IT201900010023A1 - Gruppo di trasmissione di un velocipede, particolarmente di una bicicletta. - Google Patents

Description

DESCRIZIONE dell'invenzione industriale dal titolo:

"Gruppo di trasmissione di un velocipede, particolarmente di una bicicletta"

TESTO DELLA DESCRIZIONE

La presente invenzione si riferisce in generale ai velocipedi, quali biciclette o simili, in cui la forza muscolare di un utilizzatore viene convertita in una rotazione di una ruota motrice del velocipede tramite un gruppo di trasmissione.

Più in particolare, l'invenzione riguarda un gruppo di trasmissione per l'azionamento di un velocipede, particolarmente una bicicletta, che include un telaio provvisto di un movimento centrale a cui è connessa in rotazione almeno una corona dentata, la quale corona è collegata, tramite una catena o un simile elemento di trasmissione continuo, con almeno un pignone dentato coassiale con un asse posteriore del telaio e connesso in rotazione con una ruota posteriore del velocipede, per convertire una forza applicata da un utilizzatore tramite una coppia di leve in una rotazione di detto almeno un pignone e di detta ruota posteriore.

Nei velocipedi di tipo noto, quali le biciclette, la forza muscolare dell'utilizzatore viene applicata ad una coppia di leve sotto forma di pedivelle munite di rispettivi pedali, le quali pedivelle sono connesse in rotazione con almeno una corona dentata associata ad un albero del movimento centrale. Questa corona trasmette il movimento rotatorio di 360° delle pedivelle e dei pedali ad un pignone dentato coassiale con l'asse posteriore del telaio, solitamente tramite una catena di trasmissione, per portare in rotazione una ruota posteriore motrice del velocipede. In questo modo, il gruppo di trasmissione dei velocipedi noti converte la forza dell'utilizzatore applicata alle pedivelle in un movimento rotatorio del movimento centrale che provoca una rotazione di una ruota motrice del velocipede.

Sebbene questo gruppo di trasmissione noto sia efficiente nel funzionamento e di semplice costituzione, tanto da essere di uso praticamente generalizzato nei velocipedi più comuni, esso presenta l'inconveniente che la forza applicata dall'utilizzatore è efficace nelle fasi di spostamento dei pedali nella direzione verticale, quando questi compiono un movimento di salita e di discesa, in cui il contributo alla rotazione del movimento centrale in termini di potenza applicata è massimo, mentre è poco influente nelle fasi di spostamento prossimo alla direzione orizzontale dei pedali, particolarmente in prossimità dei punti morti superiore ed inferiore della pedalata, dove di fatto il contributo in termini di potenza applicata si annulla. A causa di ciò, il rendimento cinematico teorico di un gruppo di azionamento noto di un comune velocipede con pedivelle e pedali rotanti di 360° è soltanto di circa il 60%.

Lo scopo principale della presente invenzione è quello di proporre un gruppo di azionamento di un velocipede che comporti un rendimento cinematico più elevato rispetto a quello ottenibile dai gruppi d'azionamento dei velocipedi convenzionali con pedivelle rotanti di 360°, e quindi prestazioni migliori del velocipede.

Questo scopo viene raggiunto da un gruppo di trasmissione quale rivendicato.

In particolare, grazie al fatto che ogni leva di detta coppia di leve d'azionamento presenta un'estremità posteriore articolata in corrispondenza di un asse trasversale comune in prossimità di detto asse posteriore del telaio, ed al fatto che il gruppo comprende una coppia di elementi a disco montati girevoli sull'asse del movimento centrale da parti lateralmente opposte del movimento centrale, fra ciascun elemento a disco e il movimento centrale essendo interposto un meccanismo di ruota libera, e un organo di trasmissione flessibile sostanzialmente inestensibile avente le opposte estremità fissate ad una rispettiva leva, disposto in modo da avvolgersi parzialmente su una superficie periferica di entrambi gli elementi a disco e da impegnare una superficie periferica di una puleggia frontale e di una coppia di pulegge laterali di rinvio portate in modo girevole dal telaio del velocipede, è possibile incrementare sensibilmente il rendimento cinematico teorico di tale gruppo. Infatti, forza applicata dall'utilizzatore al movimento centrale viene sfruttata in modo più completo, anche in prossimità delle zone che corrispondono ai punti morti superiore e inferiore della pedalata per un velocipede convenzionale, consentendo di ottenere un rendimento cinematico teorico di circa il 98%, a tutto vantaggio delle prestazioni del velocipede.

