IT201800005299A1

IT201800005299A1 - Componente di bicicletta dotato di sensore di sforzi/deformazioni compensato in temperatura

Info

Publication number: IT201800005299A1
Application number: IT201800005299A
Authority: IT
Inventors: Keith Joseph Wakeham
Priority date: 2018-05-11
Filing date: 2018-05-11
Publication date: 2019-11-11
Also published as: CN110466664B; US11577801B2; US20220111926A1; CN110466664A; US20190346318A1; TW201947197A; EP3566937A1; CA3042527A1; US11214331B2

Description

COMPONENTE DI BICICLETTA DOTATO DI SENSORE DI

SFORZI/DEFORMAZIONI COMPENSATO IN TEMPERATURA

L’invenzione riguarda in generale un componente di bicicletta dotato di sensore di sforzi/deformazioni compensato in temperatura. In particolare, l’invenzione riguarda un componente di bicicletta comprendente almeno un sensore di sforzi/deformazioni e almeno un sensore di temperatura.

Le conoscenze generali nel settore della rilevazione degli sforzi in una barra, così come tipicamente utilizzate nel contesto della misurazione della coppia applicata ad una pedivella di una guarnitura di bicicletta, prevedono tipicamente l’utilizzo di almeno un estensimetro, tipicamente di due estensimetri, uno posizionato da un lato rispetto al piano neutro della pedivella rispetto alla componente utile della forza di pedalata e l'altro posizionato dal lato opposto rispetto al piano neutro.

Nella presente descrizione e nelle rivendicazioni allegate, così come in generale nel settore meccanico, con “asse neutro” si intende indicare il luogo geometrico dei punti nei quali sono nulli gli sforzi normali alla sezione trasversale del solido – in questo caso la pedivella – considerata. Con “piano neutro” si intende indicare il luogo geometrico dei punti appartenenti all’asse neutro di ogni sezione trasversale, che nella pratica può anche discostarsi da un piano geometrico.

Considerata la pedivella con l'asse di pedale in posizione anteriore (nel senso di marcia) rispetto all'asse di rotazione e dunque nella “downstroke” (la parte più efficace del ciclo di pedalata), l’estensimetro che risulta in posizione di sommità è soggetto a e rileva una dilatazione o allungamento, mentre l'estensimetro che risulta in posizione inferiore rileva una contrazione o compressione quando il ciclista applica una forza sul pedale.

Nel caso di altri componenti di bicicletta e in particolare della guarnitura, quali razze di pedivella destra (più in generale dal lato catena/cinghia di trasmissione) o il perno del movimento centrale o il corpetto a ruota libera di un pacco pignoni monolitico associato al mozzo della ruota posteriore, è similmente noto di utilizzare due estensimetri (o due coppie di estensimetri) posizionati in due diverse posizioni, tali che quando l’uno è soggetto a e rileva una dilatazione o allungamento, l’altro rileva una contrazione o compressione.

E’ anche noto in generale il fatto di prevedere, in ciascuna posizione di misura, un ulteriore estensimetro le cui piste siano orientate parallele rispetto alle piste dell'estensimetro attivo, il ruolo di questo estensimetro parallelo essendo quello di aumentare la precisione della lettura della misura; oppure un ulteriore estensimetro le cui piste siano orientate a 90° rispetto alle piste dell'estensimetro attivo, il ruolo di questo estensimetro ortogonale essendo quello di compensare le variazioni di resistenza nell'estensimetro attivo causate da variazioni di temperatura e/o di aumentare la precisione della lettura della misura, rilevando gli allungamenti/accorciamenti dovuti all’effetto Poisson.

Un dispositivo di lettura, tipicamente comprendente un circuito a ponte di Wheatstone, provvede a leggere le uscite dell’estensimetro o degli estensimetri, combinandole opportunamente.

È anche in generale noto compensare una misura di sforzi/deformazioni con una misura di temperatura.

US 7,647,837 B2 ed EP1407239B1 descrivono sistemi di rilevazione a estensimetro compensati in temperatura, senza peraltro alcun riferimento all’applicazione a biciclette. In entrambi i casi, un sensore di temperatura è disposto in corrispondenza di ciascun estensimetro. Il documento americano riconosce che la temperatura può alterare non solo le proprietà di un elemento estensimetrico, ma anche le proprietà del materiale di base al quale l’estensimetro è attaccato e che differenze nel coefficiente di espansione tra l’estensimetro e il materiale di base possono indurre errori nella misurazione. Nella figura 2, tale documento suggerisce di posizionare i sensori di temperatura nello stesso piano degli estensimetri. Nel documento europeo, l’estensimetro e il sensore di temperatura sono sovrapposti e dunque in piani tra loro paralleli e immediatamente adiacenti.

La Richiedente osserva che, mentre per un estensimetro (o altro sensore di sforzi/deformazioni) che deve rilevare sforzi/deformazioni meccanici, la capacità di rilevazione è massimizzata quando questo è posizionato su superfici –e più in generale in piani– del componente sotto misura soggette ad elevate sollecitazioni meccaniche, viceversa è opportuno che il sensore di temperatura risenta il meno possibile degli sforzi/deformazioni meccanici agenti sul componente, in quanto la sua lettura potrebbe risultare altrimenti alterata e poco affidabile.

Il problema tecnico alla base dell’invenzione è pertanto quello di fornire un componente di bicicletta comprendente tali sensori che consenta una misura di sforzi/deformazioni particolarmente accurata e indipendente dalla temperatura.

In un aspetto, l'invenzione riguarda un componente di bicicletta comprendente un sensore di sforzi/deformazioni allineato secondo uno sforzo/deformazione da rilevare e un sensore di temperatura associato a detto sensore di sforzi/deformazioni, in cui detto sensore di sforzi/deformazioni e detto sensore di temperatura giacciono in piani tra loro non coincidenti e non paralleli.

Nella presente descrizione e nelle rivendicazioni allegate, con l’espressione “piano” si intende indicare un piano approssimante la forma sostanzialmente bidimensionale del sensore.

Questa configurazione rende il sensore di temperatura meno soggetto alle sollecitazioni meccaniche a cui è sottoposto il sensore di sforzi/deformazioni, che sono invece elevate nel piano del sensore di sforzi/deformazioni e nei piani ad esso paralleli, migliorando in tal modo l’affidabilità della misura di temperatura e di conseguenza migliorando l’affidabilità della misura di sforzo/deformazione compensata in temperatura, pur non precludendo di mantenere il sensore di temperatura nelle vicinanze del sensore di sforzi/deformazioni.

Preferibilmente, detti piani sono sostanzialmente ortogonali.

Nella presente descrizione e nelle rivendicazioni allegate, con piani “sostanzialmente ortogonali” si intende indicare piani formanti un angolo compreso tra 80° e 100°.

Il sensore di temperatura e il sensore di sforzi/deformazioni sono associati in generale dal punto di vista logico, nel senso che la lettura del sensore di temperatura viene utilizzata per compensare in temperatura la lettura del sensore di sforzi/deformazioni.

Preferibilmente, peraltro, il sensore di temperatura è termicamente accoppiato al sensore di sforzi/deformazioni.

Preferibilmente, il sensore di sforzi/deformazioni e il sensore di temperatura sono posizionati in una regione sostanzialmente isoterma del componente di bicicletta.

Nella presente descrizione e nelle rivendicazioni allegate, con “regione sostanzialmente isoterma” si intende indicare una regione nella quale, in normali condizioni d’uso, una escursione termica massima è contenuta entro un decimo di grado centigrado.

Preferibilmente, il sensore di sforzi/deformazioni ha una direzione di rilevazione allineata secondo detto sforzo/deformazione da rilevare e il piano in cui giace il sensore di temperatura non è ortogonale a detta direzione di rilevazione, essendo più preferibilmente ortogonale al piano in cui giace il sensore di sforzo/deformazione.

Preferibilmente, il componente di bicicletta è una pedivella comprendente un corpo principale esteso lungo una direzione longitudinale tra un asse di rotazione e un asse di pedale, detto corpo principale recando detti sensore di sforzi/deformazioni e sensore di temperatura.

Preferibilmente, il sensore di sforzi/deformazioni è un estensimetro.

Nella presente descrizione e nelle rivendicazioni allegate, con “estensimetro” si intende indicare un estensimetro elettrico a resistenza.

Quando il componente è una pedivella, più preferibilmente, l’estensimetro è orientato (vale a dire, presenta la sua direzione di rilevazione) lungo la direzione longitudinale della pedivella.

Preferibilmente, il sensore di temperatura è un termistore, ancor più preferibilmente un termistore a serpentina.

Un termistore (o termoresistenza) è un resistore il cui valore di resistenza varia in maniera significativa al variare della temperatura.

Quando il componente è una pedivella, preferibilmente il sensore di temperatura è orientato lungo la direzione longitudinale della pedivella.

In forme di realizzazione, almeno uno tra e preferibilmente entrambi il sensore di sforzi/deformazioni e il sensore di temperatura è/sono applicato/i a una superficie esterna del componente, indipendentemente dal fatto che il componente sia pieno o cavo.

In alternativa, il componente può comprendere una cavità e un guscio di materiale composito comprendente fibra strutturale incorporata in una matrice polimerica esteso attorno a detta cavità, almeno uno tra, e preferibilmente entrambi, il sensore di sforzi/deformazioni e il sensore di temperatura essendo applicato/i a una superficie interna del guscio.

In alternativa, il componente può comprendere un’anima e un guscio di materiale composito comprendente fibra strutturale incorporata in una matrice polimerica esteso attorno a detta anima, almeno uno tra, e preferibilmente entrambi, il sensore di sforzi/deformazioni e il sensore di temperatura essendo interposto/i tra l’anima e il guscio.

In tal caso, la sezione del componente è piena, almeno nella regione contenente detti sensori. Se l’anima è anch’essa in materiale composito, entrambe le facce del/dei sensore/i sono a contatto con il materiale composito.

Preferibilmente detta anima comprende almeno un bassofondo e detto almeno uno tra, e preferibilmente entrambi, il sensore di sforzi/deformazioni e il sensore di temperatura è/sono disposto/i in detto almeno un bassofondo. In tal modo il suo/loro posizionamento è particolarmente preciso.

In entrambi i casi, preferibilmente la fibra strutturale è scelta dal gruppo costituito da fibre di carbonio, fibre di vetro, fibre di boro, fibre sintetiche, fibre ceramiche e loro combinazioni.

Preferibilmente le fibre sintetiche comprendono fibre poliossazoliche, per esempio Zylon®, fibre di polietilene a peso molecolare ultra elevato (ultra high molecular weight polyethylene), per esempio Dyneema®, fibre aramidiche, per esempio fibre di kevlar e loro combinazioni.

In entrambe le soluzioni con cavità o anima, preferibilmente il sensore di sforzi/deformazioni è disposto su una prima regione di una superficie interna del guscio, il sensore di temperatura è disposto su una seconda regione della superficie interna del guscio, detta prima regione essendo sostanzialmente ortogonale a detta seconda regione.

