Brevet FR2737879A1 — publié le 19970221

PERLIER POUR BICYCLETTE COMPORTANT DES BRAS tE LONGUEUR VARIABLE La pressente invention a pour objet un pédalier pour bicyclette comportant des bras de longueur variable et une bicyclette équipée d'un tel pédalier. Le secteur technique de l'invention est le domaine de la fabrication de bicyclettes. On connaît déjà par la demande de brevet FR 2.689.592 (VAIAT Eric) un pédalier pour bicyclettes, dont les manivelles sont extensibles en mouvement, permettant de réduire l'effort à produire sur les pédales pour l'entraînement de la bicyclette. Les bras du pédalier décrit dans oe document comportent chacun une partie fixe ou bras fixe. fixée à une extrémité d'un arbre d'entraînement du plateau qui est mobile en rotation selon un axe horizontal. chaque bras comporte une partie mobile ou bras mobile en translation radiale par rapport à ladite partie fixe et recevant une pédale montée libre en rotation selon un axe parallèle à l'axe de rotation de l'arbre du pédalier. normalement sensiblement horizontal. par rapport à l'extrémité libre de ladite partie mobile. Ledit pédalier comporte en outre une came ou excentrique en forme de disque épais, fixée au boîtier du pédalier et/ou au cadre d'une bicyclette équipée du pédalier, sur la tranche de laquelle peuvent rouler deux galets montes libres en rotation, selon des axes respectifs parallèles à l'axe de rotation de l'arbre du pédalier. normalement sensiblement horizontaux ou parallèles entre eux. par rapport à ladite partie mobile du bras ou manivelle. L'objectif de la présente invention est d'améliorer les pédaliers décrits dans oe document. L'objectif de la présente invention consiste plus particulièrement à permettre de réduire encore l'effort à produire sur les pédales pour l'entraînement de la bicyclette. Conformément à l'invention. dans un plan vertical, c'est-à-dire perpendiculaire à l'axe de rotation de l'arbre du pédalier. un premier axe (23) tournant avec lesdits bras ou manivelles, passant par la trace dans ledit plan vertical des axes respectifs de rotation desdits galets (et passant sensiblement par la trace dudit axe de rotation dudit arbre du palier). fait un premier angle (26) positif. par référence au sens de rotation des bras ou manivelles. avec l'axe (7) longitudinal (qui est radial par référence à l'axe de rotation de l'arbre du pédalier) selon lequel s'étend ledit bras ou manivelle. En d'autres termes, dans un plan perpendiculaire à l'axe de rotation de l'arbre du pédalier, un premier axe (23) tournant de manière homocinétique avec les bras ou manivelles, passant par les traces des axes respectifs de rotation des galets, fait un premier angle (26) positif (par référence au sens de rotation des manivelles), avec un axe tournant de manière homocinétique avec la manivelle et passant par la trace de l'axe de rotation de l'arbre et par la trace de l'axe de rotation de la pédale. En d'autres termes, la trace dans un plan vertical d'un plan tournant contenant les axes de rotation des galets. est inclinée d'un premier angle (26) positif par rapport à un plan tournant contenant l'axe de rotation de l'arbre du pédalier et l'axe de rotation de la pédale (montée à l'extrémité de la partie mobile de la manivelle). Selon un mode préférentiel de réalisation, ledit premier angle séparant le premier axe tournant avec le bras et passant par la trace des axes de rotation des galets et l'axe longitudinal tournant du bras ou manivelle. est supérieur ou égal à un deuxième angle (27) positif (par référenoe au sens de rotation) ou nul, d'inclinaison entre un deuxième axe ((25) fixe) passant par la trace de l'axe de rotation de l'arbre (dans un plan perpendiculaire à celui-ci) et l'apogée du profil périphérique (ou de la tranche, dans un plan vertical) de la carne, et la verticale (ou en d'autres termes la position angulaire au point mort haut de l'axe longitudinal de la manivelle). En d'autres termes, lorsque la manivelle est au point mort haut, l'un des deux galets portés par la manivelle, prenant appui dans une partie supérieure de la came. a dépassé l'apogée de la came. Selon des modes préférentiels de