Brevet FR2699884A1 — publié le 19940701

Description La présente invention se rapporte à un appareil de production d'énergie obtenue par la force des bras et des Iambes. Elle se rapporte plus particulièrement à l'obtention d'un mouvement rotatif produit en utilisant la force musculaire simultanée des quatres membres. Elle s'applique tout particulièrement à la propulsion d'un vélo à deux roues motrices, mais également à la propulsion d'autres véhicules terrestres ou aquatiques, ainsi qu au developpement musculaire dans le domaine de l'éducation et de la culture physique. Parmi les documents suscéptible d'illustrer l'état de la technique se rapportant à des vélos mettant à profit la force musculaire des bras et des jambes ou ayant les deux roues motrices, on peut relever deux brevets faisant l'objet de la discution ci-après. Dans le brevet français 2 669 600 on décrit une bicyclette propulsée par l'effort des bras et des jambes de son utilisateur. Le dispositif utilisé emprunte les efforts du cycliste sur le guidon, les transmet par un arbre à l'axe du pédalier, puis à la roue arrière par une chaîne. Le brevet français 2 625 168 porte sur une bicyclette munie d'une traction avant, actionnant la roue avant à l'aide de manivelles, chaînes et pignons, afin d'ajouter à l'effort des jambes, une puissance donnée par les bras, dans le but de permettre à la plupart des usagers de gravir les côtes très raides où ils mettaient, d'ordinaire, pied à terre. La présente invention a pour objet un appareil dont les buts et les moyens mis en oeuvre sont différents de ceux évoqués ci-dessus. Cet appareil comprend essentiellement: - Un cadre, une selle, un pédalier, une transmission et une roue arrière de vélo ordinaire. - - Une potence destinée à supporter les éléments moteur avant et à transmettre les mouvements de direction. - Un arbre moteur, disposé à l'avant de l'appareil, destiné à touiner sous l'effet de la force musculaire des bras, en prenant appuit sur un roulement et un boitier de pédalier solidaire de la potence. - Deux manivelles d'entrainement de l'arbre moteur en rotation, disposées aux extrémités de l'arbre moteur avant. - Deux poignées montées sur les manivelles de commande de part et d'autre des extrémités de l'arbre et permettant de faire tourner l'arbre moteur sous l'effet de la pression exercée par les bras du conducteur. - - Un moyen de recueillir l'énergie développée par l'arbre moteur avant et de la transmetlre à la roue avant. - Une fourche élargie afin de laisser passer la roue avant équipée, et la chaine de transmission, tout ea conservant ses fonctions de direction. - Un dispositif de blocage de l'arbre moteur avant. - Des commandes de frein et de changement de vitesses adaptées à la machine. - Des dispositifs autoriant l'utilisateur à augmenter ses appuits passifs afin de se reposer ou d éviter certaines traumatologies. - Des éléments permettant l'exploitation de l'appareil lorsqu'il est mû par la seule force des jambes. D'autres avantages et caractéristiques de l'invention ressortiront de la description qui suit, de plusieurs mocles de réalisation donnés en réfèrence aux dessins annexés dans lesquels: Les figures 1 et 2 représentent respectivement des vues latérale et de dessus d'une machine conforme à l'invention sous sa forme la plus générale La figure 3 est une vue de face de la fourche et de la roue avant équipée. Les figures 4 et 5 représentent la poignée droite équipée de ses accessoires, et en vue éclatée. La figure 6 est une représentation éclatée des plincipaux éléments d'une commande double de dérailleur. La figure 7 reprèsente schématiquement un dispositif permettant de bloquer l'arbre moteur avant. Les figures 8,9 et 10 sont des schémas montrant 1' aménagement des manivelles avant, des supports d'avant bras, de la variante routière de la machine conforme à l'invention, et la position des membres supérieurs dessus, lorsque l'arbre moteur avant est