Brevet FR2724361A1 — publié le 19960315

BREVET D'INVENTION ----- Pédalier ce surissance pour tout type de velo L'invention ; ocur objet d'augmenter dans des proportions intéressantes la puissance d'un cycliste,ce qui revient à Clre qu'elle consiste à augmenter la vitesse ou bien sour une vitesse équivalente à celle d'un velo traditionnel,de réduire l'effort du cycliste dans des propor,lons très appréciables. On sait qu'une manivelle de vélo adulte ne dépasse en général jamais 17 à 18 cms,pour la bonne raison que pour une personne de taille moyenne c'est la dimension maximum acceptable pour qu'un adulte effectue une enjambée de 35 cms environ (diamètre du cercle d'un tour de manivelle). Il est évident qu'une personne de plus grande taille pourrait supporter des manivelles plus longues,donc pourrait disposer d'une puissance plus grande,mais les pédales toucheraient le sol pour un vélo classique ou alors soit on réhausse l'axe du pédalier,soit on augmente le diamètre des roues ce qui annule tout l'intéret,sauf si le cycliste dispose d'une force inhabituelle,mais il s'agit d'un cas particulier. Il semblerait donc que l'on ai atteint le maximum des possibilités d'un vélo,on s en rend compte d'ailleurs par les tentatives de toutes sortes qui sont essayées sans cesse pour gagner quelques secondes. Par contre,il n'en sera rien si l'on trouve le moyen d'augmenter la force sur les pédales sans en changer l'enjambée (35 cms env.). Le principe fondamental proposé consistera à augmenter considérablement le bras de levier de chaque pédale au moment de la phase d'attaque des jambes phase positive', et à l'inverse de le réduire d'autant lors du retour ie la remontée des jambes (phase négative),ce mouvement ne devant aucunement changer le mouvement circulaire habituel des jambes,cette règle étant imposée au départ du raisonnement mais pouvant être revue comme nous le constaterons plus loin. onc la onase positive d'attaque sera beaucoup plus grande que la phase négative de retour au lieu d'étre d'un rapport ,n sur deux donc égal des pédaliers classiques. .e prlnclpe aura pour avantage d'augmenter la puissance d'attaque des jambes tout en réduisant au minimum la phase retour,phase inutilement pénible puisque négative mais obligatoire. Plusieurs moyens mécaniques dont l'utilisation de biellettes avec manivelles extensibles ont été étudiés pour obtenir ce résultat sans en modifier le principe,celui ci dessous décrit à titre d'exemple qui semble le plus judicieux expose explicitement l'application de ce principe. 11 en donne une image simple. Il est évident qu'à l'exécution ou par la suite,des modifications de détails ou d'autres systèmes peuvent étre apportées pour accroitre la fiabilité sans ne rien changer au principe fondamental qui peut d'ailleurs servir à d'autres usages qu'à des vélos. quelques solutions autres seront citées plus loin à titre d'exemDle. Tous les chiffres qui seront donnés pour indiquer des dimensions,des espaces,des proportions ou autre au cours des descriptions n'auront qu'une valeur indicative pour faciliter la bonne compréhension. Ils seront entre autre à adapter aux dimensions du vélo ou de tout appareil s'il s'agit d'un autre usage-, appare-iÂ- Me levage par exemple. Les forces de friction supplémentaires qui ne manqueront pas d'apparaitre du fait du système lui-même seront largement absorbées par la longueur du bras de levier. La qualité des coulisses,des roulements,des billes seront d'une très grande importance;toutes amméliorations innovations ou adaptations dans ce domaine seront très appréciables. Les dessins présentés dans la demande de brevet n'ont aussi qu'une valeur indicative pour exposer plus facilement le fonctionnement du système,ils sont faits comme si le vélo allait de droite à gauche,c'est à dire que l'avant se trouve à gauche. Toute modification peut y étre apportée dès l'instant ou il n'y à pas altération du principe. La figure 1 de ces dessins est une vue perspective de l'ensemble de l'appareillage