Brevet FR2794684A1 — publié le 20001215

La présente invention est relative au domaine général des roues d'entraînement chargées de transmettre un couple à partir d'une énergie motrice qui leur est appliquée par tous moyens techniques appropriés pouvant, indifféremment, être du type mécanique, électrique, pneumatique, hydraulique. La présente invention vise, plus particulièrement, les roues de cycles et, parmi celles-ci, les roues de bicyclette à fonction motrice, chargées de transmettre la puissance qui leur est appliquée à partir d'un pédalier ou analogue, par l'intermédiaire d'une transmission, notamment à chaîne, qui engage au moins un pignon. Selon les constructions et/ou les applications spécifiques, le pignon attaqué peut être du type fixe ou du type à roue libre. . Dans le domaine général ci-dessus, il s'est avéré utile de pouvoir apprécier les paramètres du couple transmis, de manière à pouvoir piloter, adapter ou ajuster, l'énergie d'entraînement transmise et transformée en fonction motrice. Un tel besoin se fait notamment sentir depuis peu dans le domaine de la bicyclette, de manière à pouvoir renseigner, par une cellule d'affichage, le cycliste sur les paramètres de l'effort qu'il développe. Or, jusqu'à présent, de la connaissance qu'en a la demanderesse, la technique antérieure n'a pas vu naître de propositions qui soient à même de répondre, de façon satisfaisante, à ce besoin, en mettant en oeuvre des moyens techniques qui respectent les exigences de fiabilité, légèreté et résistance mécanique qui sont naturellement de mise dans le domaine du cycle et, plus particulièrement, de la bicyclette non motorisée. C'est un objet de l'invention que de répondre à ce besoin en proposant un nouveau moyeu de roue motrice qui puisse trouver application pour des roues à moyeu fixe ou à moyeu à roue libre, indifféremment. Un autre objet de l'invention est de proposer un nouveau moyeu qui, dans l'application à un moyeu à roue libre, présente l'avantage supplémentaire de bénéficier d'un coefficient de frottement qui, en phase de transmission de puissance, soit inférieur à celui en phase de roulement en roue libre. II est, en effet, connu qu'un moyeu du type ci-dessus comprend, généralement, un axe tubulaire central équipé d'un système de verrouillage rapide pour assurer la fixation sur la fourche. L'axe tubulaire central porte, par l'intermédiaire de roulements, d'une part, un corps tubulaire extérieur destiné à être lié à la jante de roue par tous les moyens techniques connus et, d'autre part, un mandrin cannelé qui est associé au corps tubulaire extérieur par emboîtement partiel à l'intérieur de ce dernier d'une roue libre chargée de lier ensemble en rotation le mandrin et le corps tubulaire extérieur dans un sens et d'autoriser la rotation libre du corps tubulaire extérieur dans l'autre sens. Les techniques actuelles de montage font, généralement, intervenir deux roulements pour le corps tubulaire et deux ou, plus généralement, trois roulements pour le mandrin cannelé. Au total, quatre à cinq roulements sont ainsi interposés entre le corps tubulaire extérieur et son mandrin et l'axe tubulaire, de sorte que tous les roulements sont sollicités en rotation lors d'une phase de fonctionnement consistant à appliquer la puissance d'entraînement à la roue pour l'intermédiaire du corps tubulaire, lui-même lié par la roue libre au mandrin cannelé. Par contre, il peut être considéré que, dans le cas de rotation inverse, seuls les roulements du corps tubulaire entrent en action. Un tel type de montage aboutit ainsi à un paradoxe fonctionnel qui est celui d'accroître notablement les efforts de frottement par rapport à l'axe central lorsque la puissance de transmission est appliquée, alors que, dans le cas de rotation libre, le coefficient de frottement est réduit. Un tel montage ne va pas dans le sens d'une optimisation