vérouillé. La figure Il est une vue schématique, en plan, de la reconstitution d'un guidon classique lorsque l'arbre moteur avant est vérouillé. La figure 12 est une vue général en utilisation. Tel qu'il apparait sur les figures 1 et 2, le vélo à traction intégrale 1 comprend deux roues motrices 2 et 3 placées à l'avant et à l'arrière de l'appareil. La roue avant 3 assurant également la fonction de roue directrice, montée de façon classique au bout d'une fourche 4. La figure 3 montre la particularité de cette dernière. Alors que le hauban gauche 5 est de type ordinaire, afin de garder l'alignement des roues, le hauban droit se divise en deux parties d'un même tube cintré en C. La partie la plus basse 6 est verticale afin de laisser passer la chaine jusqu'aux plus petits des pignons 15. L'autre partie 7 rejoint la tête de fourche sous un angle plus important que celui formé par le hauban gauche avec la verticale, du fait de l'écartement engendré par la partie 6. La colonne de direction passe par un tube 8 partie intégrante du cadre rigide 9. Deux arbres moteurs 10 et il sur lesquels sont fixés des grands plateaux circulaires dentés 12 et 13. Des petits pignons circulaires également dentés 14 et 15 sont montes sur le moyeu de chaque roue motrice et reliés aux grands plateaux 12 et 13 au moyen de chaines 16 et 17. Quatres dérailleurs 18, 19, 20 et 21 assurent les changements de vitesses. Les dérailleurs 18 et 19 assurent également la fonction de tendeurs de chaines. La pratique a démontrée l'obligation d'une démultiplication beaucoup plus longue à l'avant qu'à l'arrière, dans un but de stabilité. L'apport de puissance par les bras autorise le montage d'une démultiplication assez longue sur la roue arrière, il faudra monter alors des grands plateaux 13 surdimentionnés, sur 1' arbre moteur avant 11. Quatre manivelles de commandes 22, 23, 24 et 25 sont montées par paires sur chaque arbres moteurs 10 et 11. Les deux manivelles arrières 22 et 23 sur les extrémités de l'arbre 10 portent sur leurs extrémités des pédales 26 et 27 munies de prèférence de cales-pieds. Les deux manivelles avants 24 et 25 sur les extrémités de l'arbre Il portent sur leurs extrémités des poignées 28 et 29 qui ont un rôle identiques en permettant d'exercer trois fonctions. En dehors de la première qui est de permettre la transmition d'un mouvement de rotation des mains de l'utilisateur aux manivelles, elles permettent d'assurer une seconde fonction qui est la rotation partielle de la roue de direction, la troisième fonction est le support des commandes de freinage 30 et 31 des deux roues 2 et 3 ainsi que le support des commandes 32, 33, 34 et 35 des quatres dérailleurs 18, 19, 20 et 21. D'autres commandes d'accessoires peuvent, éventuellement venir prendre place sur les poignées. Comme on peut le voir sur la figure 5, les poignés 28 et 29 sont constituées de plusieurs éléments. Un arbre 69 est fixé à chaque extrémités périphériques des manivelles 24 et 25, ou en fait parti par moulage. Sa base constitue une partie évasée 72 alors que son sommet est prévu pour reçevoir un dispositif de vérouillage, par exemple sur la figure 5 un filetage 78. Deux roulements à billes 70 et 71 isolent mécaniquement l'arbre 69 de la poignée proprement dite P. Cette dernière est constituée d'un tube dans l'alésage duquel sont usinés deux évasements 73 et 74, réceptacles des roulements à billes 70 et 71. Une rondelle évasée 75 et un dispositif de vêrouillage, un écrou 76 sur la figure 5, maintien l'ensemble solidaire. Afin de satisfaire aux obligations des fédérations de cyclisme sur route, de tout terrain et de triathlon, l'envergure des poignées ne devra pas dépasser 62 centimètres pour sa version routière. Ceci n'est pas dommageable car le bon écartement des mains sur les poignées correspond à la largeur des épaules, comme sur un guidon ordinaire, homologué. Dans tous les cas les extrémités seront non saillantes et bouchées. Comme le