Brevet FR2640222A1 — publié le 19900615

1. La présente invention concerne un mécanisme d'en- trainement à un seul axe pour bicyclette. La bicyclette est un outil qui permet aux gens de se déplacer rapidement sur des roues et constitue une étape importante dans l'histoire des véhicules permettant d'amé- liorer les "déplacements". De l'engin à plusieurs roues d'origine à la bicyclette actuelle à deux roues, la révolu- tion du mécanisme d'entraînement est le changement le plus important dans l'amélioration des performances. Du pédalage d'origine permettant d'entraîner directement la roue motri- ce, en passant par le système d'entraînement à chaîne pour faire tourner le pédalier et le pignon du moyeu arrière,- jusqu'à la "commande à vitesse variable" du type à plu- sieurs pignons de nos jours, l'amélioration du mécanisme d'entraînement s'est continuellement poursuivie. Par conséquent, la chaîne des cycles joue un r8le très impor- tant dans l'histoire de l'évolution de la bicyclette. 2. Récemment, on a développé une autre conception du mouve- ment de liaison par un mécanisme à crémaillère pour le mécanisme d'entraînement d'une bicyclette, Cependant, cette conception n'est pas pratique et constitue simple- ment un "truc promotionnel" car il nécessite la répéti- tion d'un "pédalage vertical" avec les pieds, qui n'est pas conforme à la dynamique physique. Par conséquent, on ne peut attendre aucun avenir d'une telle conception. Comme cela est bien connu, les bicyclettes en- traînées par chaîne souffrent encore de certains incon- vénients qui restent non surmontés comme on le décrit ci-dessous. 1. Place: la chaîne de la bicyclette qui est en prise avec le pédalier et le pignon du moyeu arrière de la roue motrice prend beaucoup de place sur l'un des co- tés. Par conséquent, la bicyclette a tendance à s'incliner vers le côté d'engagement de la chaîne et l'aspect extérieur est altéré par ce manque d'équili- bre dans la réalisation. 2. Sécurité: comme la chaîne est engagée dans des dents, lors d'une marche à grEnde vitesse, ses maillons pas- sent de façon répétitive d'une dent à l'autre. Pendant la marche, la partie inférieure du pantalon du cyclis- te peut osciller et s'insérer entre la chaîne et les dents, provoquant la chute du cycliste. On pense que tous les cyclistes ont vécu ce genre d'incident au cours de leurs randonnées. 3. Structure compliquée: pour que la chaîne ne soit pas exposée, il est nécessaire d'avoir une protection. Pour fixer cette protection, on doit prévoir des moyens d'assujettissement. Par conséquent, le mécanisme d'en- traînement par chaîne nécessite une structure relative- ment compliquée qu'il est donc difficile d'actionner, d'assembler et d'entretenir, et qui peut facilement être encline à des pannes. 3. 4. Chute de la chaine: Le mou de la chaine d'une bicy- clette, ou le déplacement de sa position d'engagement par suite d'une vitesse excessive, ou la poussée provoquée par des substances extérieures peuvent provoquer la chu- te de la chaîne et par conséquent la perte de contr8le et le chavirement. Comme le corps de la bicyclette est très léger, cela est très dangereux lors de la mar- che à vitesse élevée. 5. Comme la chaine est exposée à l'extérieur, il est faci- le de l'endommager; le lubrifiant peut sécher facile- ment, d'o la détérioration des performances de la chai- ne. Par conséquent, il faut une lubrification constante. Dans le cas o le pédalier ou le pignon du moyeu arriè- re sont endommagés ou décalés, on ne peut obtenir un enga- gement stable. En outre, la tension de la chaîne doit être maintenue dans une plage limitée pour qu'elle fonctionne cor- rectement. Si on monte un garde-chaine afin d'enfermer entièrement -la chaîne et éviter les problèmes venant d'être exposés (comme cela est le cas des bicyclettes classiques de l'art antérieur), il y aura augmentation du coût, complication des procédés de montage, et des problèmes de chaîne (la chaine gratte la garde). Par conséquent, cette protection par garde-chaine ne peut atteindre deux objectifs à la fois. La présente invention concerne un mécanisme d'en- trainement enfermé à un seul axe pour bicyclette, qui com- prend -un paire d'-an;rages d'antiranement en spiraLle du type parachute, montés sur l'axe inférieur du support de la potence, et une paire d'engrenages menés en spirale du type à parachute disposés sur le moyeu de la roue libre, o la force de pédalage est transmise par l'intermédiaire d'un arbre d'entraînement à un seul axe moteur pour entraîner en outre la roue libre afin de la faire tourner et d'en- trainer la bicyclette vers l'avant sans l'intermédiaire d'un système d'entraînement à chaîne. 