support would consist of a rigid piece ("J" shaped) attached to the lower part of the thrust piece and located half the width of said piece.
  • This heel support allows you to exert a comfortable and effective effort while the leg is stretched and shrinks.
  • Other rigid appendages e.g. bars
  • Another option is to use pivot foot pedals on a single grip point (to the thrust piece).
  • the electrodes or electric poles must be in contact with the "energized bar” and with the largest possible surface area to improve the distribution of electric charge (pressed by springs).
  • the energizing block would pivot on a point located on the axis that passes through the center of the system, but should not move in any direction, just pivot between + 2.8125 ° and - 2.8125 °. Therefore we hold it on both sides in the structure that supports it, which in turn is attached to the two support-guide pieces.
  • the energizing block would have a cylinder on each side, which would be embedded in holes (with or without bearings) or incised in grooves (although these points do not go up or down) made in the structure that supports it.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Transmission Devices (AREA)
  • Gears, Cams (AREA)
  • Devices For Conveying Motion By Means Of Endless Flexible Members (AREA)

Abstract

Convertidor de movimiento lineal alternativo en rotatorio, comprendiendo: a) una "pieza de empuje", sometida a un movimiento lineal alternativo, con dos cremalleras paralelas y enfrentadas; b) dos piñones, engranados entre sí y cada uno con una cremallera distinta, extrayendo el movimiento rotatorio de uno de ellos; c) un "soporte-guía", inmovilizado, que soporta los ejes de los piñones y guía la "pieza de empuje" de modo que su centro geométrico describa una trayectoria con forma de "doble lazo" (∞): con dos tramos rectos cruzados (carreras de ida y vuelta) unidos por dos tramos semicircunferenciales (finales de carrera) en los que cada cremallera cambia de piñón de engrane Para ello, la "pieza de empuje" dispone de una barra longitudinal con vados transversales, guiada en caras opuestas por dos resaltes del "soporte-guía" Permite obtener un alto rendimiento mecánico al aplicarse las fuerzas sobre los piñones en dirección prácticamente tangencial

Description

"Convertidor de movimiento lineal alternativo en rotatorio"
CAMPO TÉCNICO DE LA INVENCIÓN.
El objetivo de este invento consiste en conseguir un movimiento rotacional (circular) a partir del movimiento recto de ida y vuelta con la trayectoria mostrada en la figura n° 1.
Este invento pertenece globalmente al conjunto de desarrollos mecánicos que transforman movimiento recto en movimiento circular o rotatorio. Si bien en esta invención se pretende que su principal aplicación sea propulsar carros, bicicleta, o vehículos en general.
Se usan básicamente tres estructura, que se componen de dos engranajes emparejados (la, Ib), una pieza de empuje consistente en barras dentadas y envolventes (2) y un soporte-guía (3). Uno de los engranajes emparejados (o los dos) llevará, solidaria y lateralmente unida, una rueda dentada encargada de transmitir, mediante una cadena o correa, la fuerza de tracción allá donde se necesite.
La fuerza se aplica sobre la pieza de empuje envolvente, cuyos dientes hacen girar a ambos engranajes de forma constante, sincronizada, y unidireccionalmente.
ESTADO DE LA TÉCNICA (antecedentes conocidos)
Hasta hoy, la forma usada es el conocido método de cigüeñal-biela (o manivela).
Existen también diversas patentes que convierten movimientos rectos en circulares o curvos, pero mayormente para aplicaciones no orientadas a desplazamientos de carros u objetos pesados.
PROBLEMA TÉCNICO A SOLUCIONAR.
El motor de combustión-explosión con sistema cigüeñal-biela, , derrocha mucha energía, teniendo tan solo un 30% de eficacia en su punto óptimo de revoluciones, y además en cuanto
i
HOJA DE SUSTITUCIÓN (REGLA 26) se aparta de dicho punto óptimo, decrece su eficiencia rápidamente, siendo aún menor; es decir, es muy poco eficiente (anunque sea fiable y poderoso).
El objeto de la invención aquí descrita es hacer un sistema mucho más eficaz para conseguir movimiento circular continuo, y así ahorrar energía o esfuerzo.
Además los motores de explosión y eléctrico necesitan refrigeración, son muy pesados (contienen mucho metal) y son más caros y complicados de fabricar. Este conversor, al trabajar a menos velocidad no necesita refrigeración, y es relativamente sencillo de fabricar y montar, y previsiblemente mucho más barato de fabricar y con mucha menos inversión. Y su mecánica es muy simple, a diferencia de la complejidad de construcción y control de un motor de explosión. Por el contrario, este conversor necesita un sistema que le proporcione el impulso lineal; este podría ser eléctrico por medio de baterías.
DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN.
Este sistema conversor consta básicamente de 3 elementos: a- engranajes emparejados, consistentes en dos ruedas dentadas con rodamientos en sus centros. b- pieza de empuje; consta de dos barras dentadas enfrentadas entre sí y unidas mediante arcos semicirculares por sus extremos; de manera que rodean externamente a ambos engranajes y realizan así la doble tracción (figuras 15, 16 y 17). c- Estructura base; soporta los demás elementos y guía la pieza de empuje. Sobre ella pivota la pieza de empuje durante los cambio de dirección. En esta estructura también están las ramas de unión y sujeción a la máquina en la cual el conversor vaya alojado,
(figuras 18, 19 y 20).