sur un vélo.Il est dessiné comme s'il était en verre pour faciliter la compréhension.Il en sera de même pour d'autres figures. La figure 2 montre le moignon(3)d'une manivelle avec ses roulettes(l3).Il pénètre dans un manchon(4)sur lequel est fixé la pédale(15)qui s'éloignera ou se rapprochera de l'arbre(5)du pédalier selon sa position par rapport au rail (7). La figure 3 indique une coupe générale verticale sur tout l'appareillage.Il est indiqué les allongements et raccourcissements des bras de levier (manivelles). La figure 4 et sa légende indique en élévation le fonctionnement et la comparaison entre le circuit traditionnel de 17à18 cms d'une pédale et le nouveau circuit (toujours de 18 cms env.)où il est indiqué quatre positions différentes d'une manivelle de la plus courte à la plus longue. La figure 5 montre: -la chai ne sur son plateau classique qui reste intact sauf qu'il pourra étre plus grand pour augmenter la vitesse. -le moignon(3)de la manivelle en 4 positions avec le tracé de son circuit. -le rail(7)circulaire fixe excentré par rapport au palier. La figure 6 montre le manchon(4)coulissant (a)qui va pénétrer sur la manivelle tronquée(3)avec une vue(b)de l'intérieur qui montre les deux galets(6)qui seront guidés par le rail(7)pour éloigner ou rapprocher de l'arbre moteur,le fourreau(16) qui porte la pédale(15),et une coupe (c) qui montre la pédale qui s'éloigne et se rapproche de l'arbre(5). La figure 7 montre le trajet par glissement de quatres positions de la pédale avec le manchon mis en place sur la manivelle(3). La figure 8 montre quatres exemples de coulisses,la figure 8-1 montre les quatres fois deux roulettes indiquées en élévation sur la figure 7,la 8-2 deux fois deux roulettes la 8-3 comme la précédente en plus large,la 8-4 en coulisses simples,mais très coulissante par films par exemple.D'autres solutions pourraient y étre proposées à titre d'exemple sans ne rien changer au système. La figure 9 indique en coupe la roue inclinée (virage du vélo) avec "la garde au sol" de la pédale (3 cms env.) et le prolongement possible du fourreau(16)pour obtenir une longueur maximum des coulisses donc meilleures. La figure 10 donne à titre d'exemple trois autres solutions qui pourraient apporter des tracés différents du rail dans la recherche d'un meilleur rendement.Il n'est en effet pas démontré que le cercle soit la meilleure solution,nous en reparlerons plus loin. Ainsi qu'on le voit,particulièrement sur la figure 1 le mécanisme répondant au principe de base formulé et proposé se divise en quatre parties. 1- un socle(l)très rigide sorte de tambour ou coquille pleine ou ajourée qui fixe l'appareillage sur le cadre du vélo en trois points A,B,et C.Celui ci est divisé en deux parties: l'une est fixée fermement au cadre;l'autre enserre le cadre et le rend solidaire avec la première partie.Le socle pourrait étre en fonte d'aluminium pour former une coque rigide. 2- deux disques(2) (un de chaque coté pour chaque manivelle) pour recevoir la couronne en acier qui servira de rail(7). 3- deux manivelles tronquées(3)avec coulisses (voir figures 2,5,7) comportant dans cet exemple huit roulettes(13). 4- deux manchons(4) (un pour chaque manivelle) ayant chacun d'un coté(coté rail)deux galets (6)pour s'appuyer sur le rail(7),de l'autre (coté extérieur) la pédale(15) (voir figures 2 et 6). Ces manchons(4)coulisseront sur les moignons(3)des manivelles grace aux huit roulettes(13)citées dans cet exemple où d'autres formules telles que la figure 8 en ennonce soit à roulettes (1,2,et 3) soit par coulisses (4) soit par coulisses sans roulettes en nylon par exemple,ou encore à billes ou bien d'autres formules inutiles à citer ici. C'est donc ces manchons(4)qui permettront d'allonger ou de raccourcir le bras de levier de la manivelle.L'allongement et le raccourcissement étant commandés par le rail circulaire(7)agissant sur les deux galets(6) ressemblant à des roues de Wagon montées sur le fourreau du manchon.Il est à observer que les deux