Brevet FR2522608A1 — publié le 19830909

L'invention concerne un frein sur jante pour bicyclette, comprenant un levier de frein à main, un étrier de frein en U qui encercle le pneu de la bicyclette et la jante et aux extrémités des branches duquel sont montés des porte-patin avec des patins de caoutchouc, un dispositif de guidage sur lequel l'étrier de frein est monté mobile en direction verticale, un dispositif à ressort qui repousse 1' étrier de frein dans sa position extrtme inférieure et une transmission à câble sous gaine entre le levier de frein à main et le dispositif de guidage ou 1' étrier de frein, transmission par laquelle ce dernier peut être attiré vers le haut lorsque le levier de frein à main est manoeuvré. I1 existe un grand nombre de modèles différents de freins pour bicyclettes. Ils ont pour principe commun que des éléments de frein sont appliqués contre des éléments en rotation et, de la sorte, freinent ces derniers. Dans ces conditions, l'effet de freinage dépend principalement de la surface des éléments de frein actifs, de la pression de serrage et des caractéristiques de friction des éléments qui frottent les uns sur les autres. La pression de serrage est fonction de la démultiplication des éléments de transmission et de la force exercée par le cycliste, après déduction des pertes par friction dans les éléments de transmission. Un problème général, dans le freinage d'une bicyclette, consiste en ce qu'une courte distance d'arrêt, en particulier en cas de freinage en catastrophe dans une situation dangereuse, est obtenue essentiellement par l'effet de freinage sur la roue avant; en freinant les roues avant et arrière, on ne peut guère parvenir à un effet de freinage plus grand qu'avec le freinage de la seule roue avant (Siegfried Rauch, Fritz Winkler, Fahrradtechnik, Bielefelder Verlagsanstalt Gag., p. 236, dernier paragraphe). Cela signifie qu'un frein sur roue arrière, même s'il fonctionne bien, n'ajoute pas grand-chose à la sécurité d'une bicyclette. Un système de frein généralement connu pour la roue arrière est le frein dit à contre-pédalage. Dans ce système, des éléments de frein entrent en action dans le moyeu de la bicyclette lorsqu'on pédale en arrière. Par l'effet de levier relativement grand des pédales et la possibilité de faire intervenir tout le poids du cycliste, des forces de freinage intenses peuvent être exercées, en dépit du petit effet de levier dans le moyeu de la roue arrière. Pour cette raison, le frein à contre-pédalage se range parmi les dispositifs de freinage efficaces. Mais ce système a pour inconvénient qu'il nécessite un point d'appui sur le cadre de la bicyclette, que sa réalisation est relativement compliquée et coûteuse et que son entretien et sa réparation sont difficiles. Un autre inconvénient tient au retard à l'actionnement, dA à son mode de fonctionnement, résultant de la nécessité d'inverser le mouvement des pédales (rétropédalage) pour les amener dans une position à peu près horizontale. Pour cette raison, et aussi à cause de leur poids relativement élevé, les freins à contrepédalage ne sont pas utilisés sur les vélos de sport. En outre, les freins à contre-pSdalage ne sont utilisables que pour le freinage de la roue arrière et, d'après les explications données cidessus, ils ne sont au total efficaces que dans une mesure limitée pour le freinage de la bicyclette. On connalt par ailleurs, pour la bicyclette, des freins à tambour qui ne se sont imposés que pour des modèles spéciaux de bicyclettes (bicyclettes hollandaises, tandems) en raison de leur construction compliquée, de leur coût élevé à la fabrication et de leur poids. Des systèmes de freins hydrauliques ont également été déjà utilisés sur des bicyclettes, un cylindre hydraulique agissant sur des dispositifs de freinage sur les roues avant et arrière. De tels freins sont très coûteux à la fabrication et ils ne sont pas autorisés par les règlements dans de nombreux pays, notamment en République Fédérale d'Allemagne, car il y est prescrit, sur la roue avant et sur la roue arrière, deux