4. La présente invention a pour objet principal un mécanisme d'entraînement enfermé à un seul axe pour bicy- clette dans lequel un axe moteur enfermé est prévu pour entraîner en rotation la roue libre, qui évite au mécanis- me d'entraînement d'être exposé à l'environnement extérieur, minimise la place et rend la sécurité maximum. La présente invention a pour autre objet un méca- nisme d'entraînement enfermé à un seul axe pour bicyclette, le mécanisme étant constitué d'une paire d'engrenages d'en- trainement en spirale engagés verticalement et une paire d'engrenages menés en spirale, engagés verticalement avec un arbre d'entraînement connecté entre elles, pour entraîner un axe moteur afin de mettre la roue libre en rotation, qui empêche la chute de la chaîne, fournit une stabilité et une durabilité maximales. Un autre objet de la présente invention est un mé- canisme enfermé d'entraînement à un seul axe pour bicyclet- te, l'axe moteur étant monté directement dans un tube de boite de vitesse sans agencement supplémentaire de garde- chaîne afin de simplifier le montage et faciliter la fabri- cation de la manière la plus économique possible. La présente invention a encore pour objet un méca- nisme enfermé d'entraînement à un seul axe pour bicyclette, dans lequel la force motrice provenant des engrenages mo- teurs avant est transmise aux engrenages menés arrière par l'intermédiaire d'un arbre d'entraînement monté dans un tu- be de protection de type rond. Ce tube peut être disposé symétriquement aux deux côtés pour équilibrer la configura- tion. La présente invention sera bien comprise lors de la description suivante faite en liaison avec les des- sins ci-joints dans lesquels: La figure 1 est une vue partielle en perspective de la présente invention; La figure 2 est une vue d'ensemble d'une 5. bicyclette selon la présente invention; La figure 3 est une vue en coupe de la présente invention; La figure 4 est une vue en coupe partielle du jeu d'engrenages menés de la présente invention. En liaison avec les figures 1, 2 et 3, un cadre (2) de bicyclette est relié respectivement au système de direction de la roue avant, à la selle et à la roue ar- rière 8. La présente invention concerne le mécanisme d'en- trainement de la roue arrière, dont la structure comprend les divers composants qu'on décrit ci-dessous. Le cadre 2 de la bicyclette comporte un trou axial à la partie inférieure 21 pour un axe inférieur 4, axe 4 relié à des manivelles 41 situées, respectivement, à ses deux extrémités. Une boite de vitesse principale d'entrai- nement 22 est en saillie au côté extérieur du trou axial 21. Une bague conique 42 est située à la partie médiane de l'axe 4 pour être appariée à un trou conique 431 d'un engrenage moteur en spirale 43 du type parachute de façon que l'engrenage 43 soit fixé solidement à l'arbre 4. Lors- que l'arbre 4 est monté dans le trou 21, l'engrenage mo- teur 43 monté sur l'arbre 4 se trouve à l'intérieur de la boite 22, et les deux extrémités de l'arbre 4 sont en sail- lie à l'extérieur pour la fixation de roulements respec- tifs 4A, 4B pour connexion ultérieure aux manivelles respectives 41 et aux pédales de la bicyclette pour que le cyczliste puisse pédaler, entrainer l'engrenage moteur 43 et le mettre en rotation. La boite de vitesse présente une découpe au cô- té arrière pour permettre l'exposition de l'engrenage moteur 43. Un trou 23 est ménagé à la portion centrale de la partie découpée et un demipalier 24 est formé au côté extérieur du trou 23. Un couvercle latéral 25 qui comprend un trou axial 251 pour l'insertion de l'axe.4 et un demipalier 252 apparié au demi-palier 24 est 6. prévu pour recouvrir la boite 22 à'l'aide de boulons de blocage 25A de manière à positionner l'axe 4 et à former un palier complet. Le demi-palier 22 comprend une cannelure en spirale 2P pour disposer un engrenage moteur auxiliaire en spirale 6 du type parachute. L'engrenage 