Nella presente descrizione e nelle rivendicazioni allegate, con “superficie interna” del guscio si intende indicare la superficie rivolta verso la cavità o rispettivamente l’anima.

Il guscio di materiale composito presenta preferibilmente una sporgenza interna, più preferibilmente lungo uno spigolo interno del guscio, e almeno una tra la prima e la seconda regione sono realizzate su detta sporgenza.

Preferibilmente, la sporgenza è formata da un cordone di materiale composito comprendente preferibilmente fibra strutturale sostanzialmente unidirezionale incorporata in una matrice polimerica.

Più preferibilmente detta prima regione, ed eventualmente anche detta seconda regione, si estende lungo detta direzione di sforzo/deformazione da rilevare.

Quando il componente è oblungo e in particolare è una pedivella, preferibilmente la prima regione della superficie interna del guscio è sostanzialmente estesa lungo la direzione longitudinale e lungo un senso dello spessore della pedivella e la seconda regione della superficie interna del guscio è sostanzialmente estesa lungo la direzione longitudinale e lungo un senso della larghezza della pedivella.

Preferibilmente, il sensore di sforzi/deformazioni è applicato nella prima regione, in una prima posizione lungo la direzione longitudinale del componente.

Preferibilmente il sensore di sforzi/deformazioni è disposto sulla suddetta sporgenza, che funge anche da rinforzo del componente, e, nel caso in cui la sporgenza sia formata dal suddetto cordone comprendente fibra strutturale sostanzialmente unidirezionale, il sensore di sforzi/deformazioni risulta disposto vantaggiosamente orientato secondo una direzione di fibra del materiale composito della pedivella.

Preferibilmente, in tal caso il sensore di temperatura è applicato nella seconda regione della superficie interna del guscio, sostanzialmente nella prima posizione lungo la direzione longitudinale del componente.

Più preferibilmente la seconda regione della superficie interna del guscio è una regione distale.

Nella presente descrizione e nelle rivendicazioni allegate, con “prossimale” si intende indicare una regione o superficie o faccia che, nella condizione di montaggio, è genericamente rivolta verso il telaio; con “distale” si intende indicare una regione o superficie o faccia contrapposta a quella prossimale.

Preferibilmente, il componente di bicicletta comprende inoltre un secondo sensore di sforzi/deformazioni e un secondo sensore di temperatura, giacenti in piani tra loro non coincidenti e non paralleli, più preferibilmente sostanzialmente ortogonali.

Tutto quanto sopra descritto con riferimento al sensore di sforzi/deformazioni, nel seguito chiamato primo, e al sensore di temperatura, nel seguito chiamato primo, è valido anche per il secondo sensore di sforzi/deformazioni e per il secondo sensore di temperatura.

Il primo e il secondo sensore di sforzi/deformazioni possono giacere sostanzialmente in uno stesso piano, ma preferibilmente, il primo e il secondo sensore di sforzi/deformazioni giacciono in piani tra loro sostanzialmente paralleli.

Nella presente descrizione e nelle rivendicazioni allegate, con piani “sostanzialmente paralleli” si intende indicare piani perfettamente paralleli o formanti un angolo compreso tra -10°/350° e 10°.

Il primo e il secondo sensore di temperatura possono giacere in piani tra loro sostanzialmente paralleli, ma preferibilmente essi giacciono sostanzialmente in uno stesso piano.

Preferibilmente il secondo sensore di sforzi/deformazioni è disposto su una terza regione di una superficie interna del guscio, il secondo sensore di temperatura è disposto su una quarta regione della superficie interna del guscio, detta terza regione essendo sostanzialmente ortogonale a detta quarta regione, in cui la prima e la seconda regione sono realizzate in corrispondenza di un primo spigolo interno del guscio e la terza e la quarta regione sono realizzate in corrispondenza di un secondo spigolo interno del guscio, adiacente al primo spigolo.

Preferibilmente, il guscio di materiale composito presenta una seconda sporgenza interna, più preferibilmente lungo uno spigolo interno del guscio, e almeno una tra la terza e la quarta regione sono realizzate su detta seconda sporgenza.

Tutto quanto sopra descritto con riferimento alla sporgenza, nel seguito chiamata prima, è valido anche per la seconda sporgenza; inoltre quanto sopra descritto con riferimento al posizionamento del primo sensore di sforzi/deformazioni e del primo sensore di temperatura rispetto alla sporgenza è valido anche per il posizionamento del secondo sensore di sforzi/deformazioni e del secondo sensore di temperatura rispetto alla sporgenza.

Preferibilmente, la prima sporgenza e la seconda sporgenza sono formate ai due spigoli longitudinali di una faccia distale della superficie interna del guscio di materiale composito.

Con il posizionamento preferito suddetto, in una pedivella i sensori di sforzi/deformazioni si trovano vicini e paralleli alle facce superiore e inferiore della pedivella, vale a dire che si trovano in posizione superiore, rispettivamente inferiore, quando la pedivella è nella corsa attiva, vale a dire con un’estremità libera in avanti nel senso di marcia rispetto ad un’estremità di imperniamento.

In un aspetto, l'invenzione riguarda una pedivella di bicicletta comprendente un corpo principale esteso lungo una direzione longitudinale tra un asse di rotazione e un asse di pedale, comprendente un sensore di sforzi/deformazioni avente una direzione di rilevazione allineata secondo uno sforzo/deformazione da rilevare e un sensore di temperatura, in cui detto sensore di sforzi/deformazioni e detto sensore di temperatura sono posizionati in una regione sostanzialmente isoterma della pedivella di bicicletta e in cui detto sensore di temperatura giace in un piano del corpo principale della pedivella sostanzialmente ortogonale a un piano del corpo principale della pedivella in cui giace il sensore di sforzi/deformazioni e non ortogonale a detta direzione di rilevazione.

Caratteristiche vantaggiose della pedivella sono quelle sopra definite per il componente di bicicletta.

In un altro aspetto, l'invenzione riguarda una guarnitura di bicicletta comprendente un componente, in particolare una pedivella, secondo uno degli aspetti suddetti.

In un altro aspetto, l'invenzione riguarda un’anima per la fabbricazione di un componente di bicicletta in materiale composito comprendente fibra strutturale incorporata in una matrice polimerica, comprendente una prima superficie e una seconda superficie giacenti su piani tra loro non coincidenti e non paralleli, preferibilmente sostanzialmente ortogonali, un primo bassofondo su detta prima superficie configurato per ricevere un sensore di sforzi/deformazione e/o un secondo bassofondo su detta seconda superficie configurato per ricevere un sensore di temperatura.

In tal modo il posizionamento dei sensori nel componente di bicicletta risulta particolarmente preciso.

Preferibilmente i bassifondi, se presenti entrambi, sono realizzati in una regione dell’anima che corrisponde a una regione sostanzialmente isoterma del componente di bicicletta realizzato tramite l’anima.

Preferibilmente, detta prima superficie è una superficie di alzata di un gradino definito sull’anima.

In tal caso, preferibilmente detta seconda superficie è una faccia distale dell’anima.

In alternativa o in aggiunta, detta seconda superficie è una superficie di pedata del gradino definito sull’anima.

Preferibilmente, detto gradino definisce una rientranza configurata per definire una sporgenza interna in un guscio di materiale composito formato attorno a detta anima.

Più preferibilmente, l’anima comprende un secondo gradino contrapposto al primo gradino e comprendente almeno un bassofondo per ricevere un secondo sensore di sforzi/deformazione e/o un secondo sensore di temperatura.

In un altro aspetto, l'invenzione riguarda un metodo di rilevazione di sforzi/deformazioni agenti in un componente di bicicletta, comprendente le fasi di:

a) misurare, mediante un sensore di sforzi/deformazioni, un valore di sforzo/deformazione, preferibilmente in una prima regione sostanzialmente isoterma del componente di bicicletta;

b) misurare, mediante un sensore di temperatura, un valore di temperatura, preferibilmente nella regione sostanzialmente isoterma del componente di bicicletta;

c) effettuare operazioni di compensazione del valore di sforzo/deformazione rilevato nella fase a) utilizzando il valore di temperatura rilevato nella fase b);

caratterizzato dal fatto che la misurazione del valore di sforzo/deformazione della fase a) è effettuata in un primo piano e la misurazione del valore di temperatura della fase b) è effettuata in una secondo piano, il primo e il secondo piano essendo tra loro non coincidenti e non paralleli e preferibilmente sostanzialmente ortogonali.

Preferibilmente, il primo sensore di sforzi/deformazioni impiegato nella fase a) è un estensimetro.

Preferibilmente, il primo sensore di temperatura impiegato nella fase b) è un termistore.

Preferibilmente, il metodo comprende le ulteriori fasi di:

a1) misurare, mediante un secondo sensore di sforzi/deformazioni, un valore di sforzo/deformazione in una seconda regione, preferibilmente sostanzialmente isoterma, del componente di bicicletta;

b1) misurare, mediante un secondo sensore di temperatura, un valore di temperatura, preferibilmente nella seconda regione sostanzialmente isoterma del componente di bicicletta;

c1) effettuare operazioni di compensazione del valore di sforzo/deformazione rilevato nella fase a1) utilizzando il valore di temperatura rilevato nella fase b1);

in cui la misurazione del valore di sforzo/deformazione della fase a1) è effettuata in un terzo piano e la misurazione del valore di temperatura della fase b1) è effettuata in un quarto piano, il terzo e il quarto piano essendo tra loro non coincidenti e non paralleli, preferibilmente sostanzialmente ortogonali.

Preferibilmente il primo e il terzo piano sono paralleli o coincidenti.

Preferibilmente il secondo e il quarto piano sono paralleli o coincidenti.

Preferibilmente il procedimento di fabbricazione della pedivella comprende la fase di prevedere un’anima di forma prefissata, applicare detto sensore di sforzi/deformazioni e detto sensore di temperatura all’anima e rivestire il componente in lavorazione con il materiale composito, così da creare una pedivella in cui il materiale composito è nella forma di un guscio o mantello.

L’anima può restare nella pedivella stampata, ma preferibilmente l’anima è in materiale bassofondente e il procedimento comprende la fase, eseguita a indurimento avvenuto, di praticare un foro nella pedivella, scaldare a una temperatura compresa tra il punto di fusione del materiale dell’anima e il punto di indurimento del materiale composito e far fuoriuscire l’anima fusa dal foro.

Nella presente descrizione e nelle rivendicazioni allegate, l’espressione “indurire” è intesa in senso lato non solo per indicare l’indurimento di polimeri termoplastici, ma per ricomprendere anche la reticolazione di polimeri termoindurenti.

Preferibilmente, se l’anima è in materiale bassofondente, il procedimento comprende inoltre una fase di lavaggio della cavità lasciata dall’anima fusa con un agente chimico, purché non danneggi detti sensori.

