Inventos patentados en España.

Inventos patentados en España.

Inventos patentados en España en los últimos 80 años. Clasificación Internacional de Patentes CIP 2013.

PLATO OVOIDE PARA LA OPTIMIZACION DEL PEDALEO.

Patente Internacional (Tratado de Cooperación de Patentes). Resumen:

Un plato acoplable a las bielas de bicicletas,

el plato teniendo una forma oval definida por un diámetro mayor y uno menor

, su alargamiento, definido por la relación entre su diámetros primitivos mayor y menor, es 1.10,

El plato comprende además:

Un anillo con una pluralidad de agujeros de anclaje,

Los agujeros de anclaje están adaptados para corresponder con respectivos puntos de anclaje en unos brazos de araña de una biela de bicicleta y permiten una pluralidad de orientaciones del plato con respecto a una biela de bicicleta,

La pluralidad de agujeros de anclaje permite un acoplamiento del plato respecto a la biela de la bicicleta,

al menos uno de dicha pluralidad de agujeros de anclaje se usa como agujero de anclaje de referencia, para posicionar la línea central de una biela de bicicleta en una orientación de referencia de 108º con respecto al eje mayor del ovoide en sentido horario,

Los agujeros de anclaje adyacentes se usan para permitir una orientación de la línea central de la biela de bicicleta con un ángulo alrededor de 108º,

Caracterizado en que,

un perfil de la forma oval del plato se inscribe en una elipse con sus mismos diámetros mayor y menor, dicho perfil oval tiene un perímetro relativo de 0.993, el perímetro relativo está definido por el perímetro original del perfil dividido por el perímetro de la elipse correspondiente a sus diámetros mayor y menor,

El agujero de anclaje de referencia está provisto de una marca de señalización y el anillo de agujeros de anclaje comprende dos agujeros de anclaje adyacentes que se encuentran opuestos y equidistantes respecto al agujero de anclaje de referencia,

de forma que usando uno de los dos agujeros de anclaje adyacentes permite un ajuste fino de la orientación de la línea de centros de la biela de la bicicleta respecto a la orientación de referencia.

Solicitante: ROTOR COMPONENTS TECNOLOGICOS, S.L.

Nacionalidad solicitante: España.

Inventor/es: CARRASCO VERGARA,PABLO.

Fecha de Publicación de la Concesión: 13 de Agosto de 2010.

Fecha Concesión Europea: 28 de Abril de 2010.

Clasificación Internacional de Patentes: B62M9/08 (...que tienen una rueda, motriz o arrastrada, montada excéntricamente o de forma elíptica; con una rueda motriz o accionada expansible).

Clasificación PCT: B62M9/08 (...que tienen una rueda, motriz o arrastrada, montada excéntricamente o de forma elíptica; con una rueda motriz o accionada expansible).

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PLATO OVOIDE PARA LA OPTIMIZACION DEL PEDALEO.
Descripción:

Plato ovoide para la optimización del pedaleo.

La presente invención, principalmente aplicable a bicicletas y vehículos propulsados a pedal, recoge mejoras concernientes a platos para transmisiones por pedales mediante cadena en los que se modifica la tradicional forma circular de los mismos basándose en la reducción del efecto de los puntos muertos del ciclo de pedaleo, con el objeto de lograr optimizar el pedaleo.

Estado de la técnica

Desde finales del siglo XIX ha habido una gran cantidad de intentos para aumentar la eficacia del pedaleo y disminuir el efecto de los puntos muertos. Concretamente, es durante la bajada del pedal cuando se realiza la práctica totalidad de la potencia en el ciclo del pedaleo. La potencia máxima se alcanza cuando el brazo de la biela está aproximadamente a 90º del punto muerto superior, cuando mayor es la componente tangencial de la fuerza aplicada; y cuando los pedales se encuentran uno arriba y otro abajo es el momento en que se produce un vacío de potencia, llamado comúnmente punto muerto, que es debido a la práctica anulación de la componente tangencial de las fuerzas sobre los pedales.

