Brevet FR2576866A1 — publié le 19860808

La présente invention concerne un pédalier comprenant un plateau circulaire denté pouvant tourner autour d'un premier axe, une paire de pédales solidaires au moyen de manivelles d'un second axe de rotation, et un dispositif d'entraînement mécanique entre l'axe de rotation des pédales et le plateau circulaire denté, le second axe étant excentré par rapport au premier. En pratique, le dispositif d'entraînement mécanique est prévu afin d'améliorer le "rendement" du cycliste utilisant un pédalier de l'invention par rapport à celui d'un pédalier classique. Dans un pédalier classique à plateau circulaire, l'axe du plateau et l'axe de rotation des pédales ne font qu'un. Pour améliorer le rendement d'une machine de ce genre, on a proposé des plateaux de pédalier ovales, tels que ceux qui sont mentionnés par M. R. Pouillot dans la revue française "Cyclotourisme!' nO 294 de mars 1982, pages 850 et 851. Dans ces pédaliers à plateau ovale, le petit axe de l'ovale est sensiblement aligné avec la ligne des manivelles tandis que le grand axe lui est sensiblement perpendiculaire. Ainsi, quand la pédale avant a sa manivelle au voisinage de l'horizontale, le bras de levier transmettant la force exercée par le pied entraîne une démultiplication plus grande que celle qui serait obtenu avec un plateau circulaire de diamètre intermédiaire entre le grand et le petit axe de l'ovale.Ces pédaliers ovales, connus depuis longtemps, n'ont pas eu de succés commerciaux. Toujours, pour améliorer le "rendement" des pédaliers, on a également proposé de machines à manivelles de longueur variable, telles que celles qui sont décrits dans les documents FR-A-2 241 442 et FR-A-2 427 242. La direction du mouvement télescopique des manivelles est sensiblement perpendiculaire à la direction de l'effort sur les pédales, ce qui nuit à l'entraînement mécanique. Par ailleurs, dans le document FR-A-2 427 242, il est prévu entre l'axe des manivelles et le plateau, un dispositif d'entraîne- ment constitué par un pignon de petit diamètre calé sur l'axe des manivelles et d'une denture interne de plus grand diamètre montée sur le plateau. L'axe des manivelles est excentré par rapport à celui du plateau. Ce dispositif d'entraînement a pour effet de démultiplier le couple exercé sur les manivelles, mais d'une manière uniforme quelle que soit la direction angulaire des manivelles. En particulier, contrairement aux pédaliers ovales ou aux machines à manivelles de longueur variable, on ne cherche pas à profiter au mieux de la démultiplication quand la manivelle avant est sensiblement horizontale, c'est-à-dire quand le pied exerce le couple maximal. Dans le document FR-A-2 265 607, il est prévu entre l'axe des manivelles et le plateau, un dispositif d'entraînement constitué par une pièce de liaison coulissant le long d'une des manivelles et portant deux pignons engrenant, d'une part, une denture interne portée par le plateau et, d'autre part, la denture d'un organe de transfert lié à l'axe des manivelles. Laxe des manivelles est excentré par rapport à l'axe du plateau. La structure de ce pédalier, qui comprend de nombreuses pièces mécaniques, est complexe et donc coûteuse. Un objet de l'invention consiste à prévoir un pédalier mentionné dans le préambule, dans lequel le plateau conserve une denture externe circulaire et les manivelles ont une longueur fixe, et dans lequel le dispositif d'entraînement permet de tirer le meilleur parti de la position dans laquelle le pied exerce le couple maximal. Un autre objet de l'invention consiste à prévoir un pédalier qui peut être substitué à un pédalier classique en ne nécessitant que des modifications mineures du bas d'un cadre de bicyclette. Un autre objet de l'invention consiste à prévoir un pédalier permettant l'utilisation de dérailleurs classiques. Suivant une caractéristique de l'invention, il est prévu un pédalier dans lequel le dispositif d'entraînement est constitué par une paire de cames calées sur le second axe ou axe de rotation des manivelles et symétriques par rapport audit second axe, et de deux galets fous portés par le plateau en deux positions symétriques par rapport au premier axe ou axe du plateau, chaque came étant associée à une manivelle et ayant un profil qui, quand la manivelle associée est verticale et dirigée vers le haut, descend vers l'avant en