En la figura n° 2 se representan de forma simplificada para entender la idea.
Para darle la utilidad práctica se añadiría, solidariamente con una de las ruedas dentadas (o en ambas) otra rueda dentada para extraer de ella la tracción, es decir, que haga de transmisión, por ejemplo a través de una cadena o correa, (solo la represento en la figura 23, en las demás no, para simplificar dibujos y poner más énfasis en la idea principal).
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HOJA DE SUSTITUCIÓN (REGLA 26) Sobre la base o soporte-guía van montados los engranajes mediante sus rodamientos (figura n°21); las barras de la pieza de empuje encajarían con estos engranajes, y también con el soporte-guía, de forma que queda sujeta, y solamente puede moverse dentro de la trayectoria mostrada en la figura n° 1.
La trayectoria del movimiento se compone de dos tramos rectos, una de ida y otra de vuelta, que tienen una pequeña inclinación respecto a la horizontal; +2,8125° la ida y -2,8125° la vuelta (o viceversa), mas un semicírculo en cada extremo (ver figura n° 1); de manera que en los extremos del recorrido se sigue una trayectoria curva, para enlazar el fin de la ida con el principio de la vuelta, y viceversa, (toda la trayectoria se realiza dentro de un mismo plano).
Esto no solo supone la eliminación de puntos de inercia nulos en los extremos, como ocurriría si los tramos de ida y de vuelta estuvieran dentro de la misma línea (misma inclinación y mismo plano), sino que además, al reconducir la trayectoria para cambiar de dirección, nos devuelve la fuerza o inercia del final de cada tramo recto para empezar el siguiente tramo recto; es decir, conserva la energía de la inercia en forma de fuerza centrífuga, en vez de desperdiciar esta energía si hubiera que parar para cambiar de dirección.
Las trayectorias rectas son para el empuje, y con ello se produce la tracción, y las curvas o semicirculares son para el "cambio de dirección".
Defino un punto llamado "centro del sistema" (CdS), que se sitúa en el punto central centro del recorrido y coincide con el cruze de las dos trayectorias rectas (ida y vuelta); es equidistante entre los centros de los engranajes emparejados La trayectoria global es simétrica horizontal y verticalmente respecto de este punto "CdS", (ver figura n° 1).
El funcionamiento consiste en empujar la pieza de empuje, para que haga rotar los engranajes durante las partes rectas de la trayectoria (figura n° 2).
Según nos acercarnos a algún extremo llegamos al punto final del tramo recto, que es el principio del cambio de dirección (tramo semicircular). Los figuras n° 3 hasta el n° 14 muestran diversos momentos (ángulos) del cambio de dirección, desde los +2,8125° (figura n°3) hasta los -2,8125° (figura n° 14). La línea discontinua con flechas de la figura 3 muestra el sentido de
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HOJA DE SUSTITUCIÓN (REGLA 26) giro de la pieza de empuje.
Ya que el diseño y el recorrido o trayectoria son simétricos respecto del "CdS", solo represento el cambio de dirección para un lado.
El control del cambio de dirección se realiza únicamente mediante la interacción de los dientes implicados. Los dientes de la pieza de empuje controlan a los dientes de los engranajes, de manera que el giro de los engranajes se adapta al giro de la pieza de empuje.
Durante el cambio de dirección, se frenan progresivamente (no repentinamente) los engranajes emparejados hasta parar e incluso invertir muy brevemente el sentido de giro de dichos engranajes emparejados, esto es necesario para poder sincronizar el acoplamiento entre los dientes de la pieza de empuje con los de las ruedas dentadas.
De esta manera, durante el cambio de dirección, no se transmite empuje (ni se produciría entonces tracción o motricidaz); liberando así de tensión al mecanismo para que dicho cambio sea más suave, controlado y seguro. Es decir, normalmente solo habrá tracción y tuerza motriz durante las trayectorias rectas.
Voy a explicarlo asumiendo que el movimiento (trayectoria total) se realiza dentro de un plano vertical, por considerarlo más práctico (la gravedad favorece el cambio de dirección) y didácticamente comprensible; no obstante su funcionamiento en horizontal u otro plano no vertical sería posible, mediante pocas y sencillas variaciones.
Durante los tramos rectos podemos invertir la dirección, lo que haría que los engranajes emparejados girasen en sentido contrario, y dependiendo de cómo se implemente la transmisión, causarían tracción o no (similar al pedaleo de una bicicleta).
Pero durante la trayectoria semicircular del cambio, no es posible invertir la dirección, debido al diseño de los 3 últimos dientes que hay en los extremos de la barra de empuje (filas inferior y superior), que son diferentes a los del resto de la barra.
Debido a ello, y como lo lógico es que el cambio se haga con la fuerza de gravedad a favor, recomiendo su uso haciendo que las trayectorias rectas sean ascendentes y las de cambio, descendentes.
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HOJA DE SUSTITUCIÓN (REGLA 26) Puede existir la posibilidad de diseñar los dientes (su forma) de manera que el cambio de dirección bidireccional sea posible; no obstante, en mi diseño he preferido dar prioridad a la mayor seguridad y fiabilidad de funcionamiento haciendo que el cambio de dirección se haga de forma más óptima y segura, al aprovechar la gravedad (desde arriba hacia abajo), ya que implica menos tensión mecánica y menor gasto energético en su funcionamiento.