6 comprend un axe 61 en saillie à l'avant qui est monté dans un rouleau 6A pour insertion dans le trou 23. L'engrenage 6 comporte également un axe à gradin 62 à l'extrémité arrière. L'extrémité avant du gra- din arrière de l'axe 62 est montée dans un roulement 6B pour installation dans le demi-palier 24 à la position avant. L'extrémité arrière du gradin de l'axe 62 comporte une bague 6C ayant un filetage extérieur apparié à la cannelu- re en spirale 2S du demi-palier 24 pour rotation et régla- ge de la tension de manière à placer l'engrenage auxiliai- re 6 dans la position correcte (la bague 6C comprend un trou latéral pour l'insertion d'un goujon afin de procé- der au réglage). Pour le montage, l'engrenage auxiliai- re 6 est monté en premier. Après installation de l'en- grenage auxiliaire 6, on place l'engrenage moteur en spi- rale 43 avec l'axe 4 dans le trou axial 21 pour que l'en- grenage auxiliaire 6 soit correctement en prise avec l'en- grenage moteur 43, et on fixe le couvercle latéral 25 de façon que les deux extrémités de l'axe 4 soient respec- tivement connectées aux manivelles 41 et que le demi-pa- lier 252 soit relié au demi-palier 24 et que le roule- ment 6B et la bague 6C soient installés solidement pour que l'engrenage moteur 43 soit entraîné par l'axe 4 afin de provoquer la rotation de l'engrenage auxiliaire 6 et obtenir une sortie motrice. En outre, l'engrenage auxiliaire 6 présente un trou polygonal 63 à son extré- mité arrière. Un tube de protection 26 est prévu pour connexion à l'extrémité arrière du demi-palier 24 à l'une de ses extrémités, le tube comprenant un châssis de po- sitionnement 27 en forme de U à son autre extrémité, 7. destiné à être relié à l'un des montants de siège du ca- dre 2 à un côté o le châssis 27 est réalisé de façon à être apparié au trou 28 du support en forme de U de l'au- tre montant disposé à l'autre côté. Une seconde boite de vitesse 7 en forme de L comporte des tubes 71, 72 aux deux côtés contigus. Le tu- be 71 doit être inséré dans un roulement 81 de moyeu pour être connecté ultérieurement au moyeu 85 de la roue libre. Le roulement 81 est en outre relié à la roue libre 8,au moyeu 85, à une rondelle 82 à rochet unidirectionnel, à un roulement 8A, à des écrous et rondelles de blocage 8B, et à un axe 8C. Ces éléments de positionnement du moyeu de la roue ont la même structure que les éléments classi- ques et n'entrent pas dans le cadre de la présente inven- tion. La boite de vitesse 7 est également disposée pour former une ouverture aux deux autres côtés adjacents aux tubes 71, 72 pour un engrenage mené en spirale 9. L'en- grenage 9 comprend un axe à gradin 91 avec un roulement 9A monté sur son dessus pour insertion dans le tube 72 et mon- tage ultérieur avec un roulement 9B et une bague 9C. La bague 9C présente un filetage extérieur apparié au fileta- ge intérieur du tube 72 pour changer la position vers l'avant ou vers l'arrière de l'engrenage mené 9 grâce à un réglage. Un engrenage auxiliaire mené 10 en spirale du type parachute comporte un arbre d'entraînement 101 monté dans un roulement 1OA pour que le tube 71 soit en prise avec l'engrenage mené 9. L'dxe 8C et un roulement 8D traver- sent l'engrenage auxiliaire 10 via un trou axial 102 pour être connectés de manière amovible aux éléments du moyeu de la roue libre 8 et pour que les dents de l'arbre 101 de l'engrenage auxiliaire 10 soient insérées dans la ba- gue à rochet 82 et en prise avec celle-ci. Par conséquent, la rotation dans le sens des aiguilles d'une montre de l'engrenage auxiliaire 10 entrainera la roue libre 8 pour la marche vers l'avant et la rotation dans le sens inverse 8. des aiguilles d'une montre de l'engrenage 10 provoquera la rotation en roue libre (comme représenté en figure 4). En outre, un couvercle latéral 73 recouvre l'ouverture de la boite 7 au moyen de boulons 7A au moment du montage de cette boite dans le châssis 27 et par vissage avec ce châs- sis au moyen de boulons 27A, et en outre fixation au moyeu 85 de la roue libre 8 avec le roulement 8A de l'axe 8C monté dans le trou 28. Lorsque le jeu d'engrenages menés est dis- posé correctement, le tube 72 est inséré dans le tube de protection 26 pour que le trou polygonal 92 de l'engrena- ge mené 9 soit dirigé vers le trou 63 de l'engrenage