Brevet FR2477497A1 — publié le 19810911

L'invention est relative aux bicyclettes à mouvement de pédalage alternatif. Dans son brevet français n0 75 20138 du 26 juin 1975, le demandeur a décrit une bicyclette à mouvement de pédala- ge alternatif en translation, selon une direction verticale ou approximativement verticale. La présente demande a éga- lement pour but de réaliser une bicyclette à mouvement de pédalage alternatif, mais en rotation sur l'axe de pédalier usuel. Dans ce but, la bicyclette conforme à l'invention qui comprend: - un cadre porté directement par une première roue et, par l'intermédiaire d'une fourche orientable, par une deu- xième roue, un axe de pédalier monté sur le cadre par l'inter- médiaire d'un boîtier de pédalier, un plateau denté de pédalier calé sur cet axe, une chaîne passant sur ce plateau et sur au moins un pignon capable d'entraîner la première roue en marche avant, et deux pédales montées sur l'axe de pédalier par l'in- termédiaire de manivelles respectives, est essentiellement caractérisée en ce qu'entre cha- que manivelle et l'axe de pédalier est disposé un mécanismede roue libre qui est agencé de manière à ne solidariser chaque manivelle à l'axe de pédalier que lorsque cette manivelle est poussée dans le sens moteur usuel des bicyclettes à roue libre; en ce que les deux manivelles sont reliées entre elles par des moyens cinématiques tels que, lorsque l'une d'elles est abaissée d'un certain angle par une poussée exercée sur la pédale correspondante, l'autre se trouve relevée automa- tiquement par ces moyens cinématiques d'un angle au moins approximativement égal et vice versa. et en ce que des moyens de butée, portés par le ca- dre, coopèrent avec les deux manivelles de façon à restrein- dre la liberté de mouvement de chacune d'elles à un angle au plus égal à 130 , lequel angle s'étend à l'avant de l'axe de pédalier, à peu près symétriquement par rapport à un plan horizontal passant par cet axe. Avec une telle bicyclette, le cycliste effectue un mouvement de pédalage alternatif en exerçant sur les péda- les une poussée de haut en bas, alternativement de son pied droit et de son pied gauche. Cette poussée est ainsi limitée à la fraction de la circonférence, centrée sur l'axe de pé- dalier, pour laquelle elle est réellement efficace. Sous l'effet des susdits moyens cinématiques qui relient les ma- nivelles entre elles, chaque mouvement de haut en bas du pied moteur provoque un mouvement concomitant et symétrique de la pédale sur laquelle repose le pied non moteur. A la fin de chaque coup de pédale, le pied non moteur est ainsi amené à la position voulue pour amorcer le coup de pédale suivant. Le cycliste peut régler de lui-même l'amplitude angulaire de chaque coup de pédale. C'est seulement au cas o son pied moteur tendrait à dépasser les limites de l'an- gle de pédalage optimal qu'interviennent les moyens de bu- tée portés par le cadre. Ainsi se trouvent éliminés les arcs morts de pédalage des bicyclettes usuelles à mouve- ment de pédalage continu, ces arcs morts correspondant, comme on le sait, à un déplacement approximativement hori- zontal des pieds. Malgré le mouvement de pédalage alterna- tif qui s'effectue sur la bicyclette conforme à l'inven- tion, on constate que, grâce aux forces d'inertie de cette bicyclette, sa progression n'est pas saccadée, mais aussi continue que sur une bicyclette classique. On sait que la morphologie moyenne des cyclistes impose aux pédales une limite de course verticale, entre la position la plus haute de-chaque pédale et sa position la plus basse. Etant donné que les susdits moyens de butée empêchent les pédales de la bicyclette conforme à l'inven- tion d'atteindre le point le plus haut et le point le plus bas du cercle dont elles ne décrivent qu'un arc inférieur ou égal à 1300, on conçoit que, pour la même limite de course verticale imposée aux pédales par des