freins qui puissent être manoeuvrés et qui agissent indépendamment l'un de l'autre. Les freins à disque ne sauraient eux non plus être utilisés sur des bicyclettes, en raison de leur coût élevé à la fabrication et de leur poids. I1 existe toute une série de freins qui agissent sur le pourtour du pneu et qui sont préférables en soi, car il se produit dans ce cas, lors du freinage, un effet de levier plus grand qu'avec des freins qui agissent sur le moyeu ou à proximité de celui-ci. Les freins utilisés le plus souvent se rangent sous la dénomination de freins sur jante : par la manoeuvre d'un levier de frein à main, une force est exercée sur des porte-patin qui s'appliquent sur la jante et, de la sorte, freinent celle-ci. En général, les freins sur jante sont avantageux du point de vue du poids et ils peuvent être construits de manière simple et économique.Un inconvénient général des freins sur jante connus réside dans le fait que la force de serrage des porte-patin sur la jante dépend de la force de manoeuvre sur le levier de frein à main et qu'elle est relativement faible pour un freinage efficace de la bicyclette. En particulier en cas d'humidité, le coefficient de frottement entre les patins de frein et la jante est abaissé au point qu'il n'est atteint que de mauvaises puissances au frein (voir par exemple la revue : Test 3t82, p. 220, 3ème paragraphe). Les enfants et les personnes âgées ne peuvent pas exercer alors la force nécessaire pour parvenir à des distances d'arrêt encore acceptables.L'effet de freinage est particulièrement problématique dans le cas d'un frein sur jante sur la roue arrière, car il s'ajoute encore, à la force de serrage nécessaire pour les porte-patin, le frottement important dans un long câble sous gaine et la force des ressorts de rappel. Les freins sur jante utilisés ordinairement à l'heure actuelle se composent de deux bras de levier qui sont montés à rotation sur le cadre et qui comportent, à l'extrémité antérieure, des porte-patin avec des patins de caoutchouc. Au moyen d'un câble sous gaine actionné à la main, ces bras de levier effectuent un mouvement semblable à celui d'une pince, par lequel les patins de caoutchouc sont appliqués sur les bords de la jante et produisent l'effet de freinage. MQme avec une force de manoeuvre intense - qui, comme on l'a indiqué ci-dessus, ne peut pas être exercée par to-us les utilisateurs de bicyclettes - l'effet de freinage n'est pas satisfaisant, en particulier dans des conditions d'humidité. Une bicyclette équipée de tels freins est donc assez peu sure.C'est pourquoi des études sont par exemple en cours au Danemark pour interdire de façon générale ces freins sur les bicyclettes. Un autre inconvénient de ces modèles de frein tient à la nécessité d'une égalisation de la pression de serrage entre les deux mâchoires de frein, réalisée le plus souvent par des ressorts supplémentaires, etc. : une bonne égalisation de la pression de serrage ne peut être obtenue que par une forme de construction compliquée et la manoeuvre du frein est rendue plus difficile par la nécessité de vaincre la résistance d'éléments supplémentaires assurant cette égalisation par effet de ressort. On connaît depuis longtemps déjà un autre type de freins sur jante (Brevets français no 359 467 et 378 847, brevet allemand n2 123 688), à savoir le frein dit sur jante à pneu à talon. Primitivement, à l'époque des jantes pour pneus à talon qui étaient relativement larges, les patins de frein agissaient, non pas latéralement sur les bords de la jante, mais en direction radiale sur le fond de la jante. I1 ne se produisait pas d'effet de pince. fl n' était pas non plus envisagé de prévoir un mouvement relatif des patins de frein l'un par rapport à l'autre (voir par exemple Siegfried Rauch, Fritz Winkler, Fahrradtechnik, Bielefelder Verlageanstaît XG., p. 240, dernier paragraphe). Simplement, un étrier enU, encerclant le pneu et la jante jusqu'à proximité du milieu de celle-ci, était attiré vers le haut et, de la sorte, les patins de frein étaient appliqués contre le