Muchos de estos intentos han venido a través del uso de platos no circulares u "ovoides", ya sean ovales, elípticos u otros más complejos compuestos de varios tramos de curvas y rectas, para los que en cualquier caso se podrían definir dos ejes principales, mayor y menor. Otros intentos varios han venido sin embargo mediante el uso de bielas independientes a fin de optimizar la dinámica de cada pierna por separado, y hasta hoy se han revelado a nivel biomecánico como la forma más eficaz de lograr optimizar el pedaleo.

De entre los primeros cabrían destacar dos posibilidades por ser las más cercanas en el mercado y la competición, los platos Biopace de Shimano (US4576587) y los Osymetric (US5549314), si bien se pueden citar otros documentos más antiguos: US513589, US515449, GB191318888, FR645447, GB327681, DK64514C y GB449504 entre otros, y por citar uno más reciente, el US5882025. En ellos se llega claramente a apreciar que los platos "ovoides" llegaron a ser ampliamente conocidos. Como estado de la técnica, debemos prestar especial atención a la patente FR1090949, debido a su parecido con la propuesta actual, respecto a la orientación del ovoide, el cual se puede variar.

Con estos platos distintos siempre se ha buscado, de una u otra forma, que por medio de un radio de transmisión variable se aprovecharan las zonas donde más fuerza se da durante el ciclo para dar más impulso a la bicicleta, recurriendo para ello a tres factores de diseño primordiales:

• el factor de orientación: el ángulo que forma la dirección de las bielas con el eje mayor del ovoide, y que está relacionado con la posición respecto al PMS que ocupa el pedal en el momento de máximo desarrollo (cuando da tracción el máximo radio primitivo);
• el factor alargamiento: la relación de proporción entre los ejes primitivos mayor y menor del ovoide; y
• el factor forma: que depende de las curvas que conforman el perímetro de dicho ovoide (elipses, arcos de circunferencia, tramos rectos, etc.)

De todos estos platos ovoides mencionados previamente ninguno ha tenido éxito en el mercado. A pesar del hecho de que muchos concibieron bien alguno de los diferentes factores, hasta la fecha ninguno ha combinado suficientemente bien estos factores para lograr su objetivo de éxito.

La razón principal para esta falta de éxito fueron sus orientaciones ineficaces. Como no todas las personas pedalean igual, no se puede decir que fueran malos productos, de hecho algunos tienen todavía unos pocos seguidores. En cualquier caso, el factor orientación es vital para la biomecánica del pedaleo, y aunque esas orientaciones fueran aceptadas por un pequeño porcentaje ciclistas, son ineficaces para la inmensa mayoría.

De esta forma, por ejemplo, aunque los platos Biopace probablemente funcionaban bien para algunos, acabaron desapareciendo del mercado. En mi humilde opinión, aunque fuesen aceptables respecto a su alargamiento y forma, el factor de orientación era excesivamente obtuso, esto es, si la máxima fuerza se da con la biela a 90º del punto muerto superior (PMS), el máximo desarrollo estaba produciéndose demasiado tarde durante la bajada de pedaleo, casi coincidiendo con el pedal en el punto muerto inferior (PMI).

En cuanto a los Osymetric, su factor de orientación es demasiado agudo, como la mayoría de platos ovoides vistos hasta la fecha, ~ 90º, lo cual hace coincidir el instante de máximo desarrollo con la biela en el punto en que más fuerza se dispone, por lo que no se aprovechan de la acción de la inercia, que exige cierto retardo. Además, por sus factores de forma y elongación, las variaciones de velocidad son muy altas entorno a los puntos muertos, lo que va en contra de la salud de las rodillas y la razón por la que muchos abandonaron el uso de este tipo de platos. Por ello, podrán funcionar relativamente bien para ciclistas de mucha fuerza, en concreto en terreno llano, pero podrían fácilmente sobrecargar las rodillas, haciendo este sistema inaceptable para la mayoría de los ciclistas, en un uso normal.

En cuanto a platos ajustables como en la patente FR1090949, la orientación recomendada nunca fue lo suficientemente precisa, y/o la combinación de los factores de elongación y forma eran tan variables, que fue imposible encontrar una combinación ventajosa de los factores.

