MECANISMO DE TRANSMISIÓN PARA OPTIMIZAR EL PEDALEO EN VEHÍCULOS DE PROPULSIÓN HUMANA.

Mecanismo de transmisión para optimizar el pedaleo en vehículos de propulsión humana,

que comprende unas primeras bielas (2, 3) que gira sobre un eje (E) concéntrico al eje de la caja del pedalier (10); en donde un segundo eje (1) de pedalier (10) une y soporta las primeras bielas (2, 3), está apoyado sobre unos primeros rodamientos (1a); y un segundo soporte (5), que permiten fijar el sistema a la caja del pedalier (10); un tercer plato de potencia (4) gira libre y concéntricamente con el eje (1); un cuarto engranaje fijo (6) montado sobre el soporte (5), y que está caracterizado porque la potencia se transmite desde las bielas (2, 3) al plato de potencia (4) por medio de un quinto empujador excéntrico (8), montado sobre un engranaje móvil (7) que gira libremente por medio de un rodamiento (7b) montado sobre un pivote (7a) fijo a una de las bielas (2).

Mecanismo de transmisión para optimizar el pedaleo en vehículos de propulsión humana.

El objeto de la presente invención es un mecanismo de transmisión para optimizar el pedaleo en vehículos de propulsión humana, a través del cual solucionar la ineficiencia de los sistemas de transmisión de las bicicletas (producidos por los vacíos de potencia o puntos muertos) y la incapacidad de regular y ajustar la variación de potencia entregada por el sistema, para adaptarse a la modalidad de ciclismo que se practique.

ESTADO DE LA TÉCNICA

En la actualidad el sistema de transmisión de bicicletas, por medio de bielas a 180º, genera dos zonas de vacío de potencia denominadas puntos muertos (PM) que coinciden con la posición vertical de las bielas. Esto se debe a que en la dinámica del pedaleo (que corresponde a la dinámica rotacional de los cuerpos) existe el momento de fuerza, que se define como la capacidad que tiene una fuerza para hacer girar un cuerpo en torno a un punto o centro de giro al ser aplicada sobre un punto de dicho cuerpo. Este momento es una magnitud vectorial que resulta del producto entre la fuerza y la distancia, que es medida perpendicularmente desde el centro de giro a la línea de acción de la fuerza, denominada brazo de momento.

Las propuestas desarrolladas y presentes en el estado de la técnica no solucionan el problema técnico de la capacidad de adaptación a las diferentes modalidades de ciclismo, quedando limitado su uso óptimo solamente a la modalidad definida por su diseño o, por otro lado, sus soluciones técnicas son demasiado complejas que dificultan su uso. Dichas propuestas corresponden, principalmente, a las de platos no circulares u ovoides (PO) y, en segundo término, a las de bielas independientes (BI) con velocidad y desarrollo variables.

Frente a las soluciones anteriores, los platos ovoides son la solución más extendida en el mercado, pero muy lejos de la estandarización del sistema tradicional basado en los platos circulares (PC) debido a que se orientan principalmente al uso en competición. En el caso de los sistemas basados en bielas independientes, se han comercializado escasamente, debido a su mayor peso, costo y a sus dificultades para su instalación y mantenimiento.

Ambos sistemas (platos ovoides y bielas independientes) persiguen variar la velocidad de las bielas (y por tanto, su desarrollo relativo o relación de transmisión) aumentando la velocidad en su paso por los puntos muertos al reducir el radio del plato en torno a ellos, y disminuyendo la velocidad en las zonas donde se genera el momento de fuerza máximo, al aumentar el brazo de potencia en ellas.

El diseño de los platos ovoides se basa en el perfil de la forma del plato para obtener las variaciones de velocidad y desarrollo, adecuadas para compensar los efectos de los puntos muertos en función de la variación del radio o brazo efectivo de palanca que genera su perfil en la medida que va girando, tendiendo en general a formas ovaladas u ovoides.

Las ventajas que presentan dichos platos ovoides frente a los sistemas de bielas independientes se basan en su simpleza, su bajo peso y su costo reducido. Sus inconvenientes se encuentran en la entrega de potencia en forma directa desde las bielas al plato, lo que no permite mejorar la relación de palanca efectiva del sistema. Otro problema es la oscilación de la cadena y su efecto negativo en los desviadores de los sistemas de cambio de velocidades convencionales, complicando su instalación y el funcionamiento del sistema propiamente tal. Finalmente, la forma ovoide del plato hace que requiera espesores mayores para rigidizar el plato en el plano perpendicular al eje de los pedales.

En el caso de los sistemas de bielas independientes, las variaciones de velocidad y desarrollo se consiguen por medio de la excentricidad del plato con respecto al eje de giro de las bielas, generando diferentes radios o brazos de palanca efectiva, a medida que éstas giran. Así, se encuentra una solución que logra independizar las bielas, generando una cinemática que permite mitigar los efectos de los puntos muertos al evitar que las bielas coincidan en la posición vertical, adelantándose una con respecto a la otra, al variar su velocidad (y por tanto, su desarrollo relativo o su relación de transmisión) debido al descentramiento del plato, que al girar hace variar el brazo efectivo de palanca.

Las ventajas de dichos sistemas frente a los de plato ovoide, son: la entrega de potencia desde las bielas al plato en forma indirecta, permitiendo mejorar la relación de palanca efectiva del sistema y la efectividad para mitigar los efectos de los puntos muertos. Por el contrario sus desventajas son su complejidad técnica (especialmente su instalación dificultosa y su mantenimiento complicado) , mayor peso y un costo elevado.

