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Patent Searching and Data


Title:
DEVICE FOR BALANCING OF A WHEEL
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2022/123092
Kind Code:
A1
Abstract:
The present invention relates to a device for the balancing of a wheel, characterized by a construction that is simple but has a very high degree of precision. According to various embodiments, the invention allows a very simple and versatile construction that can be configured as a kit installable in supports for pre-existing wheels. The invention is also characterized by a balancing method based on the device.

Inventors:
CAMPOS BARROSO OCTAVIO (ES)
ANTÓN HERRAIZ JOSÉ (ES)
Application Number:
PCT/ES2020/070772
Publication Date:
June 16, 2022
Filing Date:
December 09, 2020
Export Citation:
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Assignee:
NAZCA INGENIERIA S L (ES)
International Classes:
G01M1/04; G01M1/22
Domestic Patent References:
WO2010133364A12010-11-25
Foreign References:
CN109668686A2019-04-23
CN106610332B2019-03-08
GB565606A1944-11-17
Attorney, Agent or Firm:
ARIAS SANZ, Juan (ES)
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Claims:
REIVINDICACIONES

1.- Dispositivo para el equilibrado de una rueda (R) que comprende un eje (E) que se extiende según una dirección principal X-X' perpendicular al plano principal (P) de dicha rueda (R) y con dos tramos (Ti,Tz) de fijación, un tramo situado a cada lado de la rueda (R), donde dicho dispositivo comprende: un primer elemento de fijación (1) del eje (E) de la rueda; un segundo elemento de fijación (2) del eje (E) de la rueda de tal modo que en modo operativo el eje de la rueda (R) queda fijado en ambos elementos de fijación (1, 2) y la rueda (R) dispuesta entre el primer elemento de fijación (1) y el segundo elemento de fijación (2); una unidad central de proceso (U); un sensor (4) de velocidad angular (c ) de la rueda (R) en comunicación con la unidad central de proceso (U); donde al menos uno de los elementos de fijación (1, 2) comprende un sensor (1.1, 2.1) de fuerza configurado para medir una señal (SI) proporcional a la fuerza de desequilibrio de la rueda en una dirección radial (dr), dirección perpendicular a la dirección principal X-X' del eje (E) de la rueda (R), estando el al menos un sensor (1.1, 2.1) en comunicación con la unidad central de proceso (U) para transmitirle dicha señal y, donde la unidad central de proceso (U) está configurada para: leer la señal (SI) del al menos un sensor (1.1, 2.1) de fuerza; leer la señal del sensor (4) de velocidad angular (c )de la rueda; determinar cuando en modo operativo la rueda(R) gira: o el valor de la amplitud de la señal (SI) periódica del al menos un sensor (1.1, 2.1) de fuerza y, o el ángulo de la rueda (R)donde se alcanza el valor de la amplitud máxima en la señal periódica del al menos un sensor (1.1, 2.1) de fuerza; o la masa de compensación del desequilibrio a aplicar en el punto de la rueda (R) opuesto al punto determinado en el paso anterior, calculada como m = F/(o)2.r) donde F es el valor de la amplitud de la fuerza correspondiente a la señal (SI) medida en el al menos un sensor (1.1, 2.1), ) es el valor de la velocidad de giro y r el radio preestablecido donde se debe situar la masa de compensación del desequilibrio. 2.- Dispositivo según la reivindicación 1, donde el sensor de velocidad (4) es un sensor de paso y comprende un marcador (3) configurado para unirse en un punto de la rueda (R) distanciado radialmente del eje (E) de dicha rueda (R), donde el sensor (4) de paso está configurado para detectar el paso del marcador (3) cuando en modo operativo la rueda (R), fijada en los elementos de fijación (1, 2) gira en torno a su eje (E) y, el sensor de velocidad (4) determina la velocidad angular como TI/ con T el intervalo de tiempo entre instantes de lectura consecutivos del sensor (4) de paso por el paso del marcador (3).

3.- Dispositivo según la reivindicación 2, donde el punto de la rueda que corresponde a la posición angular de la rueda (R) donde se alcanza el valor de la amplitud máxima en la señal periódica del al menos un sensor (1.1, 2.1) de fuerza se referencia al ángulo que corresponde a la posición del marcador (3).

4.- Dispositivo según cualquiera de las reivindicaciones la3, donde cada elemento de fijación (1, 2) tiene un sensor (1.1, 2.1) de fuerza configurado para emitir una señal (SI, S2) proporcional a la fuerza de desequilibrio de la rueda en una dirección radial (dr), dirección perpendicular a la dirección principal X-X' del eje (E) de la rueda (R), estando cada sensor (1.1, 2.1) en comunicación con la unidad central de proceso (U) para transmitirle dicha señal.

5.- Dispositivo según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, donde la dirección radial (dr) es vertical según la dirección de acción de la gravedad (g).

6.- Dispositivo según las reivindicaciones 4 o 5, donde la unidad central de proceso (U) toma como valor de la fuerza de desequilibrio la suma de las dos señales recibidas de los sensores (1.1, 2.1) de fuerza.

7.- Dispositivo según las reivindicaciones 4 o 5, donde la unidad central de proceso (U) determina: un primer vector Spl complejo con el módulo igual a la máxima amplitud de la primera señal escalado para representar la fuerza medida en un primer sensor (Sl)y, con el desfase de dicha primera señal respeto de un ángulo de referencia preestablecido; un segundo vector Sp2 complejo con el módulo igual a la máxima amplitud de la segunda señal escalado para representar la fuerza medida en un segundo sensor (S2) y, con el desfase de dicha segunda señal respecto del mismo ángulo de referencia; se preestablecen valores escalares Kl, K2, K3 y K4; se determina un primer peso P1=(K4 * SI - K2 * S2) / (Kl * K4 - K2 * K3); se determina un segundo peso P2 = (K3 * SI - Kl * S2) / (K2 * K3 - Kl * K4); se establece como valores del peso para compensar el desequilibrio Pl y P2 y posicionados en la rueda a 180^ del ángulo determinado por Spl y Sp2 respectivamente respecto de la referencia angular preestablecida.