Preferibilmente detta anima comprende almeno un bassofondo e in detta fase di applicare detti sensori sull’anima, detti sensori sono applicati in un rispettivo bassofondo.

Ulteriori caratteristiche e vantaggi dell’invenzione risulteranno meglio evidenziati dalla descrizione di sue forme di realizzazione preferite, fatta con riferimento ai disegni allegati, in cui:

- la FIG. 1 illustra schematicamente una trasmissione di bicicletta;

- la FIG. 2 è una vista prospettica di una pedivella e associato pedale, con alcuni sistemi di riferimento annotati;

- le FIGG. 3-5 sono illustrazioni schematiche di sforzi agenti su una sezione trasversale della pedivella;

- le FIGG. 6-7 sono viste prospettiche di una pedivella in diverse fasi di lavorazione;

- le FIGG. 8 e 9 sono viste prospettiche in sezione trasversale di una pedivella, vista dalla estremità libera, realizzata con il procedimento delle FIGG. 6-7, secondo due alternative; e

- le FIGG. 10 e 11 sono viste prospettiche in sezione trasversale di una pedivella, vista dalla estremità libera, secondo una diversa forma di realizzazione, secondo due alternative.

La FIG. 1 mostra una trasmissione di bicicletta.

Una trasmissione 10 di bicicletta è un meccanismo che converte il moto applicato dal ciclista in moto rotatorio utilizzato per movimentare la ruota posteriore.

Una guarnitura 12 è il componente della trasmissione 10 di una bicicletta che converte il moto applicato ai pedali 14, 15 dal ciclista in moto rotatorio utilizzato per movimentare la catena 16 di trasmissione (in altri casi, la cinghia), che a sua volta movimenta la ruota posteriore.

Oltre alla guarnitura 12, la trasmissione 10 comprende anche i pedali 14, 15, la suddetta catena 16 (o cinghia) e uno o più pignoni 18 in corrispondenza del mozzo 20 della ruota posteriore.

Si sottolinea che sono in uso anche terminologie leggermente diverse da quella qui utilizzata; ad esempio i pedali 14, 15 possono essere considerati parte della guarnitura.

La guarnitura 12 comprende in generale due pedivelle 22, 23, ciascuna avente una estremità di imperniamento 24, 25 configurata per l’accoppiamento con un perno 26 del movimento centrale o assale delle pedivelle 22, 23 e una estremità libera 28, 29, contrapposta all’estremità di imperniamento 24, 25, configurata per l’accoppiamento al pedale 14, 15; nonché almeno una corona dentata 30 (tre mostrate a titolo di esempio) fissata, solidale in rotazione, alla pedivella 22 dal lato catena.

Tipicamente, la trasmissione 10 del moto è montata sulla bicicletta con la catena 16 di trasmissione (e la/e corona/e 30 della guarnitura 12 e il/i pignone/i 18 in corrispondenza del mozzo 20 della ruota posteriore) sul lato destro; meno di consueto è montato con catena 16 di trasmissione, corona/e 30 e pignone/i 18 disposti sul lato sinistro della bicicletta.

Per brevità l’espressione “dal lato trasmissione” verrà nel seguito talvolta semplificata dal termine specifico “dal lato catena” e talvolta ulteriormente semplificata dal termine specifico “destra”, intendendosi comunque sempre ricompresa anche una trasmissione a cinghia e anche una pedivella sinistra nel caso di montaggio atipico della trasmissione. Similmente, l’espressione “dal lato opposto al lato trasmissione” verrà talvolta semplificata in “dal lato opposto al lato catena” e talvolta semplificata ulteriormente dal termine specifico “sinistra” intendendosi comunque sempre ricompresa anche una trasmissione a cinghia e anche una pedivella destra nel caso di montaggio atipico della trasmissione.

Un componente chiamato movimento centrale 32 consente la rotazione del perno 26 del movimento centrale stesso rispetto al telaio della bicicletta in almeno una direzione; in altre parole, il movimento centrale 32 costituisce l’elemento di connessione della guarnitura 12 al telaio.

L’asse del perno 26 del movimento centrale è nel seguito indicato anche come asse di rotazione X ed è orizzontale nella normale condizione di marcia della bicicletta, in moto rettilineo in piano.

Nel movimento centrale 32, il perno 26 è supportato in rotazione attorno all’asse di rotazione X tramite idonei cuscinetti.

Per la connessione di ciascun pedale 14, 15 alla rispettiva pedivella 22, 23, sono previsti opportuni mezzi di connessione girevole che consentono al pedale 14, 15 di ruotare liberamente intorno ad un asse qui chiamato asse di pedale Y1, Y2, il quale a sua volta ruota attorno all’asse di rotazione X con la pedivella 22, 23.

La connessione tra pedivella 22, 23 e rispettivo pedale 14, 15 è tipicamente del tipo perno/foro o di altro tipo che consenta preferibilmente la rotazione del pedale 14, 15 attorno all’asse Y1, Y2 rispetto alla pedivella 22, 23. Il perno-pedale 34, 35 può essere solidale all’estremità libera 28, 29 della pedivella 22, 23 e il foro può essere realizzato nel pedale 14, 15. In alternativa, il perno-pedale 34, 35 può essere solidale al pedale 14, 15 e il foro essere realizzato all’estremità libera 28, 29 della pedivella 22, 23. Ancora in alternativa, si possono prevedere due fori, all’estremità libera 28, 29 della pedivella 22, 23 e sul pedale 14, 15 atti ad accogliere un bullone o una vite.

La connessione tra pedivella 22, 23 e una rispettiva estremità assialmente esterna del perno 26 del movimento centrale è di un tipo che li renda solidali in rotazione ed impedisca lo scorrimento assiale delle pedivelle 22, 23 rispetto al perno 26.

Una pedivella 22, 23 può essere realizzata in un sol pezzo con il perno 26, l’altra pedivella 23, 22 venendo accoppiata all’altra estremità del perno 26 dopo l’inserimento di quest’ultimo nel movimento centrale 32. In alternativa, ciascuna pedivella 22, 23 può essere realizzata in un sol pezzo con un rispettivo elemento di perno, i due elementi di perno essendo connessi tra loro di testa. Ancora in alternativa, entrambe le pedivelle 22, 23 possono essere accoppiate ad un perno 26 non di pezzo.

Per una o entrambe le pedivelle 22, 23 può ad esempio essere previsto un accoppiamento a vite, un accoppiamento forzato a incastro o per interferenza, in particolare tramite accoppiamento di superfici scanalate, un accoppiamento a perno e foro quadri, un incollaggio, una saldatura.

La pedivella 22 dal lato catena 16 (tipicamente destra) comprende mezzi di fissaggio di dette corone dentate 30 destinate ad ingranare, una alla volta, con la catena 16. Tipicamente, si prevedono una pluralità di razze 36 che si dipartono a raggiera (complessivamente indicate in inglese come spider), in corrispondenza dell’estremità di imperniamento 24 della pedivella 22 destra, tipicamente di pezzo con la pedivella 22; alle estremità libere delle razze 36, la/le corona/e 30 dentata/e vengono tipicamente avvitate. In alternativa, le corone dentate 30 possono essere realizzate in un sol pezzo con la pedivella 22 destra.

Il corpo principale o “regione di braccio” 38, 39 di ciascuna pedivella 22, 23, vale a dire una sua porzione estesa tra l’asse di rotazione X e l’asse di pedale Y1, Y2 e dunque trascurando le suddette razze 36, è genericamente a forma di barra (o parallelepipedo rettangolo) estesa ortogonale (e a sbalzo) all’asse di rotazione X. Per brevità, nel seguito si userà talvolta l’espressione “pedivella” intendendosi in particolare il suo corpo principale 38, 39 a forma di barra.

Più in particolare, il corpo principale 38, 39 della pedivella 22, 23 si estende in direzione genericamente radiale rispetto all’asse di rotazione X – intendendosi con genericamente che può anche deviare, in uno o più punti così come lungo tutta la sua estensione, da tale direzione. Ciascuna pedivella 22, 23 può infatti essere più o meno rastremata/svasata, quando vista lungo una direzione parallela all’asse di rotazione X, e/o più o meno angolata quando vista lungo una direzione ortogonale all’asse di rotazione X.

Nella presente descrizione e nelle rivendicazioni allegate, con piano di rotazione P della pedivella 22, 23 si intende indicare un qualsiasi piano ortogonale all’asse di pedale Y1, Y2 e all’asse di rotazione X, in particolare uno dei piani mediani della pedivella 22, 23.

Nella presente descrizione e nelle rivendicazioni allegate, con piano rotante R della pedivella 22, 23 o piano degli assi si intende indicare il piano contenente l’asse di rotazione X e l’asse di pedale Y1, Y2. In particolare, con piano rotante R si intende indicare uno dei piani mediani della pedivella 22, 23.

Con riferimento a tale schematizzazione della pedivella 22, 23 come una barra, nella presente descrizione e nelle rivendicazioni allegate, con direzione longitudinale o senso della lunghezza L della pedivella 22, 23 si intende indicare una direzione che congiunge ortogonalmente l’asse di rotazione X all’asse di pedale Y1, Y2; il senso della lunghezza L giace in particolare nel piano rotante R.

Nella presente descrizione e nelle rivendicazioni allegate, con piano trasversale T alla pedivella 22, 23 si intende indicare un qualsiasi piano ortogonale alla direzione longitudinale L. In particolare, con piano trasversale T si intende indicare uno dei piani mediani della pedivella 22, 23.

Nella presente descrizione e nelle rivendicazioni allegate, con sezione trasversale della pedivella 22, 23 si intende indicare una sezione eseguita attraverso il corpo principale 38, 39 della pedivella 22, 23 in un piano trasversale T. La sezione trasversale di ciascuna pedivella 22, 23 (nella regione di braccio 38 per la pedivella 22 destra) è genericamente rettangolare, ma può essere di qualsiasi tipo, anche se presenta tipicamente almeno un asse di simmetria. La forma e le dimensioni di tale sezione trasversale possono essere costanti lungo tutta la lunghezza della pedivella 22, 23 oppure possono variare. La sezione trasversale di ciascuna pedivella 22, 23 può essere piena o cava.

Nella presente descrizione e nelle rivendicazioni allegate, con senso della larghezza G della pedivella 22, 23 si intende indicare una direzione giacente nel piano di rotazione P e ortogonale alla direzione longitudinale L della pedivella 22, 23; il senso della larghezza G giace in un piano trasversale T.

Nella presente descrizione e nelle rivendicazioni allegate, con direzione dello spessore S della pedivella 22, 23 si intende indicare una direzione parallela all’asse di rotazione X; la direzione di spessore S giace in un piano trasversale T e nel piano di rotazione R.

Per chiarezza, nella FIG. 1 questi piani e queste direzioni sono mostrati solo sulla pedivella destra 22.