auxi- liaire d'entraînement 6 pour le positionnement d'un arbre polygonal prolongé d'entraînement 11, de sorte que la rota- tion du jeu d'engrenage moteurs 43, 6 a pour effet de gui- der le jeu d'engrenages menés 9, 10 afin d'entraîner la roue libre 8, pour qu'elle procède à une rotation unidi- rectionnelle vers l'avant (sous l'effet de l'action de la bague à rochet unidirectionnel 82). Les tubes 71 et 72 comportent des cannelures en spirale. Au moyen de l'agencement précédent, l'engrena- ge moteur 43 reçoit la force de pédalage provenant de l'axe 4 pour qu'il y ait engagement de l'engrenage mo- teur auxiliaire 6 et rotation du fuseau d'entralnement 11, d'o la rotation de l'engrenage mené 9 et engagement de cet engrenage mené avec l'engrenage mené auxiliaire (10) et mouvement synchrone adapté au moyen à rochet de la roue libre pour que celle-ci soit animée d'un mouvement vers l'avant (comme représenté en figure 3). - Pour obtenir les performances souhaitées, le nombre de dents des engrenages peut être établi en fonc- tion des économies souhaitées en matière de main-d'oeu- vre ou en fonction des vitesses désirées. A cause des tolérances de la longueur des mon- tants du siège du cadre 2, le tube de protection 26 et l'arbre moteur 11 peuvent être inclinés vers le haut à 9. l'extrémité arrière. Cependant, ce problème peut se résoudre facilement en réduisant l'angle d'inclinaison entre les dents du jeu d'engrenages moteurs 43, 6 et les dents du jeu d'engrenages menés 9, 10 (d'après les études de la demanderesse, l'angle d'inclinaison est d'environ 4-5 ou au moins inférieur à 10 ; c'est-à-dire que l'angle entre l'engrenage principal et l'engrenage au- xiliaire des jeux d'engrenages moteurs et menés peut être compris entre 85 et 86 pour éviter le problème précé- dent). En général, la présente invention permet d'obtenir un mécanisme enfermé d'entraînement à un seul axe pour bi- cyclette, présentant de nombreuses caractéristiques qui tendent chacune à rendre la structure plus pratique et utili- taire ainsi que durable en utilisation et d'un faible coût de construction. La présente invention n'est pas limitée aux exemples de réalisation qui viennent d'être décrits, elle est au contraire susceptible de modifications et de variantes qui apparaîtront à l'homme de l'art. 10. REVENDICATIONS 1 - Bicyclette comportant un mécanisme enfermé d'entraînement à un seul axe, caractérisée en ce qu'elle comprend: - une boite de vitesse principale (22) fixée au cadre (2) de la bicyclette et contenant un ensemble principal d'engrenages moteurs compor- tant un engrenage moteur principal en spirale (43), un engrenage moteur auxiliaire en spi- rale (6) et un axe tournant d'entraînement (4) connecté à des manivelles (14); - une seconde boite de vitesse (7) contenant un engrenage mené en spirale (9) et un engrenage mené auxiliaire en spirale (10), - les engrenages moteurs (6, 43) et les engrena- ges menés (9, 10) étant en liaison d'entraine- ment les uns avec les autres au moyen d'un fu- seau d'entraînement (11) qui est contenu à l'intérieur d'un tube de protection (26) relié à ses extrémités à la boite de vitesse princi- pale (22), et à la boite de vitesse secondai- re (7), respectivement. 2 - Bicyclette selon la revendication 1, carac- térisée en ce que le cadre (2) comporte un trou axial infé- rieur (21), la boite de vitesse principale (22) étant mon- tée au côté extérieur du trou axial (21) pour être en saillie sur celuici, la boite de vitesse principale (22) présentant une découpe à son côté arrière, un trou (23) étant ménagé à la partie centrale de cette découpe, et un demi-palier (24) pour roulement étant formé au côté extérieur du trou (23), le demi-palier (24) présentant une cannelure en spirale (2P), un tube de protection de type rond (26) étant installé dans le demipalier (24) à une extrémité, le tube de protection de type rond (26) étant disposé de manière à être connecté à un châssis de 11. positionnement (27) en forme de U à son autre extrémité pour connexion à l'un des deux montants du siège du cadre (2) de la bicyclette disposés à chaque côté de la roue arrière (8) de cette dernière. 