8.- Dispositivo según la reivindicación 7, donde

- Kl=dl/D;

- K2=(D-d2)/D;

- K3=(D-dl)/D;

- K4=d2/D; donde D es la distancia entre el primer sensor (SI) y el segundo sensor (S2), di es la distancia entre la posición preestablecida de una primera masa P1 de descentramiento y el segundo sensor (S2), d2 es la distancia entre la posición preestablecida de una segunda masa P2 de descentramiento y el primer sensor (S2), todas las distancias tomadas según la dirección longitudinal del eje (X-X').

9.- Dispositivo según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, donde adicionalmente comprende un soporte (5) configurado en "U" con dos brazos (5.1, 5.2), donde el primer elemento de fijación (1) está unido al primero de los brazos (5.1) del soporte configurado en "U" y el segundo elemento de fijación (2) está unido al segundo de los brazos (5.2) del mismo soporte (5).

10.- Dispositivo según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, donde la unidad central de proceso (U) está configurada para tratar la señal del al menos un sensor (1.1, 2.1) de fuerza filtrando la señal según las siguientes etapas: discretizar en el tiempo la señal recibida del al menos un sensor (1.1, 2.1) de fuerza; transformar la señal discretizada del dominio temporal al dominio frecuencial; determinar la frecuencia de giro como = O)/(2TT) de la rueda (R); - 21 - filtrar la señal discreta en el dominio frecuencial manteniendo únicamente la componente de frecuencia que corresponde a la frecuencia de giro f de la rueda (R); antitransformar la señal filtrada del dominio frecuencial al dominio temporal para proveer a la unidad central de proceso (U) de una señal sin ruido.

11.- Dispositivo según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, donde la unidad central de proceso (U) está configurada para llevar a cabo la medida de la fuerza de desequilibrio en una pluralidad de periodos filtrando la señal en cada periodo con la frecuencia de giro f estimada para ese periodo y, determinando el valor de la fuerza de desequilibrio como el valor ponderado de la pluralidad de valores de la fuerza de desequilibrio calculados en la pluralidad de periodos.

12.- Dispositivo según la reivindicación 2 y 11, donde cada periodo está determinado por el tiempo de paso entre dos lecturas consecutivas del paso del marcador (3) y = (2 )/T con T el intervalo de tiempo entre dichos instantes.

13.- Dispositivo según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, donde al menos un elemento de fijación (1, 2) está configurado como un soporte con un entrante (1.2, 2.2) en "V" vertical para recibir y fijar el eje (E) de la rueda (R).

14.- Dispositivo según la reivindicación 13, donde adicionalmente comprende: un cuerpo principal (1.3, 2.3); un tramo intermedio (1.4, 2.4) configurado en forma de "S" que conecta estructuralmente el cuerpo principal (1.3, 2.3) y el soporte con un entrante (1.2, 2.2) en "V"; y, donde el sensor de fuerza (1.1, 2.1) es una galga extensiométrica unida a una porción del tramo intermedio (1.4, 2.4) para medir las fuerzas radiales ejercidas por la rueda (R) en la dirección de la gravedad sobre el soporte con un entrante (1.2, 2.2) en "V".

15.- Dispositivo según la reivindicación 13, donde adicionalmente comprende: un cuerpo principal (1.3, 2.3); un tramo intermedio (1.4, 2.4) configurado en forma de pilar vertical que conecta estructuralmente el cuerpo principal (1.3, 2.3) y el soporte con un - 22 - entrante (1.2, 2.2) en "V"; y, donde el sensor de fuerza (1.1, 2.1) es una galga extensiométrica unida a una porción del tramo intermedio (1.4, 2.4) para medir las fuerzas radiales ejercidas por la rueda (R) en la dirección perpendicular a la gravedad sobre el soporte con un entrante (1.2, 2.2) en "V".

16.- Dispositivo según la reivindicación 14 o 15, donde la unidad central de proceso (U) está alojada en el cuerpo principal (1.3, 2.3).

17.- Método de equilibrado de una rueda (R) giratoria respecto de un eje (E) que comprende las siguientes etapas: fijar la rueda (R) a un soporte (5) con unos medios de fijación (1, 2) de tal modo que la rueda (R) queda fijada con capacidad de rotación respecto de su eje (E); hacer girar la rueda (R); registrar la fuerza radial de desequilibrio en al menos un medio de fijación (1, 2) en función del tiempo; registrar la velocidad de giro de la rueda (R); determinar el valor máximo de la fuerza radial de desequilibrio y la posición angular de la rueda (R) que da lugar a dicho valor máximo en la dirección radial; determinar la masa de desequilibrio como m = F/(a>2. r)siendo m la masa de la rueda, ) la velocidad angular de giro de la rueda y r el radio de la rueda.

18.- Método según la reivindicación 17, donde se hace uso de un marcador (3) adaptado para ser unido en la rueda (R) en un punto distante de su eje (E) de giro y un sensor (4) de paso de dicho marcador (3), y donde el método comprende adicionalmente las siguientes etapas: unir un marcador (3) a la rueda (R) en un punto distanciado radialmente del eje (E) antes de hacer girar la rueda (R) y, tras hacer girar la rueda (R), leer el paso del marcador (3) por un punto determinado para referenciar el lugar donde se establece el valor máximo de la fuerza; proveer del valor máximo de la fuerza y su posición angular respecto de la posición angular del marcador (3).