montre la figure 4, des manchons hergonomiques 36 recouvrants les poignées et leurs extrémités extérieures seront des accessoires utiles. De simples manchons ou des embouts allant de paire avec du ruban adhésif pour guidon classique pourront également êtres utilisés. Le vélo à traction intégrale comporte quatres dérailleurs. De manière à garder aux mains de l'utilisateur le plus de temps à leur fonction motrice, les commandes sont de type indicielles, regroupées par paires et par type de dérailleurs. Par exemple la poignée droite accueillera la commande des deux dérailleurs 18 et 19 proches des roues 2 et 3. Comme on peut le voir sur les figures 4 et 6, chaque groupe de commande est composé d'uni carter support 37 fixé à la poignée par son attache 38. Le dispositif double de tension et de relache des cables 39 et 40 est notamment composé de deux jeux de manettes 41, 42, 43 et 44. Les plus grandes 41 et 42 servent à la tension des cables. Leur semi rotation à pour centre un même axe par lequel passe la vis 46 les fixant au carter support 37. Elles sont séparées par la rondelle 45. Les plus petites manettes 43 et 44 servent à libérer l'accrochage des cables 39 et 40 d'un ou plusieurs cran. Les dérailleurs modifiant alors leur position sous l'effet de leurs ressorts de rappel. Le pouce de l'utilisateur appuis sur les parties plus larges, notés D, des manettes 41, 42, 43, et 44. L'ensemble est refermé par un carter inférieur 49, en matière plastique ou autre materiau léger. Illuni d'encoche pour laisser passer les manettes. Les manettes de tension 41 et 42 des cables et respectivement celle de détente 43 et 44 sont suffisament proches pour que l'utilisateur puisse les actionner d'une même action du doigt. Ainsi le passage des vitesses se fera symétriquement sur les transmitions avant el arrière. Toutefois, l'utilisateur peut vouloir agir sur l'une des transmitions sans mofidier l'autre, pour relacher l'effort sur l'une ou l'autre des parties du corps. Les parties les plus Iarges, notées D, des manettes, ainsi que les espaces, les séparants sont tels que le doigt de l'utilisateur petit actionner séparèment l'une ou l'autre des commandes. Les commandes de freins 30 et 31 sur les poignées, sont de type classique relièes par cables ou autre mode de transmition du mouvement vers les machoires de freins. La boite 50 de l'arbre avant est relié a la colonne de direction par une potence 59 visible sur les figures 1 et 2. En descente, ou en cas de fatigue des bras, l'utilisateur peut vouloir cesser le mouvement propulseur de ses membres supérieurs. Pour améliorer la stabilité, un dispositif de blocage de l'arbre moteur avant 11, ou des poignées 28 et 29 peut représenter une amélioration appréciable. La figure 6 en montre un exemple. L'arbre moteur 1 1 porte deux encoches 51 et 52 dans lesquelles viennent se placer la fourchette de blocage 53. Cette dernière est munie d'un dispositif de verouillage 54 et de guidage 55. L'ensemble prend place dans le tube horizontale de la potence 59. Les encoches 51 et 52, et la fourchette de blocage 53, sont usinés de telle sorte que l'usure des pièces n'engendrera pas de jeu dommageable pour la stabilité et qu'une fois l'arbre moteur avant 11 bloqué, les manivelles avants 24 et 25 fassent un certain angle, pour des raisons que nous allons étudier. La pratique a démontrée une meilleure efficacité de la direction, arbre moteur avant 11 bloqué si les manivelles 24 et 25 forment un angle de l'ordre de 60 avec la verticale. Une version bas de gamme ou plus simple et plus légère peut se satisfaire d'un dispositif à ce stade d'élaboration. Une version plus évoluée, destinée essentiellement à l'exploitation routière est illustrée par les figures 8, 9 et 10. L'arbre moteur avant 11 bloqué, la position des bras et des mains de l'utilisateur se rapprochera le plus possible de celle obtenue sur un guidon de triatlhon. Elle apporte en effet stabilité, précision de