galets sont montés à roulements libres sur deux axes intimes avec une couronne(8)elle même montée à roulement libre sur un petit disque(9)qui sert de differentiel pour que la droite formée par l'axe des deux galets soit toujours perpendiculaire au rail.Les galets comportent des joues pour que ceux ci bien que poussés par un ressort(ll)situé à l'intérieur du petit disque ne touchent jamais le disque(2)support du rail. Les deux disques(2)seront très rigides et fixés sur le socle(l)également très rigide.Chaque disque comporte un trou excentré (17)pour laisser passer l'arbre moteur(5)du pédalier.Ce trou serait décentré d'environ 4 cms vers l'arrière du vélo.Chaque disque(2) serait fait pour recevoir le rail(7)déjà mentionné.Pour l'instant il est disposé en couronne rigoureusement circulaire. Il est évident que seules les forces de friction des coulisses téléscopiques seront à soustraire du gain de puissance obtenue,c'est pourquoi il faudra choisir dans les meilleures solutions des coulisses. Par ailleurs,plus on pourra augmenter le bras de levier dans la phase positive,plus la puissance sera grande. Il peut étre envisagé un système téléscopique non pas qu'à deux éléments (manivelle + manchon) mais à trois éléments et pourquoi pas à quatres deux ou trois manchons encastrés.Cela dépendera de la fiabilité des coulisses. D'ailleurs un autre élément peut aider à abonder dans ce sens.Il n'est en effet pas démontré que ce n'est pas parce qu'une pédale classique est obligée de tourner en rond que ce soit la solution la meilleure.On pourrait au contraire dire tout simplement qu'il n'y avait pas d'autres possibilités jusqu'à présent. Ce système pourra permettre de tout envisager.Un rémouleur ou un potier ne pédalait en effet pas de la même manière! On pourra donc expérimenter toute sorte d'autres circuits tels que proposés dans la figure 10 où trois exemples y sont cités.Tout devient envisageable du fait de la souplesse qu'offre le système. Le cercle parfait est peut étre le meilleur il est en tout cas le résultat inévitable du pédalier classique auquel l'homme s'est bien habitué et ne pouvait pas echapper. Dans la figure 10 le rail de forme 2 est ovale et fait participer la surpuissance maximum pendant environ les 2/3 du parcours ainsi que le rail de forme 4,c'est donc une pression continue du cycliste qui est souhaitable.Peut on,par un mouvement de haut en bas,permettre au cycliste une plus grande hauteur que 35 cms?40 ou 42 par exemple? Ce qui permettra d'augmenter encore le bras de levier! Cela supposerait évidemment de surélever l'axe du pédalier,mais est à envisager. Peut étre la solution de forme 3 sera t'elle préférable pour donner des accoups verticaux brutaux plutot qu'une pression continue sur un parcours plus long? Tout cela sera à essayer et à comparer expérimentalement. Le fonctionnement du système de base est cité à titre d'exemple figure 4 avec sa légende.Il apparait à gauche la phase positive et à droite la phase négative.On voit à droite la phase négative très petite et à gauche la phase positive beaucoup plus importante.Les écarts pourraient éventuellement étre accrus par ce qui vient d'étre exposé sur les éléments téléscopiques. Pour donner des chiffres de comparaison de la solution officiellement proposée,on voit que la pédale à droite (à l'arrière du vélo) n'est qu'à 14 cms de l'axe du pédalier,alors qu'à l'avant à gauche la pédale est à 22 cms,ce qui indique les 4 cms d'écart par rapport à l'axe du pédalier mais aussi les 8 cms d'écart par rapport à la phase négative,ce qui fait en chiffres simples pour un cycliste de 60 Kgs ce qui suit: Pour une même unité de temps,la puissance s'exprime en position (4) de la façon suivante, W= F x L soit: W= 50 Kgs x 0,22 =T3,2wTiogramme metre. au lieu de 60 x 0,17 = 10,02 K/M pour un pédalier traditionnel soit une différence de 3 K/M et en position (1) 60 x 0,14 = 8,4 K/M soit une différence de 4,8 K/M soit une augmentation de puissance de 30% par rapport au traditionnel et de 57% par