Brevet FR2685280A1 — publié le 19930625

Etat de la technique antérieure Peu de réalisations concernant un changement de vitesses semi-automatique ou automatique pour cycle sont apparues à ce jour : citons le système DEAL et plus récemment celui électronique, de l'américain Keith Chilcote. Ces réalisations de conception astucieuse présentent hormis leur complexité et leur poids, le défaut rédhibitoire de ne pas permettre la transmission d'un couple moteur instantané important si besoin est, leur principe de base s'y opposant Les dérailleurs classiques, malgré leurs incessants perfectionnements sont des hérésies mécaniques dont on se satisfait faute de mieux. Le système avec trains de pignons épicycicidaux, peu fiable a semble-t-il été abandonné depuis longtemps. Des variateurs basés sur l'écartement des flasques d'un plateau menant ont été proposés, ils ne conviennent pas aux basses vitesses de rotation propres aux éléments des cycles mus par pédalage. 1 - Description La présente invention concerne un dispositif de changement de rapports de vitesses préférentiellement destiné aux cycles, caractérisé en ce qu'il autorise ces changements sans dérailleur; il ne possède qu'une seule roue dentée à l'arrière (roue "libre" ou non). Si le pignon arrière est fixe lors du relâchement du pédalage, la chaîne ou la courroie se déplace sur les pignons satellites d'un plateau fictif avant La disposition à l'arrière d'un pignon dit à roue "libre" aura pour conséquence de faire tourner "à vide" les éléments offrant le moins de résistance à la rotation. Le plateau fictif composé de satellites excentrables "S" permet sous l'action d'un jeu de rampes inclinées "rye" à profil rectiligne ou évolutif solidaires du pédalier, de les déplacer radialement. Les dits satellites sont constitués soit d'un classique pignon à cliquets, soit d'une poulie crantée antiretour à galets coinceurs (qui évitent les angles morts inhérents aux roues à cliquets). Leur axe de pivotement est situé en dehors de leur centre géométrique de rotation et s'articule à la périphérie d'une couronne "C" autour de laquelle ils sont répartis. (Cf. planche 1/4). Chaque satellite est muni d'un ergot "E" diamétralement opposé à son axe de pivotement. Cet ergot s'engage dans une des rampes inclinées "RF" du plateau moteur "P1". Remarque: Afin de faciliter l'enjagement de la denture des pignons satellites dans la chaîne, l'extrémité des dents gagnera à être biseautée et de profil asymétrique décalé vers l'avant. Une courroie doit présenter un chantage triangulaire. Si elle est de section trapézoïdale, les satellites seront des poulies à gorge (à l'arrière également). La couronne "C" concentrique au plateau porte-rampe "P1" est mobile angulairement par rapport à ce dernier. Sa rotation relative est limitée par la butée des ergots "E" sur les fonds de rampes "RF". Afin d'augmenter le débattement radial des satellites, ceux-ci peuvent être montés sur une manivelle support "MS". Cela permet d'obtenir un plus grand débattement et une plus grande amplitude des variations de diamètre. Leur moyeu dans ce cas est solidaire de la manivelle. Au repos, plateau, porte-rampes et couronne sont ramenés l'un vers l'autre par des ressorts "R1". Les satellites sont ainsi constamment repoussés vers le plus grand diamètre. Ce diamètre est sous la dépendance de la tension de l'élément de liaison (chaîne ou courroie) par suite de l'action du tendeur "T", celle-ci est équilibrée par la tension des ressorts "R1" en l'absence d'un couple résistant. Ce tendeur, actionné manuellement par une manette exerce son action sur le "brin libre" (non moteur) de l'élément de liaison. Le dispositif offre une infinité de rapports de transmission "raison" entre les points limites ci-dessus définis. La commande du tendeur "T" est réalisée par le câble "C3" (Cf. planche 2/4). Celle-ci comporte un ressort dont la fonction en position "repoussée" est de permettre le débattement de "T" pendant la phase automatique. La synchronisation du positionnement des satellites est assurée par les rampes qui les maintiennent a égale distance du centre, même en phase non active. Ce dispositif autorise des efforts exceptionnels tels que le "sprint". Remarque: Les schémas présentent des pignons excentrobles "tirés" par la chaîne, une configuration avec des pignons" poussés" est bien entendu concevable. La rampe "RF" dans ce cas devient l'élément "tirant" et son incLinaison est