Brevet FR2259006A1 — publié le 19750822

Dans un véhicule connu mu par les pieds, tel qu'unie bicyclette, au moins un pignon d'entramement est monte sur un premier arbre dispose de façon a permettre une rotation autour de l > axe principal du cadre de la bicyclette. Normalement le pignon d'entrainement est lié par lTintermediaire dsune chaine a un deuxieme pignon solidaire d'une roue du vehicule, soit directement, soit par un engrenage qui peut être commande par le moyen de leviers appropries. Pour permettre la transmission de mouvement du pied de la personne utilisant le vehicule au premier arbre, ltextremite d2une manivelle solidaire du pignon d'entraînement est fixee de façon connue au pivot d'une pedale. Le mouvement habituel du pied de l'operateur donne a la pedale un mouvement de rotation a une certaine distance radiale de l'axe principal autour de ce dernier, alors que la manivelle suit simultanement une trajectoire circulaire correspondante autour dudit axe principal. En general le mouvement rotatif repetitif en permanence du pied tend a devenir ennuyeux et monotone, notamment dans le cas de longs trajets. Cet ennui et la monotonie ne sont pas totalement elimines par l'utilisation de bicyclettes à derailleur, car, lorsque lton change de vitesse, le mouvement du pied (quoique soumis à une resistance plus grande ou plus faible suivant le taux de demultiplication) reste en principe le même. Ce problème presente souvent un caractère plus serieux dans le cas de bicyclettes d'exercice physique telles quelles sont en general prescrites par les medecins dans le cadre de la medecine cardiovasculaire. Il ntest pas exceptionnel qu'un medecin prescrive de 15 à 20 minutes de pedalage à une vitesse elevee.La monotonie d'un mouvement rotatif qui reste Inchangé pendant ces periodes, notamment dans le cadre invariable où s'effectuent ces exercices, amine souvent le malade à interrompre un tel traitement avant qu'il ne produise ses effets. Dans le passe on a mis au point à plusieurs reprises des systemes de pedalage differents de ceux impliquant le mouvement rotatif normal. Dans ces systèmes on a en premier lieu essaye d'ameliorer les conditions mécaniques pour le pied de l'operateur pendant la phase où le pied exerce son effort. Ce but est obtenu par exemple en allongeant le bras du couple effectif autour de l'axe principal pendant une telle phase et en le ramenant ensuite à sa longueur normale, celle de la manivelle. Même dans de tels montages, il est virtuellement impossible d'ajuster la traJectoire de la pedale de manière dynamique pour obtenir le soulagement de la monotonie mentionnee ci-dessus lorsqu'il est necessaire de pedaler pendant longtemps. Il faut, par contre, decoupler physiquement l'un ou plusieurs des elements en mouvement relatif l'un par rapport à l'autre de ltensemble de pedalage et les fixer ensuite dans une nouvelle position. Une telle operation demande chaque fois du temps et exige l'utilisation d'une cle ou outil analogue. En outre, une fois réalise un tel ajustement, la trajectoire de la pédale ne peut etre modifiée sans faire de nouveau un ajustement mécanique du même type. Le montage des pédales à mouvement variable selon l'invention permet de remédier aux inconvénients précités. Dans son principe général, un tel montage comprend un boîtier dans lequel sont logés de manière indépendante deux ou plusieurs arbres-parallèles distants l'un de l'autre, reliés par l'intermédiaire de pignons et pouvant tourner. Une paire desdits arbres traverse dans des sens opposés la paroi du boîtier, de sorte que l'un des arbres peut être reçu dans un trou fileté ménagé dans l'extrémité de la manivelle, tandis que l'autre arbre est fixé à la pédale. Des dispositions diverses du couplage des arbres par pignons seront décrites dans plusieurs exemples de réalisation pour obtenir des configurations en spirale, elliptiques et cardioldes-circulaires de la trajectoire de la pédale ayant chacune un plan de symetrie particulier. Dans tous les cas, une rotation imprimée à l'arbre portant la pedale autour