fonctionnelle, puisque le cycliste est amené à dépenser plus d'énergie pour vaincre le frottement qui est, lors d'un effort de transmission, plus élevé que lors d'une phase de roulement en roue libre. Le second objet de l'invention est justement de mettre à profit la structure nouvelle préconisée pour disposer, contrairement à l'art antérieur, d'un coefficient de frottement plus faible en phase de transmission de puissance que celui produit lors de la phase de roulement en roue libre. Un autre objet de l'invention est de proposer un nouveau moyeu qui puisse, de surcroît, être réalisé de manière allégée à partir de matériaux aisément usinables de façon précise pour que l'assemblage des différentes pièces constitutives puisse être effectué, soit manuellement, soit de façon automatique en établissant un centrage précis des différentes pièces concentriques fixes et tournantes. Pour atteindre les objectifs ci-dessus, le moyeu pour roue d'entrainement, du type comprenant un axe central portant, par des roulements, d'une part, un corps tubulaire extérieur de liaison avec une roue et, d'autre part, un mandrin pour l'adaptation d'au moins un pignon, est caractérisé en ce que # le mandrin est prolongé par une fusée s'étendant concentriquement à l'intérieur du corps dans lequel elle est centrée par au moins un roulement, dit intermédiaire, # la fusée est, par ailleurs, liée au corps tubulaire par un moyen de blocage angulaire situé à l'extrémité de la fusée opposée au mandrin, de manière à constituer un arbre de torsion, - # et le corps tubulaire et la fusée délimitent un logement annulaire apte à abriter un organe sensible à la torsion. Diverses autres caractéristiques ressortent de la description faite ci- dessous en référence aux dessins annexés qui représentent, à titre d'exemples non limitatifs, des formes de réalisation de l'invention. La fig. 1 est une coupe-élévation du moyeu conforme à l'invention. La fig. 2 est une coupe transversale prise, à échelle différente, sensiblement selon la ligne 11-H de la fig. 1. La fig. 3 est une coupe-élévation partielle, analogue à la fig. 1, mais illustrant une variante de réalisation. La fig. 4 est une coupe-élévation, analogue à la fig. 1, mais correspondant à une variante d'application. La fig. 1 montre un exemple d'application à un moyeu, du type à roue libre, pour une roue de cycle et, plus particulièrement, une roue de bicyclette. Le moyeu, illustré par la fig. 1, comprend un axe tubulaire central 1 qui peut être équipé d'un système de blocage rapide 2 dans l'enfourchement support p de la roue. Ce système est de type connu et ne fait pas partie directement de l'objet de l'invention. L'axe 1 comporte, préférentiellement pour le montage dans l'enfourchement p, deux embouts extrêmes d'enfourchement 3 et 3a qui font saillie en bout de deux parties terminales 4, 4a présentant chacune, â partir d'un épaulement en retrait 5, 5a une portée cylindrique 6, 6a. De préférence, pour des raisons d'allégement, l'axe central 6 est constitué par deux parties terminales 4, 4a qui sont emboitées aux extrémités d'un tube 7 avec lequel elles peuvent être solidarisées par tout moyen approprié. L'axe central 1 est destiné à supporter le moyeu proprement dit qui comprend un corps tubulaire extérieur 10 formant, par exemple, deux flasques 11 et 12 qui sont réservés au montage de rayons de liaison avec une jante de roue, non représentée. Il doit être considéré que le corps tubulaire 10 pourrait être conformé pour être lié à la jante par d'autres moyens qui relèvent de la technique connue. Le moyeu proprement dit comprend, également, un mandrin cannelé 13 qui est réservé à l'adaptation d'une pluralité de pignons P de diamètres différents qui forment, comme cela est généralement dénommé dans la technique, une cassette de pignons de changement de vitesses. Pour des raisons de clarté, ces pignons