Respecto a las posibilidades de sujeción que unen al sistema conversor con la máquina en la que va integrado, hay varias opciones que dan gran posibilidad de adaptación, ya que hay cuatro posibles puntos de sujeción en la vista frontal de la figura 18 y tres más por el otro lado de la estructura base (vista trasera en figura 19). De todas ellas quizás la más sencilla sea en el interior de los agujeros en donde se montan los rodamientos de las ruedas dentadas.
Mencionar también la posibilidad de obtener la motricidad a la misma vez desde dos puntos diferentes, (uno en cada engranaje emparejado) para dos aplicaciones diferentes, pudiendo ir estos sincronizadas sin que haya contacto entre ellos.
DESCRIPCIÓN DE UNA FORMA CONSTRUCTIVA O REALIZACIÓN
Un diseño posible para realizar la construcción práctica que yo propongo es la ya mostrada en las figuras 15 hasta 20. En dichos figuras se demuestra un encaje de dientes perfectos y con gran precisión. Todos los dibujos referentes al diseño, si bien son prácticos, los he hecho orientados más a una mejor comprensión de la idea que al acabado final, por ser este ya evidente.
El ensamblaje constructivo sería sencillo y sería asunto del proceso de fabricación; por ello y para poder hacer los dibujos más sencillos y centrarme en la idea fundamental, no lo he detallado y lo dejo como tarea menor para quien lo fabricase.
Según los cálculos realizados en mi diseño, las dimensiones son: Número de dientes en cada disco de los engranajes emparejados = 64. Diámetro de los engranajes emparejados = 16cm.
Longitud de cada diente de engranaje = 7'854 mm (5,625° para diámetro de 16cm.). Longitud de cada diente de barra de empuje = 7' 854 mm. Longitud del tramo de dientes (recto) de la barra de empuje = 0'7854 x 56 = 43'98 mm.
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HOJA DE SUSTITUCIÓN (REGLA 26) Distancia entre centros de los engranajes emparejados = 15'334 cm.
Profundidad de los dientes de los engranajes emparejados = 16 - 15'334 = 0'666 cm.
Profundidad de los dientes de la pieza de empuje (excepto dientes de cambio) = 0'666 cm.
CARACTERÍSTICAS Y VENTAJAS.
Io- Este nuevo sistema conversor es inherentemente muy eficaz, ya que el empuje en ambos engranajes es continuo durante todo el tramo recto de la trayectoria y siempre de forma tangencial a ellos, tanto a la ida como a la vuelta.
2o- Es muy sencillo y barato de fabricar.
Al ser mecánicamente de construcción sencilla, no necesita gran inversión económica para fabricarlo y tampoco requiere de una tecnología de fabricación muy avanzada.
3o- Es poco voluminoso y muy ligero. Pero a su vez robusto.
4o- Modularidad. Permite un diseño constructivo agrupando varios conversores modularmente en batería. Para incrementar la capacidad de arrastre o carga.
5o- Tiene una gran adaptación constructiva y versatilidad, que le permite ser integrado a su vez en cualquier estructura que lo aloje o soporte (p.e. un carro).
6o- Puede ser accionado manualmente o por dispositivos electromecánicos o electromagnéticos, controlados electrónicamente. Ya que su alta eficiencia le permite usarlo con un empujador electromagnético alimentado por célula de combustible (fuel cell). Además, el control electrónico sería sencillo y por ello relativamente barato, con tecnologías ya muy maduras y experimentadas.
T °-- Es limpio para el medio ambiente, ya que su alta eficacia permite un gran ahorro de energía. Si se usa con un empujador electromagnético bidireccional, se consume energía eléctrica en vez de combustible fósil; es decir, eólica, solar, nuclear, gas, hidráulica, etcétera; y no solamente fósil. Se integraría en un sistema que se recargaría mediante un acumulador eléctrico en el enchufe casero, con la consiguiente comodidad y ahorro de tiempo para el usuario.
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HOJA DE SUSTITUCIÓN (REGLA 26) 8o- No le afectan las temperaturas extremas, como ocurre en los motores eléctricos. Tampoco necesita refrigeración, como ocurre en los motores eléctricos.
9o- Casi no necesita mantenimiento, si acaso un pequeño engrase periódico sería aconsejable. Fácilmente realizado por cualquier persona sin capacitación.
10o- Fiabilidad y tiempo de vida útil muy elevado; según un diseño y construcción adecuado, es fiable y muy duradero.
En definitiva, todas estas ventajas suponen un gran ahorro económico: - en consumo energético
- en materia prima de construcción (metal, acero, etc.).
- en costes ligados a salud medioambiental.
El diseño expuesto es un ejemplo base, como tal admite diversas modificaciones o variaciones, por ejemplo para que el desplazamiento horizontal sea más largo o más corto, o el recorrido del cambio más amplio, o un diseño más ancho o más robusto, o remodelación de algún diente, etcétera. No obstante, estas sencillas variaciones en ningún caso suponen una modificación o cambio de la idea que aquí se patenta, sino que tan solo supondrían derivaciones o adaptaciones del diseño base aquí expuesto.
