Brevet FR2578219A1 — publié le 19860905

La présente invention concerne un axe de pédalier pour bicyclettes de sport et de compétition, doté de caractétisti- ques de poids, de résistance mécanique et de rigidité amélio- rées et qu'on puisse obtenir à bien meilleur compte que les axes de pédalier de type connu en usage actuellement. L'axe de pédalier est l'organe d'une bicyclette qui re- lie les deux manivelles de pédale et sur lequel porte le poids et l'effort musculaire du cycliste. Cet organe subit donc cycliquement des efforts de flexion, de cisaillement et de torsion considérables, ce qui oblige actuellement à avoir re- cours, pour la fabrication de cet axe, à des matériaux très robustes tels qu'acier de cémentation ou de trempe et de revenu ou aciers spéciaux (même alliages de titane) - et à différents types de mise en oeuvre, tels que tournage à par- tir d'une barre étirée, forgeage ou forgeage à froid, norma- lement suivis d'une opération de finition. Considérant que, ainsi qu'on le sait, on tire un meilleur parti du matériau - sur le plan des avantages relatifs au poids, à la résistance mécanique et à la rigidité - en dépla- çant le matériau même en s'éloignant de l'axe neutre et que, dans les axes de pédaliers courants, on obtient seulement ce résultat par percement sur un diamètre au plus égal à celui des vis bloquant les manivelles de pédale, on a songé à dépas- ser cette limite en réalisant l'axe de par la technique de filage par choc, connue en soi mais jamais encore appliquée à la fabrication de ce genre de produits. Cette technique permet d'obtenir, suivant la présente invention, un axe de pédalier pour bicyclette plus léger et, simultanément, plus rigide et plus robuste que ceux selon la technique antérieure. Ledit axe de pédalier est essentiellement caractérisé en ce qu'il présente, dans sa partie moyenne, une cavité à aire de section plus grande que celle des taraudages ménagés à ses extrémités pour recevoir les vis de blocage des manivel- les de pédale, et donc une aire-de section plus grande que celle des trous d'allègement courants des axes de pédalier connus. Ledit axe est réalisé en acier par filage et forgeage à froid ultérieur et, plus particulièrement, par filage à froid d'une billette d'acier, poussé jusqu'à obtention d'une ébau- che en forme de tige, et par forgeage ultérieur faisant péné- trer ladite ébauche dans une matrice en mouvement. On peut réaliser ledit axe sous forme monolithique ou obtenir par le processus ci-dessus deux éléments qu'on soude ensuite l'un à l'autre, ou encore à un élément tubulaire in- termédiaire de fabrication courante. L'axe suivant l'invention est de plus façonné de préfé- rence en sorte que ses extrémités soient prismatiques, pré- sentant une section octogonale et non carrée, ce qui augmente avantageusement la section résistante des extrémités. On va maintenant décrire l'invention plus en détail, à simple titre d'exemple, en se référant aux dessins annexés, sur lesquels: - la figure 1 illustre le filage d'un axe de pédalier monolithique suivant l'invention; - la figure 2 illustre le forgeage de l'axe selon la fi- gure 1; - les figures 2A et 2B sont des vues grossies en coupe et latérale de l'une des extrémités prismatiques octogonales de l'axe selon les figures 1 et 2; - la figure 3 est une vue avec coupe partielle de l'axe obtenu par la technique selon les figures 1 et 2; et - les figures 4 et 5 sont des vues analogues d'axes de pédalier selon deux variantes de l'invention, respectivement réalisés en deux pièces et en trois pièces, par des techniques semblables à celles utilisées pour l'axe monolithique selon la figure 3. L'axe de pédalier de la figure 3, suivant l'invention, est obtenu en exécutant les deux opérations successives pré- sentées sur les figures 1 et 2: le matériau de départ 1 - qui se présente à peu près sous la forme d'une billette d'acier - est tout d'abord déformé par refoulement à travers une filière 2, sous l'effet d'un poinçon 3 et d'un contre-poinçon 4 pré- sentant une cavité intérieure ou empreinte 5. Il s'agit sensi- blement d'un traitement de filage qui débute comme indiqué à gauche de la figure 1 et se termine comme indiqué à droite de cette même figure. L'ébauche obtenue à la fin de cette pre- mière opération se présente comme une tige cylindrique 6, - 2578219 présentant une extrémité profilée 7 correspondant en partie au profil de l'axe à fabriquer, et dont l'autre extrémité constitue une couronne épaissie 8, sur laquelle sera prélevé le matériau déformé lors de la seconde étape du processus. Au cours de cette seconde étape, l'ébauche obtenue à la première étape est introduite (comme indiqué à gauche de la figure 2) dans une matrice appropriée 9. La couronne 8 sail- lant à l'une de ses extrémités est alors déformée (à droite de la figure 2) à travers une matrice en mouvement 10 en vue de l'obtention de l'axe 11, représenté fini sur la figure 3. Lors du recul de la matrice 10, l'axe 11 est expulsé par un éjecteur 12. Ensuite, on execute sur l'ébauche d'axe 11 les opérations de finition nécessaires pour obtenir le produit fini. On voit tout de suite, d'après la figure 3, que la cavité moyenne de l'axe ainsi obtenu a une aire de section positive- Tment supérieure à celle des taraudages ménagés aux extrémités pour recevoir les vis bloquant les manivelles de pédale (et par consequent supérieure à la section de trous d'allègement courants des axes de pédalier connus). On voit aussi, d'après la même figure, comment la géométrie particulière de l'axe Il permet de rendre optimale la distribution dans le matériau des contraintes subies en fonctionnement, en vue d'atteindre les objectifs de légèreté et de rigidité. Le fait que ces objectifs sont pleinement atteints - ce dont découlent des avantages considérables - est confirmé par des essais de torsion opérés sur des axes de pédalier de type courant et sur des axes du type suivant l'invention, fa- briqués par la demanderesse, ces essais étant résumés dans le tableau suivant: Tableau page suivante TABLEAU ESSAI DE TORSION SUR AXES DE PEDALIER FIXES A UNE EXTREMITE ET SOUMIS A L'AUTRE EXTREMITE A UN MOMENT CONSTANT (bras de 170 mm) Type d'axe Poids Charge Décalage à partir du (g) (newtons) point d'application de la force (mm) à) Axe classique à cavité ayant une aire de section égale à celle des trous d'ex- trémité 141,44 1450 16,65 B) Axe selon l'in- vention à cavité ayant une aire de section supé- rieure à celle des trous d'ex- trémité 138,53 1450 13,27 Ainsi qu'on le voit d'après ce tableau, une charge étalon égale engendre, dans un axe de pédalier suivant l'in- vention, un effort de torsion inférieur d'environ 20% à celui engendré dans un axe courant, le poids du second axe étant en outre inférieur d'environ 2 grammes à celui du premier. Il est à noter aussi que, par sa géométrie particulière, l'axe suivant l'invention se prête mieux au perçage, celui-ci n'ayant plus à être effectué sur toute sa longueur - comme dans les axes de pédalier courants - mais seulement aux deux extrémités, ce dont découlent de gros avantages du point de vue de la réalisation et de la réduction du coût. D'autres avantages découlent de ce qu'on peut utiliser une même ébauche pour obtenir des axes de diverses grandeurs standards, en changeant seulement de modèle d'outillage. L'axe selon la figure 3 est à l'état de façonnage défini- tif, ses extrémités 7 étant à section octogonale et non carrée - voir détails des figures 2A et 2B - ce qui améliore son pouvoir de résistance. Les zones hachurées sur la figure 2A indiquent très clairement comment cette-forme des extrémités de l'axe permet d'accroître notablement la section résistante par rapport aux extrémités carrées courantes. De plus, la forme concrète des extrémités d'axe