sont représentés en traits mixtes en demi-partie supérieure de la tig. 1. Il doit être compris qu'ils sont empilés parallèlement les uns aux autres avec des rondelles d'écartement et/ou analogues et qu'ils sont fixés en appui sur une collerette 14 par l'intermédiaire d'un écrou monté sur ou dans l'extrémité du mandrin 13 opposée à la collerette 14. Conformément à l'invention, le mandrin 13 est monté, par l'intermédiaire d'un roulement 15, dit principal et extrême, sur la portée 6 de la partie terminale 4 de l'axe central 1. Un tel roulement 15 est maintenu en appui contre l'épaulement 5 par l'intermédiaire d'une bague entretoise 16 constituant une butée destinée à coopérer avec la face interne de la patte de fourche correspondante p. Dans un exemple de réalisation, le mandrin cannelé 13 est constitué par une pièce indépendante qui est adaptée, notamment par vissage, sur un manchon d'assemblage 17 formé à partir d'une collerette, telle que 14, par une fusée 18. Dans un tel cas, le roulement 15 est alors immobilisé axialement entre l'extrémité du manchon 17 et un épaulement 19 de la pièce indépendante constituant le mandrin 13. La fusée 18 entoure concentriquement l'axe tubulaire 1 et se trouve centrée relativement au corps tubulaire extérieur 10, à l'intérieur duquel elle est engagée, par deux roulements, dits intermédiaires, 20 et 21. Le corps tubulaire extérieur 10 est aussi porté par la partie terminale 4a au moyen d'un roulement principal extrême 22 immobilisé dans un chapeau 23 qui est vissé à l'intérieur du corps 10 à l'opposé du roulement 20. Le roulement 22 est immobilisé axialement sur la portée 6a contre l'épaulement 5a par l'intermédiaire de la bague entretoise 16a. Comme cela apparaît à la fig. 1, la collerette 14 est en partie emboîtée, avec un jeu faible, dans la partie terminale du corps 10 opposée au chapeau 23 et cette collerette assume ainsi une fonction de fermeture et de protection pour le roulement 20. La fusée 18 est liée au corps tubulaire 10 par son extrémité interne opposée au mandrin 13, par un moyen de blocage angulaire qui, selon l'exemple d'application à un moyeu à roue libre, est constitué par un mécanisme de roue libre 30. Le mécanisme de roue libre 30 comprend, par exemple comme montré en rig. 2, une bague 31 montée de façon amovible sur l'extrémité de la fusée 18 et, avantageusement, mise à profit pour délimiter une portée cylindrique 32 de coopération avec le roulement 20. La bague 31 accueille, dans des logements, des cliquets 33 asservis élastiquement pour coopérer avec une bague crantée 34 qui est immobilisée en coïncidence de plan transversal à l'intérieur du corps tubulaire 10. Selon la disposition avantageuse de l'invention, il est à remarquer que la présence de la fusée 18 à l'intérieur du corps tubulaire 10 délimite, avec les roulements intermédiaires 20 et 21, une chambre ou un logement annulaire 40 qui, outre la rigidité et la résistance aux efforts transversaux à l'axe du moyeu qu'elle procure, peut, avantageusement, être mis à profit pour abriter un dispositif de mesure de contrainte, tel que 41. Par l'intermédiaire d'une transmission appropriée, le dispositif 41 peut délivrer un ou plusieurs signaux qui peuvent être traités pour indiquer, sur un afficheur approprié, par exemple, la vitesse instantanée ou moyenne, la puissance instantanée ou moyenne, la distance parcourue, le rythme de pédalage ou toute autre donnée en relation avec l'effort fourni par le cycliste. Le dispositif 41 peut être constitué par tout moyen sensible approprié capable de mesurer la contrainte de torsion imposée à la fusée tubulaire 18 lors de l'application de l'effort sur le mandrin 13. Le capteur 41 est certainement en mesure de fournir une appréciation juste et fidèle, étant donné que la construction et l'assemblage, entre la fusée 18 et le corps 10, par l'intermédiaire de la roue libre 