inversée, L'équilibre des forces entre rampes et ergots est toujours réalisé en vertu de la loi de l'action et de la réaction si un couple résistant apparaît. Toute sollicitation à la tension de l'organe de liaison (chaîne ou courroie) sous l'action du tendeur "T" a pour conséquence la rupture momentanée de cet équilibre et le déplacement radial des satellites vers le centre (rapport de transmission plus petit) suivi d'un nouvel état d'équilibre par suite de l'allongement des ressorts antagonistes "R1". L'inverse se produit lors du relâchement de l'élément de liaison par le tendeur "T", entraînant une augmentation du diamètre du plateau fictif. Un principe élémentaire de mécanique veut que si deux éléments tels qu'une chaîne ou une courroie sont engrenées, l'une ne peut modifier sa valeur linéaire sans l'autre. Dans le dispositif ci-dessus décrit cela est rendu possible par le glissement relatif des éléments de transmission (pignon, chaîne ou courroie) grâce aux pignons satellites et à leur rotation unidirectionnelle. Celle-ci permet l'ajustement des valeurs linéaires, tant dans le sens de l'ex- pansion du plateau fictif que dans celui de sa rétraction. Variantes: Dans un dispositif où les satellites sont en nombre pair, si les profils de rampe situés du côté du bras de pédalier et à son opposé présentent une plus faible inclinaison, il est possible d'obtenir un plateau fictif "ovale". Cette ovalisation automatique est valable pour tous les diamèfres d'utilisation. Elle réduit l'inégalité du couple propre au système pédale-pédaL'er, Dans le cas de l'utilisation d'une courroie crantée, les dits "crans" tout comme ceux du satellite seront de forme triangulaire. Une courroie de section trapézoïdale sera entraînée par un satellite présentant un profil correspondant Dans tous les cas de figure, chaîne, courroie et satellites restent rigoureusement alignés dans le plan vertical. Le système de commande des ergots "E" de satellites peut être dévolu à des biellettes arficulées sur le moyeu du pédalier. Les rampes inclinées précédemment usinées dans le pédalier, peuvent être mobiles par rapport à ce dernier (Cf. planche 3/4) et leur axe d'articulation situé à sa périphérie. Leur extrémité libre est soumise à l'action de rotation d'un plateau porte-cames "CA" (une par rampe) commandé par une manette (M) disposée sur un des bras du pédalier. Cette disposition permet de faire varier cerfains paramètres et les caractéristiques de l'ensemble lors du déplacement radial des satellites. Les schémas 1, 2, 3 et 4 sont une représentation type. Sur ce même principe, des variantes sont concevables. AUTOMATICITE (Principe) L'automaticité est liée à la notion de couple résistant. Celui-ci est mis en évidence dans le dispositif présenté par la déformation tangentielle de I'élément de liaison "L" par le galet tendeur "G". Celui-ci est sous la dépendance du segment "SE2" qui est commandé manuellement par l'action du câble "C1" et son intermédiaire le ressort "R3". Le tendeur "T" lié au segment "SE1" est à ce moment relâché (Voir détail plus loin). L'élément de liaison "L" (chaîne ou courroie) est déplacé dans le sens vertical par rapport au plateau "P1" et son correspondant le pignon anière "P2". La flèche que présente "L" à ce moment agit sur "G" et "SE2" qui deviennent "l'intégrateur de couple". L'ensemble "L", "P1" et "P2", ce. dernier pouvant être un pignon une poulie crantée ou à gorge), fixe ou à roue libre, constitue un ensemble homogène et fermé. La prise en considération du couple résistant extérieur au système ne peut résulter d'une quelconque action sur l'un de ces éléments, les forces intemes propres au système s'auto-équilibrant. Un activateur situé à l'extérieur du système est nécessaire' ici le moteur "MO". Le couple résistant variable en intensité suivant les conditions du roulage est interprété par le galet "G" et "SE2" pour interférer avec "SE1" pour agir sur le brin dit "libre" de l'élément de liaison "L" en agissant sur le tendeur "T" par l'intermédiaire du moteur "MO" (Cf planche 2/4), non réversible en ltabsence d'alimentation. Le pilotage de ce moteur est contrôlé par la découverte successive de cellules photo-réceptrices "PH" au nombre de deux branchées en parallèle. Un double rayon lumineux foumi par deux diodes photoluminescentes "LED" leur font face. (D'autres sources sont utilisables). En fonction du déplacement du segment "SE2" relativement à SE1" sous la