conduite et relaxation des membres supérieurs. Pour cela1 des supports d'avant-bras 56 et 57 prennent places de part et d'autre de la potence.Ils seront, par exemple fixés à un axe horizontal 58 octogonal à la potence 59 sur laquelle il est fixé. Les mains de l'utilisateur saisissent les manivellles avant 24 et 25. Pour cela, ces dernières voient leur section augmenter aux emplacements de maintien 60 et 60a. Ils pourront êtres équipés de manchons en mousse ou de ruban adhésif pour guidon classique, afin d'améliorer le confort, bien que cela ne soit pas une priorité, la position normale d'utilisation étant les mains sur les poignées 28 et 29. L'une des deux manivelles, celle de droite sur les figures 8, 9, et 10 disposent d'une protubérance arrière 60 sur laquelle vienclra se placer la main droite de l'utilisateur, de manière à garder les deux mains au même niveau.La troisième variante concerne plus les vélos destinés au tout terrains. En effet, ces derniers nécessitent un guidon plus large que celui utilisé sur route pour augmenter l'équilibre de l'ufflisateur. La démonstration suivant illustrée par la figure 11, s'attache à la reconstitution d'un guidon classique. Par exemple, une branche de demi guidon semi-mobile 61 est fixée sous la potence 59 par un axe 62 autour duquel la rotation est possible. La branche de demi-guidohn 61 est maintenue stable dans ses deux positions d'exploitation A et B par un système de verouillage. Repliée sous la potence 59, en position A, la branche de demi guidon 61 ne gène pas le mouvement moteur avant. A l'approcha d'un passage destabilisant ou d'une descente, I'utilisateur bloque l'arbre moteur avant 1 1 et place la branche de demi guidon 61 en position B.Les deux actions peuvent se faire simultanément au moyen de commandes adaptées. Le talon 63 de la branche de demi guidon 61 vient s'accrocher sur le haut de la manivelle opposée 24 ainsi que sur sa poignée 28. La rigidité du guidon ainsi formé est renforcée. Une autre solution peul être apportée par le débrayage d'une des manivelles, de l'arbre moteur avant 11, après le blocage de ce dernier, et le vérouillage de la manivelle débrayée en face de son homologue, le long de la potence. pour former un guidon classique. Cette dernière solution apporte l'avantage de maintenir les mains de l'utilisateur en permanence sur les poignées, particulièrement appréciable en tout terrains. Une cinquième solution peut être la fixation sur la potence 59 d'un guidon classique ou de vélo tout terrains. Cette posibilité augmente le poids de la machine mais en simplifie le mécanisme, donc la fiabilité. Les mains passent très facilement des poignées au guidon et du guidon aux poignées. La pratique révèle une tension sur les muscles du dos, particulièrement dans la partie lombaire, lorsque la machine selon l'invention est utilisé en mode de traction intégrale. En effet le poids du haut du corps ne repose pas sur les poignées comme sur un guidon classique. L'invention présentée à la figure 12 à pour but d'éviter cette traumatologie. Un tube téléscopique 64 est fixé au cadre 9. Le tube telescopique 64 est composé d'un tube principale 64a, à l'intérieur duquel peut coulisser un tube secondaire 64b, l'ensemble étant vérouillé par un dispositif de blocage 67. L'extrémité supérieure du tube télescopique 64 est terminée par un plateau rigide 65 recouvert d'une épaisseur de matière absorbante 66, pour ne pas blesser le thorax de l'utilisateur par frottement. Le tube 64 est telescopique afin de pouvoir être adapté à la morphologie de chaque utilisateur. Le système de vérouffiage 67, par exemple identique à celui du tube de selle maintient l'allongement du tube telescopique 64 une fois le réglage réalisé. La figure 11 montre l'utilisation de l'appuit pectoral en dynamique. Un carter de chaîne peut masquer les grands plateaux avants 13 pour éviter de blesser l'utilisateur lors d'une chute ou de le souiller par la graisse de