améliore aussi le contact avec les manivelles de pédale. Les figures 4 et 5 représentent respectivement - on l'a dit - un axe 13 selon l'invention en deux pièces soudées 1' une à l'autre et un axe 14 suivant l'invention en trois piè- ces soudées les unes aux autres: ces deux versions construc- tives constituent une variante à la version précédente et en diffèrent en ce qu'il faut prévoir une ou plusieurs étapes de soudage. Dans le cas de l'axe 13 - réalisé en deux éléments 15 et 16, reliés l'un à l'autre par une soudure 17 (figure 4) - on procède au filage pour chacun desdits éléments, en respectant exactement de la même manière que pour l'axe monolithique 11, à ceci près seulement que l'ébauche ne présente pas la cou- ronne dépassante 8. On réunit ensuite les deux éléments 15 et 16 par la soudure 17, de façon à obtenir l'essieu 13 prêt à être ébarbé par des machines-outils. Les avantages de cette réalisation résident dans la ré- duction du prix de revient du matériel et dans la réduction des frais de maniement des pièces avant leur assemblage. De plus, les pièces ainsi fabriquées ont, dès l'origine, une meilleure précision dimensionnelle et un plus haut degré de fini que l'axe monolithique. En outre, la normalisation des diverses longueurs est plus facile à opérer. Dans le cas de l'axe 14 - formé de trois éléments 18, 19 et 20, reliés les uns aux autres par deux soudures 21 et 22 (figure 5) - le processus est encore plus simple que dans les cas précédents. En effets, les deux pièces extrêmes 18, 19, forgées à froid avec une grande précision et un haut degré de fini, sont obtenues au moyen d'une seule matrice (en ce sens que, dans ce cas aussi, on tire parti de la parfaite symétrie de ces pièces), tandis que la partie moyenne 20 est obtenue à partir de tube industriel, en un matériau du même type que celui utilisé pour obtenir les ébauches 18 et 19 et/ou, en tout cas, se prêtant aux opérations de soudage qu'il faut effectuer en 21 et 22 pour relier les trois éléments de l'axe de pédalier. Cette solution offre un grand nombre d'avantages: outre ceux énumérés pour l'axe 13 soudé en deux pièces, il apparait une réduction de coût supplémentaire découlant de ce que la partie moyenne 20 de l'axe est constituée par du tube indus- triel. De plus, on peut modifier la section du tube, selon l'usage à faire de l'axe de pédalier. L'invention couvre encore, bien entendu, d'autres varian- tes de l'axe de pédalier pour bicyclette, dont seulement certains exemples de réalisation ont été décrits et illustrés. Par exemple, le cadre de l'invention couvre aussi des axes de pédalier dans lesquels la partie moyenne présente une cavité et les parties extrêmes sont exemptes de trous et comportent d'autres moyens de blocage des manivelles de pédale. REVENDICATIONS 1. Axe de pédalier pour bicyclette, caractérisé en ce qu'il présente, dans sa partie moyenne, une cavité à aire de section supérieure à celle des taraudages ménagés à ses ex- trémités pour recevoir les vis bloquant les manivelles de pédale. 2. Axe de pédalier selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il est réalisé en acier par filage et forgeage par choc ultérieur. 3. Axe de pédalier selon la revendication 1, obtenu par filage à froid d'une billette d'aeier, poussé jusqu'à obten- tion d'une ébauche en forme de tige (6) et par forgeage ulté- rieur faisant pénétrer cette ébauche dans une matrice en mou- vement. 4. Axe de pédalier selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il est obtenu sous forme de corps monolithique (11). 5. Axe de pédalier selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il est obtenu sous forme de corps en deux éléments (15, 16) ou en trois éléments (18, 19, 20) filés en forges, reliés par soudage. 6, Axe de npédalier selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il présente des extrémités (7) à section orthogonale.