Brevet FR2541961A1 — publié le 19840907

L'invention a pour objet un boîtier de pédalier pour bicyclettes et vehicules similaires, et son procédé de fabricati on. L'invention se rattache au secteur technique des cycles et accessoires s'y rapportant. On rappelle que, selon l'art antérieur connu, la boite de pédalier solidaire des tubes constituant le cadre d'un cycle, reçoit généralement, intérieurement, un jeu de pédalier maintenu en position par des moyens de serrage appropriés. En principe, la boîte de pédalier est alésée et taraudée pour- recevoir à ajustement parfait dans la boîte, les éléments correspondants du jeu de pédalier qui présentent un filetage extérieur. On con- naît également des jeux de pédaliers munis de portée extérieures lisses, coopérant avec l'alésage lisse de la boîte de pédalier. On rappelle également que le.jeu de pédalier comprend généralement, une cuvette fixe avec une butée avant en appui sur l'une des extrémités de la bolte de pédaiier, une cuvette réglable, un contre-écrou de serrage, un axe de pédalier et deux cages à billes de roulement. Lors du montage, on bloque en position la cuvette fixe, à l'intérieur de la boîte, on positionne l'axe du pédalier avec les roulements à billes, puis la cuvette mobile. Après avoir défini le jeu nécessaire, on met en place le contreécrou de blocage. Ces opérations sont longues et peu pratiques. Par ailleurs, on se heurte à des questions de normes relatives à la définition des cotes des jeux de pédaliers, telles que le pas de filetage et le diamètre,qui varient selon les normes. françaisee et celles de certains pays étrangers où résident les constructeure de ce type d'accessoires. Il est nécessaire, lors de la fabrication, de prévoir toutes les variantes possibles de jeux de pedaliers, créant ainsi des stocks importants de marchandises. Le but recherché selon ltinvention, était de remedier à ces inconvénients, d'une part, en supprimant les contraintes inhérentes aux normes d'utilisation, d'autre part, en supprimant les contraintes techniques de montage et notamment les difficulté: d'ajustement-en position des cuvettes pour le réglage du jeu de pédalier. La solution selon l'invention propose un boîtier mono- bloc offrant de nombreux avantages et allant à l'encontre des méthodes de fabrication et de montage actuelles. Selon la solu- tion proposée, le jeu est préreglé, alors que, selon l'art antérieur, le jeu est généralement réglé apyres le montage des éléments du jeu de pédalier. Selon une premiere caractéristique de l'inventionsle boitier de pédalier comprend un corps cylindrique en matériau plastique, défini par deux manchons assemblés entre eux, lesdits manchons étant agencés et profilés extérieurement et intérieurement, pour permettre d'une part, le montage du boitier de pédalier dans la boîte de pédalier1 et d'autre part, pour autoriser le montage de l'axe de pédalier, des cuvettes et des moyens de roulement, lesdites cuvettes étant surmoulées dans le fond7 en forme de sièges, desdits manchons et maintenues en position fixe lors de la fabrication des manchons Selon une seconde caractéristique, le procédé de fabri- cation du boîtier de pédalier est caractérisé en ce que l'on fabrique séparément deux manchons cylindriques en matière plastique5 dont les formes sont complémentaires pour s'assembler entre elles, les cuvettes metalliques étant surmoulées dans le fond desdits manchons ; on procède ensuite au positionnement des moyens de roulement dans le fond de l'un des manchons, on engage alors dans ce manchon, l'axe de pédalier et l'on positionne les moyens de roulement dans le second manchon qui est ensuite engagé sur l'axe de pédalier, en regard du premier manchon, les deux manchons étant ensuite rapprochés l'un de l'autre par emboîtement, puis on effectue une soudure par ultrasons par exemple pour assurer une liaison définitive desdits manchons. Ces caractéristiques et d'autres encore- ressortiront de la suite