3 - Bicyclette selon la revendication 1 ou la revendication 2, caractérisée en ce que la boite de vites- se principale (22) comprend un couvercle latéral (25) qui présente un trou axial central (251) et un demi-pa- lier (252) pour roulement monté à un côté pour adaptation au demi-palier (24) de la boite de vitesse principale (22) de manière à former un palier complet pour recouvrir l'en- grenage moteur auxiliaire (6), le demi-palier (252) du couvercle latéral présentant également une cannelure en spirale (2P). 4 - Bicyclette selon l'une quelconque des reven- dications 1 à 3, caractérisée en ce que l'axe tournant (4) comporte une bague conique (42) disposée dans la partie médiane pour être adaptée à une fente conique (431) de l'engrenage moteur en spirale (43) du type parachute pour que cet engrenage moteur (43) soit fixé solidement à l'axe d'entralnement (4), lors du montage lorsque l'axe (4) est placé dans le trou axial inférieur (21), après quoi, l'engrenage moteur (43) est monté sur l'axe (4) à l'in- térieur de la boite de vitesse (22) et à l'avant du trou axial (21) pour être opposé à la découpe arrière, d'o il résulte que les deux extrémités de l'axe sont en saillie vers l'extérieur pouc la fixation des roulements respectifs et leur connexion ultérieure à des mani- velles respectives et aux pédales de la bicyclette, per- mettant aux pédales d'être entralnées et donc de provo- quer l'entralnement de l'engrenage moteur et sa mise en rotation. Bicyclette selon l'une quelconque des reven- dications 1 à 4,caractérisée en ce que l'engrenage mo- teur auxiliaire (6) comporte un axe en saillie (61) 12. à l'avant pour insertion dans le trou (23) ménagé au côté du trou axial inférieur (21), et ayant un axe à gradin (62) à l'extrémité arrière, l'extrémité arrière du gradin arrière de l'axe (62) recevant une bague (6c) ayant un filetage extérieur destiné à être apparié à la cannelure en spirale (2P) des deux demi-paliers (24, 252) des roulements pour rotation et réglage de la tension de manière à placer l'engrenage auxiliaire (6) dans la posi- tion précise, l'engrenage auxiliaire (6) présentant égale- ment un trou (63) pour axe polygonal à l'extrémité ar- rière. 6 - Bicyclette selon l'une quelconque des reven- dications 1 à 5, caractérisée en ce que la seconde boite de vitesse (7) en forme de L devant être montée dans le châssis (27) en forme de U qui est fixé au tube de pro- tection (26), est fixée au châssis (27) au moyen de bou- lons (27A),la boite (7) comportant deux tubes (71, 72) à ses deux côtés adjacents, l'un des tubes (71) étant insé- ré dans un roulement (81) du moyeu pour connexion ultérieu- re au moyeu (85) de la roue libre, l'autre tube (72) commu- niquant avec le tube de protection (26), les deux tubes (71, 72) présentant des cannelures en spirale à leur intérieur, la boite de vitesse (7) présentant une ouverture aux deux autres côtés adjacents qui sont distants des deux tubes (71, 72), un couvercle latéral (73) étant prévu pour re- couvrir cette ouverture. 7 - Bicyclette selon l'une quelconque des reven- dications 1 à 6, caractérisée en ce que l'engrenage mené (9) comporte un axe à gradin (91) avec un roulement (9A) monté sur son dessus pour insertion dans le tube (72) de la boite de vitesse (7) pour qu'il y ait communication avec le tu- be de protection et en outre pour montage ultérieur avec un roulement (9C) et une bague (9B), la bague (9C) ayant un filetage extérieur apparié au filetage intérieur du tube (72) de la boite de vitesse (7) pour le changement 13. de la position vers l'avant ou vers l'arrière de l'en- grenage mené (9) sous l'effet d'un réglage de la rota- tion, l'axe à gradin (91) ayant un trou polygonal (92) pour appariage avec le trou polygonal (63) de l'engrena- ge moteur (6) pour le positionnement du fuseau polygo- nal d'entraînement (11) entre eux afin qu'il y ait trans- mission de l'énergie. 8 - Bicyclette selon l'une quelccnque des reven- dications 1 à 7, caractérisée en ce que l'engrenage mené auxiliaire (O10) comporte un arbre (101) monté avec un rou- lement (1OA) pour installation ultérieure dans le tube (71) de la boite de vitesse (7) pour venue en prise avec l'engrenage mené (9), l'extrémité arrière de l'arbre (101) étant disposée dans une bague à rochet unidirectionnel (82) au moyeu (85) de la roue libre (8), avec les dents de l'ar- bre (101) en prise avec la bague à rochet pour une trans- mission unidirectionnelle de l'énergie.