Come sopra detto, nella presente descrizione e nelle rivendicazioni allegate, con faccia prossimale 40, 41 della pedivella 22, 23 si intende indicare la faccia che, nella condizione di montaggio, è rivolta verso il telaio; con faccia distale 42, 43 della pedivella 22, 23 si intende indicare la faccia contrapposta alla faccia prossimale 40, 41. Il perno 26 del movimento centrale si estende dalla faccia prossimale 40, 41 e il pernopedale 34, 35 si estende dalla faccia distale 42, 43.

Nella presente descrizione e nelle rivendicazioni allegate, con faccia superiore 44, 45, rispettivamente faccia inferiore 46, 47 della pedivella 22, 23 si intendono indicare le facce sostanzialmente ortogonali alle facce prossimale 40, 41 e distale 42, 43, estese lungo la direzione longitudinale L e la direzione di spessore S, che si trovano in posizione superiore, rispettivamente inferiore, quando la pedivella 22, 23 è nella corsa attiva, vale a dire con l’estremità libera 28, 29 in avanti nel senso di marcia rispetto all’estremità di imperniamento 24, 25.

Nella presente descrizione e nelle rivendicazioni allegate, nel caso di pedivella 22, 23 cava (almeno lungo la sua regione di braccio o corpo principale 38, 39), con superficie interna della pedivella 22, 23 si intende indicare la superficie rivolta verso la cavità (analogamente a quanto detto sopra con riferimento al guscio di materiale composito); con superficie esterna della pedivella 22, 23 si intende indicare la superficie esposta.

Durante la pedalata, la forza applicata dal ciclista sui pedali 14, 15 viene da questi trasferita alle pedivelle 22, 23.

La pedivella 23 sinistra trasferisce tale forza al perno 26 del movimento centrale. Il perno 26 del movimento centrale trasferisce tale forza – a parte le perdite per attrito con il movimento centrale 32 – alla pedivella 22 destra.

La forza direttamente applicata alla pedivella 22 destra o ad essa trasmessa dalla pedivella 23 sinistra come suddetto viene trasferita alle razze 36 della pedivella 22 destra e da queste alle corone dentate 30.

Dalle corone dentate 30, la forza viene trasmessa alla catena 16 di trasmissione e da questa al pacco pignoni 18 che, infine, la trasferisce al mozzo 20 della ruota posteriore, tramite il corpetto a ruota libera del pacco pignoni 18, se presente.

In ciascuno dei suddetti componenti della trasmissione 10 si ingenerano pertanto degli sforzi e delle corrispondenti deformazioni, che possono essere un indice più o meno accurato della forza erogata dal ciclista, oltre a poter essere comunque di interesse, ad esempio in fase di progettazione dei vari componenti.

Più in particolare, la pedalata è un movimento ciclico con cui il ciclista imprime con ciascuna gamba sul rispettivo pedale 14, 15 una forza tale da azionare in rotazione la guarnitura 12, movimentando di conseguenza la ruota posteriore tramite la catena 16 e il pacco pignoni 18.

Durante la pedalata, la forza (F in FIG. 2) applicata sui pedali 14, 15 dal ciclista varia in termini sia di intensità sia di direzione in funzione della posizione angolare in cui si trovano le pedivelle 22, 23 e ingenera uno stato di sforzo e un conseguente stato di deformazione nei componenti della guarnitura 12.

Nel seguito viene considerata, con riferimento alla FIG. 2, la pedivella 22 destra, restando inteso che quanto verrà descritto è valido anche per una pedivella 23 sinistra, le modifiche essendo alla portata del tecnico del settore.

Per valutare gli sforzi e le deformazioni della pedivella 22 dovuti all’applicazione della forza F al rispettivo pedale 14 in una prefissata posizione angolare, si può assimilare la pedivella 22 a una trave vincolata a incastro in corrispondenza della sua estremità di imperniamento 24 (sulla sinistra in FIG. 2) e il pedale 14 a un elemento vincolato a incastro in corrispondenza dell’estremità libera 28 della pedivella 22 (sulla destra in FIG. 2), vale a dire come se il pedale 14 non potesse ruotare rispetto alla pedivella 22 e la guarnitura 12 non potesse ruotare rispetto al movimento centrale 32.

Il punto di applicazione della forza F può essere considerato corrispondente con il centro O della superficie del pedale 14 a contatto con il piede del ciclista.

Considerando un generico sistema di riferimento UVW, in cui la direzione U coincide con la direzione longitudinale L della pedivella 22, 23 e la direzione W è parallela o coincidente all’asse di rotazione X e alla direzione di spessore S, e prendendo i versi positivi come arbitrariamente mostrato in FIG. 2, la forza F è genericamente scomponibile nelle seguenti componenti:

- una componente radiale o parallela Fu agente lungo la direzione longitudinale L della pedivella 22, 23,

- una componente tangenziale o perpendicolare Fv, ortogonale al piano degli assi o piano rotante R,

- una componente laterale Fw, ortogonale al piano di rotazione P della pedivella 22 e parallela all’asse di rotazione X e all’asse di pedale Y1.

Come detto sopra, l’entità e la direzione della forza F variano nel corso della pedalata per svariate ragioni, e in un qualsiasi istante, una o più delle componenti Fu, Fv, Fw potrebbero anche essere orientate in senso opposto a quello mostrato.

La componente tangenziale o perpendicolare Fv rappresenta l’unica componente efficace o componente utile ai fini della pedalata, ovvero quella che effettivamente aziona in rotazione la pedivella 22.

Si riscontra che la componente tangenziale o perpendicolare Fv è di massima entità quando la pedivella 22 è in una posizione angolare tale per cui l’asse di pedale Y1 è più avanti rispetto all’asse di rotazione X nel senso di marcia; tale fase è detta fase di spinta o propulsione ed ha luogo alternatamente per ciascuna pedivella 22, 23. La componente tangenziale Fv ingenera un momento flettente Bw intorno all’asse W, che comporta una prima deformazione flessionale, ancora indicata con Bw.

Più in dettaglio e in maniera di per sé ben nota, la deformazione flessionale Bw comprende una deformazione di allungamento o dilatazione T1 da un lato rispetto al piano degli assi R (in alto in FIG. 3) e una deformazione di compressione o contrazione C1 dall’altro lato della pedivella 22, 23 rispetto al piano degli assi R (in basso in FIG. 3).

In una qualsiasi sezione trasversale della pedivella 22 è possibile individuare un asse neutro N1 per il momento flettente Bw.

Come sopra già indicato, nella presente descrizione e nelle rivendicazioni allegate, così come in generale nel settore meccanico, con “asse neutro” si intende indicare il luogo geometrico dei punti nei quali sono nulli gli sforzi normali alla sezione trasversale del solido – in questo caso la pedivella 22, 23 – considerata.

In generale, la posizione dell’asse neutro N1 per il momento flettente Bw nella pedivella 22, 23 sollecitata dipende dalle caratteristiche del materiale e dalla geometria della sezione, vale a dire dalla sua forma, dal fatto che sia una sezione piena o cava, ecc.

Se la pedivella 22, 23 fosse in un materiale omogeneamente distribuito e con sezione trasversale rettangolare piena (come schematicamente mostrato in FIG. 3), l’asse neutro N1 per il momento flettente Bw sarebbe sul piano degli assi R (orizzontalmente in FIG. 3).

L’asse neutro N1 definisce pertanto il “confine” tra la porzione di pedivella 22 soggetta a deformazioni di allungamento T1 e la porzione soggetta a deformazioni di compressione C1. L’asse neutro N1 può inoltre essere visto come quell'asse attorno al quale “ruota” la sezione trasversale della pedivella 22 soggetta al momento flettente Bw.

Pertanto la deformazione nella pedivella 22, 23 associata alla componente efficace Fv della forza F è più marcata – e quindi più facilmente rilevabile – quanto più lontano ci si trova dall’asse neutro N1.

A rigore si osserva inoltre che poiché il punto O di applicazione della forza F sul pedale 14 è spostato rispetto al piano di rotazione P della pedivella 22, la componente tangenziale Fv della forza di propulsione F ingenera anche un momento torcente intorno all’asse U che ingenera una deformazione torsionale Qu nella pedivella 22, 23.

In particolare e come mostrato in FIG. 4, la deformazione torsionale Qu comprende deformazioni tangenziali o di taglio TG che, in una sezione trasversale della pedivella 22, sono massime in corrispondenza della periferia esterna e via via decrescenti spostandosi verso il centro O1 della sezione della pedivella 22, fino eventualmente ad annullarsi.

Le componenti radiale Fu e laterale Fw sono inefficaci ai fini della pedalata e rappresentano pertanto componenti “perse” della forza F, che tuttavia contribuiscono a deformare la pedivella 22, 23.

In particolare, la componente radiale Fu, in virtù del disassamento del punto di applicazione O, e la componente laterale Fw ingenerano un secondo momento flettente Bv e una seconda deformazione flessionale ancora indicata con Bv, che porta la pedivella 22, 23 a piegarsi verso il telaio (in caso di componente positiva nel sistema di riferimento mostrato).

Come mostrato in FIG. 5, la deformazione flessionale Bv comprende una deformazione di allungamento T2 e una deformazione di compressione C2 ai due lati opposti della pedivella 22 rispetto al piano di rotazione P.

La componente radiale Fu ingenera inoltre nella pedivella 22 una deformazione assiale di allungamento (in caso di componente positiva nel sistema di riferimento mostrato). Tale deformazione assiale di allungamento viene nel seguito trascurata, essendo tipicamente di entità trascurabile rispetto alle suddette deformazioni di allungamento T1 e T2 e di compressione C1 e C2.

In una qualsiasi sezione trasversale della pedivella 22, 23 è possibile individuare un secondo asse neutro N2 per il momento flettente Bv.

Sempre se la pedivella 22, 23 fosse in un materiale omogeneamente distribuito e con sezione trasversale rettangolare piena, come mostrato a titolo di esempio in FIG. 5, l’asse neutro N2 per il momento flettente Bv sarebbe sul piano di rotazione P della pedivella 22, 23 (verticalmente in FIG. 5).

Nel caso di una pedivella 22, 23 di sezione non rettangolare e/o con sezione cava e/o in materiale non omogeneo, quale ad esempio un materiale composito stratificato, e/o di sezione variabile lungo la direzione longitudinale L della pedivella 22, 23, lo stato di deformazione nella pedivella 22, 23 è ancora più complesso di quanto descritto. Peraltro resta valido quanto detto in relazione alle regioni della pedivella 22, 23 in cui le deformazioni sono di entità maggiore e, pertanto, più facilmente rilevabili. Inoltre sono in generale individuabili gli assi neutri N1, N2 suddetti, ancorché eventualmente spostati rispetto al piano degli assi R e al piano di rotazione P, rispettivamente.

Pertanto, la valutazione della forza F (ad esempio per un misuratore di coppia o un misuratore di potenza o power meter) ed in particolare della sua unica componente efficace, vale a dire la componente tangenziale Fv, può avvenire sulla base della misurazione della suddetta deformazione flessionale Bw. Ci si può basare, in alternativa o in aggiunta, sulla misurazione della deformazione torsionale Qu.