19.- Método según la reivindicación 17 o 18, donde la fuerza radial de desequilibrio se registra de forma independiente en medios de fijación (1, 2) situados a uno y otro lado - 23 - de la rueda (R) y, la fuerza radial de desequilibrio registrada es la media de ambos registros independientes.

20.- Método según la reivindicación 17 o 18, donde la fuerza radial de desequilibrio se registra de forma independiente en medios de fijación (1, 2) situados a uno y otro lado de la rueda (R) donde se llevan a cabo los siguientes pasos: determinar un primer vector Spl complejo a través del módulo máximo de la primera señal (SI) escalado para representar la fuerza medida en un primer sensor (SI) y, del desfase de dicha primera señal (SI) respeto de un ángulo de referencia preestablecido; determinar un segundo vector Sp2 complejo a través del módulo máximo de la segunda señal (Sp2) escalado para representar la fuerza medida en un segundo sensor (S2) y, del desfase de dicha segunda señal (Sp2) respecto del mismo ángulo de referencia; preestablecer valores escalares Kl, K2, K3 y K4;

- determinar un primer peso P1=(K4 * SI - K2 * S2) / (Kl * K4 - K2 * K3); determinar un segundo peso P2 = (K3 * SI - Kl * S2) / (K2 * K3 - Kl * K4); establecer como valores del peso para compensar el desequilibrio Pl y P2 y posicionados en la rueda a 180^ del ángulo determinado por Spl y Sp2 respectivamente respecto de la referencia angular preestablecida.

21.- Método según cualquiera de las reivindicaciones 17a20, donde el registro de la fuerza radial de desequilibrio es filtrada según las siguientes etapas: discretizar en el tiempo la señal registrada de fuerza de desequilibrio; transformar la señal discretizada del dominio temporal al dominio frecuencial; determinar la frecuencia de giro f = O)/(2TT) de la rueda (R) donde es la velocidad de giro de la rueda (R); filtrar la señal discreta en el dominio frecuencial manteniendo únicamente la componente de frecuencia que corresponde a la frecuencia de giro de la rueda (R); antitransformar la señal filtrada del dominio frecuencial al dominio temporal para proveer de una señal sin ruido.

22.- Programa de ordenador comprendiendo instrucciones las cuales, cuando el programa es ejecutado en un computador, causan en dicho computador que éste, a partir de las señales medidas en el al menos un sensor ejecute un método de - 24 - determinación de la al menos una masa y su posición para el equilibrado de la rueda (R) de acuerdo a cualquiera de las reivindicaciones 17 a 21.

Description:
DISPOSITIVO PARA EL EQUILIBRADO DE UNA RUEDA DESCRIPCIÓN

OBJETO DE LA INVENCIÓN

La presente invención es un dispositivo para el equilibrado estático y dinámico, en un plano y en dos planos respectivamente, de una rueda caracterizado por una construcción sencilla pero con un grado de precisión muy elevado.

La invención, de acuerdo a diversos modos de realización, permite una construcción muy sencilla y versátil que incluso puede ser configurada como un kit instalable en soportes para ruedas ya preexistentes.

También caracteriza la invención un método de equilibrado basado en el dispositivo.

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN

El equilibrado de ruedas es un problema muy antiguo y claramente identificado en los muchos posibles usos. Si bien existen máquinas de equilibrado, éstas no son aptas para todo tipo de ruedas o, requieren de una construcción muy costosa.

La ausencia de máquinas de equilibrado sencillas y precisas es especialmente relevante en la aplicación a ruedas de bicicleta y de motocicleta. La configuración de las ruedas de bicicleta, sobre todo las ruedas de bicicletas de carreras, es esencialmente plana, de gran diámetro y formada por una pluralidad de radios. Esta configuración se debe principalmente a que este tipo de ruedas debe ser lo más ligera posible manteniendo su capacidad resistente.

Este tipo de ruedas también se caracteriza por incluir el eje/buje con los rodamientos de giro. Se conocen máquinas de equilibrado para ruedas por ejemplo de coche donde la rueda es desacoplable del eje que queda vinculado al vehículo.

La configuración esencialmente plana, el elevado diámetro y su ligereza dificultan las operaciones de equilibrado ya que las masas en desequilibrio son muy pequeñas, aunque con fuerte impacto cuando la rueda es utilizada, por lo que habitualmente se lleva a cabo a mano. Existen soportes con una configuración en "U", esto es, a partir de una base inferior emergen dos brazos verticales que terminan en un apoyo o fijación que admite el eje de la rueda de la bicicleta.

En este tipo de equilibradores estáticos, la rueda de bicicleta, una vez situada sobre el soporte, se deja libre para que la rueda gire lentamente debido al poco rozamiento de sus rodamientos y sitúe inferiormente el lugar donde existe una mayor masa de desequilibrio.

El operario que se encarga de equilibrar la rueda añade una masa adicional en la posición opuesta a la posición que ha quedado en el lugar más bajo con un valor de dicha masa aproximado por la velocidad con la que la rueda ha tendido a posicionarse en su posición final de acuerdo a la masa de desequilibrio. La elección de la masa de desequilibrio y la posición es aproximada y requiere de pruebas posteriores para ver si la rueda mantiene su desequilibrio. Hay tres variables que hacen que el procedimiento sea bastante impreciso:

• La resistencia al giro que supone el rodamiento.

• La inercia requerida para iniciar el movimiento de caída de la rueda. Cuando la rueda se deja en una posición sobre el equilibrador necesita de un desequilibrio mínimo para romper las fuerzas de fricción y vencer la fuerza de inercia. Esta fuerza mínima no puede ser determinada a priori.

• La posición del punto de desequilibrio se determina cuando la rueda liberada se llega a detener y sitúa el punto de mayor peso en la posición inferior cuando está en el soporte equilibrador. Es necesario repetir la prueba varias veces sobre la rueda ya que en cada prueba el punto de desequilibrio encontrado es ligeramente distinto dando lugar a una gran variabilidad.