tension de "L" ("SE1" étant considéré à cet instant immobile), se découvrent des fenêtres "F", trous ou créneaux qui portent chacun des segments en nombre quelconque. Leur entrecroisement (Cf planche 2/4), déclenche une impulsion électrique qui est mise à profit pour activer le moteur "MO". La particularité du dispositif consiste en ce que l'espacement des "LED" est égal à la moitié de l'espa- cement des trous ou créneaux des fenêtres "F" portées par les segments "SE1" et "SE2". ll en résulte que lorsque l'une des diodes "LED" est masquée par la partie pleine d'un segment une des fenêtres de ce même segment démasque l'autre "LED". Sur le segment opposé il se peut que la même situation soit réalisée, mais à l'inverse. La diode démasquée par le premier segment est masquée par le deuxième. Dans ce cas, rien ne se passe. Le moteur "MO" n'est pas activé, faute du débit des photorécepteurs "PH" alimentant le relais de puissance "RP". Si une modification du couple résistant apparaît, soit que la liaison "L" se tende ou se distende (flèche de L) ceci a pour conséquence le déplacement du segment "S2" sollicité par le galet "G" et le découvrement d'un des photorécepteurs par le déplacement d'une fenêtre de "SE2". Ce photorécepteur débitera sur le relais "RP" et au travers de l'inverseur de marche "I" qui bascule dans la direction prise. Le moteur "MO" entre en action, étant conjointement embrayé par la butée à came "B" lors de la manoeuvre de la manette engageant l'automaticité par l'enclenchement du contacteur "CT" (Cf. planche 4/4). Le déplacement en sens inverse du segment "SEl" se poursuivra jusqu'à une nouvelle obturation du photorécepteur. Le dispositif fonctionne ainsi pas à pas dans les deux sens en fonction de rétat de tension de la liaison L (flèche qu'elle présente à cet instant). Un déplacement "arrière" de la manette de commande de "BO" perrnet d'agir sur le contacteur "CT" et d'arrêter le fonctionnement dans la position du moment. Indépendamment de cette action, le dispositif se bloque lorsque les segments ne présentent plus de fenêtres en opposition (fin de course). Un effort intense exercé sur le pédalier tel que celui résultant d'un "sprint" n'affecte en rien le comportement de l'ensemble qui y reste insensible. Le rôle des "LED" peut être dévolu à de simples lampes de faible puissance ou de quelconques émetteurs tels laser, émetteur infrarouges, ultrasons, par transistor à effet Hall, de même qu'a de simples frotteurs (balais). Dans ce dernier montage "SE1" et "SE2" comportent des zones conductrices qui alternent avec des parties isolantes. Une telle conception autorise la télécommande de dispositif suivant convenance, à partir d'un émetteur situé à portée de main sur le guidon par une liaison non matérielle telle que rayon infra-rouges, ultra sonique, laser ou par fibres optiques. Moteur: celui-ci n'est pas obligatoirement situé sur l'axe du tendeur T, mais peut actionner ce dernier par chaînette ou courroie, le couple à transmettre étant faible. Le moteur peut-être du type classique. Une nouvelle génération basée sur le principe de l'effet piézo-électrique ou piézo-magnétostrictif, rotatif ou linéaire convient. La non réversibilité est exigée, qu'elle soit intrinsèque au moteur ou obtenue par la transmission. L'alimentation est faite par pile ou accumulateur, ce dernier a Davantage de pouvoir être rechargé par un générateur redressé intégré au véhicule et mis en action dans les déclivités avec le double but : assurer la recharge de la batterie et s'associer au freinage par effet contre électro-moteur. Remarque: Un dispositif d'intégration du couple résistant peut être réalisé par un système pendulaire, celui-ci pouvant être constitué d'une bille, d'une gouffe de mercure ou d'une bulle d'air se déplaçant dans un logement curviligne, ce logement contenant un liquide amortisseur, les émetteurs et récepteurs restant ceux précédemment définis. Dans un tel schéma, la notion d'événements extérieurs tels que le vent ou l'état du sol ne peuvent être pris en compte. La partie électronique ou électrique ainsi que les éléments "G" "SEl" et "SE2" peuvent être supprimés: ne subsistant que la commande manuelle du tendeur "T", le principe de base du dispositif n'est pas modifié, mais la simplicité y gagne ainsi que l'allégement aux dépens de la commodité. Dispositif automatique: La commande manuelle non représentée dans le détail pour gagner en clarté est faite par