de la description. Pour fixer l'objet de l'invention, sans toutefois le limiter, aux figures des dessins annexés, où La figure 1 est une vue en coupe longitudinale il les trant le boîtier de pédalier selon l'invention La figure 2 est une vue en coupe établie selon la ligne I-I de la figure 1,illustrant notamment la section du boitier La figure 3 est une vue en coupe établie selon la ligne II-II de la figure 1, illustrant notamment le positionnement des cuvettes La figure 4 est une sue partielle, à grande échelle, illustrant le positionnement des deux manchons constitutifs du boîtier, avant l'opération de soudage La figure 5 est une vue partielle, à grande échelle, illustrant le positionnement des deux manchons, après l'opéra- tion de soudage La figure 6 est une vue partielle, à grande échelle1 illustrant le positionnement des cages à billes, selon une variante de réalisation, dans le fond du boîtier. Afin de rendre plus concret l'objet de l'invention, on le décrit maintenant d'une manière non limitative illustrée aux figures des dessins. Selon l'invention, le boîtier de pédalier est constitué d'un corps cyiindrique,référencé dans son ensemble par (M), en matière plastique telle que celle connue dans le commerce sousla Marque "DELRIN", ceci, d'une manière non limitative. Ce corps est établi à partir de deux manchons (1 - 2) réalisés dans le matériau précité, solidarises ensemble d'une manière appropriée, ainsi qu'il sera décrit par la suite et selon un procédé d'assem- blage et de montage particulier.Les deux manchons (1 et 2) peuvent être de meme longueur ou de longueur différente, comme illustré à la figure 1 des dessins. Dans ce cas la longueur du manchon (2) est seasiblement inférieure à celle de la boite de pédalier. Les manchons sont agencés et profilés extérieurement et intérieu- rement, pour permettre, d'une part, le montage du boîtier de pédalier dans la boîte de pédalier, et pour d'autre part, autoriser le montage de l'axe de pédalier (3), des cuvettes (4 - 5) et des roulements à billes (6 - 7). Le boîtier est lisse extérieurement et s'adapte par emmanchement dans la boite de pédalier Selon une caractéristique de l'invention, les manchons (1 - 2) surmoulent dans leur fond intérieur (11 - 21), en forme de siège, les cuvettes métalliques de roulement (4 - 5). Comme illustré notamment figure 1, le manchon (1) muni d'une collerette (1) venant en appui sur la boîte de pédalier, présente une portée cylindrique (1-) se prolongeant par un épaulement (14) déporté intérieurement. Cet épaulement constitue une butée contre laquelle est positiOnnée la face supérieure (41) de la cuvette (4)0 Comme indiqué précédemment, cette dernière est insérée lors de la fabrication du manchon (1), de sorte à ce qu'elle soit maintenue fixe, sa face de roulement (42) restant apparente pour assurer, de ma- nière appropriée, le déplacement des billes. Le manchon (2) comprend un fond intérieur (21) dans lequel est également surmoulée la cuvette (5), laissant apparaître dans la zone de roulement (51) des billes. Ledit manchon (2) présente une portée cylindrique (2), d'une grande longueur selon l'exemple illustré non limitativement aux dessins, et à son extrémité, un dégagement intérieur (23) destiné à venir prendre appui et se centrer sur l'etaulement (14) du manchon(1). Selon la figure 4, on a illustré le prépositionnement de deux manchons l'un par rapport à l'autres avant leur assemblage défi- nitif. Le manchon (2) est pourvu à son extrémité extérieure, d'un filetage (24) sur lequel s'adapte un contre-écrou (8) réalisé en tout matériau métal ou matière plastique. Ce filetage extérieur 'est prévu que pour coopérer avec le contre-écrou et non avec la botte de pédalier. Il convient maintenant d'exposer le procédé de montage du boîtier de pédalier. Les deux manchons (1 et 2) réalisés en matière plastique, sont munis des cuvettes métalliques surmoulées. On procède au positionnement des billes ou similaires, puis