fond de la jante. Avec ces freins sur jante également, on ne pouvait parvenir qu'à une pression de serrage relativement faible des patins de frein sur la jante, car, comme dans le cas précédent, les rapports des leviers et les courses utiles du frein sont prédéfinis dans une large mesure et sont déterminés en particulier par la force possible et la largeur d'ouverture de la main humaine. Âvec les développements intervenus depuis lors en ce qui concerne les jantes et les pneus, le fond des jantes modernes, en particulier sur les roues de vélos de course, est tellement étroit qu'il nty a plus la place pour que des patins de frein agissent radialement 8ans risquer de bloquer les rayons de la roue. Dans ces circonstances, le but de l'invention est de fournir un frein sur jante qui, tout en étant de construction simple et légère, produise un effet de freinage intense avec une force relativement faible sur le levier de frein à main. Ce but est atteint d'après l'invention par le fait que la jante présente des surfaces latérales planes qui, vues en coupe transversale, divergent radialement en cane, par le fait que les porte-patin ou les patins de caoutchouc comportent des surfaces de freinage qui, vues en coupe transversale, ont un tracé conique et sont disposés de telle manière que, dans la position extrême inférieure de l'étrier de frein, les surfaces de freinage se trouvent au-dessous des bords de la jante et que, lors de la manoeuvre du levier de frein à main, les surfaces de freinage embattent et enserrent en cône les bords de la jante, et par le fait que l'étrier de frein est fabriqué en une matière à ressort ayant une constante d'élasticité telle que l'ouverture de l'étrier de frein augmente, sous l'influence des forces de freinage, dans les limites de l'élargissement du cône des bords de la jante ou des patins de caoutchouc. La jante d'une roue de bicyclette doit donc présenter des bords à peu près rectilignes qui, vus en coupe transversale, divergent en cône en direction du pneu, en formant de préférence un angle aigu. Les patins de caoutchouc, sur l'étrier de frein qui encercle le pneu et la jante, doivent comporter une surface de freinage qui, vue en coupe transversale, a un tracé conique correspondant. L'effet de freinage est produit par le fait que l'étrier de frein est attiré vers le haut et que les patins de caoutchouc et la jante 8t emboitent mutuellement en cône. L'étrier de frein est fabriqué en une matière à ressort et il est écarté lors du freinage par l'effet de cône. I1 en résulte un effet de pince, produit par la force élastique de l'étrier de frein sur les bords de la jante.En particulier en cas de vitesse élevée et de rotation rapide de la jante, l'étrier de frein peut être attiré vers le haut de manière relativement aisée et le cSne se serre davantage sous l'effet de la force supplémentaire exercée par la jante en direction de l'avant sur l'étrier de frein, ce qui produit un effet de freinage accru pour un faible déploiement de force de la part du cycliste. Par l'effet de pince à ressort de l'étrier de frein, une égalisation de la pression de serrage entre les deux port en patin s'effectue automatiquement, ce qui fait qu'aucune disposition supplémentaire ne doit entre prise à cet égard. En outre, les surfaces de frottement s'ajustent de manière optimale les unes aux autres. À la suite de la manoeuvre radiale du frein, qui se produit au déclenchement du freinage, la force de freinage s'exerce essentiellement en direction axiale sur le bord de la jante, en raison de l'effet de pince de l'étrier de frein. Au total, on obtient, avec le frein sur jante suivant l'invent ion, un bon effet de freinage pour un faible déploiement de force. On dispose ainsi d'un frein sur jante qui est efficace et qui convient pour le freinage de la roue avant, lequel est néces saire, comme on l'a montré ci-dessus. La bicyclette est ainsi plus sure, en particulier pour les cyclistes moins vigoureux, tels que les femmes et les enfants. On se réfèrera aux dessins ci-annexés pour décrire plus précisément un exemple