Secondo una caratteristica preferita dell’invenzione che deriva dalla struttura del gruppo d'azionamento sopra specificata, l'organo di trasmissione flessibile si estende da una sua prima estremità fissata in corrispondenza di un punto intermedio di una prima leva d'azionamento, si avvolge su una prima puleggia laterale di rinvio, circonda parzialmente un primo elemento a disco, impegna parzialmente una superficie periferica di detta puleggia frontale, circonda parzialmente un secondo elemento a disco, si avvolge su una seconda puleggia laterale di rinvio ed è fissata con la sua seconda estremità in corrispondenza di un punto intermedio della seconda leva d'azionamento.

Secondo un'altra caratteristica preferita dell’invenzione, detto asse di oscillazione comune è parallelo ed arretrato rispetto all'asse posteriore del telaio. Ciò consente di realizzare il gruppo d'azionamento dell'invenzione in modo che esso non interferisca con l'almeno una ruota posteriore del velocipede, per facilitare il montaggio e lo smontaggio di tale ruota posteriore.

Secondo ancora un'altra caratteristica preferita dell’invenzione, la puleggia frontale e la coppia di pulegge laterali di rinvio sono montate girevoli su rispettivi perni che si estendono da una staffa di sopporto connessa a un tubo piantone del telaio. In questo modo, la puleggia frontale e la coppia di pulegge laterali di rinvio sono posizionate in una zona del velocipede in modo da non costituire un intralcio per i movimenti dell'utilizzatore.

Secondo un'ulteriore caratteristica preferita dell’invenzione, su una superficie della puleggia frontale affacciata a detta staffa di sopporto è formata una gola arcuata coassiale con il relativo perno di rotazione, la quale gola è delimitata da una coppia di battute d'estremità opposte in modo da estendersi per un angolo minore di 360°, preferibilmente di circa 270°, nella quale gola s'impegna scorrevolmente un perno di riferimento che sporge da detta staffa, per cui dette battute d'estremità costituiscono arresti del movimento della puleggia frontale nelle opposte direzioni di rotazione per limitare, tramite detto organo di trasmissione flessibile, l'oscillazione di ciascuna leva d'azionamento rispetto a detto asse d'articolazione comune. Ciò permette di ottenere la rotazione completa del movimento centrale utilizzando un'oscillazione angolare limitata delle leve d'azionamento.

Ulteriori caratteristiche e vantaggi dell’invenzione risulteranno più chiaramente dalla descrizione dettagliata che segue, fornita a titolo d’esempio non limitativo e riferita ai disegni annessi nei quali:

la Figura 1 è una vista schematica in elevazione laterale di un velocipede, in particolare di una bicicletta, provvisto del gruppo di azionamento secondo l'invenzione;

la Figura 2 è una vista ampliata in elevazione superiore sezionata lungo la linea II-II della Figura 1;

la Figura 3 è una vista ampliata in elevazione laterale di un dettaglio indicato dalla freccia III della Figura 1;

la figura 4 è una vista in elevazione posteriore sezionata lungo la linea IV-IV della figura 1; e

la figura 5 è una vista prospettica schematica in cui sono rappresentati i componenti principali del gruppo d'azionamento dell'invenzione per meglio illustrarne il funzionamento.

Nelle Figure allegate è illustrato un velocipede sotto forma di una bicicletta 10 che comprende, in modo per sé noto, un telaio 12 avente un sellino 13 per un utilizzatore, ed una forcella anteriore 14 sterzante munita di un manubrio 15, a cui è collegata in rotazione una ruota anteriore 16 in corrispondenza di un asse anteriore 16a. Il telaio 12 comprende anche un triangolo o carro posteriore 18 che definisce un asse posteriore 20a rispetto al quale è montata girevole una ruota posteriore motrice 20 a cui è connessa una serie di pignoni 22 coassiali.