impératifs de morphologie, la bicyclette conforme à l'invention peut avoir des manivelles plus longues que celles des bicyclettes usuelles et par conséquent un plateau de pédalier de plus grand diamètre que celui des bicyclettes usuelles. La bi- cyclette conforme à l'invention permet donc d'atteindre des vitesses plus élevées sur route ou sur piste, pour un effort musculaire déterminé, ou des vitesses du même ordre de grandeur, pour un effort musculaire bien moindre. De plus, avec la bicyclette conforme à l'inven- tion, les coups de pédale efficaces se succèdent sans in- terruption tandis qu'avec une bicyclette classique, les coups de pédale efficaces sont séparés par des temps morts qui correspondent aux déplacements pratiquement horizon- taux des pieds. Ceci constitue une raison supplémentaire pour laquelle les cyclistes peuvent atteindre de plus grandes vitesses avec la bicyclette conforme à l'invention. Enfin, contrairement au cas des bicyclettes usu- elles, le cycliste a la possibilité de régler de lui-même l'amplitude angulaire de ses coups de pédale, à l'inté- rieur de l'angle limité par les susdits moyens de butée. La bicyclette conforme à l'invention s'adapte donc d'elle- même à la morphologie du cycliste (longueur totale des membres inférieurs, longueur relative des cuisses par rap- port aux jambes) et, en particulier, peut être utilisée aussi bien par de jeunes enfants que par des adultes, sous réserve d'un réglage approprié de la position de la selle. Par ailleurs, le cycliste peut mettre à profit la possi- bilité de régler l'amplitude angulaire des coups de péda- le pour réduire son effort de pédalage sans affecter la continuité de cet effort, ce qui devrait permettre, le cas échéant, de supprimer le dérailleur usuel. D'autres buts et caractéristiques de l'invention vont être maintenant décrits en référence aux dessins an- nexés. Les figures 1 et 2 de ces dessins montrent en élé- vation la bicyclette conforme à l'invention, vue respecti- vement du côté gauche et du côté droit, en deux positions angulaires opposées de ses manivelles. La figure 3 représente la même bicyclette, en cou- pe horizontale selon la ligne III-III de la figure 1o La figure 4 montre, à plus grande échelle, un dé- tail de la figure 1. La figure 5 montre, par une coupe horizontale selon la ligne V-V de la figure 4, un détail de la figure 3. La figure 6 montre, à plus grande échelle encore, une coupe verticale selon la ligne VI-VI de la figure 4. La figure 7 montre, par une coupe horizontale pas- sant par l'axe de pédalier, les manivelles de pédalier qui sont reliées entre elles par des moyens cinématiques éta- blis selon une variante du mode de réalisation des figu- res 3 à 6. La figure 8 montre, en coupe transversale selon la ligne VIII-VIII de la figure 6, le mécanisme de roue libre associé à la manivelle de gauche. Ainsi qu'il ressort des figures 1 à 3, la bicy- clette conforme à l'invention comprend: - un cadre 1 porté directement par une première roue 2 et, par l'intermédiaire d'une fourche orientable 3, par une deuxième roue 4; - un axe de pédalier 5 monté sur le cadre 1 par l'intermé- diaire d'un boîtier de pédalier 6; - un plateau denté de pédalier 7 calé sur cet axe 5; - une chaîne 8 passant sur ce plateau 7 et sur au moins un pignon 9 capable d'entraîner la première roue 2 en marche avant; et - deux pédales 10, il montées sur l'axe de pédalier 5 par l'intermédiaire de manivelles respectives 12 et 13. De préférence, la deuxième roue 4 montée dans la fourche 3 est la roue avant. Dans ce cas, le pignon 9 est en général calé directement sur la roue arrière 2 et peut faire partie d'un groupe de pignons accolés, ainsi qu'il est usuel sur les bicyclettes munies d'un dérailleur tel que 14. De toute façon, le cadre 1 porte une selle 15 tan- dis que la fourche 3 est surmontée d'un guidon 16. Cela étant, conformément à l'invention, entre la manivelle 12 et