rapport à la position (1) de la phase négative. Cette dernière comparaison (57%) donne une idée des résultats possibles parmis les trois tracés suggérés du rail.Ces résultats s'ajouterons bien entendu aux propositions d'extensions téléscopiques en trois éléments par exemple.Seuls les essais permettront de déterminer la ou les meilleures combinaisons.En tous les cas les progressions accroiteront aussi vite que pour les planches à voile,mais plus vite que par les recherches faites en aérodynamie (roues pleines par exemple). Pour conclure sur le chapitre gains,on peut noter que si l'on gagne 30% de puissance au minimum,cela ne signifie pas que l'on puisse avoir un gain de vitesse de 30%.En dehors des forces de friction il y à lieu de soustraire aussi la résistance au vent qui fera perdre au moins 10%.Mais il n'est pas à exclure q'avec toutes les amméliorations qui ont été ennoncées on n' arrive pas à passer les vitesses extrèmes de 60 à 80 Km/h et pourquoi pas à 100 l'heure en pointe surtout si on y adjoint le petit moteur electrique que viennent de déposer les japonnais. Par ailleurs,il apparait que ce système ne peut étre appliqué directement sur les cadres des vélos existants,il est évident que pour le confort du cycliste l'avancée de 4 cms de l'axe de rotation va changer d'une part l'aplomb du cycliste par rapport à sa selle et d'autre part l'avancée des pieds par rapport à la roue avant (8 cms). Il conviendra donc,soit de déporter vers l'arrière de 4 cms l'axe du pédalier,ce qui peut poser des problèmes pour la roue arrière sauf si on modifie également la fourche arrière du cadre,soit de reporter la selle en avant de 4 cms,ce qui change l'inclinaison du montant arrière.En même temps il faudra avancer la fourche avant de 4 cms. La solution moyenne serait de reculer légérement l'axe du palier de 2 cms par exemple,d'avancer la selle de 2 cms et d'avancer la roue avant de 6 cms. Enfin le système organise une dissymétrie par rapport au plan du cadre,8cms à droite et 11 à gauche coté plateau,soit un écart de 3 cms donc de chaque coté.Plusieurs solutions peuvent étre envisagées,inutiles de les développer ici. Compte tenu de l'extrème raffinement des chercheurs dans le domaine du cycle,tout peut étre espéré dans le perfectionnement des résultats par le fait de nouvelles ouvertures. Avant d'énoncer la liste des revendications qui seront énoncées,il convient de résumer le principe des éléments ci dessus décrits et de les reprendre par un commentaire précis et plus éxhaussif pour mieux comprendre la portée du système. On à vu que le système permettra d'accroitre la puissance d'un cycliste qui pour une même force obtiendra sur l'arbre du pédalier une puissance plus grande. Il s'agit simplement d'allonger au maximum les manivelles au moment des phases positives grace à un rail excentré et des manivelles extensibles. Le mouvement habituel des jambes du cycliste peut rester rigoureusement semblable au pédalier traditionnel tout en augmentant la puissance. Mais comme il est dit plus haut l'évidence du cercle parfait pour le mouvement des pédales n'est pour l'instant pas prouvé pour un meilleur rendement,le dispositif proposé permettra d'envisager toutes sortes de tracés autres du rail,ainsi le rail circulaire peut etre substitué par des formes telles que l'ovale vertical,l'ovale horizontal ou toutes autres formes plus élaborées,ceci dépendant des possibilités d'accoutumances des cyclistes. Les essais et l'experience définiront le meilleur choix,comme il est dit plus haut,la durée d'action positive sur les 2/3 d'un tour de manivelle est obtenue par les solutions 2 et 4 de la figure 10,par contre la solution 3 oblige le cycliste à donner des accoups à chaque tour de pédales,l'action positive étant plus courte,mais pouvant etre encore plus forte grace aux manivelles téléscopiques à plusieurs éléments. La puissance peut en effet encore etre augmentée si l'on donne la possibilité d'accroitre les rapports d'allongemrnt des manivelles avec plus