une commande unique "BO" (Cf. planche 4/4) du type "bowden" à une ou deux poulies. Dans ce demier cas, l'un des câbles s'enroule dans un sens, l'autre en sens contraire. Une bifurcation permet à l'un d'entre eux d'agir parallèlement sur "Cl" et "C2",le tendeur "T" étant actionné par "C3". La butée de la manette est constituée par le contacteur "CT" qui a pour fonction d'engager l'automaticité. Un léger retour de la manette interrompt le fonctionnement automatique, son déplacement plus prononcé engage à nouveau le processus manuel. Dans cette nouvelle configurütion, le dispositif retrouve son caractère d'insensibilité aux efforts importants tel que le sprint. Le diamètre du plateau fictif est défini par la position de la manette à cet instant. Des sollicitations violentes du pédalier, les à-coups qui en résultent, peuvent éventuellement être absorbés par un amortisseur hydraulique à simple effet agissant soit sur l'excentrique "E" soit sur le segment "SE2". Le même résultat est obtenu par la temporisation du relais de puissance "RP". La disposition des émetteurs et récepteurs peut être faite suivant le rcryon des segments "SEl" et "SE2". LEGENDE Pi : Plateau menant P2 : Pignon mené S : Satellite C : Couronne pour satellite S Cl, C2 C3 : Câbles des commandes BO : Manette de commande RF, RM : Rampes fixes et rampes mobiles A : Axe de satellite E : Ergot excentré M.S. : Manivelle porte-satellite C.A. : Plateau à cames du pédalier M : Manette sur pédalier B : Butée tournante à came R1 : Ressort inter-plateau-couronne R2 : Ressort de débattement du tendeur R3 : Ressort de débattement de commande de manette R4 : Ressort retour de butée rotative MO : Moteur T : Tendeur de sélection SEl, "SE2" : Segments ajourés G : Galet intégrateur du couple CT : Contacteur fin de course RP : Relais de puissance IM : inverseur de marche moteur LED : Emetteur de rayonnement PH : Photo-récepteur L : Liaison chaîne ou courroie 2 - Revendications 1) - Dispositif de changement de rapport de vitesses caractérisé en ce qu'il est mixte, manuel ou automatique sans dérailleur et en ce qu'il permet avec un seul pignon arrière fixe ou à roue libre, la transmission du couple pédalier, par choine courroie crantée ou trapézoidale (organe de liaison "L") et en ce que pendant toutes les phases de fonctionnement, la liaison "L" et les parties menante et menée "Pl" et "P2" restent rigoureusement alignées dans le plan vertical. ll est constitué d'un plateau moteur "Pl" lié au pédalier, d'une couronne "C" qui lui est concentrique et relativement libre en rotation. Cette couronne porte des satellites "S" excentrables, en nombre quelconque, axés sur "A". Ces axes peuvent être disposés sur un bras manivelle "MS" afin d'augmenter leur débattement. L'excentrage de ces satellites est réalisé par des rampes inclinées liées au plateau "Pi". Le schéma présenté n'est qu'un exemple de construction. La commande des satellites peut s'effectuer par un jeu de biellettes axées sur le moyeu du pédalier. Les satellites dans la planche 1/4 sont en configuration "poussée". Lcr solution dite "tirée" demande des rampes inclinées inversement. La disposition en étoile des satellites permet de réaliser, par suite de la commande manuelle du tendeur "T" par le câble "C3", un plateau fictif de diamètre variable. Les ressorts "Rl" ont pour fonction de ramener les satellites vers le plus grand diamètre. Satellites et rampes interdisent sous l'effort de tension de la chaîne résultant du couple résistant tout déplacement radial les forces engagées étant constamment équilibrées. Un effort important tel que celui fourni lors d'un "sprint" est possible. Le pignon arrière "P2" peut être fixe ou à roue dite "libre". 2)- Dispositif caractérisé suivant revendication 1, en ce que l'expansion ou la rétraction du plateau "Pl" de diamètre fictif sont permis par le déplacement linéaire relatif de l'élément "L" de liaison et des satellites par le fait du sens unidirectionnel de rotation de ces derniers. Les écarts linéaires liés à ces variations étant absorbés par un pseudo-glissement 3)- Dispositif caractérisé suivant revendications I et 2, en ce que l'inclinaison asymétrique des rampes inclinées, les moins inclinées étant situées perpendiculairement aux bras du pédalier et diamétralement opposées, permet la réalisation d'un plateau fictif ovale régularisateur de coupla Asymétriques ou non, ces rampes peuvent être rendues mobiles et s'articuler autour d'un axe de rotation "A" situé à la périphérie du plateau moteur "Pi". Leur inclinaison sous l'action d'une manette "M" placée sur un bras du pédalier agit sur le porte-cames "CA", modifiant les caractéristiques et le comportement du système. 