de son axe entraîne une rotation correspondante du plan de symétrie de la trajectoire de la pédale sans -exiger des ajustemènts mécaniques. Des appareils de pédalage selon l'invention seront décrits ci-après en détail en se référant au dessin annexé dans lequel - la figure 1 représente une vue en élévation avec arrachement partiel, d'une partie d'une bicyclette d'exercice physique utilisant un système de pédalage à mouvement variable selon l'invention, - la figure 2 représente une vue de côté d'un exemple de réalisation du montage de pédalage selon ltinvention, , - les figures 3 et 4 représentent les trajectoires des pédales d'un véhicule comportant le montage de pédalage selon la figure 2, avec la pédale orientée suivant deux angles différents, - les figures 5 à 7 représentent les trajectoires respectives des pédales d'un véhicule utilisant trois variantes de montage selon l'invention et - la figure 8 montre une coupe d'un autre montage de pédalage selon l'invention. Selon la figure 1, l'invention est illustrée en référence particulière à une bicyclette d'exercice physique. Il va cependant de soi que l'invention peut etre utilisée de façon analoque dans d'autres types de véhicules entraînés par les pieds. Pour des raisons de clarté et de simplification, certains éléments (tel que le guidon) de la bicyclette Il ont été supprimés dans la figure 1. La bicyclette comprend un cadre 12 ayant des supports avant et arrière 13 et 14 reliés lTun à ltautre et montés sur des socles fixés au sol 16 et 17 en forme de delta. Une selle connue 18 est fixée sur le support arrière 13. Un tambour 19 est porté par un arbre avant 21 logé de façon à pouvoir tourner dans le socle avant 17. Le tambour 19 est en outre relié coaxialement à un pédalier avant 22 qui est couplé par l'intermédiaire dsune channe 23 à un pignon arrière 24. Un patin a frottement 26 ajustable prend appui sur le tambour r9 pour pouvoir appliquer des résistances de frottement variables au tambour au cours de la marche de la bicyclette. La pression avec laquelle le patin appuie sur le tambour peut etre réglée par le moyen d'un systeme de leviers 27 monté de façon mobile dans un carter 28 fixé sur le socle avant 17. Ce système de leviers 27 présente un arbre de réglage 29 qui sten détache et permet a lsutilisateur de la bicyclette de régler la résistance de frottement exercée sur la bicylette conformément aux prescriptions médicales. On comprendra qu'il est possible de prévoir des dispositifs de réglage et/ou d'affichage appropriés pour permettre à l'utilisateur de régler la valeur quantitative de la charge. Le pignon arrière 24 est fixé sur un arbre arrière d'entraînement 31 qui est logé de façon a pouvoir tourner dans le socle arrière 16 dans une position bien définie sur un axe fixe vertical 32. L'extrémité d'une manivelle 33 du pignon arrière 24 est pourvue d'un trou fileté 34 (figure 2) qui reçoit de manière fixe une extrémité filetee 36 en saillie d'un premier arbre 37 logé dans un système de pédalage à mouvement variable 38. Cette liaison évite tout mouvement relatif entre la manivelle 33 et l'arbre 37. Le système 38 comprend un boîtier 39 qui reçoit l'arbre 37 ainsi qu'un deuxième arbre 41, parallèle et à une certaine distance du premier. Les arbres 37 et 41 sont logés chacun de façon à pouvoir tourner dans des jeux de paliers 42, 43 et 44, 45 respectivement. Une extrémité en saillie 46 de l'arbre 41 s'étend à travers le boîtier 39 dans une direction opposée a celle de l'extrémité 36. L'extrémité 46 est fixée à une pédale 47 de façon a éviter tout mouvement relatif entre la pédale et l'arbre 41. Les arbres 37 et 41 portent individuellement une paire de pignons en prise 51 et 52 ; le rapport d'engrenage est de 1:1. De la sorte, du fait que les arbres 37 et 41 sont logés séparément dans le bottier 39 de façon a pouvoir tourner et qu'ils sont fixés à la manivelle 33 et à la pédale 47, un couple de rotation appliqué par le pied d'un utilisateur à la pedale 47 est transmis par le boîtier 39 à la manivelle 33. Par conséquent la manivelle est