Todo lo anterior hace que sea un procedimiento bastante lento ya que se realiza por el método de prueba error.

La presente invención, resuelve el problema del equilibrado manual y lo hace mediante un dispositivo de construcción muy sencilla y que, según ejemplos de realización, admite una fabricación en forma de kit instalable sobre soportes en "U" como los descritos.

Es también objeto de la presente invención, modos específicos de equilibrado aplicables a ruedas anchas, tales como ruedas de moto, que tampoco se liberan del eje, y que requieren de un equilibrado que tenga en cuenta también su anchura dado que los pesos para compensar el desequilibrado solo puede ser incorporados a uno y otro lado de la llanta.

DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN

La presente invención es un dispositivo para el equilibrado de ruedas. Se considera que las ruedas destinadas a ser equilibradas comprenden un eje que se extiende según una dirección principal que identificaremos como X-X', perpendicular al plano principal de la rueda, y tienen dos tramos de fijación, un tramo situado a cada lado de la rueda. Cada uno de los tramos del eje de la rueda sirve de elemento donde se establece la fijación que sujeta la rueda dejando que ésta pueda girar libremente respecto de su eje.

El dispositivo de acuerdo a la invención es adecuado para el equilibrado de una rueda que comprende un eje que se extiende según una dirección principal X-X' perpendicular al plano principal de la rueda y con dos tramos de fijación, un tramo situado a cada lado de la rueda.

Habitualmente los tramos de fijación del eje son dos espárragos roscados con fijación rápida o no.

Se considera el plano principal de la rueda el plano medio en el que se establece el giro de la rueda de tal modo que el eje de giro es perpendicular a dicho plano.

El dispositivo de acuerdo a la invención comprende: un primer elemento de fijación del eje de la rueda; un segundo elemento de fijación del eje de la rueda de tal modo que en modo operativo el eje de la rueda queda fijado en ambos elementos de fijación y la rueda dispuesta entre el primer elemento de fijación y el segundo elemento de fijación; una unidad central de proceso; un sensor de velocidad angular de la rueda en comunicación con la unidad central de proceso; donde al menos uno de los elementos de fijación comprende un sensor de fuerza configurado para medir una señal proporcional a la fuerza de deseguilibrio de la rueda en una dirección radial, dirección perpendicular a la dirección principal X-X' del eje de la rueda, estando el al menos un sensor en comunicación con la unidad central de proceso para transmitirle dicha señal.

La rueda es fijada a través de los dos tramos que comprende el eje, un primer tramo unido al primer elemento de fijación del eje de la rueda y un segundo tramo unido al segundo elemento de fijación del eje de la rueda. De esta forma, se hace uso del propio eje de la rueda para permitir su giro durante la operación de equilibrado y, tras el equilibrado la rueda queda equilibrada con todos los elementos que incorpore en el momento del equilibrado, por ejemplo, el neumático.

A lo largo de la descripción, cuando se indique que la rueda está o queda fijada se entenderá que no existe desplazamiento de su eje o buje si bien no se impide que la rueda gire libremente en torno a dicho eje o buje. Igualmente se puede considerar el ejemplo donde el eje está rotando en torno a unos rodamientos que sirven de soporte de fijación para facilitar el giro.

En al menos un elemento de fijación hay un sensor de fuerza destinado a registrar la fuerza que ejerce el tramo del eje fijado a dicho elemento de fijación y en la dirección perpendicular la dirección X-X' por ejemplo debido al desequilibrio cuando la rueda gira. Esta señal es periódica si bien el periodo puede ir siendo creciente cuando la rueda gira libremente ya que las fuerzas de rozamiento hacen que la rueda vaya disminuyendo su velocidad.

La señal de la fuerza es transmitida a la unidad central de proceso para su posterior tratamiento.

Según ejemplos de realización, los dos elementos de fijación son soportes configurados en "V" donde descansan los tramos del eje de la rueda. La forma en "V" permite la fijación debido al peso de la rueda ya que se impide que el eje se mueva horizontalmente y el peso también impide el movimiento en la dirección vertical. Esta configuración permite giros a baja velocidad sin que la rueda se salga y es muy rápido de instalar ya que el peso propio de la rueda asegura la retención en el canal de la "V". La ausencia de elementos de acoplamiento adicionales reducen en este ejemplo de realización la introducción de fuerzas de desequilibrio externas a la rueda que darían una lectura de las fuerzas de desequilibrio desvirtuadas, por ejemplo, el adaptador para ruedas de moto que se utiliza en las equilibradoras de rueda de coche; este elemento debe de estar perfectamente equilibrado para no desvirtuar la medida.

Adicionalmente la unidad central de proceso está configurada para: leer la señal del al menos un sensor de fuerza; leer la señal del sensor de velocidad angular de la rueda y; determinar cuando en modo operativo la rueda gira: o el valor de la amplitud de la señal periódica del al menos un sensor de fuerza y, o el ángulo de la rueda donde se alcanza el valor de la amplitud máxima en la señal periódica del al menos un sensor de fuerza; o la masa de compensación del deseguilibrio a aplicar en el punto de la rueda opuesto al punto determinado en el paso anterior, calculada como m = F/(o) 2 .r) donde F es el valor de la amplitud de la fuerzacorrespondiente a la señal medida en el al menos un sensor, ) es el valor de la velocidad de giro y r el radio preestablecido donde se debe situar la masa de compensación del deseguilibrio.

La unidad central de proceso al menos recibe dos señales, una señal con información sobre la velocidad de giro de la rueda y otra señal con la amplitud de la fuerza que ejerce el eje sobre los elementos de fijación.