Il telaio 12 sopporta nella sua parte inferiore una scatola tubolare trasversale 24 nella quale è montato girevole un albero 26 del movimento centrale 26a della bicicletta 10. A questo albero 26 è connessa almeno una corona dentata 28 che presenta denti radiali impegnati dalle maglie di una catena 30, le quali maglie impegnano anche i denti di uno dei pignoni della serie di pignoni 22, selezionabile tramite un cambio posteriore (non illustrato in dettaglio) comprendente un relativo deragliatore 32.

Sull'albero 26 sono anche montati una coppia di elementi a disco 34, ciascuno disposto su di un rispettivo lato della scatola 24 del movimento centrale 26a. Fra ogni elemento a disco 34 e l'albero 26 è interposto un rispettivo meccanismo di ruota libera, indicato nelle figure con 34a, i due meccanismi di ruota libera essendo disposti in modo da funzionare in modo contrapposto così da rendere attivo il movimento di rotazione dei due elementi a disco 34 quando essi ruotano secondo il verso indicato dalla freccia A nella Figura 1, per il motivo che verrà reso più chiaro nel seguito della descrizione.

Una coppia di leve d'azionamento 36 e 38 del velocipede 10 è articolata al telaio 12. In particolare, ciascuna leva 36, 38 presenta un'estremità posteriore articolata in corrispondenza di un asse trasversale 40 che si estende in prossimità dell'asse posteriore 20a, per cui le leve 36 e 38 risultano oscillabili rispetto al telaio 12 in corrispondenza di tale asse 40. L'asse 40 è parallelo all'asse posteriore 20a e disposto arretrato rispetto ad esso, separato di una piccola distanza dell'ordine di pochi centimetri, così da permettere di smontare e rimontare agevolmente la ruota posteriore 20 con la relativa serie di pignoni 22, senza interferire con le leve d'azionamento 36 e 38.

Convenientemente, ciascuna leva d'azionamento 36, 38 è munita di un pedale girevole 36a e 38a alla sua estremità anteriore libera, opposta all'estremità posteriore, allo scopo di rendere più comodo l'azionamento delle leve 36 e 38 da parte dell'utilizzatore.

Il gruppo d'azionamento comprende anche un organo di trasmissione flessibile sostanzialmente inestensibile 42, tipicamente realizzato sotto forma di un cavo, ad esempio metallico o di materiale plastico, le cui opposte estremità sono fissate rispettivamente alle leve d'azionamento 36 e 38 in corrispondenza di loro punti intermedi, indicati nelle Figure 1, 2 e 5 con 44 e 46.

L'organo di trasmissione flessibile 42 è disposto in modo da impegnare una porzione della superficie radialmente esterna o periferica degli organi a disco 34. Inoltre, lo stesso organo di trasmissione flessibile 42 si avvolge su una coppia di pulegge laterali folli 48 montate su rispettivi perni di rotazione 48a che si estendono da una staffa 50 fissata al tubo piantone 52 del telaio 10, e su parte della superficie radialmente esterna di una puleggia frontale 54 montata girevole su di un altro perno di rotazione 54a che si estende dalla staffa 50 verso la forcella anteriore 14.

In pratica, e con particolare riferimento anche alla Figura 5 dei disegni, l'organo di trasmissione flessibile 42 si estende fra una sua prima estremità fissata in 44 alla prima leva d'azionamento 36, si avvolge per circa 180° su una prima puleggia laterale di rinvio 48, impegna parzialmente la superficie periferica di un primo elemento a disco 34 disposto adiacente alla prima leva d'azionamento 36, risale per impegnare parzialmente, per un angolo di circa 180°, la superficie radialmente esterna della puleggia frontale 54, ridiscende per circondare parzialmente la superficie radiale esterna del secondo elemento a disco 34 posto dalla parte della seconda leva d'azionamento 38, si avvolge per circa 180° sulla seconda puleggia laterale di rinvio 48, ed è fissata con la sua seconda estremità in 46 sulla seconda leva d'azionamento 38.

Convenientemente, l'albero 26 e gli elementi a disco 34 sono montati girevoli rispetto alla scatola 24 tramite rispettivi cuscinetti volventi. Analogamente, le leve 36 e 38 sono montate oscillabili rispetto all'asse comune 40 tramite altri cuscinetti volventi, così come le pulegge laterali 48 a la puleggia frontale 54 sono montate girevoli sui rispettivi perni 48a e 54a con l'interposizione di altri cuscinetti volventi.

