Brevet FR2815931A1 — publié le 20020503

La présente invention adaptable aux cycles, notamment aux bicyclettes, et à d'autres moyens de locomotion et appareils à pédales concerne un mécanisme de transmission multiplicateur en aller-retour formé d'une nouvelle combinaison qui permet de recycler une partie de l'énergie entre le pédalier et la roue arrière de façon à limiter le taux de rotation du pédalier et l'effort sur les pédales tout en multipliant la vitesse. Le moyen traditionnel d'augmenter la vitesse des cycles, équipés le plus souvent de transmission à chaîne allant du pédalier avec un ou plusieurs plateaux jusqu'à un ensemble de pignons sur le moyeu de la roue arrière, est d'utiliser différents rapports par des systèmes de changement de vitesse mécaniques ou électromécaniques donnant différents développements qui permettent, notamment aux coureurs, d'atteindre des vitesses de 50km/h à 60km/h. En dehors des coûteux apports d'énergie auxiliaire, soit électrique, soit par moteur à combustion qui sont le plus souvent bruyants et polluants, il est aussi bien connu que de telles vitesses demandent une dépense musculaire importante cause de fatigue et que les moyens mécaniques pour la réduire qui consistent dans l'emmagasinage d'énergie dans des moyens élastiques pour la restituer ensuite, dans l'ergonomie du cadre, celle du pédalier, dans des plateaux ou des engrenages intermédiaires et autres système de boites de vitesses, etc..., ont des effets limités. Adaptable à tout type de cycles, le mécanisme selon l'invention, nouvelle combinaison d'éléments de transmission dans laquelle l'énergie circule en aller-retour , avec à l'aller la puissance de la pression des pieds de l'utilisateur sur les pédales pour mettre en rotation la roue arrière et au retour la vitesse acquise par la roue arrière pour diminuer la pression nécessaire sur les pédales, présente l'avantage, du fait du retour au pédalier d'une partie importante de l'énergie de départ, de demander beaucoup moins d'efforts musculaires, d'autant moins que, selon les rapports de ses engrenages multiplicateurs, le nombre de tours de pédales à exécuter pour parvenir à des vitesses similaires est beaucoup plus faible que dans les seules transmissions traditionnelles ; et la vitesse d'un cycle équipé de cette nouvelle transmission peut, suivant la volonté de l'utilisateur qui en contrôle l'accélération continuelle, dépasser largement ou multiplier les vitesses courantes jusqu'à approcher celles des motos, sans fatigue excessive, sans bruit, sans carburant, donc sans pollution. Ce mécanisme de transmission en aller-retour combine, du pédalier au moyeu arrière, une succession d'éléments de transmission par engrenage, associée à la transmission à chaîne traditionnelle (plateaux-chaîne-pignons) et renforcée par des roues ou couronnes dentées complémentaires pour faciliter le démarrage et/ou multiplier la vitesse. Entraîné lorsque le pédalage se fait dans le sens de l'avancement et libre dans l'autre sens, le premier élément de la succession d'éléments de transmission par engrenage est constitué d'une roue dentée associée à l'axe du pédalier, sur lequel sont fixées les manivelles avec leurs pédales, par une roue libre de type à sens unique montée souvent sur une zone de diamètre élargi. Il s'engrène avec une suite d'éléments de transmission intermédiaires qui sont des engrenages multiplicateurs (dont le nombre, le plus souvent 3 ou 5, est modifiable) constitués de deux ou plusieurs roues dentées concentriques de diamètres différents qui s'engrènent roue dentée de l'un avec pignon de l'autre dans des rapports de multiplication voulus et montés sur roulement à billes ou à aiguilles sur des axes fixés dans un châssis ou boîtier solidaire du cadre de la bicyclette ou de l'appareil. Le dernier élément consiste en une roue dentée fixe, fixée sur le moyeu de la roue arrière. Pour faciliter le démarrage, cette transmission par engrenage est le plus souvent couplée, en parallèle et d'une manière non solidaire, avec un entraînement par chaîne traditionnel allant du pédalier, sur les manivelles ou l'axe duquel sont fixés un ou plusieurs plateaux dentés, au moyeu de la roue arrière avec son ou ses pignons sur roue libre correspondants. Constituant de nouvelles combinaisons pour renforcer la rotation des éléments intermédiaires de transmission par engrenage, des roues et/ou couronnes dentées complémentaires à simple ou double denture, axées sur le pédalier et/ou sur le moyeu de la roue arrière, peuvent être ajoutées et s'engrener