30 et des roulements 20 et 21 aboutit à délimiter une boîte rigide dont l'élément sensible en torsion est constitué par la partie de fusée comprise entre les roulements 20 et 21. II convient, par ailleurs, de noter que le mode constructif adopté permet d'assurer une protection efficace des roulements qui sont protégés, pour le roulement 22, par le chapeau 23, pour le roulement 21 par sa disposition à l'intérieur du corps tubulaire 10, pour le roulement 20, par une même disposition complétée par la présence de la collerette de fusée 14 et, pour le roulement 15, par l'écrou de fixation et d'assemblage de l'empilage de pignons sur le mandrin cannelé 13. Par les moyens décrits ci-dessus, les frottements fonctionnels sont, en outre, réduits par rapport aux moyeux de construction traditionnelle pendant la phase de transmission de puissance. En effet, la puissance est transmise au mandrin cannelé 13 par le pignon P sélectionné et la rotation du mandrin 13 est transmise, par l'intermédiaire de la roue libre 30 incorporée, au corps tubulaire 10 qui transmet sa rotation à la roue. Dans une telle situation, les roulements intermédiaires 20 et 21 ne sont pas sollicités, puisqu'il n'existe aucune rotation relative entre la fusée 18 et le corps tubulaire 10. Il en résulte que la seule rotation à considérer est celle intervenant entre, d'une part, le mandrin 13 et le corps 10 qui forment alors un ensemble unitaire par l'intermédiaire de la roue libre 30 et, d'autre part, l'axe 1, rotation qui s'établit uniquement par l'intermédiaire des deux roulements principaux 15 et 22. Au contraire, lorsque la phase de roulement s'établit dans l'état roue libre, c'est-à-dire lorsque le mandrin cannelé 13 est immobilisé par l'intermédiaire du système de transmission alors que la bicyclette roule, la rotation de la roue est rendue possible par le fonctionnement de la roue libre 30 et entraîne celle du corps tubulaire 10 qui est soumis à rotation sur l'axe 1 par le roulement principal 22 et sur la fusée 18 par les roulements 20 et 21. Il en résulte donc une réduction du frottement dans la phase d'application de l'énergie qui peut ainsi être plus amplement consacrée à l'entraînement de la roue motrice. Un autre avantage de la disposition constructive adoptée réside dans la présence de la fusée 18 s'étendant à l'intérieur du corps tubulaire extérieur 10 par rapport auquel elle est centrée par l'intermédiaire des deux roulements 20 et 21. L'effort d'entraînement sur le mandrin cannelé 13 est donc convenablement transmis, sans application de flexion, soit à la fusée 18, soit au corps tubulaire 10, ce qui réduit les contraintes transversales normalement appliquées aux roulements dans les montages selon la technique de l'art antérieur. La fig. 3 montre une variante de réalisation selon laquelle le mandrin cannelé 13 fait partie intégrante de la fusée en s'étendant solidairement, à partir de la collerette 14, à l'opposé de ladite fusée. Dans un tel exemple, la face périphérique interne du prolongement de fusée, constituant le mandrin cannelé 13, possède un épaulement 45 contre lequel le roulement 15 est maintenu par l'intermédiaire d'un jonc d'arrêt, tel que 46. La fig. 4 montre une variante de réalisation concernant un moyeu du type à pignon fixe. Un tel moyeu selon l'invention comprend, l'axe central 1, les parties terminales 4, 4a, les bagues entretoises 16, 16a, la fusée 18, le corps tubulaire extérieur 10, le mandrin 13, les roulements 15, 20 et 22, toutes ces pièces définissant, notamment, le logement annulaire 40. Dans un tel exemple de construction, la liaison entre le corps 10 et la fusée 18 est établie par un moyen de blocage angulaire qui est différent de la roue libre 30 de l'exemple précédent. Selon cette variante, le corps 10 est enfilé et centré sur la fusée 18 par le roulement 20 et se trouve, en outre, immobilisé, à la fois