Sulla faccia della puleggia frontale 54 rivolta verso la staffa 50 è formata una gola circonferenziale 56 che si estende per un angolo minore di 360°, preferibilmente di circa 270°, delimitata da una coppia di battute d'estremità contrapposte 56a. Nella gola 56 è impegnato scorrevolmente un perno di riferimento 58 che sporge da un una mensola portata dalla staffa 50, allo scopo di limitare la rotazione della puleggia frontale 54 di un angolo predeterminato la cui ampiezza, in entrambe le direzioni di rotazione destra e sinistra rispetto ad una posizione mediana di riposo, è definita dalle battute 56a che formano rispettivi arresti per l'oscillazione della puleggia frontale 54.

Nell'eventualità in cui l'organo di trasmissione flessibile 42 possa scorrere sulla superficie periferica degli elementi a disco 34 e/o della puleggia frontale 54, è conveniente utilizzare mezzi di bloccaggio, ad esempio costituiti da cavallotti 60, 62 fissati tramite viti, oppure da altri organi di bloccaggio meccanicamente equivalenti, per impedire questo scorrimento. In pratica, i cavallotti 60, 62 servono ad applicare una compressione su una porzione dell'organo di trasmissione flessibile 42 per fissare quest'ultimo sulla superficie radiale degli elementi a disco 34 e/o della puleggia frontale 54.

Nel funzionamento, l'utilizzatore seduto sul sellino 13 agisce sulle leve d'azionamento 36 e 38, rispettivamente destra e sinistra, applicando alternativamente su di esse una forza di spinta tramite i pedali 36a e 38a.

In una prima fase, l'utilizzatore spinge sul pedale 36a con il piede destro provocando la rotazione della leva 36 intorno all'asse di articolazione 40 e la conseguente discesa della sua estremità anteriore libera. Ciò comporta l'applicazione di una trazione sull'organo di trasmissione flessibile a cavo 42, a causa della discesa del suo punto di fissaggio 44 alla leva 36.

In questo modo, l'organo di trasmissione flessibile 42 trascina in rotazione la prima puleggia laterale 48 ed anche il primo elemento a disco 34 adiacente alla leva 36, il quale elemento a disco 34 oscilla intorno all'asse 26 del movimento centrale 26a provocando simultaneamente una rotazione della corona dentata 28 nella direzione della freccia A della Figura 1, tramite il relativo meccanismo di ruota libera 34a, nonché la rotazione del pignone della serie di pignoni 22 che ingrana con la catena 30, determinando una rotazione della ruota posteriore 20.

La trazione dell'organo di trasmissione flessibile a cavo 42 provoca anche una rotazione angolare della puleggia frontale 54, fintanto che il perno 58 non raggiunge il contatto con una delle battute d'estremità 56a della gola 56 di tale puleggia 54. Inoltre, la trazione applicata sull'organo di trasmissione flessibile 42 provoca anche un'oscillazione del secondo elemento a disco 34 adiacente alla leva 38 nella direzione opposta a quella del primo elemento a disco 34, e la rotazione della seconda puleggia laterale 48, in modo da sollevare il punto di fissaggio 46 della sua seconda estremità sulla leva d'azionamento 38, provocando una rotazione di tale leva 38 intorno all'asse 40 ed il sollevamento della sua estremità anteriore libera con il relativo pedale 38a.