intersectant la direction de la manivelle, les cames et les galets étant dans le même plan, chaque came entraînant un galet au cours de la descente vers l'avant de la manivelle associée. Suivant une autre caractéristique, chaque came est un segment de droite dont la distance au second axe est juste inférieure à la distance entre le second axe et un galet quand celui-ci. est aligné en avant avec le premier et le second axe. Suivant une autre caractéristique, chaque came est munie d'une lame de ressort incurvée dont la convexité est dirigée vers la came, l'extrémité avant de la lame étant fixée à l'extrémité avant de la came. Suivant une autre caractéristique, les cames sont deux côtés opposés d'une plaque en forme de parallélogramme, un troisième galet étant monté sur le plateau derrière un côté du parallélogramme ne servant pas de came. Les caractéristiques de l'invention mentionnées ci-dessus, ainsi que d'autres apparaîtront plus clairement à la lecture de la description suivante d'un exemple de réalisation, ladite description étant faite en relation avec les dessins joints, parmi lesquels: la Fig. l est une vue schématique de côté d'un pédalier suivant l'invention, la Fig. 2 est une vue de côté du plateau du pédalier de la Fig. 1, la Fig. 3 est une de côté des cames dans une autre position angulaire qu'à la Fig. 1, la Fig. 4 est une vue en coupe du pédalier de la Fig. 1, suivant la ligne IV-IV, et la Fig. 5 est une vue en coupe partielle du plateau suivant la ligne V-V. Comme on le verra plus en détail dans la suite, le pédalier de la Fig. 1 se monte d'une façon pratiquement classique sur un cadre de bicyclette courant dont on a représenté le départ de la fourche arrière 1, le montant 2 supportant la selle et l'entretoise 3 dirigée vers le support de fourche avant. Le pédalier comprend un plateau 4, muni d'une couronne dentée externe 5, pouvant tourner autour d'un axe de rotation 6, et une paire de manivelles 7 et 8 pouvant tourner autour d'un arbre 9. Sur la face externe du plateau 4, sont montés une paire de galets 10 et 11, disposés symétriquement par rapport à l'axe 6, plus un troisième galet 12. Chacun des galets 10 à 11 est constitué, comme le montre la Fig. 5 pour le galet 11, d'une tige filetée 13 vissée dans le plateau 4 près de la périphérie de celui-ci, et d'un roulement à billes 14 monté sur la tige 13, surface externe du roulement 14 formant la surface de contact du galet. Comme le montre encore la Fig. 5, le plateau 4 peut tourner librement, au moyen d'un roulement à billes 15 ou équivalent, sur un disque circulaire fixe 16, dont le centre est sur l'axe de rotation 6. L'arbre de rotation 9 des manivelles 7 et 8 passe à travers-le disque 16 et la cuvette 17, Fig. 5, de la bicyclette. Comme le montrent les Figs. 1 et 2, sur l'arbre 9, entre le disque 16 et la manivelle 7, est prévue une plaque 18. En pratique, la plaque 18 est vissée sur l'arbre 9. La manivelle 7 est enfilée sur l'extrémité correspondante de l'arbre 9, puis bloquée par une goupille transversale 19. La position angulaire de la plaque 18 par rapport aux manivelles est, dans l'exemple de réalisation décrit, fixée par trois goujons 20 à 22. Le goujon 20 est enfoncé, parallélement à l'axe 9, dans la plaque 18 à travers une fente 23 prévue dans la tête de la manivelle 7. Les goujons 21 et 22 sont, de même, enfoncés dans la plaque 18, de chaque c8t de la manivelle 7 dans-ses zone de raccordement entre la tête et le bras de la manivelle.D'une manière générale, les goujons 20 à 22 servent à bloquer, sans aucun jeu, la plaque 18 par rapport aux manivelles et, donc, l'arbre 9. Comme le montre la Fig. 2, le plan de la plaque 18 passe par lesgalets 10 à 12 portés par le plateau 4. La plaque 18, Fig. 1, définit une sorte de parallélogramme dont deux côtés parallèles 24 et 25 servent de cames et les deux autres côtés 26 et 27 sont échancrées au voisinage de l'arbre 9. A titre d'exemple, le diamètre du plateau 4 est de ll à 12 cm, la distance entre les axes 6 et 9 d'environ 1 cm, la distance entre les surfaces cylindriques des galets 10 ou 11 et l'axe 6 d'environ 4,5 cm, la distance de l'axe 9 à un côté 24 ou 25 de 3,5 cm environ et la distance de l'axe 9 au coin supérieur 28 du côté 24 de près de 6 cm. L'arbre 9 est donc excentré vers l'avant par rapport à l'axe 6 et chaque côté 24 ou 25 de la plaque 18 balaye pratiquement tout