réalisation - ledit premier angle (26) a une valeur comprise entre 5 et 90 degrés, et ledit deuxième angle (27) a une valeur comprise entre 0 et 35 degrés. de préférence entre 5 et 30 degrés - des moyens de guidage en translation de la partie mobile de la manivelle par rapport à la partie fixe de la manivelle. sont constitués par des cages à aiguilles - la partie mobile de la manivelle est essentiellement symétrique par rapport à un plan longitudinal médian (47) - la partie mobile de la manivelle est essentiellement constituée par deux éléments allongés tourbés (ou ooudés) à l'une au moins de leurs extrémités et assemblés par des faces planes situées auxdites extrémités - la partie mobile de la manivelle comporte des cales pelables insérées entre lesdites faces d'appui et aptes à permettre un réglage du parallélisme des faces de guidage en oeulissement de l'élément mobile par rapport à l'élément fixe de la manivelle - ledit bras fixe est essentiellement constitué par un élément allongé cylindrique, dont la section transversale comporte au moins quatre cotés correspondant à quatre faces planes parallèles deux à deux et définissant deux V .. disposés tête bêche, dont les arêtes externes sont protubérantes latéralement et parallèlement à l'axe longitudinal de la manivelle et permettent de coopérer avec des faces planes parallèles deux à deux prévues sur les parties internes des éléments allongés de la partie mobile de la manivelle - lesdites faces en forme de .. V " permettant le coulissement et le guidage en translation de ladite partie mobile de manivelle par rapport à ladite partie fixe de manivelle, font un angle compris entre 75 et 1200, par exemple voisin de 90" - le plateau est fixé à la partie mobile de la manivelle et est de forme ovale telle que le point, qui est tangent au profil externe du plateau en son sommet, soit fixe, afin que le brin supérieur tendu de la chaîne s'étende selon une direction (ou un axe) fixe lors de la rotation et du déplacement en translation du plateau - l'axe de rotation de la pédale est décalé de l'axe longitudinal de la manivelle, d'un angle compris entre O et 30 Le résultat de la présente invention consiste également à procurer une bicyclette équipée d'un pédalier selon l'invention. Les pédaliers selon l'invention permettent, du fait de la variation de la longueur de la manivelle lors d'un tour de rotation de cette manivelle (selon l'axe de l'arbre du pédalier), une variation de longueur, par exemple de 175 à 200 millimètres, dans tous les cas généralement comprise entre 150 et 220 millimètres. Grgce au décalage angulaire entre le point mort haut et l'axe passant par les galets, on peut réduire l'effort à produire sur les pédales, lorsque la manivelle est au voisinage de cette position angulaire. De plus, grâce au fait qu'au voisinage de la position de la manivelle correspondant au point mort haut, le galet supérieur a dépassé le point supérieur ou apogée (dans une vue latérale) du profil de la came (qui est montée fixe par rapport au boîtier de pédalier), l'effort dans cette zone ou plage de position angulaire, est également réduit et permet une utilisation plus confortable du cycle équipé du pédalier selon l'invention. Par ailleurs, la structure de la manivelle selon l'invention, mnportant un élément tournant qui est fixé à l'arbre du pédalier et un élément coulissant par rapport à l'élément tournant qui est situé en avant et en arrière de l'élément tournant fixe. par référence au sens d'avance du cycle, dans une position normale de montage du pédalier sur celui-ci, permet de réaliser une manivelle à longueur variable très légère, d'encombrement réduit et peu coûteuse, Gracie à l'utilisation de cages à aiguilles (ou à rouleaux de très faible diamètre) de préférence coudées en V " et insérées entre des faces de coulissement respectivement prévues sur les parties fixes et mobiles de la manivelle, qui sont également conformes en V ", comme moyens facilitant le coulissement de la partie mobile de la manivelle par rapport à la partie fixe de la manivelle, on peut obtenir un ceulissement à frottements excessivement réduits et une grande raideur