sur des roues dentées, non solidaires des autres roues dentées de l'élément correspondant, montées avec une roue libre à sens unique sur un épaulement des dits éléments intermédiaires qui peuvent tous être concernés par cette disposition dès lors qu'ils coopèrent dans le sens de l'avancement de la bicyclette ou de l'appareil et restent neutres lorsque l'utilisateur cesse d'appuyer sur les pédales. Ainsi, comme exemple de nouvelles combinaisons axées sur le pédalier : - Une roue dentée complémentaire solidaire et fixée à la roue dentée constituant le premier élément de la transmission par engrenage peut s'engrener avec une roue dentée axée et montée avec une roue libre à sens unique sur un épaulement du deuxième élément. - Une roue dentée complémentaire solidaire et fixée à l'ensemble axe/manivelle peut s'engrener avec une roue dentée axée et montée avec une roue libre à sens unique sur un épaulement du deuxième élément de la transmission par engrenage. - Une couronne complémentaire, à simple ou double denture, solidaire et fixée à l'ensemble axe/manivelle peut s'engrener avec des roues dentées montées avec roues libres de type à sens unique sur des épaulements des troisième et quatrième éléments (une telle couronne peut permettre de doubler la vitesse de rotation de la chaîne cinématique d'engrenages). Symétriquement, comme exemples de nouvelles combinaisons axées sur le moyeu de la roue arrière : - Une roue dentée complémentaire solidaire et fixée à la roue fixe dentée constituant le dernier élément de la transmission par engrenage peut s'engrener avec une roue dentée axée et montée avec une roue libre de type à sens unique sur un épaulement de l'avantdernier élément. - Une roue dentée complémentaire solidaire et fixée à la roue dentée sur roue libre portant la chaîne peut s'engrener avec une roue dentée axée et montée avec une roue libre de type à sens unique sur un épaulement de l'avant-dernier élément de la transmission par engrenage. - Une couronne complémentaire, à simple ou double denture, solidaire et fixée à la roue dentée sur roue libre portant la chaîne peut s'engrener avec des roues dentées montées avec roues libres de type à sens unique sur des épaulements des sixième et/ou cinquième éléments de la transmission par engrenage (une telle couronne facilite le mouvement d'autant que la roue dentée recevant la chaîne sur le moyeu arrière est de plus grand diamètre). Pour préciser le fonctionnement de l'ensemble de ces nouvelles combinaisons, lorsque l'utilisateur fait pression sur les pédales dans le sens de l'avancement, simultanément : à l'aller, d'une part cette puissance actionne la succession d'éléments de la transmission par engrenage à partir du premier élément qui actionne la série d'éléments multiplicateurs intermédiaires jusqu'au dernier élément, l'engrenage fixe, fixé sur le moyeu de la roue arrière, et d'autre part, actionne le plateau denté du pédalier, qui, par la chaîne, actionne la roue dentée sur roue libre correspondante sur le moyeu de la roue arrière, et par l'action de roues dentées et/ou couronnes complémentaires, renforce la mise en mouvement des éléments intermédiaires ; sous l'effet moteur de cette transmission mécanique combinée, la roue arrière se met en mouvement, et, en retour, par sa vitesse acquise et son effet de levier, la puissance parcourt la succession d'éléments d'engrenage multiplicateurs en sens inverse, libère le premier élément d'engrenage par l'effet de sa roue libre sur l'axe du pédalier, soulage d'autant la pression nécessaire sur les pédales et facilite leur deuxième tour... et ainsi de suite, la pression continue sur les pédales dans le sens de l'avancement crée une chaîne cinématique aller-retour dans laquelle le recyclage de l'énergie rend les tours suivants de plus en plus faciles... et l'accroissement de la vitesse peut continuer selon la volonté de l'utilisateur. Suivant la combinaison adoptée, une bicyclette équipée de la transmission mécanique objet de l'invention pouvant atteindre et dépasser largement les lOOkm/heure, toute disposition sera prise, outre l'équipement personnel de l'utilisateur, pour assurer la sécurité, notamment en adaptant les roues, le cadre, avec des renforts et des amortisseurs, et le système de freinage, de façon à ce qu'ils soient appropriés pour de telles vitesses. Selon les contraintes, les performances demandées et la taille des appareils de locomotion qui l'utilisent, cette transmission mécanique combinée en aller-retour est modifiable, notamment sur les points suivants : - Eléments de transmission : Selon la distance du pédalier à la roue arrière et les rapports choisis, leur nombre, leurs dimensions, le nombre de roues dentées concentriques sur un même élément, leur diamètre, leur module et leur agencement sont modifiables. Les éléments de transmission intermédiaires peuvent tourner sur des axes fixes ou être fixés sur des axes tournant dans des paliers fixés sur le châssis. Chaque élément peut recevoir sur un épaulement, montées avec une roue libre, une ou plusieurs roues dentées non solidaires des autres roues dentées. - Transmission par chaîne : Le plus souvent, pour faciliter la traction de la chaîne sur la roue arrière, la roue à dent de loup arrière sur roue libre aura un diamètre égal ou supérieur à la roue dentée du pédalier. L'emploi traditionnel de dérailleurs avant et arrière avec plusieurs plateaux sur le pédalier et plusieurs pignons sur roue libre sur le moyeu de la roue arrière est possible. Bien que la transmission par chaîne soit souvent nécessaire au démarrage, il est possible de la supprimer. - Nombre de mécanismes de transmission combinés par appareil de locomotion : Il est possible de disposer la transmission sur un des côtés ou de chaque côté du pédalage, ou d'avoir une transmission centrale avec le pédalage de chaque côté. - Couronnes et roues dentées complémentaires : leur diamètre peut varier suivant le renforcement de puissance recherché et elles pourront être à simple ou double denture. Généralement fixées au plateau à chaîne du pédalier ou au pignon sur roue libre de la roue arrière, elles pourront aussi en être désolidarisées et montées sur roue libre sur l'axe du pédalier avant ou fixée sur le moyeu arrière. Elles pourront aussi être axées sur des éléments intermédiaires. - Le châssis auquel sont liés les axes des éléments intermédiaires de la transmission par engrenages peut être fixé en plusieurs points du cadre du cycle et aussi lié au moyeu de la roue arrière par palier à aiguilles ou à billes et permettre, par un dispositif adapté, la séparation aisé de la roue arrière du reste du cycle. L'ensemble du mécanisme peut recevoir une enveloppe de protection pour l'isoler du milieu extérieur. - Les matériaux utilisés peuvent êtres de différente natures Les dessins annexés, illustrent, sans être limitatif, les élévations de quatre modèles de mécanisme de transmission combiné en aller-retour selon l'invention associant une transmission traditionnelle par chaîne avec une succession de 7 éléments de transmission par engrenages multiplicateurs avec des roues et couronnes dentées complémentaires : - La figure 1 représente une telle combinaison renforcée de deux roues dentées complémentaires : l'une solidaire du premier élément sur l'axe du pédalier et l'autre solidaire de la roue dentée sur roue libre portant la chaîne sur le moyeu de la roue arrière. - La figure 2 représente une telle combinaison renforcée d'une couronne complémentaire à double denture solidaire de la roue dentée sur roue libre de grand diamètre portant la chaîne sur le moyeu de la roue arrière. - La figure 3 représente une telle combinaison renforcée de deux roues dentées complémentaires, l'une solidaire du premier élément d'engrenage sur l'axe du pédalier et l'autre solidaire de la roue dentée sur roue libre portant la chaîne sur le moyeu de la roue arrière, et d'une couronne à double denture de grand diamètre solidaire du pédalier. - La figure 4 représente un modèle d'une telle combinaison associant les couronnes et roues dentées complémentaires des figures précédentes. En référence à ces dessins, et notamment à la figure 1, le mécanisme comprend une succession de 7 éléments de transmission en combinaison allant de (A) à (Z) en passant par (B), ( C), (D), (E), (F). Le premier élément de transmission (A) porte le pédalier constitué des pédales (1) et des manivelles (2) fixées sur son axe (AO) qui entraîne, parallèlement, en tournant dans le sens de l'avancement de la bicyclette, un élément d'engrenage constitué de deux roues dentées solidaires (A2RL-A3RL) et monté sur une roue libre de type à sens unique (3) qui laisse libre la rotation du pédalier dans l'autre sens- (le terme RL ajouté à une référence indique que l'engrenage est monté sur une roue libre de type à sens unique). Le plateau denté (Al) solidaire de l'axe (AO) et de la manivelle (2), transmet directement, par une chaîne (4), la pression appliquée sur les pédales à la roue dentée (ZIRL) monté sur une roue libre de type à sens unique (8) fixée sur le moyeu (7) de la roue arrière (5). Montés sur roulements autour d'axes fixés sur un châssis (6), les éléments de transmission intermédiaires, (B), (C), (D), (E), (F) sont constitués d'engrenages qui s'engrènent roue dentée de l'un avec pignon de l'autre dans un rapport tel que la rotation est multipliée en allant du pédalier vers la roue arrière. Pour plus de précisions, tandis que la roue dentée (A3RL) mène la roue dentée (B3RL) pour renforcer le démarrage, la roue dentée (A2RL) mène le pignon (B2) et multiplie la vitesse de rotation de l'élément de transmission intermédiaire (B), élément d'engrenage multiplicateur constitué des roues dentées concentriques solidaires (B1-B2) et de (B3RL) qui est montée sur une roue libre de type à sens unique sur un épaulement de l'ensemble (BI-B2), dans lequel la roue dentée (Bl) s'engrène avec le pignon (C2) et multiplie la vitesse de rotation de l'élément de transmission intermédiaire (C), élément d'engrenage multiplicateur constitué des roues dentées concentriques solidaires (CI-C2) dans lequel la roue dentée (CI) s'engrène avec le pignon (D2) et multiplie la vitesse de rotation de l'élément de transmission intermédiaire (D), élément d'engrenage multiplicateur constitué des roues dentées concentriques solidaires (DI-D2) dans lequel la roue dentée (Dl) s'engrène avec le pignon (E2) et multiplie la vitesse de rotation de l'élément de transmission intermédiaire (E), élément d'engrenage multiplicateur constitué des roues dentées concentriques solidaires (E1-E2) dans lequel la roue dentée (El) s'engrène avec le pignon (F2) et multiplie la vitesse de rotation de l'élément de transmission intermédiaire (F), élément d'engrenage multiplicateur constitué des roues dentées concentriques solidaires (F1-F2) et de (F3RL) qui est montée sur une roue libre de type à sens unique sur un épaulement de l'ensemble (F1-F2), dans lequel la roue dentée (FI) s'engrène avec la roue dentée (Z2) du dernier élément de transmission (Z) constitué de l'engrenage (Z2) solidaire de la roue arrière (5) et fixée sur son moyeu (7) et parallèlement de la roue dentée (Z3RL), solidaire de la roue dentée (Z1RL) porteuse de la chaîne, qui s'engrène avec la roue dentée (F3RL). Le démontage de la roue arrière est facilité par la disjonction du palier (12) du châssis (6) au niveau d'un dispositif (11). Le châssis (6) est fixé au cadre de la bicyclette du côté pédalier et il peut l'être aussi, sur un des bras de la fourche support de la roue arrière. Lorsque l'utilisateur commence à exercer une pression des pieds sur les pédales (1), la roue arrière (5) est, à l'aller, incitée à tourner, simultanément par la traction de la chaîne (4) sur la roue dentée (Z1RL) montée sur la roue libre (8), par la mise en action de la succession d'éléments d'engrenage multiplicateur intermédiaires entraînés par la roue dentée (A2RL) jusqu'à la roue dentée (Z2), et par l'action de renfort des roue dentée (A3RL) et (Z3RL) ; et lorsque la roue arrière (5) commence à tourner, sa vitesse acquise et l'effet de son levier sur la roue dentée (Z2) actionne, au retour, la succession d'éléments d'engrenage jusqu'à la roue dentée (A2RL), qui, par l'effet de la roue libre (3), libère l'axe (AO), soulage le pédalage, et permet d'augmenter d'autant la vitesse au deuxième tour de pédales... et ainsi de suite dans une chaîne cinématique aller-retour. L'ensemble des éléments d'engrenages et le châssis attenant peuvent être protégés par un habillage ou par un boîtier non illustré. En référence au dessin de la figure 2, les variantes avec la combinaison décrite dans la figure 1 sont les suivantes : Le renfort au démarrage constitué par l'engrènement des roues dentées (A3RL) et (B3RL) a été supprimé ainsi que le pignon (F3RL). Par contre l'élément de transmission (Z) est modifié de façon à faciliter grandement le démarrage par la fixation solidaire sur un plateau (9) monté sur la roue libre (8), d'une roue dentée support de chaîne (Z1RL) de plus grand diamètre et d'une couronne à double denture (Z3RLZ4RL), qui, en s'engrenant sur les roues dentées (D3RL) et (E3RL) montés avec roue libre sur un épaulement des éléments d'engrenage intermédiaires respectivement (D1-D2) et (El-E2), renforcent la cinématique de la transmission, notamment au démarrage En référence au dessin de la figure 3, les variantes avec la combinaison décrite dans la figure 1 sont les suivantes : L'élément de transmission (A) est modifié par la fixation en (10) d'un plateau (13) sur la roue dentée support de chaîne (Al) solidaire d'une couronne complémentaire à double