Según ejemplos de realización preferidos, la lectura de la señal de fuerza en la dirección radial es según la dirección perpendicular a la acción de la gravedad. La lectura de la fuerza según la dirección de la gravedad tiene una componente continua por el peso de la rueda que descansa a través del elemento de fijación donde se mide la fuerza y una componente oscilante por la acción de la masa en desequilibrio cuando la rueda gira. En este caso es necesario eliminar la componente continua manteniendo únicamente la componente oscilante. Por el contrario, una lectura según la dirección perpendicular a la acción de la gravedad de acuerdo al ejemplo preferido solo muestra la componente oscilatoria sin necesidad de eliminar una componente constante que puede ser elevada en comparación con la amplitud de la componente oscilante.

El giro de la rueda causa que el sensor de fuerza mida la señal oscilante sobre la que es posible el cálculo de la amplitud. El instante de tiempo donde se determina el valor de la amplitud máxima de la fuerza corresponde a la posición angular de la rueda donde se establece que existe una masa en desequilibrio y esta posición está determinada según la dirección en la que el sensor está midiendo la componente oscilante. Esto es, si por ejemplo el sensor mide en la dirección vertical, el momento cuando se produce el máximo de la amplitud de la señal de fuerza será cuando la masa en desequilibrio está o bien en la posición inferior o bien en la posición superior dependiendo del signo de la señal del valor de la fuerza obtenido.

El dispositivo también determina la masa de compensación del desequilibrio y el ángulo en el que ésta se deberá colocar, por ejemplo por el usuario, en la posición opuesta de la rueda para compensar la masa en desequilibrio. Esto es, la que tiene un desfase de 180^. A lo largo de la descripción los ángulos siempre estarán referidos a un plano paralelo al plano principal que define la rueda y respecto a una referencia preestablecida.

Para el cálculo de la masa interviene, entre otros factores, el valor de la lectura de la velocidad.

Con apoyo en las figuras se describen diversos ejemplos de realización de la invención con alternativas para algunos de los compontes.

DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS

Estas y otras características y ventajas de la invención, se pondrán más claramente de manifiesto a partir de la descripción detallada que sigue de unas formas preferidas de realización, dada únicamente a título de ejemplo ilustrativo y no limitativo, con referencia a las figuras que se acompañan.

Figura 1 En esta figura se muestra un ejemplo de realización de la invención mostrado de forma esquemática y en perspectiva. En esta figura se muestra un ejemplo en el que se mide la fuerza de oscilación en la dirección de la gravedad.

Figuras 2 y 3 En estas figuras se muestran tres gráficas dispuestas apiladas, la superior es el valor de la señal directamente obtenido en uno de los sensores de fuerza, la gráfica central es una señal procesada conforme a un ejemplo de realización de la invención donde se elimina la señal de ruido y, la gráfica inferior corresponde a la transformada de Fourier utilizada para representar el valor de la señal en el dominio frecuencial, de la señal directamente obtenida en los sensores de fuerza.

Figura 4 En esta figura se muestra en alzado un ejemplo de realización de un elemento de fijación que incorpora un sensor sin una de las tapas para poder observar su interior, configurado de modo que no se ve afectado por el peso de la rueda. En esta figura se muestra un ejemplo en el que se mide la fuerza de oscilación en una dirección perpendicular a la dirección de la gravedad.

Figura 5 En esta figura se muestra una perspectiva del elemento de fijación con el sensor de la figura anterior con un punto de vista opuesto, y con otra de sus tapas también retirada para observar la configuración del interior.

Figura 6 En esta figura se muestra esquemáticamente una configuración de un ejemplo de realización donde se hace uso de dos sensores especialmente adecuada para el equilibrado de ruedas anchas para la determinación de dos masas de equilibrado en planos paralelos entre sí y paralelos al plano principal de la rueda. EXPOSICIÓN DETALLADA DE LA INVENCIÓN

La presente invención, de acuerdo al primer aspecto inventivo, es un dispositivo para el equilibrado de una rueda (R).

Acudiendo a la figura 1, se muestra un ejemplo de realización de la invención de aplicación por ejemplo a ruedas (R) de bicicleta.

En este ejemplo de realización el dispositivo está configurado como un kit que es posible instalar en un soporte (5) comercialmente disponible, en forma de "U", para el equilibrado estático de ruedas (R) como el descrito en el estado de la técnica.

El soporte (5) en forma de "U" comprende una base y dos brazos (5.1, 5.2) verticales destinados a soportar la rueda (R).

En la figura se muestra cómo los brazos (5.1, 5.2) verticales del soporte (5) terminan en un apoyo en forma de "V" si bien estos apoyos utilizados en el soporte tal y como se provee comercialmente quedan anulados con la adición del kit de acuerdo a este ejemplo de realización de la invención.

En esta figura 1 se muestra en el extremo de cada brazo (5.1, 5.2) del soporte (5) un primer elemento de fijación (1) y un segundo elemento de fijación (2) del eje (E) de la rueda (R) configurados como elementos independientes que son fijados a los brazos (5.1, 5.2) preexistentes del soporte en "U".

Cada uno de los elementos de fijación (1, 2) comprenden un cuerpo principal (1.3, 2.3) fijado al brazo (5.1, 5.2) del soporte (5) en "U", donde desde este cuerpo principal (1.3,

2.3) emerge superiormente un tramo intermedio (1.4, 2.4) configurado en forma de "S" hasta un soporte (1.2, 2.2) con un entrante en "V" para la recepción del eje (E) de la rueda (R).

En este ejemplo de realización, el cuerpo principal (1.3, 2.3), el tramo intermedio (1.4,

2.4) y el soporte (1.2, 2.2) con un entrante en "V" están fabricados en un mismo bloque metálico, en este ejemplo de realización en aluminio. De esta forma, es fácil de adaptar un soporte (5) en "U" preexistente en un dispositivo conforme a un ejemplo de realización de la invención.