de deux éléments;ainsi par exemple au moins deux manchons encastrés l'un sur l'autre coulissant sur la manivelle. Cet ensemble téléscopique de trois ou quatre éléments s'adaptera d'autant mieux aux variations d'allongement qu'imposeront toutes les formes de rails autre que circulaires. Cet ensemble téléscopique bénéficiera de toutes les technologies les plus avancées de la miniaturisation des systèmes de coulissage les plus robustes;que ce soit roulements à billes ou glissement par film au nylon par exemple ou huile ou à aiguilles,puisque c'est la que résidera au plus haut niveau le progrès de ce brevet. Il va de soit que bien qu'applicable directement sur la stucture traditionnelle des vélos,des modifications légéres seront necessaires comme vu plus haut. Ce système peut s'appliquer à d'autres usages tels que les élévateurs, ûu tcute autre manivelle. REVENDICATIONS 1) Dispositif ajouté au pédalier sur le cadre modifié d'une bicyclette de type traditionnel destiné à augmenter dans des proportions importantes, la puissance d'un cycliste sur l'arbre du pédalier, caractérisé en ce qu'il comporte un socle (1) ou boîtier rigide qui emboite le pédalier et se fixe au cadre du vélo en trois points A, B et C pour recevoir sur chaque face un disque (2) qui comporte un trou excentré (17) pour laisser passer l'arbre du pédalier (5) et sur la face extérieure un rail circulaire (7) excentré également destiné à commander l'allongement et le raccourcissement de la manivelle constituee d'éléments télescopiques pouvant s'appeler l'un "le manchon" (4) qui coulisse sur l'autre "le moignon1 (3) la manivelle permettant ainsi à la pédale (15) le mouvement circulaire exact de la pédale, d'un pédalier traditionnel mais en accroissant à chaque tour le bras de levier donc la puissance. 2) Dispositif selon la revendication (1) caractérisé en ce que les manivelles à longueur variables se déploient au maximum dans la phase positive sur les 2/3 du parcours pour atteindre une puissance élevée et au contraire se réduisent à 1/3 environ lors de la phase négative réduisant ainsi la perte d'énergie. 3) Dispositif selon la revendication (1) caractérisé en ce que les rails (fig. 10) peuvent avoir des formes telles que : ovales verticaux (2) permettant un pédalage prolongé ; ovales horizontaux pour un pédalage par à-coups (3) et la proposition (4) dont la phase positive est identique à la proposition (2) mais le retour négatif est réduit au plus court. 4) Dispositif selon la revendication 1) caractérisée en ce que plus dè deux éléments avec par exemple au moins deux manchon coulissants encastrés l'un dans l'autre coulissent sur la manivelle formant ainsi un ensemble téléscopique de trois éléments par exemple ou plus. 5) Dispositif selon l'une des quelconques revendications précédentes caractérisé en ce que les deux galets (6) du type roues de wagon qui roulent sur le rail sont montées sur un différentiel constitué par un petit disque (9) à roulement à billes par exemple, préssé par un ressort (11) sur le rail (7) pour tenir un meilleur contact et compenser les défauts. 6) Dispositif selon la revendication 5), caractérisé en ce que la pédale est fixé sur le fourreau (16) du manchon. 7) Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 6 caractérisé en ce qu'il conduit à : un recul de l'arbre du pédalier, une modification du montant vertical de la selle, une avancée de la selle et une avancée de la fourche avant. 8) Dispositif selon la revendication (1) utilisant des biellettes au lieu d'un rail excentré agissant sur les manivelles télescopiques, une extrémité de la biellette étant fixée à environ 4 centimètres en avant du vélo et l'autre extrémité à l'endroit et à la place du différentiel des galets (6) fixés sur le manchon (4). 9) Dispositif selon la revendication (1) caractérisé en ce que le bras du levier qui s'allonge à chaque phase positive de l'effort, peut s'appliquer à bien d'autres domaines notamment à des élévateurs manuels ou des manivelles d'handicapés.