l'axe de pédalier 5 est disposé un méca- nisme de roue libre 18 tandis qu'entre la manivelle 13 et l'axe de pédalier 5 est disposé un mécanisme de roue li- bre 19 (voir notamment la figure 6), chacun de ces méca- nismes 18 et 19 étant agencé de manière à ne solidariser 2 4 7 7L97 la manivelle correspondante 12 ou 13 audit axe 5 que lors- que cette manivelle 12 ou 13 est poussée dans le sens usuel des bicyclettes à roue libre, c'est-à-dire dans le sens des aiguilles d'une montre à la figure 2 ou dans le sens inverse des aiguilles d'une montre aux figures 1 et 4. En outre, les deux manivelles 12, 13 sont reliées entre lles par des moyens cinématiques 17 tels que, lors- que la manivelle 12 (13) est abaissée d'un certain angle par une poussée exercée sur la pédale correspondante 10 (11), l'autre manivelle 13 (12) se trouve relevée automa- tiquement par ces moyens 17 d'un angle au moins approxi- mativement égal. Enfin, le cadre 1 porte des moyens de butée 20 qui coopèrent avec les deux manivelles 12, 13 de façon à restreindre la liberté de mouvement de chacune d'elles à un angle A au plus égal à 1300, lequel angle A s'étend à l'avant de l'axe de pédalier 5, à peu près symétriquement par rapport à un plan P passant par cet axe, ainsi qu'il ressort de la figure 4. Le mécanisme de roue libre 18 ou 19 peut être du type à cliquets sollicités par des ressorts vers la péri- phérie d'une roue à rochet, c'est-à-dire du type usuel pour les roues arrière des bicyclettes. Un tel mécanisme risque toutefois d'être trop fragile en raison de la puis- sance que la bicyclette conforme à l'invention permet de développer. Selon un perfectionnement de l'invention, le mé- est canisme de roue libre/du type à galets et à rampes excen- trées, il que le mécanisme 18 qui est illustré à la figu- re 8. Un tel mécanisme comprend un manchon 21 qui est calé, par exemple à l'aide d'une clavette 22, sur l'axe de péda- lier 5 et qui comporte à sa périphérie plusieurs (par exem- ple cinq) rampes excentrées 23 dont les génératrices sont parallèles à l'axe de pédalier 5 et qui sont limitées par autant de doigts radiaux 24. Le manchon 21 est entouré d'une bague 25 qui est logée à l'intérieur d'un alésage cylindrique 26 ménagé à cet effet dans le moyeu 27 de la manivelle 12. La bague 25 est munie d'autant de créneaux 28 qu'il y a de rampes 23. Des galets cylindriques 29, logés en partie dans les créneaux 28, pénètrent dans des enco- ches 30 qui sont limitées radialement par les rampes 23 et circonférentiellement par les doigts 24. Le diamètre des galets 29 et l'allure des rampes 23 sont déterminés de fa- çon telle que, lorsque la manivelle 12 est entraînée dans le sens moteur schématisé par la flèche F à la figure 8, le mouvement relatif du manchon 21 par rapport à la mani- velle 12 fait déplacer les galets 29 par les doigts 24 vers la partie de plus grand diamètre des rampes 23, ce qui a pour effet de pousser les galets 29 contre l'alésage 26 de la manivelle 12 et de coincer ainsi le manchon 21 sur la manivelle 12 qui est ainsi rendue solidaire de l'axe de pédalier 5. Lorsque la manivelle 12 est entraînée en sens contraire, les galets 29 sont déplacés vers la par- tie de plus petit diamètre des rampes 23, ce qui a pour ef- fet de libérer la manivelle 12 par rapport à l'axe de péda- lier 5. Le mécanisme de roue libre 19 est symétrique du mécanisme 18 et ne nécessite donc pas de description. Il est clair que les galets 29 sont bien plus ro- bustes que les cliquets des roues libres à cliquets et roue à rochet et que les mécanismes de roue libre 18 et 19 à galets 29 et à rampes excentrées 23 sont donc mieux adaptés à leur fonction que des roues libres à cliquets et roue à rochet. Il va de soi que l'on pourrait rendre le manchon 21 solidaire de l.a manivelle 12 et non de l'axe de pédalier 5, la bague 25 étant alors montée directement sur cet axe 5, sans s'écarter du principe de ce mécanisme