APLICACIONES: LA "RODANDANTE DE SANTERO" Y EL MOTOR POR
PROPULSIÓN ELECTROMAGNÉTICA.
Entre las posibles aplicaciones de este invento están:
Io- Desplazamiento de carros o transporte (gráficos 27-a y 27-b).
2o- Generación de energía, unido a un alternador o dinamo.
3°-Actividad lúdico-deportiva usado como Rodandante de Santero (gráficos 22,23,24,26-a, 26- b)
La "RODANDANTE DE SANTERO" es una bicicleta reclinada cuyo sistema de tracción para la rueda motriz es el conversor de Santero descrito en esta solicitud de patente y al cual se le complementaría con una transmisión por cadena similar al de las bicicletas corrientes, y con platos y piñones.
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HOJA DE SUSTITUCIÓN (REGLA 26) En los gráficoss n° 22 y 26-b represento la "Rodandante de Santero", si bien considerando mis limitadas aptitudes para el dibujo, la idea queda plasmada.
No obstante, esta idea solo marca el camino y queda abierta a mejoras por parte del posible fabricante; una sugerencia es por ejemplo, que haya una cadena de transmisión entre conversor y un plato simple por un lado, mientras que por el otro lado estén los platos de cambio de marchas y los piñones de rueda trasera (rueda motriz) con su cadena; el plato simple giraría solidario con los platos de cambio de marchas de la misma manera en que lo hacen los dos pedales de una bicicleta.
El recorrido de los pies sería como la trayectoria de la figura n° 1, esto supone un movimiento muy cómodo y un esfuerzo muy eficaz para las piernas. Además el conversor se puede rediseftar fácilmente para que el desplazamiento horizontal sea mayor o menor -variando la longitud de la barra de empuje (mayor o menor número de dientes).
El diseño de la dirección (manillar) permite hacerse obteniendo la comodidad de los brazos y de las manos. La dirección está en la rueda delantera.
Para cada pierna, hay una pieza de empuje o de empuje.
Para que el pedaleo sea compensado o antisimétrico entre ambas piernas (cuando una se estira la otra se encoge), una de las piezas de empuje tendría que tener los dientes desplazados medio diente (7'854/2 = 3'927 mm) respecto de la otra, pero esto obligaría a cambiarle a esta el diseño de los dientes de cabio; otra solución mejor es usar una pieza como la de la figura 23, que consiste en dos engranajes unidos y en paralelo pero con los dientes girados 2,8125° uno respecto del otro, de manera que estos dos engranajes (los traseros) están unidos y giran solidariamente.
La rueda motriz es la trasera, dicha rueda es de mayor diámetro respecto a una rueda normal, en proporción de unos 77cm en vez de unos 63cm de la bicicleta actual. Es posible tener una rueda motriz tan grande gracias a la gran fuerza de tracción que podemos transmitirle, lo cual supone mayor velocidad a igual esfuerzo.
El hecho de ser tan grande también permite mayor inclinación hacia arriba sin volcar hacia atrás para subir pendientes más inclinadas; y además cuanto más cuesta arriba, más peso le cargamos a dicha rueda trasera y por tanto tendrá mayor agarre, para que no resbale ni pierda tracción.
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HOJA DE SUSTITUCIÓN (REGLA 26) Por el contrario, la rueda delantera (la de la dirección), tendrá que ser un poco menor, debido a la disposición del conversor, que es sobre el cual se realiza el pedaleo.
El sillín abarca toda la espalda y glúteos; y llevaría preferiblemente reposacabezas, para una mayor comodidad.
El pedal tendría que ser especialmente diseñado, de manera que sobre el talón repose todo el peso de la pierna; este apoya-talones consistiría en una pieza rígida (en forma de " J" ) unida a la parte baja de la pieza de empuje y situada a mitad de la anchura de dicha pieza. Este apoyo del talón permite ejercer un cómodo y eficaz esfuerzo mientras la pierna se estira y se encoge. Se le añadiría sobre este apoyo otros apéndices rígidos (p.e. barritas) donde encajaría la puntera del pie para transmitir el empuje con la planta del pié (además del talón) al extender la pierna y con el empeine al recogerla (figura 24).
Otra opción es usar pedales-plantilla pivotantes sobre un solo punto de agarre) a la pieza de empuje).
Sugerencias de construcción:
- Sería muy deseable que tuviera amortiguación en la rueda delantera. - Recomiendo que el chasis fuera ligero y resistente.
- Poner pequeña placa solar para el cuentakilómetros.
- Portaobjetos o cestillo en la parte posterior, sobre la rueda trasera.
Ventajas sobre una bicicleta (rodandante) convencional:
- Mayor comodidad y relajación, posición muy ergonómica para la espalda, evitando tensión en la nuca y dolores en huesos de apoyo en glúteos.
- Mayor estabilidad, por la situación más baja del centro de gravedad y ubicación de este más interior dentro del conjunto persona-rodandante. - Mayor seguridad en cualquier circunstancia (especialmente cuesta abajo); pues es más difícil caerse y, aún en caso de pérdida de estabilidad, sería más fácil el poder evitar la caída. Pero aún en caso de caída, el cuerpo caería en una posición menos vulnerable y menos dañina; ya que sería una caída de culo y con la cara mirando hacia arriba y los pies por delante, en vez de cara al suelo y con la cabeza por delante.