No obstante, es posible llevar a cabo la invención sin necesidad de adaptar un soporte (5) preexistente diseñando cada una de las piezas para configurar el producto final y con los elementos esenciales sin que el soporte (5) tenga necesariamente que poder operar de forma separada para soportar la rueda (R). También se considera como ejemplo de realización de la invención el caso en que la electrónica está separada del sensor, particularmente podría estar fuera de todo el soporte.

En el tramo intermedio (1.4, 2.4) en forma de "S" se ha configurado la "S" mediante tramos rectos de tal modo que el tramo central configura un elemento en voladizo sobre el que está fijadas unas galgas extensiométricas con la función de servir como sensor de fuerza (1.1, 2.1).

Según esta configuración específica, las cargas verticales ejercidas por el eje (E) de la rueda (R) sobre el soporte (1.2, 2.2) con un entrante en "V" dan lugar a esfuerzos de flexión sobre dicho elemento en voladizo y por lo tanto causan la lectura en el sensor de fuerza (1.1, 2.1) formado por galgas extensiométricas.

En este ejemplo de realización el sensor de velocidad (4) es muy sencillo. Está formado por un marcador (3) que se une a la rueda (R) en una posición distanciada del eje de giro, por ejemplo en un radio, llanta o cubierta de la rueda (R), y por un lector que es el marcado con el numeral 4 en la figura. El lector está unido a un brazo del soporte (5) y capta el paso del marcador (3) cuando durante el giro de la rueda (R) el marcador (3) alcanza una posición angular tal que se sitúa frente al lector. También, de acuerdo a otro ejemplo, se puede poner el sensor de fuerza (1.1, 2.1) en la parte inferior del soporte.

En este ejemplo de realización el sensor de velocidad (4) capta el paso del marcador tras cada giro completo de la rueda recibiendo un impulso. En este ejemplo de realización el lector del sensor de velocidad (4) es óptico ya que permite el uso de un marcador (3) muy ligero, por ejemplo una lámina adhesiva, que no desvirtúa el equilibrado de la rueda (R).

Otros lectores pueden estar basados en el uso de sensores magnéticos adecuados para la lectura del paso de un imán. No obstante, el imán debe ser lo más pequeño posible ya supone introducir un cierto peso de desequilibro que desvirtuaría el procedimiento de equilibrado ya que este elemento debe de ser eliminado una vez realizado el proceso de equilibrado.

Otros sensores ópticos pueden ser activos generando un haz de luz en un brazo y leyendo el haz de luz en el otro brazo de tal modo que detectan la interrupción del haz de luz o bien por el paso del marcador (3) o incluso por la interrupción del haz de luz por los radios de la rueda (R).

Si la interrupción del haz de luz es por el marcador entonces cada pulso leído en el lector corresponde a una vuelta completa de la rueda y si corresponde a un radio, el tiempo entre impulsos leído en el lector será un sector angular establecido entre dos radios consecutivos. En este segundo caso es posible estimar la evolución de la velocidad de la rueda incluso dentro de un periodo.

Con el giro de la rueda (R), la señal leída por el al menos un sensor de fuerza (1.1, 2.1) es periódica con el periodo igual al periodo medido a través de la velocidad de la rueda. La relación entre uno y otro es ) = TI/ con ) la velocidad de giro de la rueda y T el periodo.

En la figura 1 también se ha representado gráficamente el plano principal (P) de la rueda (R) así como un tramo en arco indicando con la letra "R" que representa el movimiento de un punto perimetral de la rueda (R) donde se situaría la masa (m) de compensación que se debe añadir a la rueda (R) en el punto opuesto en el que se ha medido el peso de desequilibrio, el desfasado 1802.

La figura 1 también muestra la dirección (d r ) radial elegida en este ejemplo de realización como la dirección opuesta a la dirección de la acción de la gravedad (g).

En esta misma figura 1 también se ha mostrado esquemáticamente con trazos discontinuos los dos tramos (Ti, T2) del eje (E) que apoyan sobre los soportes (1.2, 2.2) con un entrante en "V".

Según este ejemplo de realización cada uno de los elementos de fijación (1, 2) comprende un sensor (1.1, 2.1) de fuerza unido a la unidad central de proceso (U) de modo que ésta (U) recibe dos señales. Según este ejemplo, las dos señales son promediadas a lo largo de varios ciclos dando lugar a una resultante que es la utilizada para determinar tanto el valor de la amplitud como el punto de la rueda (R) que corresponde a la posición angular donde se alcanza el valor de la amplitud máxima en la señal periódica.

Uno de los mayores problemas que se han identificado con la lectura directa de la señal obtenida en los sensores (1.1, 2.1) de fuerza es el elevado nivel de ruido. En las figuras 2 y 3 se muestran tres gráficas dispuestas apiladas, la superior es el valor de la señal directamente obtenido en uno de los sensores (1.1, 2.1) de fuerza, la gráfica central es una señal procesada conforme a un ejemplo de realización de la invención donde se elimina la señal de ruido y, la gráfica inferior corresponde a la transformada de Fourier utilizada para representar el valor de la señal en el dominio frecuencial, de la señal directamente obtenida de los sensores.

La figura 2, gráfica superior, corresponde a una medida tomada en un sensor (1.1, 2.1) donde se observa una alta señal de ruido. De acuerdo a un ejemplo de realización, la unidad central de proceso (U) lleva a cabo un filtrado mediante los siguientes pasos: discretizar en el tiempo la señal recibida del al menos un sensor (1.1, 2.1) de fuerza; transformar la señal discretizada del dominio temporal al dominio frecuencial; determinar la frecuencia de giro como = O)/(2TT) de la rueda (R); filtrar la señal discreta en el dominio frecuencial manteniendo únicamente la componente de frecuencia que corresponde a la frecuencia de giro / de la rueda (R); antitransformar la señal filtrada del dominio frecuencial al dominio temporal para poder determinar la fuerza de desequilibrio como el valor de amplitud máximo de la señal filtrada en el dominio temporal para proveer a la unidad central de proceso (U) de una señal sin ruido.