de roue libre 18, 19. En ce qui concerne le plateau denté 7, il est de préférence monté sur l'axe de pédalier 5 à l'extérieur de lamanivellevoisine 13, ainsi qu'il ressort des dessins, ce qui facilite en particulier l'agencement des moyens ciné- matiques 17. Selon le mode de réalisation des figures 5 et 6, ces moyens cinématiques 17 sont constitués par deux sec- teurs de roues dentées coniques 31 et 32 qui sont soli- daires respectivement des moyeux des manivelles 12 et 13 2477L97 et qui sont tous deux en prise avec un pignon conique de renvoi 33. Ce pignon 33 est monté sur un axe 34, de pré- férence à peu près horizontal, porté par un bâti 35 qui est fixé rigidement au cadre 1, à l'avant du boîtier de pédalier 6. On comprend que,si la manivelle 12 est abais- sée (voir en particulier la figure 5), elle entraîne avec elle le secteur denté 31 qui fait tourner le pignon 33 dans un sens tel que, par engrènement avec le secteur den- té 32, la manivelle 13 solidaire de ce dernier se trouve relevée d'un angle égal. Le fonctionnement est symétrique lorsque c'est la manivelle 13 qui est abaissée. Selon la variante de la figure 7, les moyens ci- nématiques, désignés ici par 17a, sont constitués par des roues denàées droites primaires 36 et 37, solidaires res- pectivement/des manivelles 12 et 13 et qui sont en prise respectivement avec des roues dentées droites secondaires 38, 39 montées sur des axes secondaires 40, 41, la roue dentée secondaire 39 engrenant avec un pignon de renvoi 42 qui est solidaire de l'autre roue dentée secondaire 38. Les axes secondaires 40, 41 sont parallèles à l'axe de pé- dalier 5. Si l'on choisit convenablement les diamètres respectifs des roues dentées 36 à 39 et du pignon 42, on conçoit que, lorsque la manivelle 12 est abaissée, la manivelle 13 se trouve relevée d'un angle égal et vice versa. Ainsi qu'il ressort de la figure 7, les moyens ci- nématiques 17a, comme d'ailleurs les moyens cinématiques 17, sont de préférence enfermés dans un carter 43 qui, non seulement permet de dissimuler les divers engrenages en les mettant à l'abri de la boue et de la poussière et en éliminant les risques de blessure pour l'utilisateur et de assurer salissure pour les vêtements de celui-ci, mais encore/un graissage central de ces engrenages. Il suffit pour cela de rendre étanche le carter 43 en le munissant d'un orifice de graissage. Chaque manivelle 12 ou 13 comprend de préférence un manchon cylindrique 44 ou 45 (figure 7) qui est soli- daire de son moyeu et qui est dirigé axialement vers la manivelle 13 ou 12, l'axe de pédalier 5 passant librement à l'intérieur de ces manchons 44, 45. Des paliers à billes ou à rouleaux 46, 47 sont montés respectivement entre la surface extérieure des manchons 44 et 45 et la surface in- térieur du carter 43, lequel joue ainsi le rôle du boîtier de pédalier 6 usuel. Ces paliers 44, 45 peuvent ainsi être graissés par le même lubrifiant que 'es engrenages des moyens cinématiques 17 ou 17a. De plus, des paliers à bil- les 48, 49 ou semblables sont montés entre l'axe de pédalier et la surface intérieure des manchons 44, 45. L'axe de pédalier est donc centré sur le carter 43 par la succession des paliers 48, 49 et 46, 47, ce centrage étant rendu plus rigoureux par la présence des manchons 44, 45. En ce qui concerne enfin les moyens de butée 20, on peut les constituer par exemple par une barre transver- sale 50 fixée au cadre 1, de préférence par l'intermédiaire du bâti 35, et engagée dans une échancrure en arc de cercle 51 qui est ménagée à cet effet à la périphérie du moyeu de chaque manivelle 12, 13 (voir notamment les figures 4, 5 et 8). La barre transversale 50 peut être revêtue d'une garni- ture en caoutchouc ou matière analogue pour amortir les chocs. L'échancrure 51 a des dimensions et une disposition telles que, par butée de la barre 50 contre ses bords ra- diaux, la liberté angulaire des