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HOJA DE SUSTITUCIÓN (REGLA 26) - Mejor transmisión del esfuerzo.
- Permite subir cuestas más inclinadas y cualquier subida con menos cansancio.
Mayor velocidad a igual esfuerzo que con la bicicleta convencional o incluso de carreras; y mayor distancia recorrida a igual esfuerzo. - El viento frontal no frena tanto, mientras que el trasero nos empuja más y mejor (ligero levantamiento).
- Mayor campo de visión, especialmente hacia arriba. Con ello se disfruta mucho más al ir mirando ligeramente hacia arriba, vemos el cielo y el horizonte y el suelo, en vez de ver solo hacia el suelo. - Permite fortalecer los brazos con una posición ergonómica muy favorable para ellos; durante las cuestas arriba podemos ayudarnos de ellos para incrementar el esfuerzo.
- Mejor control de la dirección en las cuestas abajo por no tener que cargar el peso del cuerpo sobre los brazos.
Por todo ello se disfruta mucho más de su uso que con la bicicleta típica.
En cuanto al uso como MOTOR POR PROPULSIÓN ELECTROMAGNÉTICA, (gráficos 7-a y 27-b), la idea es aplicar un campo magnético y otro eléctrico sobre la pieza de empuje para imprimirle el impulso; para ello usamos el llamado "bloque energizador" que consta de los electrodos por donde se aplica la corriente eléctrica y los imanes para crear el campo magnético que atraviesan la "barra energizada".
Variando el sentido de la corriente eléctrica alternamos la dirección de la pieza de empuje. Y variando la intensidad de corriente (I), la fuerza de empuje.
Los electrodos o polos eléctricos deben de estar en contacto con la "barra energizada" y con la mayor superficie posible para mejorar la distribución de carga eléctrica (presionados por muelles).
El bloque energizador pivotaría sobre un punto situado en el eje que pasa por el centro del sistema, pero no debe de desplazarse en ninguna dirección, tan solo pivotar entre +2,8125° y - 2,8125°. Por ello lo sujetamos por ambos lados en la estructura que lo soporta, que a su vez está unida a las dos piezas soporte-guía. Así, el bloque energizador tendría un cilindro a cada lado, que irían encajados en agujeros (con o sin rodamientos) o inciso en ranuras (aunque estos puntos no suban ni bajen) hechos en la estructura que lo soporta.
Idealmente se complementaria con una célula de combustible eléctrica (fuel cell).
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HOJA DE SUSTITUCIÓN (REGLA 26)

Claims

REIVINDICACIONES
Ia. Este artilugio mecánico conversor de movimiento está formado por los siguientes componentes:
A- Dos ruedas dentadas iguales (engranajes), en contacto entre sí mediante sus dientes o piñones de forma que encajan entre ellos (figura 2) durante todo el giro de 360°. Una o ambas ruedas dentadas deberá llevar unida solidariamente y adosada en un lado otra rueda dentada de igual o diferente diámetro (la llamaré rueda adyacente de transmisión) de la cual se extraerá la tracción por medio de una cadena o correa de transmisión, (similar al conjunto del carenado de una bicicleta o a la polea-correa de un coche). El número de dientes de cada engranaje debe de ser múltiplo de 4.
B- Una estructura soporte y guía (la llamaré estructura soporte-guía; figuras 18, 19 y 20) que sujeta y mantiene las dos ruedas dentadas a la distancia requerida. También guía y sustenta a la pieza de empuje que se describe a continuación en "C".
Tiene cerca de sus extremos laterales dos protuberancias o prominencias para guiar y sujetar a la pieza de empuje, estas protuberancias son simétricas respecto del punto central o "CdS".
A sus bordes rectos exteriores o lomos los llamo bordes de apoyo.
C- Pieza de empuje (figs. 2, 15, 16y 17). Formada por dos barras rectangulares rectas (pletinas), iguales y paralelas entre sí (las llamaré barras de empuje), unidas por sus extremos a otras dos barras rectangulares (pletinas) en forma de semicircunferencia (las llamaré barras de giro).