Todas las propuestas implementadas para mitigar los efectos de los puntos muertos sobre el pedaleo, basadas en la variación de velocidad de las bielas, dependen de factores que tienen una relación directa con la cadencia o frecuencia de pedaleo (propia para cada modalidad de ciclismo) por lo que para lograr mitigar los efectos de los puntos muertos en forma efectiva debería implementarse un diseño específico de plato, en el caso de los PO, y de configuración, en el caso de los sistemas de BI, para cada modalidad de ciclismo basándose en la excentricidad, la forma o perfil y la orientación del mismo.

• La excentricidad, en el caso de los platos ovoides, se refiere a la relación entre el eje mayor y el eje menor de la forma ovoide, y en el caso de los sistemas de bielas independientes, se describe como la distancia entre el eje de giro de las bielas y el eje de giro del plato.

• La forma o perfil, se refiere a la definición del lugar geométrico que describe la variación del radio del plato, pudiendo ser una elipse, una forma compuesta por tramos circulares de diferentes radios, una combinación de tramos circulares con tramos rectos y/o incluso dos tramos de circunferencia que se interceptan.

• La orientación, se refiere a la posición relativa del sistema, tomado como referencia el ángulo conformado por el eje mayor de la forma ovoide y la biela en posición vertical.

Sin embargo, la exactitud de la definición de estos factores es relativa, ya que va a depender, además, de la biomecánica y forma del pedaleo de cada ciclista, así como de la geometría de la bicicleta, y de los parámetros antropométricos del ciclista. Por lo que sólo se puede recomendar un rango donde sus resultados pueden ser más o menos eficientes para un sistema, pero que en la práctica, cada ciclista debería poder acomodarlo de acuerdo a sus propias características y necesidades.

Este inconveniente se convierte en la principal limitación y problemática de las propuestas realizadas hasta la fecha, ya que ninguna de ellas permite la regulación de la variación de entrega de potencia, por lo que son aplicables (en mayor o menor medida) sólo a la modalidad de ciclismo para las que hayan sido diseñadas.

DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN

La presente invención describe un mecanismo de transmisión para optimizar el pedaleo en vehículos de propulsión humana, para su instalación en las cajas de pedalier de bicicletas convencionales, y similares. Su función, es solucionar la ineficiencia de los sistemas de transmisión de las bicicletas (producidos por los vacíos de potencia o puntos muertos) y, la incapacidad de regular y ajustar la variación de potencia entregada por el sistema, en las propuestas desarrolladas y presentes en el estado de la técnica, para adaptarse a la modalidad de ciclismo que se practique.

Para ello, la propuesta se basa en la variación de potencia en función de la variación del radio del plato de potencia, en función de la excentricidad del sistema. Más concretamente, la presente invención implementa un plato virtual de potencia que genera un empuje variable sobre el plato de la bicicleta, por medio de un empujador excéntrico que describe una trayectoria correspondiente a una curva cicloide, del tipo epitrocoide bi-lobular, en función de su excentricidad.

La trayectoria descrita por el empujador, al ser regulada por medio de su excentricidad, puede ajustarse gradualmente a diferentes condiciones de pedaleo, pudiendo comportarse como un plato circular (cuando su excentricidad sea igual a cero) o como un plato ovoide, que eventualmente puede anular su radio menor, transformándose en una curva epitrocoide denominada nefroide (cuando su excentricidad corresponde al radio del engranaje móvil que lo porta) .

La curva generada corresponde específicamente a una epitrocoide bi-lobular que posee dos lóbulos que describen el empuje de...

1. Mecanismo de transmisión para optimizar el pedaleo en vehículos de propulsión humana, tal como bicicletas y similares, donde dicho mecanismo comprende bielas (2, 3) que giran sobre un eje (E) concéntrico al eje de la caja del pedalier (10) de la bicicleta; y donde un eje (1) de pedalier (10) une y soporta las primeras bielas (2, 3) , estando apoyado sobre unos rodamientos (1a) contenidos en una cazoleta (3a) , mientras que un soporte (5) , fija el conjunto a la caja del pedalier (10) de la bicicleta; y donde un plato de potencia (4) gira libre y concéntricamente con el eje (1) del pedalier de la bicicleta; y donde un engranaje fijo (6) montado sobre el soporte (5) y fijado a éste está caracterizado por que la potencia se transmite desde las bielas (2, 3) al plato de potencia (4) por medio de un empujador (8) , montado sobre un engranaje móvil (7) que gira libremente por medio de un rodamiento (7b) montado sobre un pivote (7a) fijo a una primera biela (2) .

2. Mecanismo de acuerdo con la reivindicación 1 en donde el empujador (8) se engancha en una guía (4b) presente en el plato de potencia (4) , asegurándose a ella, por medio de un tornillo tapa (8d) que le permite desplazarse libremente dentro de la guía (4b) en la medida que el sistema va entregando el empuje.

3. Mecanismo de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 y 2 en donde los engranajes fijo (6) y móvil (7) están engranados de tal forma que al girar las bielas (2, 3) , el engranaje móvil (7) gira produciendo el giro del empujador (8) , y donde dicho empujador (8) describe en cada ciclo de las bielas (2, 3) , un recorrido correspondiente a una curva epitrocoide de dos lóbulos.

4. Mecanismo de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores en donde la excentricidad del empujador

(8) se modifica por medio de una tapa guía (8a) que se desplaza sobre él mediante un tornillo de regulación (8b) .

5. Mecanismo de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores en donde el empujador (8) está provisto de un rodamiento (8c) para minimizar el roce con la guía (4b) .

6. Mecanismo de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores en donde los rodamientos (1a) comprenden un anillo (9) que se encuentra ajustado a las bielas (2, 3) y semi-ajustado en la cazoleta (3a) y soporte

(5) de forma tal que se evite la entrada de agua.