En relación a los otros intentos de optimización del pedaleo, los que hacen uso de bielas independientes, cada biela conduce el plato, el cual está descentrado, por medio de una bieleta y así el desarrollo de transmisión efectivo, según varía la distancia efectiva de palanca, pasa en cada ciclo desde un máximo hasta un mínimo en partes opuestas del ciclo. Por esto varía la velocidad de cada biela, de forma que, cuando una va más despacio (en la extensión de la pierna sacando así más partido a la zona más potente del ciclo), la otra biela va más deprisa y se haya adelantado al PMS para cuando la otra llega al PMI.

De estos cabe destacar sobre todo una primera patente DE76215 de 1893 que establece la configuración básica y en la actualidad el Rotor RS4 (US 2005/0022626 A1) del mismo inventor al que corresponde el presente documento, tratándose de un producto que se comercializa actualmente (bajo las denominaciones de RS4 y RS4X), los cuales son utilizados en competición con brillantes resultados.

Para estos se pueden definir también dos parámetros o factores de diseño:

• el factor de orientación: es el ángulo que respecto al PMS forma la biela que baja en el instante en que la relación de transmisión es máxima, y puede considerarse equivalente al de los platos ovoides,
• el factor excentricidad: supone la relación entre máxima y mínima relación transmisión, y por ello está relacionado con el anteriormente mencionado factor de alargamiento, que corresponde a los platos ovoides.

La experiencia con este citado sistema Rotor RS4, que si bien aún no puede considerarse de uso popular ya supone miles de ciclistas usándolo por todo el mundo, claramente refleja la importancia que tiene el factor de orientación en la biomecánica del pedaleo: la posición óptima del máximo desarrollo -el factor óptimo de orientación- está retrasado en relación a donde se entrega la máxima potencia. Por ello, incluso aunque la orientación óptima no es un valor fijo, siendo dependiente de tanto factores geométricos como dinámicos, se puede ver el porqué los intentos previos en la orientación de los platos ovoides fueron infructuosos.

Los citados factores geométricos definen la posición donde cada ciclista realiza la máxima entrega de par. Estos son la geometría de la bicicleta, la posición del sillín en ella, la longitud de las bielas, así como el hecho de pedalear sentado o de pie. También, las medidas del cuerpo del usuario juegan un papel importante.

Los citados factores dinámicos principalmente conllevan variaciones de inercia en el pedaleo, que marcarán el desfase que debe haber entre la posición de la biela en donde la pierna realiza la mayor entrega de par y la posición donde el desarrollo es máximo. Lógicamente no se trata de un valor fijo, sino que dependen de las distintas condiciones de pedaleo, como es Nanear o escalar, pedalear sentado o de pie, o la preferencia de pedalear con mayor o menor cadencia.

Todo ello afecta al factor de orientación óptimo. Por tanto su uso requerirá una guía general, solución de compromiso, que pueda adaptarse para cada usuario.

Para el citado Rotor, el factor general de orientación recomendado es de 115º desde el PMS, pero la regulación final del usuario varía normalmente entre 103º y 127º. La situación del PMS y PMI están en función de la situación de las caderas de los ciclistas respecto a los pedalieres de las bicicletas.

Esto confirma que difícilmente podría funcionar bien cualquiera de los diseños de platos ovoides anteriores, debido inicialmente a una incorrecta elección de los factores de orientación. También, aunque un factor dado sea bueno para algunos ciclistas, bicicletas o tipos de uso, no lo será para otros. Por lo tanto, si hiciésemos un plato usando el compromiso perfecto de orientación que definamos nosotros, sería efectivo para la mayor parte de los ciclistas, pero este ajuste no sería efectivo para una minoría. Por este motivo, posibles ajustes alrededor de la posición óptima media, mejorarán a la la posición óptima media para uso individual. El documento BE855299 revela un plato acorde con el preámbulo de la reivindicación 1, el cual permite ajustar la orientación de la biela al que va conectado.

Objetivo de la invención

El problema a resolver mediante la presente invención es proporcionar un plato oval diseñado para ser usado con bielas tradicionales el cual elimine los picos de tensión y los consecuentes daños en las rodillas y que permita un ajuste fino en la orientación de la biela. Este problema se resuelve mediante un plato como el definido en la reivindicación 1.