Las dos barras de empuje tienen parte de su anchura dentada longitudinalmente y por su parte interna (con los dientes de cada barra de empuje mirándose entre sí). También tiene otras dos barras (las llamaré barras-carril), rectas, iguales y alineadas entre sí (con una pequeña separación o vano entre ellas), que a su vez son paralelas y equidistantes a las dos barras de empuje, y abarcan casi todo lo largo de la pieza de empuje. Estas dos barras-carril son rectangulares (pero preferiblemente con un lado redondeado) y van unidas a las barras de empuje y/o barras de giro mediante otras barras o placas auxiliares (las llamaré de unión) de
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HOJA DE SUSTITUCIÓN (REGLA 26) manera que sobresalen lateralmente respecto de dichas barras de empuje (y/o giro). Estas barras-carril funcionan a modo de carril o guía pues se sustentan y topan con las dos protuberancias que hay en la estructura soporte-guía descrita en "B". Las barras o placas de unión también tienen como función dar rigidez y robustez a la pieza de empuje. En la parte no dentada de cada barra de empuje hay uno u opcionalmente dos pequeños surcos sobresalientes (paralelos si son dos) moldeados a lo largo de toda la barra por su parte interior de manera que forman un canal o carril que encaja en los bordes externos rectos o lomos de la estructura soporte-guía (bordes de apoyo); igualmente, estos surcos prolongados sobre las barras de giro formarán el carril que encajará en los bordes externos curvos de la estructura soporte-guía. Los llamaré carril de paralelismo. Esto implica que la separación entre los surcos del canal de paralelismo es teóricamente igual (prácticamente unas pocas décimas de milímetro superior) a la anchura de los bordes de la estructura soporte-guía; y su anchura y altura sobresaliente dependerá de la robustez y fiabilidad con la que se quiera fabricar. La finalidad de dichos carriles de paralelismo es mantener el paralelismo y distancia entre los planos de la pieza de empuje y de la estructura soporte-guía en todo momento y en cualquier posición de la trayectoria, en cualquier orientación espacial del conversor, y contra cualquier peso o fuerza que intentara desequilibrar al conversor o a sus componentes, y para evitar la inclinación o caída lateral de la pieza de empuje.
2a. Este conversor mecánico hace que un movimiento bidireccional alterno (ida y vuelta), siga una trayectoria igual o muy parecida a la de la figura n° 1, y a partir de esta se extraiga el movimiento circular. La trayectoria de la figura n° 1 consiste en dos tramos rectos con diferentes inclinaciones, y estando sus extremos unidos por tramos semicirculares; esta trayectoria está contenida dentro de un mismo plano y es simétrica horizontal y verticalmente respecto de un mismo punto al que llamo "CdS" o centro del sistema (definido más adelante). Esta trayectoria de la figura n°l se produce en el punto "CdS". No obstante, la trayectoria en otro punto diferente (cualquier punto de empuje a elegir discrecionalmente sobre la pieza de empuje) tendría una trayectoria muy parecida peno no idéntica; si bien conservaría dos tramos rectos de igual longitud, los tramos de cambio de dirección serían ligeramente diferentes.
3a. Los dientes de las barras de empuje están simétricamente enfrentados entre sí respecto de la línea que forman las barras-carril, (los de la barra superior apuntan hacia los de la barra inferior y viceversa). Esto es una condición para que el funcionamiento sea bidireccional.
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HOJA DE SUSTITUCIÓN (REGLA 26)
4a. Los tres últimos dientes de cada extremo de las barras de empuje tienen un diseño diferente a los demás (reducidos), para que el cambio de dirección sea posible, y su diseño individual los he hecho para el funcionamiento del conversor más óptimo y eficaz; es decir colocado en el plano vertical y con las trayectorias rectas ascendientes y las de cambio de dirección descendientes. Todos los demás dientes de las barras de empuje son iguales entre sí.
5a. Los engranajes emparejados o ruedas dentadas (punto Ia- A) - junto con la/s adyacentes para extraer la tracción - van montadas en la estructura soporte-guía por medio de rodamientos, para permitir su giro suave y libremente. A la parte de la estructura soporte-guía donde se encajan estos rodamientos las llamaré cilindros de ensamblaje; estos cilindros de ensamblaje pueden tener agujero interno o no, y ser lo largos que se quiera, (según como se quieran fabricar).
6a. Defino el punto llamado "CdS" o Centro del Sistema como el punto equidistante entre los centros de los engranajes (mismo centro que los de los cilindros de ensamblaje) y situado sobre la recta que une dichos centros.
7a. La pieza de empuje (punto la-C) tendrá uno o varios sitios donde se le practiquen, a discreción, bien agujeros y/o bien protuberancias, para poder acoplar elementos de agarre (p.e. un pedal o un asa o empuñadura,...); tales elementos de agarre tienen como función permitir la conexión o ensamblaje entre la pieza de empuje y el elemento que genere la fuerza (p.e. un solenoide o actuador electromagnético). Estos puntos de acoplo se pueden implementar en las propias barras de empuje, de giro, y/o en las barras y placas auxiliares de unión, dándoles la forma o diseño apropiado y a discreción, pero siempre que se respete la estructura y elementos constructivos básicos y fundamentales, y no interrumpan el funcionamiento.
8a. En la estructura soporte-guía se ensamblarían o articularían las ramas de unión y sujeción a la máquina o bastidor en la cual el conversor vaya alojado. Estas barras o ramas de sujeción pueden soldarse, o agarrarse con abrazaderas a los cilindros de ensamblaje, o embutirse por dentro o por fuera de los agujeros del cilindro de ensamblaje. Y otra forma de ensamblaje al bastidor sería soldada/s o atornillada/s en la partes superior e inferior que hay libre entre los engranajes; la figura 19 muestra sujeción por cilindro izquierdo y por superficie inter-discos inferior.
9a. Considerando la estructura soporte-guía en posición dentro del plano vertical, las dos ruedas
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HOJA DE SUSTITUCIÓN (REGLA 26) dentadas van a un lado de la estructura soporte-guía (con la rueda adyacente de transmisión colocada preferiblemente más alejada de la estructura soporte-guía), mientras que las barras- carril de la pieza de empuje van por el otro lado de la estructura soporte-guía.