mécanique. dont l'encombrement est très faible et le poids très réduit. notamment par rapport au système de douilles à billes décrit dans le brevet sus-référencé. Les nombreux avantages procurés par l'invention seront mieux compris au travers de la description qui se réfère aux dessins annexés qui illustrent sans aucun caractère limitatif des modes préférentiels de réalisation de pédalier selon l'invention. La figure 1 illustre en vue latérale un pédalier selon l'invention. La figure 2 illustre en vue en plan et est sensiblement une vue selon II/II de la figure 1 d'un pédalier selon l'invention. La figure 3 illustre en détail un mode particulier de réalisation des moyens de coulissement de la manivelle de longueur variable. Les figures 4 et 5 illustrent deux variantes de réalisation de la structure de la partie mobile de la manivelle, La figure 6 illustre partiellement en vue latérale. une variante de réalisation de l'invention dans laquelle le plateau est fixé à la partie coulissante d'une manivelle. Comme illustré particulièrement aux figures 1 et 2. l'invention s'applique à un pédalier d'un cycle dont le cadre comporte un élément 1 tubulaire. dont l'extrémité inférieure est fixée au boîtier (repere 29. figure 2) de l'arbre de rotation du pédalier. Le cadre comporte comme représenté figure 1. également de manière connue, un deuxième élément tubulaire 2. incliné vers l'avant, c'est-à-dire à gauche de la figure 1. et dont l'extrémité inférieure est également fixée. soudée par exemple, carme représenté figure 2, audit boîtier 29 de l'arbre 31 du pédalier. Le pédalier entraîne de manière connue un plateau 3 schématiquement représenté par un cercle en traits mixtes, qui entraîne lui-même une chaîne dont les brins 4 sont partiellement représentés sur la figure 1. Le pédalier comporte de manière connue un arbre central (repère 31 de la figure 2) qui s'étend à l'intérieur du boîtier 18, 29 de l'arbre, et qui est monté rotatif à l'intérieur de ce boîtier cylindrique par l intermédiaire de roulements à bille (repère 30 de la figure 2). A chaque extrémité 32 de l'arbre 31 du pédalier est montée une manivelle dont la longueur est variable pour moduler, lorsque 1 'arbre 31 et les manivelles associées effectuent un tour de rotation selon l'axe 5 de l'arbre 31, l'effort à exercer sur les pédales fixées aux extrémités libres des manivelles pour maintenir un couple constant au niveau du plateau 3 entraînant la chaîne 4 Carme déjà décrit dans le brevet français sus-référencé, l'invention s'applique à des systèmes de pédalier dont les manivelles sont à longueur variable, qui utilisent pour ce faire une manivelle en deux parties une partie 14 dite fixe, c'estàdire fixée rigidement à l'extrémité 32 de l'arbre 31 et tournant avec celui-ci, d'une part, et d'autre part un bras ou partie de manivelle 15 mobile, c'est-a-dire coulissant le long de la partie dite fixe repérée 14, selon un axe radial repéré 7, figure 1 à 3, selon lequel s'étendent les bras 14 et 15 ou parties de manivelle, et qui est représenté à la figure 1 dans une position verticale, par opposition à l'axe 6 qui représente un axe horizontal, lesquels axes se coupent sur l axe 5 selon lequel tourne 1 'arbre 31 du pédalier. Axame illustré aux figures 1 et 2. la face interne 35 de deux bras allongés 16 et 17 formant la partie 15 coulissante (ou mobile) de la manivelle, reçoit deux galets 12 et 13 montés rotatifs par rapport auxdites parties allongées 16 et 17 de la manivelle mobile, selon des axes respectifs 19 et 20, par l'intermédiaire d'arbres ou paliers 34 et 33 respectivement, comme illustré figure 2. lesdits galets 12 et 13. comme illustré figure 1. roulent sur la tranche ou surface périphérique 11 d'une came 10 ou excentrique. qui est fixée rigidement sur le palier 29 de l'arbre 31, c'est-àire qui est fixé rigidement par rapport au cadre de la bicyclette, et dont le profil n'est pas cylindrique et est excentré, comme illustre figure 1. par référence à l'axe 5 de rotation de l'arbre du pédalier. Lesdits galets 12 et 13 permettent. du fait de leur contact avec la tranche de la case ou excentrique 10, lors de la rotation d'un tour de la