le demi-cercle antérieur du plateau 4. Les côtés ou cames 24 et 25 sont munis de lames de ressort 29 et 30. Les lames 29 et 30 sont légèrement courbes, leurs convexités étant dirigées vers l'arbre 9. Elles ont chacune une extrémité libre et une extrémité qui est fixé à l'avant de la came correspondante 24 ou 25. Quand les manivelles 7 et 8 sont verticales, comme le montre la Fig. 1, la came 24 s'étend de part et d'autre du plan vertical transversal des manivelles et descend obliquement vers l'avant, avec un angle p de 250 à 260 avec l'horizontale. Egalement, quand les manivelles sont verticales, le galet 11 est devant la came 24 et le galet 10 devant la came 25. Vu l'excentrage vers l'avant de l'arbre 9, quand on tourne les manivelles vers l'avant, la came 24 va venir en contact avec le galet ll comme le montre la Fig. 3, tandis que le galet 10 s'écarte encore de la came 25. Quand les manivelles auront tourné d'un demi-tour, le galet 10 sera venu prendre la place du galet 11 et vice versa. Comme le montre aussi la Fig. 1, quand les manivelles sont verticales, la came 24 n'est pas encore en contact avec le galet 11, par contre l'extrémité libre du ressort 29 qu'elle porte entre en contact avec le galet 11. Au fur et à mesure que les manivelles tournent vers l'avant, la came 24 se rapproche du galet 11 tandis que le ressort 29 se raidit en poussant le galet. A la Fig. 3, après une rotation de 450 des manivelles, le ressort 29 est complètement écrasé contre la came 24 qui entraîne donc directement le galet 11. Il apparaît donc que le dispositif d'entraînement formé de la plaque 18 et des galets 10 et 11 assure la liaison entre les manivelles et le plateau 4. Une fois passé l'angle de 450 montré à la Fig. 3 jusqu'à un angle négatif d'environ 200, le bras de levier moteur a une longueur égale à la distance entre la surface du galet 10 ou 11 et l'axe 9, cette longueur étant inférieure à la distance de l'axe 6 aux mêmes galets. On réalise donc une démultiplication de l'effort sur l'arc de cercle où le pied travaille avec le plus d'efficacité. On notera aussi que la distance de l'axe 9 à la droite sur laquelle se trouve la came 24 ou 25 est égale ou juste inférieure à la distance de l'axe 9 à la surface des mêmes galets. En pratique, les côtés 26 et 27 de la plaque 18 sont sensiblement parallèles aux manivelles et l'angle formé par le galet 12, l'axe 6 et le galet 11 est de l'ordre de 600 à 650. Comme le montre la Fig. 4, le disque fixe 16 est monté sur un noyau cylindrique 31 dont une extrémité est filetée pour être vissée dans la partie taraudée de la cuvette 17. Le noyau 31 présente un alésage central à travers lequel passe l'arbre 9. En pratique, côté interne, le noyau 31 présente une cuvette 32 et l'arbre 9 comporte un épaulement 33 légèrement au-delà du fond de la cuvette 32. Entre la cuvette 32 et l'épaulement 33, une couronne de billes 34 annulent pratiquement le frottement entre l'arbre 9 et le noyau 31. Par ailleurs, pour assurer la fixité du disque 16, on y prévoit encore un trou 35 et, sur la face latérale de la fourche 1, une butée. Au montage du disque 16, on enfile une goupille 36 dans le trou 35, la goupille étant bloquée par la butée. En pratique, la butée peut être constituée par un bout de tube 37 taraudé et soudé sur la face latérale de la branche 1 et la goupille 36 peut être constituée par une vis qui est vissée dans le tube 37 à travers le trou 35. Bien entendu, le trou 35 a une forme telle que la tête de la vis se trouve noyée, une fois qu'on la visse. On notera encore que l'on n'a représenté qu'une seule couronne dentée 5 montée sur le plateau 4 au moyen de vis 38, mais que l'on peut évidemment monter un ensemble de couronnes de diamètres différents de manière à obtenir des développements différents, comme sur une bicyclette classique. On notera encore que le pédalier suivant l'invention peut, sans difficulté ni modification notable, se monter à la place d'un pédalier classique. Bien entendu, au lieu d'avoir un profil rigoureusement droit, les cames 24 et 25 peuvent avoir un profil légèrement incurvé. Il faut encore noter que, dans l'exemple décrit, l'excentrage de l'axe 9 des manivelles par rapport à l'axe 6 du plateau, c'est-à-dire la distance entre les axes 6 et 9 ainsi que la direction du segment 6-9, est fixe. Dans la pratique, cet excentrage peut être rendu variable en