10. Denomino a este conversor como Conversor de Santero.
1 Ia. Como norma general, para todo conversor de Santero cuyo funcionamiento requiera salir fuera del plano vertical (que se incline lateralmente), o cuando pesos o fuerzas externas al conversor tiendan a separar la pieza de empuje de la estructura soporte-guía, será necesario tener los dos surcos-carril de la pieza de empuje (carril de paralelismo) en todas las barras de empuje y de giro. Por ejemplo, un coche y la Rodandante de Santero los necesitan pues se inclinan en las curvas, además de las fuerzas de inercia producidas en las curvas al ir a cierta velocidad. También considero externo al propio conversor el peso del elemento que genere la fuerza de empuje, ya que no es propiamente una parte del conversor en sí, (pierna, solenoide, brazo mecánico,...), como tampoco lo sería el elemento que recibiera la fuerza de giro transmitida.
12a. Las barras carril varían en longitud y pueden ser dos o más de dos, dependiendo del desplazamiento horizontal (lineal) que queramos tener, que dependerá de lo largas que se diseñen las barras de empuje (añadiendo o restando dientes a las barras de empuje).
13a. La anchura lineal de cada diente de las barras de empuje (dientes rectos) es igual a la anchura "angular" de cada diente de engranaje (diente curvo); entendiendo por anchura angular la longitud del arco que el diente curvo ocupa. La anchura angular del diente curvo o de engranaje es igual al producto del radio del engranaje por el ángulo (en radianes) que ocupa el diente (360° / 64 dientes = 5,6257diente = 0O981747 radianes/diente). En mis cálculos empleo grados sexagesimales.
En mi diseño, para engranajes con 64 dientes y radio 8cm, resulta que Anchura diente = (("pi" /
32) * 8cm) = 0'7854 mm. Como curiosidad también diré que de haber elegido un radio de 6 cmts y 48 dientes cada engranaje, la longitud de diente hubiera resultado ser la misma, 0'7854 mm (que coincide con un cuarto de pi).
14a. Con una inclinación de la pieza de empuje elegida durante el tramo recto de la trayectoria
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HOJA DE SUSTITUCIÓN (REGLA 26) , (2,8125°, grados sexagesimales) igvial a la mitad del ángulo que ocupa un diente (360° / 64 dientes = 5,6257diente), y para una distancia entre centros de los engranajes determinada y concreta, se consigue que los dientes de las dos barras de empuje encajen perfectamente con los de las ruedas dentadas a la vez; de tal manera que los dientes de una barra de empuje encajan con los de una rueda, y los de la otra barra de empuje con los de la otra rueda (figura 2).
Gracias a esto el empuje ejercido por la pieza de empuje se realiza a la misma vez por arriba y por debajo de manera que se reparte el esfuerzo por igual en ambas barras, superior e inferior (para una velocidad de empuje constante).
15a. Existen dos factores críticos que hay que calcular, que son : -la distancia entre los ejes de los engranajes, y -la distancia entre barras de empuje (que son paralelas).
Explico su forma de calcularlas a continuación. Dibujo un círculo de diámetro igual al engranaje que se quiera usar (simula el engranaje izquierdo). Trazo una línea recta tangente a este círculo en 92,8125°, hacia la derecha del círculo. Se elige una distancia que sea múltiplo impar de medio diente y próxima al diámetro elegido del engranaje pero inferior a este. Por ejemplo en mi caso, para diámetro de engranaje 16cm, y anchura de diente de 0'7854 mm, con el factor 19'5 resulta que: 19'5 * 0'7854 mm = 15'315 cm. Estos 15 '315 cm medidos desde el punto tangente sobre la línea tangente hacia la derecha da un segundo punto (punto n° T), y sobre este segundo punto trazamos una recta perpendicular hacia abajo (o sea de 92,8125°); el cruze de esta perpendicular con la horizontal que pasa por el centro del círculo define la ubicación del centro del engranaje derecho, con lo cual ya tenemos la posición y distancia entre centros de los engranajes, que en mi diseño resulta ser de 15 '334 cm; el "CdS" está situado sobre esa horizontal que une los centros y es equidistante a ambos centros.
A su vez, la profundidad de los dientes de engranajes será la diferencia entre el diámetro de engranaje y la separación entre ellos, resultando 16 - 15'334 = 0'666 cm. De haber elegido el siguiente factor mayor a 19'5, o sea 20'5, los dientes de los engranajes apenas rozarían o ni siquiera se tocarían, y de haber elegido el anterior, 18 '5, los engranajes solaparían más por estar más cerca y necesitarían dientes más profundos y probablemente no sería práctico.
Continúo para hallar la distancia entre las barras de empuje, haciendo otro círculo de igual
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HOJA DE SUSTITUCIÓN (REGLA 26) diámetro que el primero (simula engranaje derecho) con su centro en donde lo acabamos de hallar. Prolongo la recta de los 92,8125° hasta que alcance el borde inferior de este círculo derecho, ya en 272,8125° respecto del centro de este (punto n° 3). La distancia desde este último punto de cruze n° 3 hasta el punto n° 2 es la que debe de haber entre las barras de empuje.