In alcuni casi potrebbe risultare utile misurare anche le componenti perse radiale Fu e laterale Fw ad esempio per misurare la potenza perduta con un misuratore di potenza; in questo caso, tali componenti possono essere ricavate dalla misurazione della deformazione flessionale Bv e della deformazione assiale di allungamento.

In altri casi ancora può essere utile misurare una o più delle varie deformazioni sopra descritte, ad esempio per ricavare informazioni utili per la progettazione della pedivella 22, 23 e/o altro.

Gli sforzi principali agenti sulle razze 36 della pedivella 22 dal lato catena 16 sono anch’essi sostanzialmente momenti flettenti agenti in un piano ortogonale all’asse di rotazione della pedivella 22, 23 (piano di rotazione), anche se ci può essere anche uno sforzo lineare in direzione dell’asse di rotazione (direzione di spessore) e/o un momento flettente attorno a quest’ultima direzione.

Il perno 26 del movimento centrale, così come il manicotto del pacco pignoni 18 o corpetto a ruota libera del pacco pignoni 18 monolitico, sono invece soggetti prevalentemente a torsione agente attorno all’asse X di rotazione – oltre che a un momento flettente dovuto al peso delle pedivelle 22, 23 associate alle sue estremità e alla direzione prevalentemente verso il basso della forza F di pedalata per quanto riguarda il perno del movimento centrale 26 e al peso del pacco pignoni 18 per quanto riguarda il corpetto a ruota libera del pacco pignoni 18 monolitico.

Uno strumento utilizzato per misurare deformazioni su una struttura o componente, in particolare una pedivella di bicicletta, è un estensimetro, in particolare un estensimetro elettrico a resistenza.

Un estensimetro comprende un supporto flessibile isolante che supporta, tipicamente per incollaggio, una griglia sagomata a serpentina, vale a dire secondo un andamento a zig-zag di linee parallele realizzate tramite una lamina metallica (estensimetri fotoincisi) o un sottile filo metallico (estensimetri a filo metallico).

L'estensimetro viene opportunamente attaccato al componente, tipicamente tramite un adesivo idoneo, ad esempio un cianoacrilato o una resina epossidica.

Come ben noto, la superficie del componente al quale l'estensimetro viene incollato deve essere accuratamente preparata in maniera tale che l'adesione dell'estensimetro ad essa sia affidabile e si evitino errori di misura imprevedibili.

Quando il componente è sollecitato, ad esempio per l'applicazione di una forza dall'esterno come la forza F di pedalata o quelle da essa derivate, le deformazioni prodotte sulla sua superficie a contatto con l’estensimetro, sono trasmesse alla griglia; le conseguenti deformazioni della griglia ne causano una variazione di resistenza elettrica.

La sensibilità dell'estensimetro è molto maggiore nella direzione parallela ai rami della serpentina – nel seguito in breve indicata come “direzione dell’estensimetro” o “direzione di rilevazione” e presa come riferimento quando si parla di orientamento dell’estensimetro – che non nella direzione ad essa ortogonale: quando il conduttore elettrico formante la serpentina viene stirato, diviene più lungo e sottile e la sua resistenza elettrica aumenta, mentre quando viene compresso si accorcia e si allarga, e la sua resistenza elettrica diminuisce.

Più in particolare, la variazione di resistenza elettrica R, da non confondersi qui con il piano rotante R, è correlata alla deformazione tramite una quantità nota come fattore di taratura o Gauge factor GF: indicando con epsilon la deformazione, nella fattispecie una variazione percentuale di lunghezza data da deltaLe/Le ove Le è la lunghezza, si ha:

GF = deltaR/R / deltaLe/Le = deltaR/R / epsilon (1)

Per poter leggere le piccole variazioni di resistenza elettrica indotte da una deformazione del componente sotto misura e da una conseguente deformazione dell’estensimetro, si utilizza tipicamente un circuito di lettura la cui uscita è un segnale amplificato funzione di tali variazioni di resistenza, tipicamente un circuito di lettura a ponte di Wheatstone.

Come è noto, un ponte di Wheatstone comprende due rami resistivi collegati in parallelo tra di loro e a una tensione di riferimento; ciascun ramo resistivo comprende due resistori collegati in serie. L’uscita del ponte è la differenza di tensione tra i due punti di connessione dei resistori in serie; il coefficiente di proporzionalità tra l’uscita del ponte misurata e la tensione di riferimento nota correla tra di loro i valori dei quattro resistori, valori che possono essere in parte noti e in parte incogniti.

Idealmente, si vorrebbe che la resistenza elettrica dell'estensimetro variasse solamente in risposta alla deformazione conseguente alla forza applicata. Tuttavia, le variazioni di temperatura provocano svariati effetti. La struttura alla quale l’estensimetro è incollato cambia di dimensione a causa dell'espansione termica, che viene rilevata come deformazione dall’estensimetro. La resistenza dell'estensimetro cambia anche per l’allungamento del suo proprio materiale, ed anche la resistenza dei fili di connessione dell'estensimetro al circuito di lettura a ponte di Wheatstone cambia.

Alcuni estensimetri commercialmente disponibili sono fatti in una lega di constantano o Karma, progettati in maniera che gli effetti della temperatura sulla resistenza dell'estensimetro compensino la variazione di resistenza dell'estensimetro dovuta all'espansione termica del componente sotto misura. Poiché diversi materiali hanno diversi gradi di espansione termica, l’auto-compensazione in temperatura richiede la selezione di una particolare lega per ogni materiale del componente sotto misura; tuttavia ciò non è sempre realizzabile e rappresenta comunque un onere e un vincolo non da poco.

In un estensimetro non auto-compensato, gli effetti termici provocano invece una deformazione, detta deformazione apparente.

Per la rilevazione degli sforzi di torsione e/o deformazioni torsionali, tipicamente vengono previsti quattro estensimetri elettrici disposti a due a due sulla stessa sezione trasversale all’asse attorno al quale agisce il momento torcente e in posizioni diametralmente opposte, due su eliche destrorse inclinate di 45°, gli altri due su eliche sinistrorse sempre inclinate di 45° (o in posizioni sostanzialmente tali, nel caso di componente non cilindrico); a seguito delle deformazioni di torsione, una coppia di estensimetri si allunga così che la resistenza elettrica aumenta, mentre l’altra coppia si accorcia con conseguente diminuzione della resistenza; le variazioni di resistenza vengono misurate con un circuito a ponte di Wheatstone in configurazione a ponte intero, vale a dire i cui rami sono costituiti dai quattro estensimetri; lo squilibrio o uscita del ponte è proporzionale al momento torcente da misurare. Teoricamente, gli effetti termici si elidono a vicenda e quindi vengono compensati.

Per la rilevazione di deformazioni flessionali e momenti flettenti, sono note varie configurazioni.

Nel caso più comune, due estensimetri vengono applicati su facce opposte del componente sotto misura, orientati paralleli tra loro, per cui il secondo estensimetro misura una deformazione di flessione uguale in modulo e opposta in segno a quella misurata dal primo. Le variazioni di resistenza vengono misurate con un circuito a ponte di Wheatstone in configurazione a mezzo ponte, vale a dire in cui i due estensimetri costituiscono i due resistori in serie di un ramo del ponte. L’uscita del ponte è una misura pari al doppio della deformazione di flessione su ogni faccia. Teoricamente, gli effetti termici si elidono a vicenda e quindi vengono compensati. Questa configurazione è inoltre idonea a misurare sforzi e deformazioni di tensione.

La connessione di estensimetri in un unico ponte di Wheatstone è realizzata in maniera tale che vengano sottratte le componenti dovute agli sforzi che non si desidera rilevare e agli effetti termici e/o che vengano sommate le componenti dovute agli sforzi che si desidera rilevare, ai fini di ottenere un'uscita di valore maggiore.

Peraltro, nella pratica, un ponte di Wheatstone è difficilmente bilanciato (cioè, difficilmente la sua uscita è nulla) quando non è applicata alcuna sollecitazione al componente sotto misura. Infatti, i resistori di completamento (vale a dire i due/tre resistori di valore noto e sostanzialmente insensibili a deformazioni e temperatura che sono presenti oltre agli estensimetri nelle configurazioni a mezzo ponte/a quarto di ponte), la resistenza dei fili di connessione degli estensimetri al circuito di lettura, la sollecitazione indotta dall’incollaggio dell’estensimetro al componente sotto misura, ed eventuali altre componenti, generano uno scarto o offset iniziale.

Benché sia possibile compensare questo scarto tramite un circuito di compensazione, tipicamente la compensazione di questo scarto o offset avviene a livello software, in un processore o centralina estensimetrica che fornisce direttamente il valore della deformazione lungo una o più direzioni prescelte.

Nel caso di un componente di una trasmissione 10 di bicicletta, in particolare di una pedivella 22, 23, il flusso d’aria che investe il componente specialmente in condizioni di marcia a elevata velocità ne può raffreddare il lato esposto al vento contrario anche di qualche grado centigrado rispetto al lato non esposto. Altre differenze di temperatura possono essere dovute ad altri fattori, e ciò vale in particolare nel caso di pedivelle 22, 23 o altri componenti realizzati in materiale composito, a causa della scarsa conducibilità termica. Inoltre, nel caso di materiale composito, la dilatazione termica è fortemente dipendente dalle caratteristiche locali del materiale, quali orientamento effettivo della fibra, densità effettiva della fibra, densità effettiva del materiale polimerico ecc., oltre naturalmente che dalle caratteristiche geometriche locali quali spessore di parete e simili.

Di conseguenza, il segnale di uscita di un estensimetro può essere influenzato anche fortemente dalla temperatura locale del componente cui esso è applicato.

Come già osservato nella parte introduttiva della presente relazione, è possibile compensare gli effetti termici in un sensore di sforzi/deformazioni o estensimetro non auto-compensato utilizzando un sensore di temperatura. La misura di temperatura presa con il sensore di temperatura viene impiegata per compensare la misura di sforzo/deformazione, tipicamente direttamente dalla centralina o circuito di lettura a ponte di Wheatstone.

È dunque preferibile che i due sensori (quello di sforzi/deformazioni e quello di temperatura) siano termicamente accoppiati, in particolare disposti entrambi in una regione sostanzialmente isoterma e che la misura di temperatura sia la più accurata possibile.

Tuttavia, la misura di temperatura è in generale a sua volta svantaggiosamente influenzata dalle sollecitazioni meccaniche agenti nel componente sotto misura, che giocano invece un ruolo estremamente importante per il sensore di sforzi/deformazioni.