de réalisation de l'invention avec d'autres particularités, caractéristiques et avantages. La fig. 1 est une vue schématique, en coupe partielle, d'un frein sur jante. La fig. 2 est une vue latérale de la partie supérieure du frein sur jante de la fig. 1. La fig. 3 représente, en deux vues en coupe, la partie inférieure du frein sur jante de la fig. 1, respectivement en début de freinage et en position de freinage complet. le frein sur jante représenté sur la fig. 1 se compose essentiellement d'un câble sous gaine 5 qui prend appui sur une équerre 6 fixée au cadre, d'un étrier de frein 13 à ressort et élastique, mobile verticalement sur l'équerre 6 et portant des porte-patin 12 et des patins de caoutchouc 11 fixés sur ceux-ci. Le câble sous gaine 5 peut être actionné au moyen d1un levier de frein à main (non représenté), le câble de traction 14,raccordé à l'étrier de frein 13,étant alors attiré vers le haut. L'étrier de frein 13 comporte des chevilles 15, 16 qui s'engagent et coulissent dans deux trous oblongs verticaux et parallèles 17, 18 et il est ainsi monté mobile. La partie transversale supérieure de l'étrier de frein 13 s'applique pratiquement à plat sur l'équerre 6, ce qui fait que les couples de renversement de l'étrier dans la direction longitudinale de la bicyclette sont interceptés au niveau du guide vertical. Pour le retour de l'étrier de frein 13 dans sa position initiale représentée sur la fig. 1, lorsque le câble sous gaine 5 n'est pas actionné, il est prévu un ressort de rappel 7 qui est maintenu sur deux chevilles 19, 20 fixées au cadre et dont les branches à ressort 21, 22 prennent appui dans une rainure trans verssle supérieure 23 de l'étrier de frein 13. Le câble de traction 14 de la transmission 3owden 5 est fixé par serrage à l'étrier de frein 13 par un élément de fixation à vis 8. Le câble de traction 14 passe du coté de l'étrier de frein 13 opposé à la direction d'avance (voir son guidage oblique sur la fig. 2). Par deux branches d'étrier de frein 24, 25, l'étrier de frein 13 encercle une roue de bicyclette 26 qui se compose d'un pneu de bicyclette 9 et d'une jante 10. La jante 10 comporte des bords 27, pratiquement plans et rectilignes, qui divergent en cône vers l'extérieur de la jante. Le cône formé est relativement aigu et il forme un angle de 30e avec la verticale, comme on peut le voir sur la fig. 1. Les patins de caoutchouc 11 comportent une surface de freinage 28 de forme conique correspondante qui se trouve au-dessous du bord de jante 27 respectif, comme le montre la fig. 1, lorsque le câble sous gaine 5 est détendu. Les patins de caoutchouc 11 sont fixés à la partie inférieure des branches 24, 25 de l'étrier de frein par des montures en queue d'aronde ou des vis 29. Le mode de fonctionnement du frein sur jante 1 décrit cidessus est le suivant. Les fig. 1 et 2 montrent le frein sur jante 1 à l'état de repos. L'étrier de frein 12 est repoussé par le ressort de rappel 7 dans sa position extrême inférieure, dans laquelle les patins de caoutchouc 11 se trouvent à distance au-dessous des bords 27 de la jante. Pour déclencher le freinage, le câble sous gaine 5 est actionné au moyen du levier de frein à main (non représenté) et le câble de traction 14 est ainsi attiré. De la sorte, l'étrier de frein 13 est déplacé vers le haut dans les trous oblongs 17, 18 contre la force antagoniste du ressort de rappel 7, d'où il résulte que les patins de caoutchouc 11 sont appliqués par leurs surfaces de freinage 28 sur les bords 27 de la jante. Cette situation de début de freinage est représentée à la partie inférieure de la fig. 3. Dans le cas d'un frein de roue avant, la roue de bicyclette se déplace, dans son mouvement de rotation, en sortant du plan du dessin vers l'avant. Sous l'effet du frottement entre les bords 27 de la jante et les patins de caoutchouc 11 (=ig. 3, partie inférieure), les branches 24, 25 de l'étrier de frein, réalisées en une matière élastique à ressort, sont quelque peu entraînées vers l'avant hors du plan du dessin. Grâce au point d'articulation fixe sur