la chaine avaifl 17. On peut considérer que le conducteur est assis sur la selle et utilise ses membres inférieurs comme sur une bicylette ordinaire. Son thorax repose sur le réceptacle 66 prévu à cet effet. Ses deux mains sont en appuis sur les poignées 28 et 29. Le premier mouvement consiste à pédaler classiquement avec les jambes et à exercer une poussée sur la poignées la plus haute, par extention du bras concerné, simultanément à une traction sur la poignée la plus basse. Grâce à la conjugaison de ces mouvements le vélo se met en mouvement. Dés lors l'utilisateur continu ces mouvements moteurs, en pédalant de manière classique avec les jambes, en poussant la poignée la plus haute et en tirant sur la poignée la plus basse. La non synclu-onisation des mouvements entre bras et jambes. engendrer par la diffèrence de démultiplication, loin de poser des problèmes, apporte une grande stabilité, si les bras ont un mouvement lent par rapport à celui des jambes. De plus, cela fournit un couple supplémentaire à la motricité de l'utilisateur en apportant un temps moteur lorsque les pédales sont dans le plan verticale ou les poignées dans le plan horizontale, Pour tourner ou corriger sa trajectoire, l'utilisateur effectue de léger mouvements des poignets. De cette machine émanent de nombreux avantages dont un apport de puissance de l'ordre de 15 à 20% chez un utilisateur non spécialement entraîné. Le pourcentage augmentera avec la pratique par l'adaptation de la musculature supérieure du corps de l'utilisateur. Cette puissance supplèmentaire sera particulièrement apprécié par les sportifs pour le gain de vitesse engendré et par les randolmeurs par l'augmentation de la charge transportable ou la possibilité de gravir des pentes plus raides, à charge égale, notament en tout terrains. De plus, les ttiathlètes apprécieront au delà d'une phylosophie d'un effort complet, une tension musculaire mieux répartie, en préparation de l'épreuve de course à pied, solicitant exclusivement les jambes. Un autre avantage est la possibilité d'acquéiir une musculature harmonieuse tout en en se promenant ou en effectuant des déplacements réguliers. Cette machine apporte également une roue motrice supplèmentaire. Ceci yrendra loute!sa valeur lorsque le sol devient moins propice à l'adhèrence, notament en tout terrains. Si les bras et les jambes participent ensemble à l'effort de propulsion de cette machine, ils ne sont pas liès mécaniquement de manière rigide. A l'exception des versions de course sur piste, les machines ainsi équipées se voient montées des commandes de changement de vitesses propre à chaque transmissions, et des roues libres permettant d'arrêter brièvement le mouvement des bras ou des jambes pour reprendre l'équilibre au cas ou une irrégularité du support viendrait à la perturber. I1 est bien entendu que les modes de réalisation décrits ci-dessus n'ont été donnés qu'à titre fflustratif, et que de nombreuses modifications et variations pourront y être apportées sans se départir ni du cadre, ni de l'esprit de l'invention. En particulier, on pourra monter l'appareil sur un véhicule aquatique en remplaçant les roues motrices par un système à hélice ou à aubes. on pourra également obtenir un tricycle ou un quadricycle en rajoutant des roues et en modifiant les transmissions et la direction. On pourra obtenir un appareil de musculation en récupérant l'énergie fournie dans un système de freinage approprié. On pourra également réaliser un appareil de production d'énergie an la récupérant dans un dispositif adapté, alternateur ou pompe hydraulique par exemple. Revendications 1. Appareil destine à la yroduction d'énergie par action simultanée ou isolée des bras et des jambes applicables notament à la propulsion d'un vélo à deux roues motrices, caractérisé en ce qu'il comprend essentiellement: - Une selle sur sa,partie supérieure, sur laquelle s'assied le conducteur, - Un cadre (9) maintenant rigide