Nella fase successiva di azionamento del gruppo di trasmissione, l'utilizzatore applica una spinta con il piede sinistro sul pedale 38a della seconda leva d'azionamento 38, provocando una sua rotazione intorno all'asse di articolazione 40 e la conseguente discesa del punto di fissaggio 46. A seguito della rotazione della seconda puleggia folle 48, la trazione applicata all'organo di trasmissione flessibile a cavo 42 determina un'oscillazione del secondo elemento a disco 34 adiacente alla leva 38 intorno all'asse 26 del movimento centrale 26a, nella direzione della freccia A della Figura 1 e, tramite il relativo meccanismo di ruota libera 34a, un'ulteriore rotazione della corona dentata 28, nonché del pignone della serie di pignoni 22 che ingrana con la catena 30, e un'ulteriore rotazione della ruota posteriore 20. La trazione dell'organo di trasmissione flessibile a cavo 42 determina anche una rotazione angolare della puleggia frontale 54 nella direzione opposta a quella della prima fase, fino a quando il perno 58 non raggiunge il contatto con la seconda battuta d'estremità 56a della gola 56, nonché un'oscillazione del primo elemento a disco 34 adiacente alla leva 36 e, tramite la prima puleggia laterale 48, il sollevamento del punto di fissaggio 44 della prima estremità dell'organo di trasmissione flessibile 42, provocando una rotazione della prima leva d'azionamento 36 intorno all'asse 40, fintanto che quest'ultima non assume nuovamente la posizione iniziale della prima fase di azionamento del gruppo di trasmissione.

Ripetendo in sequenza la prima e la seconda fase di azionamento, si ottiene la rotazione continua della ruota posteriore 20 del velocipede 10, e quindi il suo avanzamento.

Nel gruppo di trasmissione dell'invenzione, le leve d'azionamento 36 e 38 con i relativi pedali compiono un movimento angolare di circa 32°, quindi di circa 16° e –16° rispetto ad una posizione mediana, con una corsa totale di ciascuna leva 36 e 38 circa 350 mm, sostanzialmente corrispondente alla corsa dei pedali di una bicicletta provvista di un gruppo di trasmissione convenzionale con pedali che ruotano di 360° su una circonferenza con raggio di circa 175 mm o di circa 7”. In particolare, il perno di riferimento 58 che limita la rotazione destra e sinistra della puleggia frontale 54 permette di limitare la corsa delle leve d'azionamento 56 e 58 ai suddetti /- 16°.

Tuttavia, a differenza di una bicicletta convenzionale in cui viene sfruttata perlopiù la corsa di discesa e di risalita dei pedali, essendo il contributo alla spinta pressoché nullo in prossimità dei punti morti superiore ed inferiore, la rotazione dell'albero del movimento centrale del gruppo dell'invenzione permette di ottenere un rendimento teorico di circa il 98%, notevolmente superiore al rendimento di una bicicletta tradizionale che è di circa del 60%, grazie al migliore sfruttamento della spinta esercitata dall'utilizzatore sui pedali. Pertanto, un velocipede o bicicletta provvisto del gruppo di trasmissione dell'invenzione consente di ottenere una potenza alla ruota ed una coppia motrice notevolmente superiori a quelli ottenibili con un velocipede o bicicletta tradizionale, con un conseguente incremento delle prestazioni, perché non vi sono zone inattive della rotazione del movimento centrale, come i punti morti superiore ed inferiore, in cui il contributo alla potenza è sostanzialmente nullo.

Inoltre, grazie al fatto che il gruppo di trasmissione dell'invenzione sviluppa una coppia motrice maggiore rispetto ai velocipedi tradizionali, è possibile semplificare la struttura complessiva del velocipede utilizzando una sola corona di grande dimetro, ad esempio con 58 denti, montata sull'albero 26 del movimento centrale 26a, evitando la necessità di predisporre un cambio anteriore del velocipede.

Claims (9)