manivelle 14, 15, le coulissement relatif de la partie mobile 15 par rapport à la partie 14 montée fixe par rapport à l'arbre 31, selon le même principe de fonctionnement que décrit dans le brevet français sus-référencé, ce qui provoque la variation ou la modulation, sur un tour de l'arbre 31, de la distance séparant l'axe 5 de rotation de l'arbre 31 et l'axe 43 de rotation de la pédale 8 fixée à l'extrémité libre de la partie mobile 15 de la manivelle. conne représenté figure 1. et ce qui permet ainsi une modulation de l'effort à exercer sur un tour. Conformément à l'invention. les galets 12 et 13 s'étendent selon un premier axe 23 faisant un premier angle 26 avec l'axe 7 longitudinal de la manivelle 14. 15 qui est par exemple compris entre 5 et 45ç. Amme représenté figure 1. l'apogée 24 du profil de la came 10. c'estàdire le point le plus haut de sa face périphérique 11 (dans la vue de la figure 1. c'estàdire une vue transversale dans laquelle le cycle est en position verticale), définit avec la trace (dans le plan de la figure 1) de l'axe 5 de rotation de l'arbre 31. un deuxième axe 25 qui est incliné d'un deuxième angle 27 par rapport audit axe 7 longitudinal de la manivelle 14. 15 . l'angle 27 est inférieur à l'angle 26. afin de permettre. lorsque la manivelle représentée figure 1. est dans la position de cette figure. correspondant au point mort haut. d'assurer que le galet 12 en contact avec la partie supérieure de la tranche 11 de la came 10. est dans cette position. et par référence au sens 28 de rotation de la manivelle et de l'arbre 31. situé audelà de l'apogée 24 par son point de contact avec la surface 11 sur laquelle roule le galet 12 Anme représenté aux figures 4 et 5 particulièrement, la partie mobile 15 de la manivelle est essentiellement constituée par deux éléments 16 et 17 qui sont rectilignes ou sensiblement tubulaires dans leur partie centrale. et recourbés à une extrémité (figure 5) ou à leurs deux extremités respectives 45 et 46 (figure 4). et dotes à leur extrémité supérieure et inférieure de faces d'appui respectives 21 et 22. par lesquelles les éléments 16 et 17 sont placés au contact et assemblés par des vis 44 par exemple. les cales de très faible épalsseur. par exemple du type cales pelables. sont éventuellement insérées entre les faces 21 et 22 d'extrémité des éléments 16 et 17. afin d'assurer le parallélisme de faces 36 et 37 en forme de .. V " comme représenté également aux figures 2 et 3. qui définissent des faces d'appui et de glissement relatif de la manivelle mobile 15. par rapport à la manivelle fixe 14. De préférence. comme représenté aux figures 2 et 3. ce coulissement entre la manivelle fixe 14 (de section hexagonale) et la manivelle mobile 15. est assuré par des cages 40 à aiguilles 39. s'étendant en vue en section transversale selon un angle sensiblement égal à l'angle 41 que font les surfaces 36 entre elles de l'élément 16. de même que pour les faces 37 définissant également un V .. de l'élément 17 de la manivelle mobile. et de meme également que les faces 38. 381, 382 définissant également une forme de V ,. pour les extrémités latérales de la partie fixe 14 de la manivelle. Les aiguilles ou rouleaux 39. qui sont maintenues par les cages 40 coudées. sont en appui par une de leur génératrice sur les faces 36, 37, 38 de roulement et de guidage. et roulent sur celles-ci lors du coulis ment relatif des parties 14 et 15 de chaque manivelle. De cette manière. on obtient un coulissement ayant une grande raideur et un très faible coefficient de frottement, ainsi qu'un ensemble mécanique de manivelle de treks faible encombrement et un très faible poids. Dans le mode de réalisation représenté figure 3. dans le cas notamment où les éléments repérés 14. 16 et 17 de la manivelle sont réalisés dans un alliage métallique de dureté relativement faible, tel que de l'aluminium. les faces ou surfaces de roulement 36. 37. 38 peuvent être revêtues d'un feuillard ou revêtement 42. permettant de faciliter le roulement des aiguilles et le roulissement relatif des parties 14. 