on engage l'axe de pédalier (3) dans le premier manchon 9 le second manchon, dans lequel ont eté positionnées les billes correspondantes, est alors engagé sur l'axe de pédalier, les deux manchons s'emboîtant par coulissement l'un dans l'autre, dans la position illustrée fi- gure 4. Selon une caractéristique importante de l'inventio, l'assemblage des deux manchons entre eux s'effectue par un pro- cédé de soudure par ultrasons. A cet effet, un transducteur d'ultrasons, non illustre, est placé dans le prolongement et en appui contre le manchon (1), de manière à permettre la propaga- tion des ondes d'ultrasons dans le manchon (1) jusqu'à l'endroit de liaison avec le manchon (2). L'opération de fusion combinée avec un léger effet de poussée sur le manchon (1), permet son rapprochement vers le manchon (2), assurant une parfaite liaison entre leur portée respective (13 - 2) en contact En fin d'opération de soudure, on obtient un assemblage final illustré figure 5. On prévoit que les faces avant (16 - 17) de la portée (1 ) et de l'épaulement (14) du manchon (1) ne viennent pas en contact avec les faces (25 - 26) du dégagement (2 ) du manchon (2) pour ssassurer des marges de fabrication. De préférence1 les manchons (1 (1 et 2) sont munis d'une pluralité de cannelures intérieures (27 - 15) longitudinales et en regard, pour augmenter d'une part, la tenue de la soudure, et d'autre part, la résistance à l'allongement après montage sur la boîte. Un des problèmes techniques qu'il a fallu résoudre, suite à l'utilisation du procédé de soudure par ultrasons, des manchons constitutifs du boîtier, était celui se rapportant à la définition du jeu nécessaire au bon fonctionnement du boîtier de pédalier. En effets lors de l'assemblage des deux manchons entre eux, on pouvait donc soit laisser un jeu trop important des billes de roulement entre les portées de l'axe de pédalier et les cuvettes 7 assurant ainsi un mauvais fonctionnement de l'axe de pédalier, soit, au contraire, provoquer le coincement des billes, empechant ainsi l'axe de tourner. Il fallait donc trouver un moyen permettant, lors de l'opération d'assemblage des manchons, de contrôler le jeu acceptable pour un bon fonctionnement du boîtier. Un autre problème technique qu'il a fallu résoudre, résidait dans le fait que, lorsque le boîtier de pédalier devait être disposé dans la boîte de pédalier, par suite de l'action de serrage par le contre-écrou (8) sur un côté dudit boîtier, lion pouvait craindre un allongement des manchons en matériau plastique. Par ailleurs, une autre contrainte devait être consi- derée, à savoir, le fait que l'axe de pédalier est fabriqué en forge à froid avec des tolérances d'environ deux dixièmes de millimètre. Il en résulte donc que l'entr'axe entre les deux por- tées de billes n'est pas constant. La solution apportée selon l'invention résout ces problèmes. Pour sa mise en oeuvre, la sonotrode de l'appareil générateur d'-ultrasons est couplée avec un capteur de déplacement (non illustré) qui pilote la machine. On procède tout d'abord, à une opération de soudage par ultrasons des deux manchons, dans une première approche, jusqu'à ce que l'on arrive en butée mécanique par suite du rapprochement des pieces entre elles. Le capteur de déplacement détecte l'arrêt de rapprochement des pièces entre elles.En faisant alors abstraction de la tolérance nécessaire au bon fonction nement du boîtier, l'assemblage est poursuivi selon une avance préétablie permettant d'obtenir ainsi un préserrage. Il est à noter que les cannelures établies sur lesmanch-ons (1 et 2) limi- tent leur déformation par élasticité et permettent un pré serrage peu important. Le boîtier ainsi conçu est ensuite monté dans la boîte de pédalier. Lorsque le contre-écrou (8) est vissé sur la portée correspondante du manchon (2)9 il provoque un certain allongement dudit manchon qui élimine le préserrage et permet de retrouver alors la norme acceptable de