Quando il sensore di temperatura viene disposto in un piano non coincidente e non parallelo – e preferibilmente ortogonale, o sostanzialmente ortogonale –, a quello del sensore di sforzi/deformazioni, risulta possibile allineare in maniera convenzionale il sensore di sforzi/deformazioni in maniera tale che la sua risposta alle sollecitazioni meccaniche sia massima - disponendolo nella pratica allineato alla direzione in cui lo sforzo/deformazione da rilevare è massimo – al contempo consentendo un allineamento del sensore di temperatura secondo una direzione in cui lo sforzo/deformazione è minore o addirittura minimo. Il segnale di uscita del sensore di temperatura è pertanto funzione della sola temperatura ed è poco affetto o addirittura non è affetto da alcuna componente apparente, dovuta a dilatazioni o contrazioni meccaniche dirette dei suoi elementi sensibili.

Viste le criticità sopra evidenziate, una volta stabilito il posizionamento desiderato del sensore di sforzi/deformazioni nel componente di bicicletta, e stabilito il posizionamento desiderato del sensore di temperatura nel componente di bicicletta, è opportuno che gli stessi vengano effettivamente posizionati nella maniera più precisa possibile.

A tale scopo, può risultare particolarmente utile, specialmente nel caso di componente di bicicletta in materiale composito, il metodo seguente, descritto con riferimento alle FIGG. 6-7, in cui il componente di bicicletta è una pedivella 22. In particolare è mostrata una pedivella dal lato trasmissione (tipicamente una pedivella destra), ma coloro esperti del settore comprenderanno come semplificare il procedimento di fabbricazione nel caso di pedivella dal lato opposto al lato trasmissione, che è priva delle razze 36.

Per la fabbricazione della pedivella 22 si utilizza un’anima rigida 218 sagomata, destinata preferibilmente ad essere poi asportata come descritto nel seguito e la cui forma può determinare dunque la forma di una cavità (non mostrata) nella pedivella 22 finita.

Le espressioni “direzione longitudinale”, “senso della larghezza”, “direzione dello spessore”, “faccia prossimale” e “faccia distale” sono utilizzate con riferimento all’anima 218 in maniera analoga a quanto sopra definito con riferimento alla pedivella 22.

In particolare l’anima 218, almeno in una sua regione longitudinalmente centrale, presenta una prima regione 220 (centrale in direzione della larghezza) che ha uno spessore massimo S1 (costante o comunque variabile poco e con continuità) e due sporgenze dall’uno e dall’altro lato in direzione di larghezza G, delle quali una sola, indicata con il riferimento 222, è visibile.

Ciascuna sporgenza 222 è a livello con una faccia dell’anima 218, preferibilmente con la faccia prossimale 226 dell’anima.

Nel passaggio da ciascuna sporgenza 222 alla regione centrale 220 risulta pertanto un gradino 229 avente una superficie di alzata 232 e una superficie di “pedata” 234 tra loro preferibilmente ortogonali o approssimativamente ortogonali. La superficie di “pedata” 234 è parte della sporgenza 222 ed è estesa sostanzialmente nella direzione longitudinale L e nella direzione della larghezza G. La superficie di alzata 232 è parte della regione centrale 220 ed è estesa sostanzialmente nella direzione longitudinale L e nella direzione dello spessore S. La superficie di alzata 232 è dunque sostanzialmente ortogonale alla faccia distale 225.

L’anima 218 comprende scanalature e/o bassifondi destinati ad alloggiare in posizione predefinita e più protetta componenti elettrico/elettronici, quali ad esempio schede per circuiti integrati, circuiti flessibili e/o cavi di connessione tra componenti elettronici interni e/o esterni alla pedivella finita.

Nel caso mostrato sono previsti bassifondi 236 per sensori di sforzi/deformazioni 238 e/o per sensori di temperatura 239, preferibilmente sulle superfici di alzata 232 dei gradini 229, un bassofondo 240 per una scheda per circuiti stampati o PCB 242, un bassofondo 244 per cavi e/o circuiti flessibili 246, preferibilmente sulla faccia distale 225, un bassofondo circolare (non visibile) per definire la posizione di un foro di evacuazione descritto nel seguito, preferibilmente sulla faccia prossimale 226.

Nel procedimento di fabbricazione della pedivella 22, infatti, uno o più sensori di sforzi/deformazioni 238 vengono innanzitutto fissati sulla superficie di alzata 232 dell’anima 218 rigida, nei bassifondi 236, preferibilmente in maniera stabile, ma temporanea. Il significato dell’espressione “stabile, ma temporanea” diventerà chiaro alla lettura della presente descrizione.

Anche detti altri sensori 239, i cavi e/o circuiti flessibili 246 e/o il PCB 242 - opportunamente trattato come descritto in una domanda di brevetto depositata in pari data dalla medesima Richiedente e intitolata “Componente di bicicletta in materiale composito e relativo processo di fabbricazione”, qui incorporata per riferimento - possono essere fissati all’anima 218.

Vantaggiosamente, come mostrato, i componenti 238, 239, 242, 246 formano un corpo 247 di strumentazione pre-assemblato; la FIG. 7 mostra l’anima 218 e il corpo 247 di strumentazione nella condizione di fissaggio del corpo 247 di strumentazione all’anima 218.

Si nota che i sensori di temperatura 239 del corpo 247 di strumentazione risultano fissati sulla faccia distale 225 dell’anima 218, eventualmente prevedendo specifici bassifondi (non mostrati). Tuttavia, potrebbero essere presenti, in alternativa o in aggiunta ai bassifondi 236 sulla superficie di alzata 232 dell’anima 218 rigida, dei bassifondi sulla superficie di pedata 234 dei gradini 229 dell’anima 218 per accogliere questi sensori 239.

Nel corpo 247 di strumentazione, la posizione e l’orientamento del o dei sensori di sforzi/deformazioni 238 e dei sensori di temperatura 239 potrebbe essere invertita, nel qual caso il o i sensori di sforzi/deformazioni 238 sarebbero disposti sulla superficie di pedata 234 o sulla faccia distale 225 dell’anima 218 rigida, preferibilmente in bassifondi (non mostrati) opportunamente posizionati per accoglierli.

Il o i sensori di sforzi/deformazioni 238 e/o il o i sensori di temperatura 239 possono anche essere disposti sulla faccia prossimale 226 dell’anima 218 rigida, preferibilmente in bassifondi (non mostrati) opportunamente posizionati per accoglierli.

Si nota che sia i sensori di sforzi/deformazioni 238 sia i sensori di temperatura 239 sono orientati lungo la direzione longitudinale L della pedivella 22.

In tal modo, il sensore di sforzi/deformazioni 238 presenta l’allineamento ottimale per la rilevazione degli sforzi di trazione e/o compressione dovuti alla forza di pedalata F.

Si nota anche che il sensore di sforzi/deformazioni 238 e il sensore di temperatura 239 di ogni coppia (quelli associati a ciascun gradino 229 dell’anima 218) sono disposti sostanzialmente nella stessa posizione nel senso della lunghezza L della pedivella 22 e risultano sufficientemente vicini da trovarsi in una regione della pedivella 22 che è sostanzialmente isoterma anche ad alte velocità.

In ogni caso, il sensore di sforzi/deformazioni 238 e il sensore di temperatura 239 di ogni coppia sono associati almeno dal punto di vista logico e preferibilmente sono termicamente accoppiati.

Il perno 26 del movimento centrale o una sua porzione e il perno-pedale 34 (FIG. 1) oppure corrispondenti bussole metalliche 252, 254, eventualmente filettate internamente, oppure ancora inserimenti filettati (master) di realizzazione di fori per tali perni, vengono posizionati alle due estremità dell’anima 218.

In seguito, un “cordone” di materiale composito 256 comprendente preferibilmente fibra strutturale sostanzialmente unidirezionale viene posizionato nella rientranza determinata da ogni gradino 229, in cui la direzione della fibra unidirezionale è sostanzialmente allineata con la direzione longitudinale L della pedivella 22. Il cordone 256 può essere formato da una o più tele di materiale composito arrotolate oppure può comprendere una treccia o simile di fibra unidirezionale a secco, che viene impregnata di materiale polimerico precedentemente all’inserimento in uno stampo oppure impregnata di materiale polimerico durante lo stampaggio. Può essere usato un unico cordone 256 richiuso su se stesso oppure possono essere usati due cordoni, ciascuno da un lato dell’anima 218. Il cordone 256 può anche essere parzialmente indurito.

Si noti che i sensori di sforzi/deformazioni 238 (e/o i sensori di temperatura 239) risultano a contatto con il cordone 256: questo può risultare particolarmente vantaggioso per migliorare l’affidabilità di rilevazione dell’allungamento/contrazione in quanto essi risultano estesi secondo la direzione delle fibre del materiale composito. Inoltre, se entrambi un sensore di sforzi/deformazioni 238 e un sensore di temperatura 239 sono a contatto con lo stesso cordone 256 in quanto disposti sulla superficie di pedata 234 e di alzata 232 come suddetto, questa conformazione agevola il mantenimento della stessa temperatura in corrispondenza dei due sensori.

Successivamente, una o più altre tele 260 di materiale composito di vario tipo vengono avvolte sulla struttura così preparata.

Come il cordone 256, anche le tele 260 possono essere pre-impregnate oppure no, nel qual caso il materiale polimerico viene iniettato successivamente nello stampo.

In alternativa al cordone 256 e alle tele 260 di materiale composito, può essere utilizzato materiale composito non in tela, come sopra detto.

La struttura viene inserita nello stampo e il materiale composito viene consolidato, sottoponendolo ad un idoneo profilo di temperatura e di pressione. Il materiale dell’anima 218 deve essere opportunamente selezionato perché resista alla temperatura e alla pressione di stampaggio, mantenendo la sua forma fino all’indurimento del materiale composito, garantendo peraltro un posizionamento preciso del/i sensori di sforzi/deformazioni 238 (nonché dei sensori di temperatura 239 e del PCB 242) entro la pedivella 22 finita, in particolare nella cavità interna se l’anima 218 viene asportata.

Dopo l’estrazione dallo stampo, può essere realizzato il foro (non mostrato) di evacuazione a cui si è fatto cenno, ad esempio sulla faccia prossimale 226 della pedivella 22 e l’anima 218 può essere opportunamente fusa e lasciata colare fuori dal foro. A tale fine, l’anima 218 è in particolare realizzata in una lega metallica bassofondente, la cui temperatura di fusione è inferiore a 140°C.

Il processo di fusione della lega avviene in particolare –come noto ad esempio dal documento EP1818252A1, qui incorporato per riferimento–, ponendo il semilavorato in un bagno d’olio a una temperatura superiore a quella di fusione della lega. In tal modo, la fusione dell’anima 218 avviene senza che il materiale composito venga danneggiato da temperature troppo alte.

Il fissaggio del/i sensore/i di sforzi/deformazioni 238 (nonché del/i sensore/i di temperatura 239) all’anima 218 deve essere tale da tenerlo/i in posizione durante l’assemblaggio della struttura da stampare e durante lo stampaggio, ma deve avere una forza di coesione minore rispetto a quella che si instaura tra tali componenti e il materiale composito, in maniera tale che, estratta l’anima 218, tali componenti rimangano solidali alla pedivella.