4) - Dispositif caractérisé suivant revendications 1 2 et 3, en ce que le couple résistant est ici mis en évidence et utilisé pour modifier automatiquement le rapport de vitesse "PI" fictif/"P2". Le galet "G" tendeur de la liaison "L" est poussé par un segment "SE2", commandé manuellement par le cable "C3". "G" et "SE2" forment un intégrateur du couple résultant de la flèche de "L"." Les segments "SE2" et "SEl" interfèrent pour activer électriquement un moteur "MO" qui agit sur le tendeur "Tl" lequel modifie le diamètre du plateau fictif "Pl" en fonction du couple résistant reçu. Le moteur doit être irréversible en rotation dans les phases intermédiaires, soit par la conception de la transmission, soit par l'adoption de la nouvelle génération de moteurs piézo-électriques ou piézo-magnétostrictifs, rotatifs ou linéaires, qui tout en étant peu exigeants en énergie électrique sont intrinsèquement irréversibles. 5) - Dispositif caractérisé suivant revendications 1 2 3 et 4, en ce que le dispositif assurant l'automaticité est composé de segments "SE1" et "SE2" qui interfèrent à partir de la perforation ou l'échancrage (fenêtre) "F" de ces segments afin de déclencher une commande "pas à pas" du moteur "MO" par l'interruption et la mise en relation d'un faisceau immatériel émis par "LED" via un récepteur "PH" pour commander le relais de puissance "RP". "MO" agissant sur le tendeur "T" et "SEl" qui sont solidaires, fonctionne dans les deux sens. La commande de "SE2" est faite parallèlement avec celle de "MO" et amorce sa liaison mécanique avec "T", le câble "C3" actionnant "T" étant relâché à l'occasion de cette manoeuvre. Cette manoeuvre est réalisée à partir de la manette "BO" de type "bowden". La source émettrice peut être une diode laser, un émetteur à rcryons infra-rouges, effet Hall ou des frotteurs (balais) glissant sur des alternances de zones conductrices ou isolantes. L'échancrage des segments "SEl" et "SE2" ont un écarte- ment (pas) double de celui de l'écartement de "LED". Un amortissement du débattement du galet "G" et du segment "SE2", lors de sollicitations violentes du pédalier, peut entre obtenu par un amortisseur hydraulique à simple effet lié à "G" ou "SE2" ou par la temporisation du relais de puissance "RP" (période plus grande que celle du pédalage). 6) - Dispositif caractérisé suivant revendications de l à 5 en ce qu'il peut être télécommandé par une source infra-rouge laser, ultra-sonique ou fibres optiques sans licher le guidon, par la manipulation d'un contacteur disposé sur le guidon. 7) - Dispositif caractérisé suivant revendications de l à 6 en ce que l'alimentation électrique est faite par pile ou accumu lateur. Ce dernier peut être rechargé par un générateur "redressé" intégré au véhicule. Dans les déclivités son emprunt d'énergie exerce une action de freinage qui peut être bénéfique. L'autonomie de la source d'énergie électrique est ainsi quasi illimitée. 8) - Dispositif caractérisé suivant revendications de l à 7 en ce que le système "pas à pas" sus-décrit peut être contrôlé par un indicateur de pente "pendule" constitué d'un balancier, d'une bille, d'une goutte de mercure ou d'une bulle d'air, ces dernières se déplaçant dans un guide curviligne contenant un liquide amortisseur. Ce dispositif n'autorise pas la prise en compte d'événements extérieurs tels que le vent ou l'état du sol. 9) - Dispositif caractérisé suivant revendications de l à 8 en ce que toute la partie électronique ou électrique peut être supprimée, ne subsistant que le tendeur "T" et sa com mande par le cable "C3". Le principe de base n'est pas affecté. 10) - Dispositif caractérisé suivant revendications de l à 9 en ce que la commande manuelle est réalisée par système dit "bowden". Celui-ci est composé d'une manette et d'une ou deux poulies qui reçoivent les câbles. Un contacteur établit le contact en fin de course et engage l'automaticité. Un très léger retour de la manette de commande "MA" interrompt le courant et laisse le rapport de transmission en l'état. Un déplacement plus prononcé de la manette ramène le dispositif dans sa phase "manuelle". Toujours insensible aux efforts importants de pédalage tel que le "sprint".