Podemos trazar otra recta tangente a este último punto n° 3 hacía la izquierda. Ambas líneas tangentes simulan las caras o superficies internas de las barras (pletinas) de empuje, y son la base a partir de donde crecen los dientes de las barras de empuje, que penetran en los engranajes. La altura de estas barras (grosor) será en la dirección contraria a la de los dientes, y su magnitud se eligue según la robustez que se le quiera dar a la pieza (y su forma será discrecional según el fabricante quiera adaptar el agarre del elemento activo de empuje)
16a. La inclinación de la pieza de empuje de 2,8125° (durante el tramo recto de la trayectoria) viene forzada por la contención de la barra-carril entre las dos protuberancias que hay en la estructura soporte-guía y por el tope que los dientes de las barras de empuje hacen con los propios engranajes. También como refuerzo y apoyo para mantener esta inclinación de 2,8125°, se ha diseñado la estructura soporte-guía de manera que las barras de empuje se deslicen sobre los bordes de apoyo rectos de dicha estructura soporte-guía (aparte de que dichos bordes también valen para mantener el paralelismo descrito anteriormente al encajar en ellos el carril de paralelismo de la pieza de empuje). Esto quiere decir que los bordes de la estructura soporte- guía se dimensionan y diseñan teniendo en cuenta el valor de "distancia entre barras de empuje" hallado previamente, de manera que entre el borde de apoyo superior izquierdo y el inferior derecho será teóricamente igual a dicha distancia, y lo mismo entre borde inferior izquierdo con superior derecho.
17a. Cada barra de giro de la pieza de empuje se va deslizando durante el cambio de dirección sobre el borde curvo de la estructura de soporte-guía de su mismo lado. Esto junto con el deslizamiento de los extremos de las barras-guía sobre las protuberancias del soporte-guía, definen y fuerzan la trayectoria curva del cambio de dirección, de manera que esta siempre sea el mismo semicírculo. Pero para ello es necesario que se produzca el correcto balanceo de la pieza de empuje, pues este debe de hacerse simétricamente respecto al "CdS", y esto se puede conseguir de dos maneras.
Una es mediante topes inferior y superior en forma de protuberancias o salientes en la estructura soporte-guía, colocados por encima y por debajo de la barra-carril y próximos al CdS
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HOJA DE SUSTITUCIÓN (REGLA 26) y en la vertical de este, para contener a la barra-carril, de manera que la barra-carril no se pueda desplazar verticalmente en el punto CdS; pero por optimización del diseño es preferible la otra opción, si bien no son excluyentes. La otra opción es obligando a hacer el balanceo por contacto entre las barras de empuje con la estructura soporte-guía en su parte superior e inferior (colocado en plano vertical).
Por simple razón de geometría, para no bloquear e interrumpir el balanceo de la pieza de empuje, se deben de eliminar los picos o aristas que formarían los bordes rectos de apoyo de la estructura soporte-guía redondeándolas (y así reducirlas), de manera que formen un arco que va desde los 87,1875° hasta los 92.8125° para la parte superior y desde los 267,1875° hasta los 272,8125° para la inferior; y con un radio lógicamente igual a la mitad de la distancia entre barras de empuje.
Debido a que estos cálculos son teóricos y con precisión de micrómetros (aunque no es necesaria tanta precisión), en la práctica habrá de tenerse en cuenta una pequeña holgura (reducción en elementos interiores y/o ampliación de elementos exteriores) para que puedan encajar, de la forma más precisa, que dependerá de la tecnología de fabricación, pero idealmente esta holgura sería de pocas décimas de milímetro (idealmente no más de 4 décimas de mm).
18a. La separación de las protuberancias de apoyo que hay en la estructura de soporte-guía dependerá de lo largas que hagamos las barras-carril; y a su vez, el número de barras-carril y su longitud dependerá de lo largas que sean las barras de empuje (mayor o menor número de dientes en ellas). La anchura de las protuberancias será igual a la separación o vano entre las barras-carril, y diseñadas de forma que los extremos de la barra-carril se deslize sobre las caras laterales de las protuberancias durante el cambio de dirección, para lo cual los extremos de las barras-carril serán redondeadas. Lo que sobresalgan las protuberancias dependerá de lo robustas que queramos que sean. El diseño de las protuberancias de apoyo y el de las barras-carril son interdependientes y podemos modificar sus dimensiones dentro de lo razonable.
19. Los diseños expuestos son un ejemplo base, como tal admite diversas modificaciones o variaciones, por ejemplo para que el desplazamiento horizontal sea más largo o más corto; o el giro del cambio más amplio, o un diseño más ancho o más robusto, o remodelación de algunos o todos los dientes, cambio de dimensiones bien manteniendo la proporción o aumentando
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HOJA DE SUSTITUCIÓN (REGLA 26) dientes en los engranajes, barras-carril más grandes, etcétera. No obstante, estas sencillas variaciones en ningún caso suponen una modificación o cambio de la idea que aquí se patenta, sino que tan solo supondrían derivaciones o adaptaciones del diseño base aquí expuesto.
20. Como es lógico en cualquier sistema similar (cigüeñal-biela, manivela, etc.) la fuerza de empuje debe de ejercerse dentro del mismo plano de la trayectoria. También observo que, al igual que en toda maquinaría donde se produce fricción entre metales, conviene usar una película de aceite a modo de engrase.
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HOJA DE SUSTITUCIÓN (REGLA 26)
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