È invece opportuno che i cavi e/o circuiti flessibili 246, una cui lunghezza dovrà esser portata fuori attraverso il foro di evacuazione, non aderiscano affatto alla pedivella 22, almeno nella loro porzione terminale libera.

Il fissaggio di detto PCB 242 e/o dei cavi e/o circuiti flessibili 246 all’anima 218 deve similmente essere tale da tenerli in posizione durante l’assemblaggio della struttura da stampare e durante lo stampaggio e che essi non vengano trascinati via dall’anima 218 fusa fuoriuscente dal foro di evacuazione, ma da un lato non si richiede la stessa precisione di posizionamento del/i sensori di sforzi/deformazioni 238 (e del/i sensori di temperatura 239), dall’altro lato non è strettamente necessario che detti elementi 242, 246 aderiscano alla superficie interna, esposta nella cavità della pedivella 22 finita – ancorché decisamente preferito onde evitare rumori e sballottamenti con conseguenti evidenti problemi durante l’uso della pedivella 22.

Peraltro, la conformazione preferita di corpo 247 di strumentazione preassemblato agevola vantaggiosamente anche il mantenimento in posizione dei vari componenti elettrico/elettronici.

In seguito all’evacuazione del materiale costituente l’anima 218, se prevista, il foro di evacuazione può essere tappato opportunamente, preferibilmente in maniera stagna.

La cavità interna della pedivella 22 così formata può venire in seguito rifinita rimuovendo gli eventuali residui metallici rimasti dopo la fusione tramite un lavaggio acido, purché non danneggi il/i sensore/i di sforzi/deformazioni 238 e il/i sensore/i di temperatura 239.

La pedivella 22 può essere sottoposta a un ulteriore ciclo di finitura della superficie esterna, ad esempio sottoponendola a sabbiatura, e la lavorazione termina con il fissaggio di eventuali parti metalliche previste sulla pedivella 22.

Ad esempio, una o più corone dentate 30 vengono fissate tipicamente per incollaggio alle sue razze 36. Infatti, l’anima 218 rigida comprende, dal lato dell’asse di rotazione X della pedivella finita, un foro centrale 257 e aggetti 258 estesi a raggera attorno al foro 257, che andranno a definire prolungamenti della cavità interna della pedivella 22 all’interno di un numero corrispondente di sue razze 36 (FIG. 1), estese a raggera attorno alla bussola metallica 252. Il numero di aggetti 258, rispettivamente razze 36 della pedivella 22 non è necessariamente uguale a quattro come mostrato.

Si sottolinea che con il procedimento di fabbricazione sopra illustrato, detto almeno un sensore di sforzi/deformazioni 238 e detto almeno un sensore di temperatura 239 (così come altri componenti elettrici/elettronici) viene dunque co-stampato con il materiale composito della pedivella 22, vale a dire che la pedivella 22 viene stampata, in un sol pezzo, con detti sensori 238, 239 già inseriti al suo interno.

La pedivella 22 presenta dunque, inglobati nel suo corpo principale, detto almeno un sensore di sforzi/deformazioni 238, detto almeno un sensore di temperatura 239 e possibilmente gli altri componenti elettrici/elettronici.

Detto almeno un sensore di sforzi/deformazioni 238 e detto almeno un sensore di temperatura 239 (e possibilmente gli altri componenti elettrici/elettronici) risultano pertanto vantaggiosamente racchiusi nel materiale composito che forma la pedivella 22 e da esso egregiamente protetti da urti, acqua, sporcizia ed agenti atmosferici.

I componenti elettrici/elettronici alloggiati nella pedivella devono essere tali da sopportare il profilo di pressione e temperatura del processo di stampaggio – più critici nel caso di materiale composito con materiale polimerico termoindurente che non nel caso di materiale composito con materiale polimerico termoplastico –, nonché il lavaggio acido se effettuato, eventualmente quando opportunamente protetti.

Vale la pena di sottolineare che anche detto almeno un sensore di sforzi/deformazioni 238 e detto almeno un sensore di temperatura 239 o alcuni di essi, possono essere connessi successivamente allo stampaggio della pedivella 22 e in particolare fissati alla superficie esterna della pedivella 22.

In alternativa, si può prevedere un’anima 218 opportunamente progettata e realizzata per essere lasciata in sede, all’interno della pedivella 22 finita, a stampaggio avvenuto. In tal caso, essa definisce comunque una sorta di cavità interna al materiale composito formante il guscio o mantello esterno della pedivella 22.

L’anima che resta nella pedivella finita può essere prevista in un materiale particolarmente leggero, quale ad esempio polipropilene ad alta densità oppure materiale composito indurito (uguale o non al materiale composito che forma il guscio della pedivella 22), oppure nella forma di un’intelaiatura opportunamente configurata per, e avente una rigidezza tale da, garantire il corretto posizionamento di detto almeno un sensore di sforzi/deformazioni 238 (e dei sensori di temperatura 239) nella pedivella finita.

Nella pedivella 22 finita, detto almeno un sensore di sforzi/deformazioni 238, detto almeno un sensore di temperatura 239 e gli altri componenti elettrico/elettronici non risultano esposti e sono oltretutto sigillati in maniera impermeabile, protetti da un possibile ingresso di acqua e/o sporcizia nella cavità della pedivella 22.

Infine, dato che detto almeno un sensore di sforzi/deformazioni 238 e detto almeno un sensore di temperatura 239 (e gli altri componenti elettrico/elettronici) sono totalmente nascosti alla vista, l’estetica della pedivella 22 risulta notevolmente migliorata.

Si può anche prevedere di disporre del materiale composito anche tra l’anima 218 e detto almeno un sensore di sforzi/deformazioni 238 e/o detto almeno un sensore di temperatura 239, così da ottenere una pedivella 22 dotata di una cavità in cui detto almeno un sensore di sforzi/deformazioni 238 e/o detto almeno un sensore di temperatura 239 è immediatamente adiacente alla cavità, pur essendo completamente avvolto dal materiale composito. Se da un lato questo procedimento aiuta a mantenere in posizione detto almeno un sensore di sforzi/deformazioni 238 e/o detto almeno un sensore di temperatura 239 dopo lo stampaggio e a proteggerlo da eventuali infiltrazioni nella cavità, dall’altro lato durante lo stampaggio detto almeno un sensore di sforzi/deformazioni 238 e/o detto almeno un sensore di temperatura 239 può/possono muoversi di più che non quando è/sono fissato/i temporaneamente all’anima e/o alloggiato/i in un bassofondo dell’anima, per cui il posizionamento di detto almeno un sensore di sforzi/deformazioni 238 e/o di detto almeno un sensore di temperatura 239 e degli altri componenti elettrico/elettronici nella pedivella 22 risulta meno preciso.

In FIG. 8 è illustrata una vista prospettica in sezione trasversale della pedivella 22 ottenuta con il procedimento suesposto, dopo la rimozione dell’anima 218, eseguita in corrispondenza di una posizione lungo la direzione longitudinale della pedivella 22 in corrispondenza della quale sono applicati i sensori 238, 239. In FIG. 9 è illustrata una vista analoga di una pedivella 22, in cui l’anima 218 non è rimossa.

Si notano la cavità 212 lasciata dall’anima 218, o rispettivamente l’anima 218, il guscio 214 di materiale composito attorno alla cavità 212 o rispettivamente all’anima 218 e i cordoni 256 (o pezzi di uno stesso cordone).

I cordoni 256 formano due sporgenze 270, 270a interne, formate ai due spigoli longitudinali della faccia distale della superficie interna del guscio 214 di materiale composito. Ogni sporgenza 270, 270a si estende lungo la direzione longitudinale L della pedivella 22.

Si notano i sensori di sforzi/deformazioni 238 che, essendo stati applicati alla superficie di alzata 232 dell’anima 218, sono ora disposti su una rispettiva prima regione 272, 272a della superficie interna 215 del guscio 214 sostanzialmente estesa lungo la direzione longitudinale L e lungo un senso dello spessore S e realizzata su una rispettiva sporgenza 270, 270a. Essi risultano tra di loro sostanzialmente paralleli.

Si notano anche i sensori di temperatura 239 che, essendo stati applicati alla superficie distale dell’anima 218, sono ora disposti su una rispettiva seconda regione 274, 274a della superficie interna 215 del guscio 214, sostanzialmente estesa lungo la direzione longitudinale L e lungo un senso della larghezza G della pedivella 22; la seconda regione 274, 274a è accanto a e sostanzialmente ortogonale alla superficie della sporgenza 270, 270a. Essi risultano sostanzialmente giacenti in uno stesso piano.

Vale la pena di sottolineare che le posizioni dei sensori di sforzi/deformazioni 238 e dei sensori di temperatura 239 – o le posizioni del sensore di sforzi/deformazioni 238 e del sensore di temperatura 239 dal lato di una sola sporgenza 270, 270a – possono essere invertite.

A tratteggio, con il riferimento 276 è indicata una posizione alternativa per i sensori di temperatura 239 quando i sensori di sforzi/deformazioni 238 restano nella posizione indicata; ovvero una posizione alternativa per i sensori di sforzi/deformazioni 238, nel qual caso i sensori di temperatura 239 assumono la posizione indicata in FIGG. 8 e 9 per i sensori di sforzi/deformazioni 238.

Le FIGG. 10 e 11 differiscono dalle FIGG. 8 e 9 per il fatto che i cordoni 256 non sono utilizzati; sono peraltro presenti le sporgenze 270, 270a formate dal materiale composito che forma il guscio 214.

Nelle FIGG. 8-11 sono stati mostrati sensori di sforzi/deformazioni 238 e sensori di temperatura 239 in posizioni specifiche all’interno della sezione trasversale della pedivella 22. Resta peraltro inteso che il loro posizionamento in direzione trasversale alla pedivella 22 può essere qualsivoglia, sia sulla superficie esterna della pedivella 22 sia all’interno della sezione trasversale (piano di sezione T) delimitata da tale superficie esterna. Più in dettaglio, ciascuno tra l’almeno un sensore di sforzi/deformazioni 238 e l’almeno un sensore di temperatura 239 può essere applicato a una superficie esterna della pedivella 22, a una superficie 215 esposta in una cavità 212 interna della pedivella e/o essere conglobato nel materiale della pedivella 22, in particolare può essere co-stampato con il materiale composito stesso nel caso di pedivella 22 in materiale composito.

Nel caso meramente illustrativo mostrato, i sensori di sforzi/deformazioni 238 sono mostrati disposti in piani paralleli alla faccia superiore 44 e alla faccia inferiore 46 della pedivella 22. Resta peraltro inteso che essi potrebbero essere applicati ad un’altra delle facce della pedivella 22 o paralleli a un’altra delle facce della pedivella 22 o anche essere disposti in un piano formante un angolo acuto con una delle facce della pedivella 22.