entraînée dans sa trajectoire circulaire forcée autour de l'axe de l'arbre arrière 31 (figure 1), alors que le bottier 39 pivote autour de l'axe de l'arbre 37. Etant donné le rapport d'engrenage de 1:1 mentionne ci-dessus, la trajectoire de la pédale 47 sera une spirale telle que représentée sur la figure 3. Comme il a été indiqué, deux rotations de la manivelle 33 donnent la forme complète et répétitive de la spirale Dans la figure montrant la pédale maintenue à l'horizontale par le pied de l'utilisateur pendant la course entière de la pédale, l'axe de symétrie de la trajectoire spirale coincide avec l'axe vertical arrière 32 de bicyclette. Il est évident que les composantes supplémentaires du mouvement résultant de la substitution d'une course spirale à la trajectoire circulaire usuelle de la pédale constituent un élément d'exercice supplémentaire pour l'utilisateur, ce qui peut présenter des grands avantages sur le plan thérapeutique. En outre, selon l'invention, lesdites composantes supplémentaires du mouvement dues au trajet en spirale peuvent etre modifiées rapidement et facilement par l'utilisateur sans nécessiter des ajustements mécaniques de la bicyclette. En particulier, si l'on fait tourner arbre 41 autour de son axe dans l'un ou l'autre sens à partir de la position représentée en figure 3 (ce qui peut steffectuer par une simple rotation de la cheville du pied de l'utilisateur pendant qu'il appuie sur la pédale) le pignon 51 associé a l'arbre de pédale 41 tourne autour du pignon 52 monté sur l'arbre 37 pour prendre une nouvelle position angulaire, ctest-à-dire la position représentée en figure 4.On notera en comparant les figures 3 et 4 que ltorientation de 11 axe de symétrie de la spirale est différente de celle de l'axe vertical 32, et l'angle e correspondant à cette différence est déterminé par l'angle et le sens de la différence d'orientation de l'angle de la pédale par rapport à sa position horizontale de départ. Une fois établie, la nouvelle orientation de la spirale est maintenue tant que 12utilisateur conserve son pied dans la nouvelle position pendant qu'il pédale sur la bicyclette. Cette aisance et la souplesse avec laquelle la modification des composantes du mouvement de la pédale et par là, du rythme, est obtenue constituent un facteur particulièrement important pour supprimer la fatigue et l'ennui en cas d7utili- sation prolongée du véhicule. En outre, du fait que pendant l'utilisation des pédales des parties diverses de la cheville, du mollet et de la cuisse subissent des efforts différents en fonction de l'angle de la pédale choisi, le dispositif selon lsinvention, qui permet un ajustement de l'angle de la pédale, fournit également une méthode aisée et souple dentraînement et de renforcement pour les extrémités inférieures. Les figures 5 à 8 illustrent quelques formes différentes de la disposition des pignons du dispositif de pédalage 38, avec des variantes correspondantes des courses des pédales en résultant. Dans la figure 5, par exemple, on a prévu un rapport d'engrenage de 2:1 par le moyen des pignons 62 et 61 qui se substituent respectivement aux pignons 51 et 52 qui assuraient un rapport d'engrenage de 1:1 selon la figure 2. Le plus grand pignon 61 (figure 5) est monté sur l'arbre 37 associé a la manivelle 33, alors que le plus petit pignon 62 est fixé sur l'arbre 41 associé a la pédale 47. Dans ce cas la course de la pédale donne une configuration en spirale plus complexe que celle selon les figures 3 et 4, et nécessitant trois tours de la manivelle pour donner la forme complète et répétitive de la spirale. Dans la figure 5 (de meme que dans les figures 6 et 7 qui seront décrites ci-dessous) on peut faire tourner l'axe de symétrie de la courbe de la course de la pédale par rapport l'axe vertical 32 en changeant l'angle d'orientation de la pédale 47 de la meme façon que décrit ci-dessus. Dans la figure 6, l'ensemble 38 comporte comme dans la figure 5 la paire de pignons 61 et 62 présentant un rapport dtengrenage 2:1, monte sur des arbres 37 et 41 respectivement. Dans