angulairement et axialement sur une portée 50 que délimite la partie de la fusée opposée au mandrin 13. La portée 50 peut être une portée lisse épaulée sur laquelle le corps 10 est vissé et immobilisé par collage. La portée 50 peut aussi être une partie filetée sur laquelle le corps 10 est vissé et immobilisé par collage ou par la mise en place, avant le montage du chapeau 23, d'un contre-écrou, tel que 51. Dans un tel exemple, le fonctionnement en arbre de torsion tubulaire de la fusée 18 résulte de sa liaison fixe, par la portée 50, avec le corps 10 et de sa liaison libre angulairement avec ledit corps par le roulement 20 qui pourrait, pour la même fonction, être remplacé par une bague à aiguilles ou par une portée lisse. Dans cet exemple, le mandrin 13 comporte alors un premier filetage, du type à droite 52, pour le montage d'un pignon fixe et un second filetage 53, du type à gauche, pour le montage d'un écrou de blocage. REVENDICATIONS 1 - Moyeu pour roue d'entrainement, du type comprenant un axe central (1) portant, par des roulements, d'une part, un corps tubulaire extérieur (10) de liaison avec une roue et, d'autre part, un mandrin (13) pour l'adaptation d'au moins un pignon (P), caractérisé en ce que # le mandrin (13) est prolongé par une fusée (18) s'étendant concentriquement à l'intérieur du corps dans lequel elle est centrée par au moins un roulement, dit intermédiaire (20), # la fusée est, par ailleurs, liée au corps tubulaire par un moyen de blocage angulaire (30, 50) situé à l'extrémité de la fusée opposée au mandrin, de manière à constituer un arbre de torsion, # et le corps tubulaire et la fusée délimitent un logement annulaire (40) apte à abriter un organe sensible à la torsion (41). 2 - Moyeu selon la revendication 1, caractérisé en ce que le corps tubulaire extérieur (10) et la fusée (18) sont liés entre eux par un moyen de blocage qui est constitué par une liaison fixe angulairement et axialement. 3 - Moyeu selon la revendication 1, caractérisé en ce que le corps tubulaire extérieur (10) et la fusée (18) sont liés par un moyen de blocage qui est constitué par une roue libre (30) et sont centrés relativement par un second roulement intermédiaire (21) situé à proximité de ladite roue libre. 4 - Moyeu selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le corps tubulaire extérieur (10) et le mandrin (13) sont portés par l'axe central (1) par un premier roulement d'extrémité (15) placé entre ledit mandrin et l'axe et par un second roulement d'extrémité (22) monté dans un chapeau (23) qui est adapté en bout du corps, à l'opposé du mandrin. 5 -Moyeu selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que la fusée et le mandrin sont monobloc. 6 - Moyeu selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que la fusée (18) comporte, â l'opposé du chapeau d'extrémité, un manchon (17) d'assemblage du mandrin (13) qui est constitué par une pièce indépendante. 7 - Moyeu selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que la fusée (18) forme, dans sa zone de raccordement avec le mandrin (13), une collerette (14) fermant l'extrémité ouverte correspondante du corps tubulaire. 8 - Moyeu selon la revendication 1, caractérisé en ce que les roulements d'extrémités (15, 22) coopèrent avec des portées cylindriques (6, 6a) présentées par les parties terminales (4, 4a) de l'axe tubulaire. 9 - Moyeu selon la revendication 8, caractérisé en ce que les portées cylindriques (6, 6a) sont ménagées, sur les parties terminales (4, 4a), à partir d'épaulements (5, 5a) et en direction d'embouts d'enfourchement (3, 3a). 10 - Moyeu selon la revendication 9, caractérisé en ce que les parties terminales (4, 4a) sont constituées par des pièces indépendantes liées par un tube (7) avec lequel elles constituent l'axe tubulaire (1). 11- Roue de bicyclette comportant un moyeu selon l'une des revendications 1 à 10.