Según este ejemplo de realización, la unidad central de proceso (U) lleva a cabo las operaciones de cálculo de la transformada de la señal, para el paso del dominio temporal al domino frecuencial, y de la anti-transformada, para el paso del domino frecuencial al dominio temporal, haciendo uso de la transformada rápida de Fourier (FFT).

La señal obtenida tras el filtrado es una onda senoidal perfecta con la frecuencia coincidente con la frecuencia asociada a la velocidad de giro de la rueda (R) donde para el cálculo de la amplitud máxima basta con tomar el valor del máximo que alcanza la función senoidal. Esta onda senoidal está representada en la gráfica central.

La gráfica inferior es la representación de la misma señal en el espacio frecuencial con una única componente, la asociada a la frecuencia de giro de la rueda (R).

Debido a las fuerzas de fricción, la velocidad de la rueda (R), como gira libre, hacen que sea decreciente y por lo tanto la fuerza por el desequilibrio medida en los sensores (1.1, 2.1) va reduciendo su amplitud. El efecto de esta reducción de la amplitud de la fuerza de desequilibrio es que la relación ruido/señal sea cada vez mayor.

La figura 3, muestra en el mismo orden que en la figura 2 las mismas variables solo que esta vez la velocidad de giro es menor y la señal de ruido se observa en la gráfica superior cómo da lugar a variaciones muy fuertes de la lectura. Esto se da siempre que la relación señal ruido es de un orden parecido, ocurre cuando el nivel de desequilibrio es muy bajo.

No obstante, incluso en estas condiciones, la operación de filtrado justo a la frecuencia que corresponde a la velocidad de giro de la rueda (R) determina una onda senoidal cuya amplitud se ha comprobado que no se ve casi afectada por el ruido.

Según un ejemplo de realización, la lectura de la señal y la operación de filtrado se lleva a cabo en una pluralidad de periodos de giro de la rueda (R). Para cada periodo, dado que la velocidad es cada vez menor, las operaciones de transformada y antitransformada de Fourier se llevan a cabo sobre periodos más largos dependiendo de la velocidad y, las medidas de la pluralidad de periodos se ponderan para proveer del valor de la masa (m) de compensación del desequilibrio. Lo mismo respecto de la posición angular donde se ha de situar la masa (m) de compensación del desequilibrio, ésta se situará en la posición promedio de las posiciones determinadas por cada una de las medidas en un periodo de tiempo distinto.

Es también objeto de la invención el método de equilibrado de acuerdo a las siguientes etapas: fijar la rueda (R) a un soporte (5) con unos medios de fijación (1, 2) de tal modo que la rueda (R) queda fijada con capacidad de rotación respecto de su eje (E); hacer girar la rueda (R); registrar la fuerza radial de desequilibrio en al menos un medio de fijación (1, 2) en función del tiempo; registrar la velocidad de giro de la rueda (R); determinar el valor máximo de la fuerza radial de desequilibrio y la posición angular de la rueda (R) que da lugar a dicho valor máximo en la dirección radial; determinar la masa de desequilibrio como m = F/(a> 2 . r)siendo m la masa, ¿o la velocidad angular de giro de la rueda y r el radio donde se va a poner el peso para compensar el desequilibrio.

Se considera un ejemplo de realización del método, cuando éste hace uso de un marcador (3) adaptado para ser unido en la rueda (R) en un punto distante de su eje (E) de giro y un sensor (4) de paso de dicho marcador (3):

De acuerdo a este ejemplo de realización, el método adicionalmente comprende: unir un marcador (3) a la rueda (R) en un punto distanciado radialmente del eje (E) antes de hacer girar la rueda (R) y, tras hacer girar la rueda (R), leer el paso del marcador (3) por un punto determinado para referenciar el lugar donde se establece el valor máximo de la fuerza; proveer del valor máximo de la fuerza y su posición angular respecto de la posición angular del marcador (3).

Como caso específico, en el método se hace uso de un sensor (1.1, 2.1) de fuerza a cada lado de la rueda (R) y la fuerza radial de desequilibrio se calcula como suma de la medida de uno y otro sensor. Se considera un caso específico de interés cuando la fuerza radial de desequilibrio se mide en la dirección vertical según la acción de la gravedad (g). Se considera también como caso específico, el uso de un sensor (1.1, 2.1) de fuerza configurado para medir fuerzas horizontales, esto es, perpendiculares a la dirección de la acción de la gravedad (g). La ventaja de esta configuración es que el peso de la rueda (R) no afecta en esta dirección de medida a la señal que provee el sensor (1.1, 2.1). Cuando el peso de la rueda (R) es elevado, la componente continua de la señal medida por el sensor (1.1, 2.1) puede ser mucho mayor que las oscilaciones que se quieren determinar y reduce la precisión final de la medida.

Las figuras 4 y 5 muestran una configuración de los elementos de fijación (1, 2) alternativos a los mostrados en la figura 1. Según este ejemplo de realización el elemento de fijación comprende un cuerpo principal (1.3, 2.3) adaptado para fijarse a un brazo (5.1, 5.2) del soporte (5) en "U", donde ahora el soporte (1.2, 2.2) con un entrante en "V" para la recepción del eje (E) de la rueda (R) está conectado con el cuerpo principal (1.3, 2.3) mediante un tramo intermedio (1.4, 2.4) configurado según dos tramos rectos verticales. Según este ejemplo de realización los tramos rectos verticales tienen unas bandas extensiométricas para medir las oscilaciones horizontales que hacen flectar ambos tramos. Con esta configuración, el peso se descarga a través de los tramos rectos verticales sin afectar a la medida de la banda extensiométrica y, con la flexión causada por oscilaciones horizontales la banda extensiométrica se genera una señal que es procesada para la posterior determinación de la masa en desequilibrio conforme a cualquiera de los métodos descritos.