manivelles 12, 13 soit li- mitée au susdit angle A (figure 4). Il est d'ailleurs à no- ter que, du fait de la présence des moyens cinématiques 17 ou 17a, les moyens de butée à barre transversale 50 et échancrure 51 sont surabondants. Il pourrait suffire en ef- fet de prévoir une échancrure 51 sur l'une des manivelles seulement, mais il est plus sûr de doubler ces moyens de butée de la manière décrite. Selon une variante, les moyens de butée 20 peuvent aussi être constitués par des arrêtoirs 52 (figure 4) fixés directement au bâti 35 de façon à coopérer directement avec les manivelles 12, 13 lors de leurs mouvements d'abaissement. Quel que soit le mode de réalisation adopté, on ob- tient une bicyclette dont le fonctionnement est le suivant. Lorsque le cycliste appuie sur la pédale de gauche , le mécanisme de roue libre 18 solidarise la manivelle de gauche 12 à l'axe de pédalier 5 et par conséquent au plateau 7 calé sur cet axe 5. L'effort exercé sur la péda- le de gauche 10 est donc transmis par la chaîne 8 à la roue arrière 2,dans le sens de l'avancement. En même temps, le mécanisme de roue libre 19 libère la manivelle de droi- te 13, ce qui permet aux moyens cinématiques 17 ou 17a de relever, avec cette manivelle 13, la pédale de droite 11 avec le pied qui n'exerce pas d'effort. Lors de ce coup de pédale, l'axe de pédalier 5 et la manivelle de droite 13 tournent ainsi en sens inverses.Le mouvement d'abais- sement imprimé par le cycliste à la pédale de gauche 10 s'achève soit lors de l'intervention des moyens de butée , soit auparavant au gré du cycliste. Lorsque le cycliste appuie sur la pédale de droi- te 11, c'est la manivelle de droite 13 qui est rendue so- lidaire de l'axe de pédalier 5 par le mécanisme de roue libre 19 tandis que le mécanisme de roue libre 18 libère la manivelle de gauche/et permet à celle-ci de remonter sous l'action des moyens cinématiques 17 ou 17a. Ainsi qu'il a été exposé en préambule, ce pédala- ge alterné permet au cycliste, en déployant les mêmes ef- forts, d'atteindre avec la bicyclette conforme à l'inven- des bicyclettes tion des vitesses bien supérieures aux vitesses/classiques. Sans que ces précisions aient aucun caractère li- mitatif, les dimensions suivantes se sont révélées parti- culièrement intéressantes en pratique: angle A: 1250; diamètre de plateau 7: 340 mm (70% supérieur à celui d'une bicyclette courante); longueur des manivelles 12, 13: 265 mm; développement: 13,48 m (contre 7,93 m pour une bicyclette courante, avec le même pignon arrière 9 à 14 dents). Ainsi qu'il ressort des figures 1 et 2, l'augmenta- tion de longueur des manivelles, par rapport à une bicyclette classique, conduit à modifier légèrement la géométrie du ca- dre 1 - en reculant le boîtier de pédalier 6; - en reculant d'autant l'arrière du cadre; - en relevant le boîtier de pédalier 6 par rapport au sol; - en allongeant le moyeu 54 (figure 3) de la roue arrière 2; et - en contrecoudant les manivelles 12, 13 de façon à aug- menter l'écart entre les pédales 10, 11. Ceci permet de maintenir au tube de selle 53 qui fait partie du cadre 1 l'inclinaison qui lui est nécessai- re pour ne pas risquer de se briser sous l'effet des chocset de tenir compte du fait que le plateau 7 est placé à l'ex- térieur de la manivelle-13 correspondante. Dans le préambule de cette description, il a été expliqué que l'allongement des manivelles 12, 13 était dû à des considérations touchant à la morphologie moyenne des cyclistes. Il ressort de ce qui précède que cet allonge- ment est autorisé en outre par le fait que les pédales 10, 11, portées par les manivelles 12, 13 ainsi allongées, ne risquent pas de heurter le sol étant donné qu'elles sont arrêtées par les moyens de butée 20, bien avant d'attein- dre le point bas du cercle dont elles ne décrivent que l'arc de cercle d'angle A. f 2477L:97 REVENDICATIONS 1. Bicyclette à mouvement de pédalage alternatif, qui