Descripción del mecanismo

Su principal innovación viene dada por el factor de orientación: de la imitación al Rotor RS4 tenemos una primera aproximación bastante acertada para un uso medio, apuntando entre el entorno de 100º-120º desde el PMS (dependiendo del tamaño del plato y su aplicación, BTT -bicicleta todo terreno- o carretera, por ejemplo). Además, como ya se ha mencionado, el factor de orientación del Rotor es un parámetro a elección del usuario, puesto que es regulable. Esto se consigue en el diseño de este plato ovoide mediante la inclusión de múltiples puntos de anclajes dentro de un pequeño ángulo de desfase alrededor de la configuración óptima, que permitirán posicionar el plato con distintas posibilidades de orientación en el entorno de la posición media definida.

A las innovaciones previamente mencionadas, también consideramos el factor de alargamiento y forma más apropiados, de forma que la velocidad en las piernas sean lo más uniformes posible y no lleguen a perjudicar cuando se pedalea a alta cadencia, pese a haberse logrado un factor de orientación cuasi perfecto.

La función de velocidad angular a lo largo del ciclo para un plato ovoide supone una función periódica, que dependiendo del factor de forma y de la forma del plato, se aproximará en mayor o menor grado a una sinusoide. No obstante, del alargamiento del plato resultará la variación del ángulo entre picos y valles de dicha función; y el grado en que varíe respecto a la función seno provendrá del factor de forma. Estas variaciones se traducirían entonces en aceleraciones las cuales pueden o no ser asumibles para las piernas de los ciclistas.

Por ello vamos a considerar como parámetro relativo al factor de forma del plato, la relación resultante entre el perímetro de diseño y el de la elipse correspondiente al mismo factor de alargamiento, que es la que corresponde a sus mismos diámetros mayor y menor.

En este sentido, resulta aconsejable un factor de alargamiento de 1.10, lo que significa que el eje mayor sea un 10% más grande que el eje menor, lo cual permite unas variaciones razonables entre la velocidad máxima y mínima de pedaleo; y una relación perimetral de 0.993. Esto significa que el perfil del ovoide estará inscrito por la elipse de los mismos diámetros mayor y menor - lo cual posibilitará que las transiciones de aceleración sean optimizadas a nivel biomecánico, por lo que, permitiendo el juego angular, se consigue un movimiento para las piernas tan uniforme como sea posible para facilitar una alta cadencia de pedaleo sin dañar las rodillas. Esto hará que el radio de curvatura sea tan pequeño como sea posible, alrededor del diámetro menor, permitiendo al plato imitar un plato redondo clásico tanto como sea posible para obtener los beneficios para la salud deseados.

Estos platos tendrían una ventaja respecto al Rotor en que, al ser compatibles con las bielas tradicionales, no obligan a los usuarios a sustituir ni bielas ni pedalieres, con lo que serían asequibles por precio para cualquier público. Además, apenas supondría un aumento de peso respecto al pedaleo convencional, y no causa ninguna pérdida de potencia por fricción y no necesita ningún mantenimiento específico al no tener partes móviles.

Por otro lado, comparado con el Rotor, se pierde parte de la potencial mejora biomecánica y más en concreto, en comodidad y salud para las rodillas, que son dos puntos fuertes del sistema Rotor respecto al pedaleo convencional, y por esta razón, para no causar perjuicio en este punto, hay sin duda que renunciar a parte de los beneficios potenciales de rendimiento, eligiendo un alargamiento más moderado.

Así lo que se pretende puede resumirse en: optimizar el pedaleo convencional sin que requiera el cambio del mecanismo tradicional de pedalier y bielas, haciendo uso de un plato ovoide que imite en la fase principal de potencia, a un Rotor -pero de excentricidad moderada-, y alrededor de los puntos muertos, a un plato circular más pequeño.