la traverse supérieure de l'étrier de frein 13, les patins de caoutchouc 11 basculent légèrement vers l'avant et vers le haut, ce qui fait que 11 engagement conique entre les patins de caoutchouc 11 et les bords 27 de la jante est serré plus à fond avec l'assistance d'un mouvement de traction sur le câble 14. Dans ces conditions, l'étrier de frein 13 est élargi et la distance entre les extrémités des branches à ressort 21, 22 est augmen tée, d'où il résulte que les patins de caoutchouc sont déplacés davantage vers le haut (partie supérieure de la fig. 3). Cette position peut être atteinte sous l'effet d'une force relativement faible exercée sur le câble de traction 14, car, comme on l'a déjà expliqué, le passage dans cette position est assisté par le mouvement de la jante. Afin que le couple de renversement exercé sur l'étrier de frein 13 vers l'avant par le frottement entre les patins de caoutchouc 11 et les bords 27 de la jante ne soit pas encore accentué par le câble de traction 14, celui-ci a été fixé à proximité de l'axe de basculement (voir fig. 2). En modifiant le point d'attaque du câble de traction 14, on peut agir sur le couple de renversement. La matière de l'étrier de frein 13 est choisie, quant à ses caractéristiques d'élasticité, son épaisseur et sa forme, de telle manière que les patins de caoutchouc 11 puissent se placer relativement aisément dans la position représentée à la partie supérieure de la fig. 3, mais qu'ils ne puissent pas dépasser les bords 27 de la jante vers le haut.Dans ces conditions, l'effet de pince produit par l'élargissement de l'étrier de frein 13 sur les bords 27 de la jante doit être important, cet effet participant pour une grande part à la force de freinage. En tant que guide vertical de l'étrier de frein 13, il pourrait être également prévu d'autres guides en soi connus, par exemple des glissières de chariot, des guides en queue d'aronde, etc. D'autre part, on pourrait aussi utiliser un autre dispositif de rappel pour l'étrier de frein 13, par exemple un ressort spiral. En résumé, il est établi qu'il est fourni, avec le frein sur jante suivant l'invention, un frein de bicyclette efficace qui peut être manoeuvré avec un déploiement de force relativement faible de la part du cycliste, car une partie de l'énergie cinétique contenue dans la roue de bicyclette en rotation est utilisée simultanément pour l'application de la force de freinage. REVGNDICBTION Frein sur jante pour bicyclette, comprenant un levier de frein à main, un étrier de frein en U qui encercle le pneu de la bicyclette et la jante et aux extrémités des branches duquel sont montés des porte-patin avec des patins de caoutchouc, un disposés tif de guidage sur 1lequel l'étrier de frein est monté mobile en direction verticale, un dispositif à ressort qui repousse l'étrier de frein dans sa position extrême inférieure et une transmission à câble sous gaine entre le levier de frein à main et le dispositif de guidage ou l'étrier de frein, transmission par laquelle ce dernier; peut être attiré vers le haut lorsque le levier de frein à main est manoeuvré, caractérisé en ce que la jante (10) présente des surfaces latérales à peu près planes (bords 27 de la jante) qui, vues en coupe transversale, divergent radialement en cône, en ce que les porte-patin (12) ou les patins de caoutchouc (li) comportent des surfaces de freinage (28) qui, vues en coupe transversale, ont un tracé conique et sont disposés de telle manière que, dans la position extrême inférieure de l'étrier de frein (13), les surfaces de freinage (28) se trouvent au-dessous des bords (27) de la jante et que, lors de la manoeuvre du levier de frein à main, les surfaces de freinage (28) emboîtent et enserrent en cône les bords (27) de la jante, et en ce que 11 étrier de frein (13) est fabriqué en une matière à ressort ayant une constante d'élasticité telle que, sous lTeffet des forces de freinage, l'ouverture de l'étrier de frein (13) augmente dans les limites de l'élargissement du cône des bords (27) de la jante ou des patins de caoutchouc (11).