jeu.Ce préserrage assure ainsi une double fonction, d'une part, l'annulation de l'effet d'allongement du boi- tier lors du montage, -et d'autre part, en cours d'utilisation, il permet éventuellement de rattraper certains jeux par desserrage du contre-écrou (8) et relaxation du boîtier Selon d'autres caractéristiques de l'invention, on pré- voit que les cannelures réalisées sur les deux manchons sont égale- ment soudées entre elles, lors de l'opération de soudure par ultrasons, multipliant ainsi les points de liaison en rigidifiant l'ensemble obtenus Selon l'invention,- on prévoit l'assemblage des deux man- chons selon le procédé de soudure par rotation9 l'un des manchons étant fixe, l'autre tournant. Toutes les earactéristiques récitées du bottier restent les mamies excepte le fait que les cannelures réalisées sur les manchons respectifs ne sont pas en contact lors de l'opération de liaison. Les contraintes techniques précitées restent également les mêmes. Ce procédé de soudure par rotation combiné avec les autres caractéristiques ci-dessus enoncées, est une autre solution pour l'obtention du produit final. On a prévu en outre, que les faces apparentes exté- rieures des manchons présentaient des nervures d'allègement (9) é vitant notamment les phénomènes de masses Ces nervures profilées peuvent éventuellement servir de moyens pour le montage et le- po- positionnement du bottiers Enfin les lèvres d'étancheité (10) sont disposées radialement à parts des faces extérieures des manchons et viennent en appui sur l'axe du pédalier9 assurant une étanchéité à l'environnement extérieur. Elles sont directement obtenues lors du moulage des manchons. On pourrait prévoir une ou plusieurs ouvertures (12) dans le milieu du boîtier, permettant l'évacuation de l'eau qui aurait pu pénétrer dans le corps du pédalier en dépit des lèvres d'étancheité. Cette ouverture peut autre positionnée sur la partie inférieure du boîtier et autre en correspondance avec une ouverture complémentaire pratiquée sur la boîte de pédalier. On a illustré à la figure 6, une variante d'adaptation des cages à billes de roulement (ll)o Celles ci sont également fixées et maintenues par surmoulage dans le fond des manchons. Les avantages ressortent bien de la description. EN particulier, on souligne la légèreté du boîtier de pédalier, son montage rapide, l'étanchéité intérieure, la suppression de toutes contraintes inhérentes aux normes actuelles et la sou- plesse d'adaptation du procédé quelle que soit la longueur de la boîte de pédalier. Il est bien évident que l'invention et ses moyens de mise en oeuvre ont été décrits d'une manière non limitative Tous types de roulements à billes peuvent être disposés dans le boîtier. La mesure de la "butée mécanique" pourrait être effectuée par des moyens équivalents au capteur de déplacement décrit Par ailleurs, d'autres procédés de soudure pourraient etre utilisés tels que la soudure par laser L Invention ne se limite aucunement à celui de ces modes d'application, non plus qu1à ceux des modes de réalisation de ces diverses parties ayant plus spécialement été indiqués ; elle en embrasse au contraire toutes les variantes. REVENDICATIONS 1- Boîtier de pédalier pour bicyclettes et véhicules similaires, du type comprenant un corps, des cuvettes de roule- ment, des billes et moyens similaires et un axe de pédalier, caractérise en ce qu t il comprend un corps cylindrique en matériau plastique, défini par deux manchons (1 - 2) assemblés entre eux, lesdits manchons étant agencés et profilés extérieurement et intérieurement pour permettre d'une part, le montage du boR- tier de pédalier dans la boite de pédalier, et pour autoriser d'autre part1 le montage de l'axe de pédalier (3), des cuvettes (4 - 5) et des moyens de roulement (6 - 7), lesdites cuvettes étant surmoulées dans le fond, en forme de siège, desdits man chois, et maintenues en position fixe lors de la fabrication de ces derniers -2- Boîtier