denture (A4-A5), qui, en s'engrenant respectivement sur les roues dentées (C3RL) et (D4RL) montés avec roue libre sur un épaulement des éléments d'engrenage intermédiaires respectivement (C1-C2) et (D1-D2), renforcent la cinématique de la transmission jusqu'à doubler encore la vitesse d'avancement déjà multipliée par rapport aux vitesses courantes. En référence au dessin de la figure 4, cette élévation représente un modèle de transmission qui combine les éléments décrits dans les 3 figures précédentes et associe la puissance d'une couronne complémentaire à double denture (A4-A5) sur le pédalier qui augmente la vitesse à la facilité de démarrage d'une couronne complémentaire à double denture (Z3RL-Z4RL) sur le moyeu de la roue arrière. Particulièrement destiné à l'industrie du cycle, notamment à toutes les tailles et types de bicyclettes à pédales à roues normales ou plus petites, dont il permet, par le renforcement de la vitesse et l'économie de puissance réalisés, une conception d'encombrement réduit et une meilleure adaptation aux zones urbaines, le mécanisme de transmission combinée en aller-retour selon l'invention peut s'adapter aussi à d'autres appareils de locomotion à pédales, notamment des voiturettes et des embarcations à roues à aubes ou à hélices. REVENDICATIONS 1. Transmission mécanique en aller-retour entre le pédalier et la roue arrière d'un cycle (ou le système de locomotion de tout autre appareil à pédales), caractérisée par la combinaison d'une succession d'éléments de transmission par engrenage à partir d'un premier élément-constitué d'une roue dentée (A2RL) montée avec une roue libre de type à sens unique (3) sur l'axe du pédalier (AO), qui, à l'aller, l'entraîne dans sa rotation par la puissance du mouvement des pédales dans le sens de l'avancement-, s'engrenant avec une série (le plus souvent de 3 ou 5) d'éléments de transmission intermédiaires (B, C, D, E...)-éléments d'engrenage multiplicateurs constitués de roues dentées concentriques de diamètres différents tournant sur des axes fixés dans un châssis (6) lié au cadre et engrenés roue dentée de l'un avec pignon de l'autre-, jusqu'à un dernier élément (Z2), engrenage fixe, fixé sur le moyeu (7) de la roue arrière de façon à tourner avec elle. 2. Transmission mécanique en aller-retour entre le pédalier et la roue arrière d'un cycle (ou le système de locomotion de tout autre appareil à pédales selon la revendication 1 caractérisée par un système traditionnel plateau denté/pédalier (Al)-chaîne (4)-pignon arrière (Z1 RL)/roue libre (8) actionné à partir des manivelles des pédales, installé en parallèle. 3. Transmission mécanique en aller-retour entre le pédalier et la roue arrière d'un cycle (ou le système de locomotion de tout autre appareil à pédales) selon la revendication 1 ou 2, caractérisée par une ou plusieurs roues et/ou couronnes dentées complémentaires, à simple ou double denture, axées sur le pédalier, et [comme (A3RL)] solidaire de la roue dentée [ (A2RL)] constituant le premier élément de la transmission par engrenage monté sur roue libre (3) sur l'axe (AO), ou [comme (A4-A5)] fixées au pédalier et solidaires du plateau (13) et/ou de la roue dentée (A1) portant la chaîne (4) ; la ou les dites roues et/ou couronnes dentées complémentaires s'engrenant avec des roues dentées montées avec roue libre de type à sens unique [ (B3RL), (C3RL), (D4RL)] sur un épaulement du ou des éléments d'engrenage multiplicateurs intermédiaires suivants [ (B1-B2), (C1-C2), (D1-D2)]. 4. Transmission mécanique en aller-retour entre le pédalier et la roue arrière d'un cycle (ou le système de locomotion de tout autre appareil à pédales selon la revendication 1 ou 2, caractérisée par une ou plusieurs roues et/ou couronnes dentées complémentaires, à simple ou double denture, axées sur le moyeu de la roue arrière, et solidaire de la roue dentée [ (Z2)] constituant le dernier élément d'engrenage, ou [comme (Z3RL) et (Z4RL)] fixées sur le plateau (9) et/ou la roue dentée [ (Z1 RL)] entraînée par la chaîne (4) qui tourne sur la roue libre (8) ; la ou les dites roues et/ou couronnes dentées complémentaires s'engrenant avec des roues dentées montées avec roue libre de type à sens unique [ (F3RL), (E3RL), (D3RL)] sur un épaulement du ou des éléments d'engrenage multiplicateurs intermédiaires précédents [ (F1-F2), (E1-E2), (D1-D2)]. 5. Voiturettes, embarcations et autres appareils à pédales, caractérisés en ce qu'ils sont équipés d'un ou de plusieurs mécanismes de transmission selon l'une des revendications précédentes.