la machine, - Deux arbres moteurs (10 et 11) deslinés à tourner sous l'effet de la force musculaire, en appuit sur des roulements à billes solidaire, un du cadre, l'autre de la potence, - Quatres manivelles d'entrainement (22, 23, 24 et 25) des arbres moteurs en rotation disposées aux extrémités des arbres moteurs. - Deux pédales (26 et 27) montées sur les manivelles de commande, de part et d'autre des extrémités de l'arbre arrière et permettant de faire tourner l'arbre moteur arrière sous l'effet de la pression exercée par les pieds du conducteur, - Deux poignées (28 et 29) montées sur les manivelles de commande de part et d'autre de 1' arbre avant et permettant de faire tourner 1' arbre moteur avant sous l'effet de la pression exercée par les mains du conducteur, - Au moins deux roues motrices, - Un moyen de recueillir l'énergie développée par les arbres moteurs, - Un ou plusieurs modes de support du buste et des avant bras du conducteur, - Un ou plusieurs dispositifs permettant de redonner aux mains de l'utilisateur, la position qu'elles auraient sur le guidon d'un vélo classique, - Des dispositifs de changement de vitesses et leurs commandes. 2. Appareil selon la revendication I, caractérisé en ce que la colonne de direction est maintenue solidaire du boitier de l'arbre moteur avant (11) par un tube (59) formant une potence. 3. Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce que le hauban droit (6 et 7) de la fourche (4) est cintré de manière à laisser passer la chaine (17) d'enúainesIletlt dt la roue avant (3), jusqu'aux plus petits des pignons circulaires (15). 4. Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce que le buste de l'utilisateur vient reposer sur une surface matelassée (66) recouvrant un plateau (65) fixé à un tube secondaire (64b) dont le réglage en hauteur est réalisé en le faisant coulisser, après désserage du dispositif de verouillage (67), dans un tube principal (64a) fixé au cadre (9). 5. Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce que les manivelles avant (24 et 25) sont équipées chacune. a leur extrémitée, opposée à l'arbre moteur avant (11), de poignées (28 et 29) permettant d'exercer quarres fonctions, à savoir, la tenue des poignées (28 et 29), la réception de l'effort des membres supérieurs de l'utilisateur, l'action sur l'orientation de la roue de direction (3), le support des commandes d'accessoires, par exemple les poignées de freins (30),et les commandes de dérailleurs (32 et 34). 6. Appareil selon la revendication 5, caractérisé en ce qu'à chaque manivelle avant (24 et 25) est fixé un axe (6) évasé à sa base (72), autour duquel peut tourner la poignée (P) proprement dite, grace à deux roulements à billes (70 et 71) retenus par les évasements (72) de la base de t'axe (69), (73 et 74) de la poignée (P) et de la rondelle (75). Un système de vérouillage (76) mailltenant l'ensemble solidaire. 7. Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce que des commandes sont regroupées sur des supports fixés à chaque poignée (28 et 29). Parmi ces commandes peuvent se trouver les commandes indicielles (32 et 34) des dérailleurs (18,19, 20 et 21). 8, Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce que le mouvement moteur des poignées (28 et 29) peut être bloqué par un dispositif de verouillage. 9. Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce que les manivelles avant (24 et 25) dont l'une d'entre elles est équipée d'une protubérance (60) la prolongeant au delà de l'arbre moteur avant (11), sont saisies par les mains de l'utilisateur, lorsque la fonction motrice n'est plus recherchée sur l'arbre avant (11), et se voient affectée la fonction d'action sur la roue de direction. 10. Appareil selon la revendication 1, caractérisée en ce que lorsque le mouvement moteur des poignées (28 et 29) est bloqué, un dispositif permet de redonner aux mains, la position qu'elles ont sur un guidon classique ou de tout terrains.