de pédalier selon la revendication 1, caractérise en ce que les deux manchons (1 - 2),de longueur égale ou non, présentent des parties aménagées, autorisant leur emboîtement par coulissement, sous l'action de leur moyen d'assem- blage. -3- Boîtier de pédalier selon la revendication 2, caractérisé en ce que le manchon (1) muni d'une collerette d'appui (12) sur la boîte de pédalier, présente une portée cylindrique (1 ) se prolongeant par un épaulement (14) déporté intérieurement, ledit épaulement constituant une butée contre laquelle est posi tionnée la face supérieure (41) de la cuvette (4) , et en ce que le manchon (2) présente une portée cylindrique (2) et à l'extrémite de celle-ci un dégagement intérieur (2 ) destiné à venir prendre appui et se centrer sur l'épaulement (14) du manchon (1) -4- Boîtier de pédalier selon la revendication 1, caractérisé en ce que les cuvettes surmoulées dans le fond des manchons, sont métalliques et ont leur face extérieure apparente pour assurer le déplacement des billes ou autres moyens de roule- ment. -5- Boîtier de pédalier selon la revendication 1, caractérisé en ce que les faces avant apparentes desdits manchons présentent1 directement réalisées lors de leur fabrication, des lèvres d'étanchéité (10) prenant appui sur l'axe de pédalier. -6- Boîtier de pédalier selon les revendications 1, 2 et 3 ensemble, caractérisé en ce que les manchons présentent intérieurement une pluralité de cannelures disposées en regard -7- Procédé de fabrication d'un boîtier de pédalier selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que l'on fabrique séparément deux manchons cylindriques en matière plastique, dont les formes sont complémentaires pour s'assembler entre-elles, les cuvettes métalliques étant surmoulées dans le fond desdits manchons ; on procède ensuite au posi- tionnement des moyens de roulement dans le fond de l'un des manchons, puis on engage dans ce manchon, l'axe de pédalier, on positionne les moyens de roulement dans le second manchon qui est ensuite engagé sur l'axe du pédalier, en regard du premier manchon, les deux manchons sont ensuite rapprochés l'une de l'autre par pré-emboîtement et l'on effectue ensuite une soudure pour assurer une liaison définitive desdits manchons. -8- Brocédé selon la revendication 7, caractérisé en ce que lors de la soudure des manchons, on agit en poussée sur l'un d'eux pour assurer leur rapprochement. -9- Procédé selon les -revendications 7 et 8 ensemble, caractérisé en ce que l'opération de soudure s'effectue par ultrasons. -10- Procédé selon les revendications 7 et 8 ensemble, caractérisé en ce que l'opération de soudure s'effectue par rotation. -11- Moyens de mise en oeuvre du procédé selon la revendication 9, caractérisé en ce qu'un transducteur d'ultrasons estdisposé dans le prolongement et en appui contre le manchon (1) présentant une collerette d'appui sur la boîte de pédalier, le transducteur assurant la propagation des ondes d'ultrasons dans le manchon (1), jusqu'à l'endroit de liaison avec le manchon (2). -12- Procédé selon les revendications 9 et 11 ensemble, caractérisé en ce que les ondes d'ultrasons sont transmises dans les cannelures des manchons pour assurer leur liaison. -13 Procédé selon l'une quelconque des revendications 9 et 10,. caractérisé en ce que l'opération de soudure est couplée avec une opération signalant par un capteur de déplacement, le moment où, suite aux opérations d'assemblage par soudure, les pièces des boîtiers sont en butée mécanique. -14- Procédé selon la revendication 13, caractérisé en ce que1 lorsque les pièces sont en butée. mécanique, l'assemblage est poursuivi selon une avance préétablie, permettant d'obtenir un préserrage ; le boîtier est ensuite monte dans la boite de pédalier et l'action de vissage du contre-écrou sur la portée correspondante du manchon (2) provoque l'allongement du dit manchon et permet d'obtenir le jeu acceptable, éliminant le préserrage.