1. RIVENDICAZIONI 1. Gruppo di trasmissione per l'azionamento di un velocipede, particolarmente una bicicletta, che include un telaio (12) provvisto di un movimento centrale (26a) a cui è connessa in rotazione almeno una corona dentata (28), la quale corona (28) è collegata, tramite una catena (30) o un simile elemento di trasmissione continuo, con almeno un pignone dentato (22) coassiale con un asse posteriore (20a) del telaio (12) e connesso in rotazione con una ruota posteriore (20) del velocipede, per convertire una forza applicata da un utilizzatore tramite una coppia di leve (36, 38) in una rotazione di detto almeno un pignone (22) e di detta ruota posteriore (20), caratterizzato dal fatto che - ogni leva (36, 38) di detta coppia di leve d'azionamento presenta un'estremità posteriore articolata in corrispondenza di un asse trasversale comune (40) in prossimità di detto asse posteriore (20a) del telaio (12), e dal fatto che il gruppo comprende - una coppia di elementi a disco (34) montati girevoli sull'asse (26) del movimento centrale (26a) da parti lateralmente opposte del movimento centrale (26a), fra ciascun elemento a disco (34) e il movimento centrale (26a) essendo interposto un meccanismo di ruota libera (34a), e - un organo di trasmissione flessibile sostanzialmente inestensibile (42) avente le opposte estremità fissate ad una rispettiva leva (36, 38), disposto in modo da avvolgersi parzialmente su una superficie periferica di entrambi gli elementi a disco (34) e da impegnare una superficie periferica di una puleggia frontale (54) e di una coppia di pulegge laterali di rinvio (48) portate in modo girevole dal telaio (12) del velocipede (10).
2. 2. Gruppo di trasmissione secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che detto organo di trasmissione flessibile (42) si estende da una sua prima estremità fissata in corrispondenza di un punto intermedio (44) di una prima leva d'azionamento (36), si avvolge su una prima puleggia laterale di rinvio (48), circonda parzialmente un primo elemento a disco (34), impegna parzialmente una superficie periferica di detta puleggia frontale (54), circonda parzialmente un secondo elemento a disco (34), si avvolge su una seconda puleggia laterale di rinvio (48) ed è fissata con la sua seconda estremità in corrispondenza di un punto intermedio (46) della seconda leva d'azionamento (38).
3. 3. Gruppo di trasmissione secondo la rivendicazione 1 oppure 2, caratterizzato dal fatto che detto organo di trasmissione flessibile (42) è realizzato tramite un cavo.
4. 4. Gruppo di trasmissione secondo una qualsiasi delle rivendicazioni 1 a 3, caratterizzato dal fatto che detto asse di oscillazione comune (40) è parallelo ed arretrato rispetto all'asse posteriore (20a) del telaio (12).
5. 5. Gruppo di trasmissione secondo una qualsiasi delle rivendicazioni 1 a 4, caratterizzato dal fatto che detta puleggia frontale (54) e detta coppia di pulegge laterali di rinvio (48) sono montate girevoli su rispettivi perni che si estendono da una staffa di sopporto (50) connessa a un tubo piantone (52) del telaio (12).
6. 6. Velocipede secondo la rivendicazione 5, caratterizzato dal fatto che su una superficie della puleggia frontale (54) affacciata a detta staffa di sopporto (50) è formata una gola arcuata (56) coassiale con il relativo perno di rotazione (54a), la quale gola è delimitata da una coppia di battute d'estremità (56a) opposte in modo da estendersi per un angolo minore di 360°, preferibilmente di circa 270°, nella quale gola (56) s'impegna scorrevolmente un perno di riferimento (58) che sporge da detta staffa (50), per cui dette battute d'estremità (56a) costituiscono arresti del movimento della puleggia frontale (54) nelle opposte direzioni di rotazione per limitare, tramite detto organo di trasmissione flessibile (42), l'oscillazione di ciascuna leva d'azionamento (36, 38) rispetto a detto asse d'articolazione comune (40).
7. 7. Gruppo secondo una qualsiasi delle rivendicazioni 1 a 6, caratterizzato dal fatto che ciascuna leva d'azionamento (36, 38) presenta un'estremità libera opposta a detta estremità posteriore, un relativo pedale (36a, 38a) essendo connesso in modo girevole in corrispondenza dell'estremità libera di ciascuna leva d'azionamento (36, 38).
8. 8. Gruppo secondo una qualsiasi delle rivendicazioni 1 a 7, caratterizzato dal fatto che comprende mezzi di bloccaggio (60, 62) associati a detti elementi a disco (34) e a detta puleggia frontale (54) per impedire uno scorrimento relativo di detto organo di trasmissione flessibile (42) su detti elementi a disco (34) e su detta puleggia frontale (54).
9. 9. Gruppo secondo una qualsiasi delle rivendicazioni 1 a 8, caratterizzato dal fatto che detti mezzi di bloccaggio comprendono un elemento di fissaggio (60, 62) atto a comprimere una porzione di detto organo di trasmissione flessibile (42) contro detta superficie periferica di ciascun elemento a disco (34) e di detta puleggia frontale (54).