comprend: un cadre porté directement par une première roue et, par l'intermédiaire d'une fourche orientable, par une deuxième roue, un axe de pédalier monté sur le cadre par l'inter- médiaire d'un boîtier de pédalier, un plateau denté de pédalier calé sur cet axe, une chaîne passant sur ce plateau et sur au moins un pignon capable d'entraîner la première roue en marche avant, et deux pédales montées sur l'axe de pédalier par l'intermédiaire de manivelles respectives, caractérisée en ce qu'entre chaque manivelle (12, 13) et l'axe de pédalier (5) est disposé un mécanisme de roue libre (18, 19) qui est agencé de manière à ne solida- riser chaque manivelle (12, 13) à l'axe de pédalier (5) que lorsque cette manivelle (12, 13) est poussée dans le sens moteur usuel des bicyclettes à roue libre; en ce que les deux manivelles (12, 13) sont reliées entre elles par des moyens cinématiques (17, 17a) tels que, lorsque l'une d'elles est abaissée d'un certain angle par une poussée exercée sur la pédale correspondante (10, 11), l'autre se trouve relevée automatiquement par ces moyens cinématiques (17, 17a) d'un angle au moins approximative- ment égal et vice versa; et en ce que des moyens de butée (20), portés par le cadre (1), coopèrent avec les deux manivelles (12, 13) de façon à restreindre la liberté de mouvement de chacune d'elles à un angle (A) au plus égal à 130 , lequel angle (A) s'étend à l'avant de l'axe de pédalier (5), à peu près symétriquement par rapport à un plan horizontal (P) pas- sant par cet axe (5). 2. Bicyclette selon la revendication 1, caracté- risée en ce que chaque mécanisme de roue libre (18, 19) est du type à galets (29) et à rampes excentrées (23). 3. Bicyclette selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisée en ce que le plateau denté (7) est monté 2477!: 97 sur l'axe de pédalier (5) à l'extérieur de la manivelle voisine (13). 4. Bicyclette selon l'une quelconque des revendi- cations 1 à 3, caractérisée en ce que les moyens cinéma- tiques (17) sont constitués par deux secteurs de roues dentées coniques (31, 32) qui sont solidaires respecti- vement des moyeux des manivelles (12, 13) et qui sont tous deux en prise avec un pignon conique de renvoi (33). 5. Bicyclette selon l'une quelconque des revendica- tions 1 à 3, caractérisée en ce que les moyens cinémati- ques (17a) sont constitués par des roues dentées droites primaires (36, 37), qui sont solidaires respectivement des moyeux des manivelles (12, 13) et-qui sont en prise repsectivement avec des roues dentées droites secondaires (38, 39), l'une de ces roues dentées secondaires (39) en- grenant avec un pignon de renvoi (42) qui est solidaire de l'autre roue dentée secondaire (38). 6. Bicyclette selon l'une des revendications 4 et , caractérisée en ce que les moyens cinématiques (17 ou 17a) sont enfermés dans un carter de graissage étanche (43). 7. Bicyclette selon l'une quelconque des revendica- tions 4 à 6, caractérisée en ce que chaque manivelle (12, 13) comprend un manchon cylindrique (44 ou 45) qui est so- lidaire de son moyeu et qui est dirigé axialement vers l'autre manivelle (13, 12), l'axe de pédalier (5) passant à l'intérieur de ces manchons (44, 45) avec interposition de paliers (48, 49). 8. Bicyclette selon l'ensemble des revendications 6 et 7, caractérisée en ce que d'autres paliers (46, 47) sont disposés entre lesdits manchons (44, 45) et le car- ter étanche (43). 9. Bicyclette selon l'une quelconque des revendi- cations 1 à 8, caractérisée en ce que les moyens de bu- tée (20) comprennent une barre transversale (50) fixée au cadre (1) et engagée dans une échancrure (51) ménagée à la périphérie du moyeu de chaque manivelle (12, 13). 10. Bicyclette selon l'une quelconque des revendi- cations 1 à 9, caractérisée en ce que les'moyens de butée (20) comprennent des arrêtoirs (52) fixés aucadre C1) et coopérant directement avec les manivelles (12, 13).