Nel caso meramente illustrativo mostrato, i sensori di temperatura 239 sono mostrati disposti in piani paralleli alla faccia prossimale 40 e alla faccia distale 42 della pedivella 22. Resta peraltro inteso che essi potrebbero essere applicati ad un’altra delle facce della pedivella 22 o paralleli a un’altra delle facce della pedivella 22 o anche essere disposti in un piano formante un angolo acuto con una delle facce della pedivella 22.

Peraltro, un sensore di sforzi/deformazioni 238 e un sensore di temperatura 239 ad esso associato, preferibilmente termicamente accoppiato, devono giacere in piani tra loro non coincidenti e non paralleli, preferibilmente sostanzialmente ortogonali come mostrato, per ottenere i vantaggi esposti nella parte introduttiva della presente relazione.

Con la configurazione preferita mostrata, il sensore di sforzi/deformazioni 238 è disposto in un piano parallelo al piano neutro N1 (FIG. 3) rispetto allo sforzo/deformazione principale da rilevare, che è quello direttamente conseguente all’applicazione della forza F al pedale 14 della pedivella 22 stessa, ma in alternativa può essere disposto in un piano formante un angolo qualsivoglia con tale piano neutro N1.

Preferibilmente il primo e il secondo sensore di sforzi/deformazioni 238 sono posizionati da parti opposte rispetto a un piano comprendente l'asse di pedale Y1 e l’asse di rotazione X della pedivella 22. Essi sono inoltre vantaggiosamente disposti ciascuno il più lontano possibile dall’asse o piano neutro N1 (FIG. 3) rispetto allo sforzo/deformazione principale da rilevare.

Come più volte accennato, il sensore di sforzi/deformazioni 238 e il sensore di temperatura 239 sopra descritto possono essere destinati all’impiego in un misuratore di potenza o di un misuratore di coppia. Da un punto di vista matematico, come sopra già descritto, la potenza di pedalata è la componente utile della potenza erogata dal ciclista, data dalla coppia applicata su uno o su entrambi i pedali 14, 15, moltiplicata per la velocità angolare della rispettiva pedivella 22, 23.

La coppia è a sua volta data dal prodotto della componente Fv di forza in direzione tangenziale per il braccio, che corrisponde sostanzialmente alla lunghezza della pedivella 22, 23.

La velocità angolare è tipicamente fornita da un sensore di cadenza. In alternativa, la velocità angolare può essere ricavata da un accelerometro che rilevi la cadenza di pedalata dall’andamento alterno della forza di gravità rispetto al piano rotante R della pedivella 22, 23.

In alternativa, la velocità angolare della guarnitura 12 e dunque della/e pedivella/e 22, 23 può essere calcolata dalla velocità della bicicletta, a sua volta eventualmente determinata da un sensore di cadenza applicato a una ruota, e dal rapporto di trasmissione corrente.

I dati relativi alla coppia applicata vengono raccolti dal misuratore di potenza in corrispondenza della guarnitura 12.

L’invenzione può applicarsi a un sistema di rilevazione di coppia o potenza simmetrico, comprendente due sottosistemi realizzati in corrispondenza di ciascuna pedivella 22, 23 della guarnitura, oppure a un sistema di rilevazione di coppia o potenza non simmetrico, comprendente un sottosistema in corrispondenza della pedivella 22 dal lato trasmissione e l’altro sottosistema in corrispondenza del perno 26 del movimento centrale (per la rilevazione della coppia o potenza applicata sul pedale 15 dal lato opposto al lato trasmissione), oppure ancora a un sistema di rilevazione di coppia o potenza realizzato in corrispondenza della sola pedivella 22 dal lato trasmissione. In quest’ultimo caso, la coppia o potenza erogata dal ciclista viene stimata come doppia di quella misurata.

Benché l’invenzione sia stata descritta in dettaglio con riferimento a estensimetri, l’invenzione può essere applicata anche a sensori di sforzi/deformazioni di diverso tipo, ad esempio sensori piezoelettrici.

La precedente è una descrizione di varie forme di realizzazione di aspetti inventivi, ed ulteriori modifiche possono essere apportate senza fuoriuscire dalla portata della presente invenzione. La forma e/o la dimensione e/o la posizione e/o l’orientamento dei vari componenti e/o la successione delle varie fasi possono essere variati. Le funzioni di un elemento o modulo possono essere eseguite da due o più componenti o moduli, e viceversa. Componenti mostrati direttamente connessi o in contatto possono avere strutture intermedie disposte tra di loro. Fasi mostrate direttamente susseguentisi possono avere fasi intermedie svolte tra di esse. I dettagli mostrati in una figura e/o descritti con riferimento a una figura o a una forma di realizzazione si possono applicare in altre figure o forme di realizzazione. Non tutti i dettagli mostrati in una figura o descritti nello stesso contesto devono essere necessariamente presenti in una stessa forma di realizzazione. Caratteristiche o aspetti che risultino innovativi rispetto alla tecnica nota, da soli o in combinazione con altre caratteristiche, sono da considerare descritti di per sé, indipendentemente da quanto esplicitamente descritto come innovativo.

Claims

RIVENDICAZIONI 1. Componente di bicicletta (22, 23, 26) comprendente un sensore di sforzi/deformazioni (238) allineato secondo uno sforzo/deformazione (T1, C1) da rilevare e un sensore di temperatura (239) associato a detto sensore di sforzi/deformazioni, in cui detto sensore di sforzi/deformazioni (238) e detto sensore di temperatura (239) giacciono in piani tra loro non coincidenti e non paralleli.
2. Componente di bicicletta (22, 23, 26) secondo la rivendicazione 1, in cui detti piani sono sostanzialmente ortogonali.
3. Componente di bicicletta (22, 23, 26) secondo la rivendicazione 1 o 2, in cui detto sensore di temperatura (239) è termicamente accoppiato a detto sensore di sforzi/deformazioni (238).
4. Componente di bicicletta (22, 23, 26) secondo qualsiasi delle rivendicazioni 1-3, in cui detto sensore di sforzi/deformazioni (238) e detto sensore di temperatura (239) sono posizionati in una regione sostanzialmente isoterma del componente di bicicletta (22, 23, 26).
5. Componente di bicicletta (22, 23, 26) secondo la rivendicazione 2 o qualsiasi delle rivendicazioni 3-4 quando dipendenti dalla rivendicazione 2, in cui detto sensore di sforzi/deformazioni (238) ha una direzione di rilevazione allineata secondo detto sforzo/deformazione (T1, C1) da rilevare e il piano in cui giace detto sensore di temperatura (239) non è ortogonale a detta direzione di rilevazione.
6. Componente di bicicletta (22, 23) secondo qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui il componente di bicicletta è una pedivella (22, 23) comprendente un corpo principale (38, 39) esteso lungo una direzione longitudinale (L) tra un asse di rotazione (X) e un asse di pedale (Y1, Y2), detto corpo principale (38, 39) recando detti sensore di sforzi/deformazioni (238) e sensore di temperatura (239).
7. Componente di bicicletta (22, 23, 26) secondo qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, comprendente una cavità (212) e un guscio (214) di materiale composito comprendente fibra strutturale incorporata in una matrice polimerica esteso attorno a detta cavità (212), almeno uno tra, e preferibilmente entrambi, il sensore di sforzi/deformazioni (238) e il sensore di temperatura (239) essendo applicato/i a una superficie interna (215) del guscio (214).
8. Componente di bicicletta (22, 23, 26) secondo qualsiasi delle rivendicazioni 1-6, comprendente un’anima (218) e un guscio (214) di materiale composito comprendente fibra strutturale incorporata in una matrice polimerica esteso attorno a detta anima (218), almeno uno tra, e preferibilmente entrambi, il sensore di sforzi/deformazioni (238) e il sensore di temperatura (239) essendo interposto/i tra l’anima (218) e il guscio (214).
9. Componente di bicicletta (22, 23, 26) secondo la rivendicazione 8, in cui detta anima (218) comprende almeno un bassofondo (236) e detto almeno uno tra, e preferibilmente entrambi, il sensore di sforzi/deformazioni (238) e il sensore di temperatura (239) è/sono disposto/i in detto almeno un bassofondo (236).
10. Componente di bicicletta (22, 23, 26) secondo qualsiasi delle rivendicazioni 7-9, in cui il sensore di sforzi/deformazioni (238) è disposto su una prima regione (272) di una superficie interna (215) del guscio (214), il sensore di temperatura (239) è disposto su una seconda regione (274) della superficie interna (215) del guscio (214), detta prima regione (272) essendo sostanzialmente ortogonale a detta seconda regione (274), in cui il guscio (214) presenta una sporgenza interna (270), più preferibilmente lungo uno spigolo del guscio, e almeno una tra la prima e la seconda regione (272, 274) sono realizzate su detta sporgenza (270).
11. Componente di bicicletta (22, 23, 26) secondo la rivendicazione 10, in cui detta prima regione (272), ed eventualmente anche detta seconda regione (274), si estende lungo detta direzione di sforzo/deformazione (T1, C1) da rilevare.
12. Componente di bicicletta (22, 23) secondo qualsiasi delle rivendicazioni 10-11, in cui il componente è oblungo e in particolare è una pedivella (22, 23), in cui la prima regione (272) è sostanzialmente estesa lungo la direzione longitudinale (L) e lungo uno spessore (S) della pedivella (22, 23) e in cui la seconda regione (274) è sostanzialmente estesa lungo la direzione longitudinale (L) e lungo una larghezza (G) della pedivella (22, 23).
13. Componente di bicicletta (22, 23, 26) secondo qualsiasi delle rivendicazioni 1-12, comprendente inoltre un secondo sensore di sforzi/deformazioni (238) e un secondo sensore di temperatura (239), giacenti in piani tra loro non coincidenti e non paralleli.
14. Componente di bicicletta (22, 23, 26) secondo la rivendicazione 13, in cui il primo e il secondo sensore di sforzi/deformazioni (238) giacciono in piani tra loro sostanzialmente paralleli e in cui il primo e il secondo sensore di temperatura (239) giacciono sostanzialmente in uno stesso piano.
15. Componente di bicicletta (22, 23, 26) secondo qualsiasi delle rivendicazioni 1-14, in cui il secondo sensore di sforzi/deformazioni (238) è disposto su una terza regione (272a) di una superficie interna (215) del guscio (214), il secondo sensore di temperatura (239) è disposto su una quarta regione (274a) della superficie interna (215) del guscio (214), detta terza regione (272a) essendo sostanzialmente ortogonale a detta quarta regione (274a), in cui la prima e la seconda regione (272, 274) sono realizzate in corrispondenza di un primo spigolo interno del guscio (214) e la terza e la quarta regione (272a, 274a) sono realizzate in corrispondenza di un secondo spigolo interno del guscio (214), adiacente al primo spigolo, in cui il guscio (214) presenta una seconda sporgenza interna (270a), più preferibilmente lungo un secondo spigolo del guscio (214), e almeno una tra la terza e la quarta regione (272a, 274a) sono realizzate su detta seconda sporgenza (270a).