le cas de la figure 6, toutefois, les pignons 61 et 62 ne s'engrènent pas directement. Un pignon intermédiaire 63 est monté de façon a pouvoir tourner sur un arbre intermédiaire 64 disposé parallelement et à une certaine distance des arbres 3/ et 41. Le pignon 63 s'engrene dans les deux pignons 61 et 62, et sa dimension correspond à celle du pignon 62. En ce cas la course de la pédale prend une forme cardioldale-circulaire dont le centre effectif ne coïncide pas avec le centre de rotation de la manivelle 33. Dans la variante du dispositif de la figure 6 représenté en figure 7, on voit un agencement dans lequel le pignon de plus grand diamètre 61 est monté sur l'arbre 41 de la pédale, tandis que le plus petit pignon 62 est monté sur l'arbre 37 relié a la manivelle 33 de façon qu'on obtienne un rapport d'engrenage de 1:2. En ce cas la courbe décrite par la pédale 47 est une ellipse dont le centre est décalé par rapport au centre de rotation de la manivelle 33. La figure 8 représente une forme de réalisation du dispositif 38 qui correspond au point de vue fonctionnement à la forme de réalisation selon la figure 6 et qui donne par conséquent a la pédale une course cardioidale excentrée. Dans le cas de la figure 8 les pignons 61 et 62 de rapport d'engrenage 2:1 montés sur leurs arbres respectifs 37 et 41 ne sont pas directement en prise mais disposés à distance l'une de l'autre de façon a stengrener dans des portions écartées de la périphérie dentée intérieure d'une couronne 71. La-couronne 71 qui se substitue au pignon intermédiaire 63 selon la figure 6, est montée de façon a pouvoir tourner dans un logement approprié 72.Bien que non indiqué spécialement, le dispositif selon la figure 8 peut etre modifié (par exemple par un positionnement approprié des arbres 37 et 41) de manière que les pignons 61 et 62 puissent être intervertis entre lesdits arbres tout en maintenant ltengrenement avec la couronne dentée 71. La course de la pédale qui en résulte présente en ce cas la forme elliptique selon la figure 7. Bien que la description de l'invention ci-dessus ait été faite en se référant au dispositif de changement de mouvement d'un côté du vehicu-le-ten~~ltoccurrence du côté droit par rapport à l'utilisateur), il va de soi qu'un dispositif complémentaire peut etre mis en oeuvre de l'autre coté du véhicule. On comprendra en outre que le dispositif 38 peut être utilisé comme jeu de pièces de substitution, étant donné qu'il peut être installé facilement sur une bicyclette existante en enlevant le pivot de pédale normalement vissé dans le trou a l'extrémité de la manivelle et en vissant à sa place la partie en saillie 36 de l'arbre du dispositif 38. La pédale 47 peut alors etre fixée sur la partie en saillie 46 de l'arbre correspondant. Cette disposition permet l'ajustage préa- lable d'une quelconque position angulaire initiale de la pédale pendant le montage en appliquant une rondelle ou un autre moyen d'ecartement d'épaisseur appropriée sur la partie d'arbre en saillie 36. L'invention-a a été décrite en se référant à des variantes préférées de mise en oeuvre. Il est bien évident que l'homme de l'art peut apporter de nombreuses modifications et substitutions d'organes a celles-ci sans pour autant sortir de son cadre. REVENDICATIONS I/ Véhicule actionné par pédale, comportant un arbre principal rotatif dfentral- nement et une manivelle montée à une extrémité sur l'arbre principa'i, caractérisé par le fait quti comprend en outre - un boîtier, - un premier et un deuxième arbre montés parallèlement de façon à pouvoir tourner a une certaine distance l'un de l'autre dans ledit bottier et ayant des premières extrémités respectives qui traversent le bottier en saillie vers l'extérieur, - des moyens disposés dans le bottier pour coupler en rotation les premier et deuxième arbres, - des moyens pour fixer la première extrémité en saillie du premier arbre l'extrémité opposée de la manivelle et-, - des moyens pour fixer la pédale à la première extrémité en saillie du deuxième arbre. 