Descripción de las figuras

sqbullet La figura 1 muestra unas bielas tradicionales que montan un conjunto de dos platos ovoides que corresponden a la invención propuesta. La cadena, que se representa por una línea discontinua, conecta con el plato actuando en el instante de máximo desarrollo. El ángulo a1 es la orientación del plato ovoide en la regulación media, y es un parámetro de diseño. El ángulo a2 es la orientación referente al PMS, y para ese mismo plato variará ligeramente dependiendo de donde venga la cadena, esto es, del piñón del casete que se esté usando en cada momento y de la geometría de la bicicleta (longitud y ángulo de las vainas que unen el pedalier con la rueda trasera).

sqbullet La figura 2 muestra la biela descrita anteriormente e indica la discrepancia en la orientación, describiendo la diferencia entre los ejes mayores de los distintos platos, inherente a la pretendida aplicación de estos platos.

sqbullet La figura 3 muestra el desarrollo instantáneo equivalente para un plato ovoide de 53 dientes según la invención propuesta. Esto es, el número junto a cada punto es el número de dientes equivalentes, justo en el momento en que el agujero del pedal de la biela está en la posición de la marca. Hay que recordar que la orientación es un factor a elección del usuario, y dependiendo de que varíe incrementándose o reduciéndose, el diagrama representado girará en sentido horario o anti horario en relación a la posición del brazo de la biela. Se debe tener en cuenta que la discrepancias en el vector de entrada de la cadena en relación con los platos, entre el piñón más grande y el más pequeño del casete trasero, también tendrá un ligero efecto en la orientación del diagrama del número de dientes equivalente.

sqbullet La figura 4 muestra a modo comparativo el desarrollo instantáneo equivalente para un conocido "Rotor RS4" con plato de 53 dientes. Hay que recordar que la orientación es un factor a elección del usuario, y dependiendo de que varíe incrementándose o reduciéndose, el diagrama representado girará en sentido horario o anti horario.

sqbullet La figura 5 muestra un plato ovoide según la invención propuesta con las marcas indicadoras de orientación visibles cerca de los agujeros correspondientes, a fin de orientar el plato en la biela correctamente. Este plato está previsto para bielas con arañas de cinco brazos.

sqbullet La figura 6 muestra una elipse con factor de alargamiento de 1.10, representada en trazo discontinuo y un óvalo que representa la invención propuesta y cuya relación de perímetros respecto a la elipse es 0.993.

sqbullet En figura 7 están representadas la velocidad y la aceleración en función del tiempo para un ciclo de pedaleo según dicho óvalo.

sqbullet La figura 8 muestra otro plato ovoide con marcas indicadoras del orientación visibles cerca de los agujeros usados. Este plato está previsto para bielas con arañas de cuatro brazos y no es una realización correspondiente a la invención. En este plato ese puede ver la opción de poner la configuración de los agujeros tan próximos que se solapan unos con otros, creando un agujero más alargado en el plato.

sqbullet La figura 9 muestra otro plato alternativo acorde a la invención propuesta, con visibles marcas indicadoras de orientación cerca de los agujeros correspondientes. Este plato está previsto para bielas con araña "compact" de cinco brazos. Los agujeros en grupos de tres representan las orientaciones #1, #3 y #5 de este plato, separadas 8 grados cuando el agujero indicado del brazo de la araña se acopla en ellos. Los agujeros en grupos de dos representan las orientaciones #2 y #4, también separados por 8 grados la una de la otra. Estas configuraciones pares, ofrecen orientaciones efectivas intermedias a las impares #1 y #3 ó #3 y #5.

sqbullet La figura 10 muestra un plato oval alternativo de acuerdo con la invención propuesta junto con una araña desmontable, ajustable, la cual permite un amplio rango de ajustes de orientación. Cambiando ambas configuraciones del plato y de la araña permite hacer pequeñas variaciones angulares.

Exposición detallada de un modo de realización de la invención

Un modo de realización preferente es el plato oval correspondiente a las figuras de la 1, 2, 3, 5, 6 y 7.

Este diseño indica la orientación inicial a 108 grados desde el brazo de la biela. Adicionalmente, en este diseño queda particularizada la posibilidad de elección del factor de orientación, gracias a que dispone de múltiples agujeros para poder acoplarse a los brazos de la araña de las bielas convencionales. En concreto, dispone de 35 agujeros equiespaciados a ~10.286º ( = 35/360º), lo cual supone que para dicho plato el factor de orientación puede regularse cada ~5.143º. Es así ya que si se gira el plato 17 agujeros, esto es ~174.857º, resulta lo mismo que regularlo con ~5.143º de desfase. Se podría afinar aún más en regulación acercando aún más los agujeros, de forma que incluso se solapen unos con otros, pero en ese caso, no podrían ser equiespaciados a lo largo de todo el plato, pues debilitaría la estructura inaceptablemente, e incluso separaría el perímetro interno y externo del anillo de los agujeros creando dos anillos (ver figura 9).