15 de manivelle. soit par exemple en diminuant le coefficient de frottement en prévoyant un revêtement anti-friction, soit en augmentant la dureté de la surface de contact avec les aiguilles 39. ou bien les deux à la fois Gomme illustré figure 3. l'angle 41 que font les faces 36. 37 et 38 de coulissement disposées en regard les unes des autres des éléments de manivelle. est de préférence voisin de 90". Comme illustré figure 1. le centre 50 du périmètre de rotation dans le plan de la figure de la trace de l'axe 43. est distinct du centre 5 (trace de l'axe 5) de rotation de l'arbre et de la manivelle. et décalé par exemple horizontalement et en avant. d'une direction (qui a été volontairement exagérée sur la figure 1) correspondant à l'allongement maximum de la manivelle. Par référence à la figure 5. la partie 17 de la manivelle mobile 15 comporte au voisinage de son extrémité (coudez) 46. un alésage cylindrique 53 apte à recevoir le bout d'arbre d'une pédale (non représentée) et qui s'étend selon l'axe 43 de rotation de la pédale. Un axe 55 passant par la trace (dans le plan de la figure 5) de l'axe 43 et par la trace de l'axe 5. fait un angle 54 avec l'axe longitudinal 7 de la manivelle 15. dont la valeur est comprise entre O et moins 30 degrés (l'angle étant orienté en prenant conne axe de référence l'axe 7. et corme sens positif le sens de rotation 28). L'angle 56 entre les axes 25 et 55. correspondant à la conne des angles 27 et 54. est strictement positif. Dans le cas où le plateau 3 est fixé à la manivelle mobile 15. auquel cas son pourtour denté n'est pas circulaire mais de forme ovalisée (voir figure 6) adaptée à la forme de la case, des languettes 51 munies de moyens de fixation 52 du plateau sont prévues sur la manivelle mobile, qui permettent la fixation sur celle-ci du plateau 3 muni de languettes 57 (voir figure 6) par l'intermédiaire éventuellement, d'une pièce (couronne) non représentée. Par référence à la figure 6, le repère 60 désigne la trace, dans le plan vertical de la figure. de l'axe 43 de rotation de la pédale. qui est sensiblement circulaire, de centre 50 distinct de la trace de l'axe 5. Le plateau doit être tel que le point 62 de traction des dents 59 sur la chaîne 4 soit toujours sensiblement le même (c'est-à-dire que le point 62 soit fixe dans l'espace). cela afin de ne pas provoquer. du fait du déplacement du plateau avec la partie coulissante, de sur-tension brutale sur la chaîne, car cela pourrait induire un effort supplémentaire (effet de blocage) à faire de la part du cycliste, ou de soustension qui a pour effet de pédaler dans le vide ", et donc de perdre de l'efficacité. La forme ovalisée du plateau est donc telle que le point 62. qui est tangent au profil externe du plateau en son sommet, soit fixe, afin que le brin supérieur tendu de la chaîne 4 s'étende selon une direction (ou un axe) fixe lors de la rotation et du déplacement en translation du plateau. Le décalage de la pédale. des galets et de l'apogée 24 de la came 10, permet de franchir avec une grande facilité les zones 61 de point mort haut et de point mort bas (le fait de décaler le centre de rotation 5 du centre 50. crée plusieurs points morts hauts et points morts bas). Lorsque l'axe 43 est aux alentours des points morts hauts et bas, les galets ont du jeu. Ledit jeu ne se ressent pas en fonctlonnement. Par contre, quand l'axe 43 est dans l'une des deux zones de changement d'appui 48, 58 voisines de l'axe 6 horizontal. les galets ne doivent pas avoir de jeu car c'est à cet endroit que le galet en contact avec la came change. Quand l'axe 43 est situé sur le cercle 60 avant la première zone 58 de changement d'appui. c'est le galet 12 qui est en contact avec la came . par contre. après la zone 58. c'est le galet 13 qui est en contact avec la came. S'il y a du jeu entre les galets et la came. cela provoque à ce moment là un petit bruit ( clic ) désagréable en pédalant. S'il n'y a pas de jeu. le bruit disparaît. Ainsi. au point mort haut. c'est le galet 12 qui roule sur la tranche de la case 10. alors qu'au point mort bas. c'est le galet 13. De même. lorsque l'axe 43 est dans la deuxième zone 48 de changement d'appui. le changement de galet en contact, se fait de 13 à 12. ici