La figura 5 muestra una perspectiva del posterior del elemento de fijación (1, 2) también configurado para ser unido a un soporte (5) en "U" que permite la fijación de la rueda (R) así como la medida de las fluctuaciones causadas por el desequilibrio de la rueda (R).

En la figura 6 se muestra otro ejemplo de realización de la invención donde, independientemente del método de medida de la señal oscilante por el desequilibrio de la rueda (R), se lleva a cabo la medida con dos sensores, uno a cada lado de la rueda (R) para determinar dos masas de desequilibrio, separadas entre sí según la dirección longitudinal del eje (E), adecuadas para equilibrar una rueda ancha y que por lo tanto puede tener un desequilibrio no solo en el plano P sino que existe a lo largo del eje (E). Para este ejemplo de realización se sigue distinguiendo entre la dirección longitudinal determinado por la dirección del eje de la rueda (R) cuando en modo operativo está situada en los elementos de fijación (1, 2) y, la posición angular medida en el plano P perpendicular a dicha dirección longitudinal.

En una rueda ancha la masa puede tener un desequilibrio también según la dirección longitudinal y suele disponer de una llanta con dos superficies laterales internas, una a cada lado de los radios, donde se pueden colocar las masas que compensan el desequilibrado de la rueda.

Las masas que equilibran la rueda (R) por lo tanto estarán separadas entre sí de acuerdo a la posición que admiten (di y d2) a uno y otro lado de la rueda (R) y, también pueden estar situadas en una posición angular distinta.

La figura 6 muestra esquemáticamente un alzado de la configuración del dispositivo de equilibrado así como diversas distancias que serán relevantes en este ejemplo de realización. La rueda (R) muestra con línea discontinua los flancos interiores donde se representan a uno y otro lado las masas de desequilibrio, ahora dos, Pl y P2. En esta vista en alzado no se distingue que pueden tener una posición angular distinta.

Al igual a como se ha descrito en procedimientos anteriores, se provoca el giro de la rueda (R) y se miden la señales en los sensores SI y S2 tomando un ángulo de referencia para ambas señales.

A partir de dichas medidas, se determina: un primer vector Spl complejo con el módulo igual a la máxima amplitud de la primera señal escalado para representar la fuerza medida en un primer sensor (SI) y, con el desfase de dicha primera señal respeto de un ángulo de referencia preestablecido; un segundo vector Sp2 complejo con el módulo igual a la máxima amplitud de la segunda señal escalado para representar la fuerza medida en un segundo sensor (S2) y, con el desfase de dicha segunda señal (Sp2) respecto del mismo ángulo de referencia; se preestablecen valores escalares Kl, K2, K3 y K4; se determina un primer peso P1=(K4 * SI - K2 * S2) / (Kl * K4 - K2 * K3); se determina un segundo peso P2 = (K3 * SI - KI * S2) / (K2 * K3 - KI * K4); se establece como valores del peso para compensar el desequilibrio Pl y P2 y posicionados en la rueda a 180^ del ángulo determinado por Spl y Sp2 respectivamente respecto de la referencia angular preestablecida.

Se describe el uso de vectores complejos, definidos preferentemente mediante un módulo y un ángulo en el plano complejo. El módulo es el valor máximo de la amplitud de la señal y el ángulo el de desfase de la señal medido en punto donde se alcanza el máximo, respecto de un ángulo de referencia preestablecido.

Si bien se describe el uso de vectores complejos, es posible sumar vectores y operar con ellos de forma equivalente a través de sus componentes; no obstante, el uso de complejos facilita mucho el cálculo. En aquellos casos en los que el cálculo de los vectores se lleve a cabo mediante componentes se considerará que es equivalente y responde solo a un modo distinto de expresar las mismas operaciones.

Los escalares Kl, K2, K3 y K4se pueden ajustar experimentalmente para establecer la combinación lineal de Pl y P2; no obstante, de forma preferida adoptan los valores:

- Kl=dl/D;

- K2=(D-d2)/D;

- K3=(D-dl)/D;

- K4=d2/D; donde D es la distancia entre el primer sensor (SI) y el segundo sensor (S2), di es la distancia entre la posición preestablecida de una primera masa P1 de descentramiento y el segundo sensor (S2), d2 es la distancia entre la posición preestablecida de una segunda masa P2 de descentramiento y el primer sensor (S2), todas las distancias tomadas según la dirección longitudinal del eje (X-X') tal y como se muestra en la figura 6.

Cualquiera de los métodos descritos para un sensor tales como la eliminación de ruido de la señal o la determinación de las masas ponderadas en varios periodos de tiempo cuando la rueda girando de forma libre va reduciendo su velocidad, son aplicables a este ejemplo de realización que determina Pl y P2.

Tal y como se ha descrito, las masas Pl y P2 que permiten compensar el desequilibrio se posicionan a 180^ para conseguir el equilibrio, cada una a 180 respecto de su vector de posición Spl y Sp2 respectivamente y en el plano situado a la distancia dl y d2 respecto de cada sensor opuesto S2 y SI también respectivamente. Es también objeto de la invención un producto constituido por un programa de ordenador comprendiendo instrucciones las cuales, cuando el programa es ejecutado en un computador, causan en dicho computador que éste, a partir de las señales medidas en el al menos un sensor ejecute un método de determinación de la al menos una masa y su posición para el equilibrado de la rueda (R) de acuerdo a cualquiera de los ejemplos de realización descritos.