2/ Appareil pour coupler une pédale a une manivelle fixée a une extrémité a un arbre principal rotatif d'entraînement d'un véhicule entraîné par les pieds, caractérisé par le fait qu'il comprend - un bottier, - un premier et un deuxième arbres montés parallèlement de façon a pouvoir tourner a une certaine distance l'un de l'autre dans ledit bottier et ayant des premières extrémités respectives qui traversent le bottier en saillie vers l'extérieur, - un premier pignon fixé coaxialement au premier arbre a l'intérieur du bottier, - un deuxième pignon fixé coaxialement au deuxième arbre a l'intérieur du bottier, - des moyens prévus à l'intérieur du bottier permettant de coupler les premier et deuxième pignons de façon à les mettre en prise, - des moyens pour fixer la première extrémité en saillie du premier arbre à l'extrémité opposée de la manivelle et, - des moyens pour fixer la pédale à la première extrémité en saillie du deuxième arbre. 3/ Appareil selon la revendication 2, caractérisé en ce que les moyens de couplage comprennent des moyens assurant un engrenage direct des dents du premier et du deuxième pignons. 4/ Appareil selon la revendication 3, caractérisé en ce que le rapport d'engrenage des premier et deuxième pignons est de 1:1. 5/ Appareil selon la revendication 3, caractérisé en ce que le rapport d'engrenage des premier et deuxième pignons est de=2w-L.-- ~ 6/ Appareil selon la revendication 2, caractérisé en ce que les dents des premier et deuxième pignons sont écartées les unes des autres, et en ce que le moyen de couplage comprend en combinaison - un troisième arbre monté parallèlement de façon à pouvoir tourner à une certaine distance des premier et deuxième arbres à l'intérieur du boîtier, - un troisième pignon monté coaxialement sur le troisième arbre et, - des moyens pour engrener individuellement et directement les dents des premier et deuxième pignons sur des portions écartées l'une de l'autre de la périphérie du troisième pignon. 7/ Appareil selon la revendication 6, caractérisé par le fait que le rapport d'engrenage des premier et deuxième pignons est de 2:1. 8/ Appareil selon la revendication 6, caractérisé par le fait que le rapport d'engrenage des premier et deuxième pignons est de 1:2. 9/ Appareil selon l'une des revendications 2 à 8, caractérisé par le fait que les premières extrémités respectives des premier et deuxième arbres sortent dans des sens opposés du bottier. 10/ Appareil selon la revendication 2, caractérise en ce que les dents des premier et deuxième pignons sont distantes les unes des autres, et en ce que le moyen de couplage comprend, en combinaison, une couronne dentée annulaire montée de façon à pouvoir tourner sur la périphérie externe des premier et deuxième arbres et présentant une périphérie intérieure dentee, la couronne dentée étant placée de manière que les dents des premier et deuxième pignons s'engrènent individuellement avec des portions écartées de la périphérie intérieure dentée de ladite couronne. 11/ mécanisme de changement de mouvement d'une bicyclette d'exercice physique, reliant une pédale à une manivelle fixée par une extrémité sur un arbre -principal d'entraînement monté de façon à pouvoir tourner, caractérise par le fait qutil comprend :: - un boîtier, - des premier et deuxième arbres montés parallèlement de façon à pouvoir tourner à distance l'un de l'autre dans le boîtier avec des premières extrémités faisant saillie hors du boîtier, - des moyens pour fixer l'extrémité opposée de la manivelle a la partie en saillie du premier arbre, - des moyens pour fixer la pédale a la partie en saillie du deuxième arbre, - un premier pignon fixé coaxialement sur le premier arbre à l'intérieur du bottier, - un deuxième pignon fixé coaxialement sur le deuxième arbre à l'intérieur du bolier et, - des moyens disposés à l'interieur du bottier pour coupler les premier et deuxième pignons de façon à pouvoir entraîneur la manivelle, la pédale suivant une course curviligne complexe, de plan de symétrie prédéterminé variable par rotation du deuxième arbre autour de son axe.