Para facilitar su regulación, el plato tiene cinco agujeros marcados con números de referencia representados por hoyuelos para indicar los puntos de anclaje. El del medio, número tres, representa la citada orientación inicial. Las otras marcas son una guía mediante las cuales el consumidor puede regular eficazmente la orientación.

Como regulación estándar para este plato grande de carretera, se sugiere que el agujero para el anclaje a la biela que defina la dirección de ésta, debería estar posicionado de tal forma que cuando la cadena engrane el punto de mayor diámetro del plato, la biela se encuentre aproximadamente a 105º del punto muerto superior (al en figura 1). Para un plato de 53 dientes, esto coincide con un ángulo de 108º (a2 en figura 1). El ángulo real entre el punto muerto superior y la línea central de la biela para el ajuste inicial se define por el rango del vector de entrada de la cadena sobre el plato.

El factor de alargamiento para este plato de 53 dientes tiene un valor de 1.10, que permite variaciones razonables entre las velocidades de pedal máxima y mínima.

Por último, la forma del plato es la de un óvalo, tal que el rombo descrito por los cuatro puntos centrales de los arcos del perímetro, tienen ángulos agudos de 40º (ver figura 6). Par este ovalo la relación de perímetros respecto a la elipse es de 0.993.

La cinemática para este diseño de plato es la representada en la figura 7, donde puede apreciarse cómo el tiempo en el que la velocidad es mayor que la media es mayor del 50% del ciclo. De esa forma, se minimizan las variaciones de velocidad en los puntos muertos buscando para las rodillas la máxima comodidad. Por tanto, el tiempo en el que la velocidad es menor que la media es menor del 50% del ciclo, pero eso combinado con el juego angular en el tobillo durante el ciclo de pedaleo, hace que se consiga un pedaleo uniforme para las piernas, que es uno de los puntos débiles en el uso de platos ovoides.

El plato no tiene porqué estar provisto de puntos de anclaje repartidos en todos los ángulos posibles, sino que también valdrían pequeñas variaciones para la regulación de orientación, como ocurre en el plato de la figura 9.




Reivindicaciones:

1. Un plato acoplable a las bielas de bicicletas,

el plato teniendo una forma oval definida por un diámetro mayor y uno menor, su alargamiento, definido por la relación entre su diámetros primitivos mayor y menor, es 1.10,

El plato comprende además:

Un anillo con una pluralidad de agujeros de anclaje,

Los agujeros de anclaje están adaptados para corresponder con respectivos puntos de anclaje en unos brazos de araña de una biela de bicicleta y permiten una pluralidad de orientaciones del plato con respecto a una biela de bicicleta,

La pluralidad de agujeros de anclaje permite un acoplamiento del plato respecto a la biela de la bicicleta,

al menos uno de dicha pluralidad de agujeros de anclaje se usa como agujero de anclaje de referencia, para posicionar la línea central de una biela de bicicleta en una orientación de referencia de 108º con respecto al eje mayor del ovoide en sentido horario,

Los agujeros de anclaje adyacentes se usan para permitir una orientación de la línea central de la biela de bicicleta con un ángulo alrededor de 108º,

Caracterizado en que,

un perfil de la forma oval del plato se inscribe en una elipse con sus mismos diámetros mayor y menor, dicho perfil oval tiene un perímetro relativo de 0.993, el perímetro relativo está definido por el perímetro original del perfil dividido por el perímetro de la elipse correspondiente a sus diámetros mayor y menor,

El agujero de anclaje de referencia está provisto de una marca de señalización y el anillo de agujeros de anclaje comprende dos agujeros de anclaje adyacentes que se encuentran opuestos y equidistantes respecto al agujero de anclaje de referencia,

de forma que usando uno de los dos agujeros de anclaje adyacentes permite un ajuste fino de la orientación de la línea de centros de la biela de la bicicleta respecto a la orientación de referencia.






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