sans incidence sur le bruit ou le jeu car le cycliste ne produit pratiquement pas d'effort sur les pédales. RMNDICATILS 1. Pédalier comportant deux bras ou manivelles de longueur variable. - dans lequel chaque bras comporte une partie fixe (14) fixée à une extrémité (32) d'un arbre (31) d'entraînement du plateau (3) qui est mobile en rotation selon un axe (5) horizontal. et chaque bras comporte une partie (15) mobile en translation radiale par rapport à ladite partie fixe (14) et recevant une pédale (8) montée libre en rotation. - lequel pédalier comporte en outre une came (10) fixée au boîtier du pédalier. sur la tranche (11) de laquelle peuvent rouler deux galets (12. 13) montés libres en rotation selon des axes respectifs (19. 20). parallèles entre eux, par rapport à ladite partie mobile (15) du bras, caractérisé en ce que. dans un plan perpendiculaire à l'axe (5) de rotation de l'arbre du pédalier. un axe (23) tournant avec lesdits bras passant par la trace dans ledit plan des axes (19) et (20) respectifs de rotation desdits galets (12, 13). fait un angle (26) positif avec l'axe longitudinal (7) selon lequel s'étend ledit bras (14. 15). 2. Pédalier suivant la revendication 1. dans lequel l'angle (26) séparant le premier axe (23) tournant avec le bras (15) et passant par la trace des axes de rotation des galets et l'axe (7) longitudinal tournant du bras. est supérieur à un angle (27) d'inclinaison entre un axe (25) passant par la trace de l'axe (5) et l'apogée (24) du profil périphérique de la came (10). et la verticale. 3, Pédalier suivant l'une quelconque des revendications 1 et 2. dans lequel ledit premier angle (26) a une valeur comprise entre 5 et 90 degrés. 4, Pédalier suivant l'une quelconque des revendications 2 à 3. dans lequel l'angle (27) a une valeur comprise entre 5 et 35 degrés. 5. Pédalier suivant l'une quelconque des revendications 1 à 4. dans lequel des moyens de guidage en translation de la partie mobile (15) de la manivelle par rapport à la partie fixe (14) de la manivelle, sont essentiellement constitués par des cages (40) à aiguilles (39). 6. Pédalier suivant l'une quelconque des revendications 1 à 5. dans lequel la partie mobile (15) de la manivelle est essentiellement constituée par deux éléments allongés (16. 17) courbés à l'une au moins de leurs extrémités (45,46) et assemblés par des faces planes (21. 22) situées auxdites extrémités (45, 46). 7. Pédalier suivant la revendication 6. comportant des cales insérées entre lesdites faces d'appui (21. 22) et aptes à permettre un réglage du parallélisme des faces (36. 37) de guidage en coulissement de l'élément mobile par rapport à l'élément fixe de la manivelle. 8. Pédalier suivant l'une quelconque des revendications 1 à 7. dans lequel ledit bras fixe (14) est essentiellement constitué par un élément allongé cylindrique. dont la section comporte au moins quatre côtés correspondant à des faces planes (38) parallèles deux à deux et définissant deux V v " disposés tête-bêche. dont les arêtes externes sont protubérantes latéralement et parallèlement à l'axe longitudinal de la manivelle et permettent de coopérer avec des faces planes parallèles deux à deux (36. 37) prévues sur les faces internes de la partie mobile (15) de la manivelle. et dans lequel lesdites faces (36. 37, 38) en forme de V " permettant le coulissement et le guidage en translation de ladite partie mobile de manivelle par rapport à ladite partie fixe de manivelle. font un angle (41) compris entre 75 et 1200. par exemple voisin de 90". 9. Pédalier suivant l'une quelconque des revendications 1 à 8. dans lequel le plateau (3) est fixé à la partie mobile (15) de la manivelle et est de forme ovale telle que le point (62). qui est tangent au profil externe du plateau en son sommet. soit fixe. afin que le brin supérieur tendu de la chaîne (4) s'étende selon une direction (ou un axe) fixe lors de la rotation et du déplacement en translation du plateau. 10. Pédalier suivant l'une quelconque des revendications 1 à 9. dans lequel l'axe (43) de rotation de la pédale est décale de l'axe longitudinal (7. 47) de la manivelle. d'un angle (54) compris entre O et 30