faisant varier légèrement la distance entre les axes 6 et 9 et/ou en choisissant une direction non horizontale pour le segment 6-9. Ainsi, on peut placer Ilaxe 9 légèrement au-dessous de la ligne horizontale passant par l'axe 6. Bien entendu, l'axe 9 doit, pour obtenir l'effet escompté,-être toujours devant l'axe 6. Par ailleurs, pour certaines utilisations, on peut choisir des diamètres différents pour les galets 10 et 11. En pratique, pour réaliser un pédalier à excentrage variable et réglable, le disque 16 peut être prévu en deux parties: une partie extérieure à bord externe circulaire pour supporter les billes 15 du roulement, et une partie intérieure à bord interne circulaire pour se fixer sur le noyau 31. La liaison entre les deux parties peut être réalisée sous la forme d'un système à glissières. Ainsi, en reculant la partie extérieure par rapport à la partie intérieure, on augmente l'excentrage. Enfin, en décalant angulairement la partie intérieure par rapport au noyau 31, on fait varier la direction du segment 6-9. Ces moyens de réglage de l'excentrage permettent à l'usager de trouver son "rendement" maximal en fonction de sa morphologie, du type d'effort qu'il désire accomplir, du terrain, etc. Ce choix peut aussi s'accompagner d'un changement de galets ou encore du choix des profils de cames. On peut également prévoir qu'au lieu de simples trous pratiqués dans la plaque 18 pour les passages des chevilles 20 à 22, on y prévoit des lumières pour ainsi permettre le réglage de l'orientation angulaire de la plaque, c'est-à-dire des cames, par rapport à la direction des manivelles 7 et 8. REVENDICATIONS 1) Pédalier de bicyclette ou de machine analogue comprenant un plateau circulaire denté pouvant tourner autour d'un premier axe (6), une paire de pédales solidaires au moyen de manivelles (7, 8) d'un second axe de rotation (9), et un dispositif d'entraînement mécanique entre l'axe de rotation (9) des pédales et le plateau circulaire denté, le second axe (9) étant excentré par rapport au premier (6), caractérisé en ce que le dispositif d'entraînement est constitué par une paire de cames (24, 25) calées sur le second axe (9) ou axe de rotation des manivelles et symétriques par rapport audit second axe (9), et de deux galets fous (11, 10) portés par le plateau (4) en deux positions -symétriques par rapport au premier axe (6) ou axe du plateau, chaque came (24 ou 25) étant associée à une manivelle (8 ou 7) et ayant un profil qui, quand la manivelle associée est verticale et dirigée vers le haut, descend vers l'avant en- intersectant la direction de la manivelle, les cames et les galets étant dans le même plan, chaque came (24 ou 25) entraînant un galet (11 ou 10) au cours de la descente vers l'avant de la manivelle associée (8 ou 7). 2) Pédalier suivant la revendication 1, caractérisé en ce que chaque came (24, 25) est un segment de droite dont la distance au second axe (9) est juste inférieure à la distance entre le second axe (9) et un galet (10, 11) quand celui-ci est aligné en avant avec le premier axe (6) et le second axe (9). 3) Pédalier suivant la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que chaque came (24, 25) est munie d'une lame de ressort (29, 30) incurvée dont la convexité est dirigée vers la came, l'extrémité avant de la lame étant fixée à l'extrémité avant de la came. 4) Pédalier suivant l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que les cames (24, 25) sont deux cotés opposés d'une plaque (18) en forme de parallélogramme, un troisième galet (12) étant monté sur le plateau derrière un côté (26) du parallélogramme ne servant pas de came. 5) Pédalier suivant l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que la distance entre les premier (6) et second (9) axes est réglable. 6) Pédalier suivant l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que la direction du segment reliant les projections horizontales des premier (6) et second (9) axes est réglable. 7) Pédalier suivant l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que le plateau (4) portant la ou les couronnes dentées (5) se compose d'un anneau (4) et d'un disque fixe (16), l'anneau 4 tournant autour du disque (16). 8) Pédalier suivant l'une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que la position angulaire des cames (24, 25) est réglable par rapport à celle des manivelles (8, 7).