Brevet FR2855099A1 — publié le 20041126

Moyeu central d'une roue de vélo et roue de vélo équipée d'un tel moyeu L'invention concerne le moyeu central d'une roue de vélo. Elle concerne également une roue de vélo équipée d'un tel moyeu. De façon connue une roue de vélo présente un moyeu central qui permet la liaison entre la roue et le cadre du vélo. Ces derniers temps, on a recherché à diminuer le poids de la roue pour un gain de poids et un meilleur comportement en inertie de la roue. Ainsi la demande de brevet EP 1 084 868 enseigne que l'on peut diminuer l'épaisseur du 10 pont inférieur de la jante entre deux zones consécutives d'accrochage de rayon pour diminuer le poids de la jante sans affecter de façon significative la rigidité et la résistance de la roue. De même les demandes de brevet EP 1 231 077 et EP 1 231 047 décrivent un procédé respectivement pour réaliser une jante et un corps de moyeu en carbone. Une structure composite en carbone est en effet plus légère qu'une structure métallique, le 15 carbone ayant une densité inférieure à l'aluminium par exemple et un module de compression supérieur. Toutefois avec un élément en carbone on ne peut pas réaliser des usinages tels qu'un filetage ou un taraudage. La demande de brevet EP 1 110 754 décrit un moyeu ayant trois éléments, deux flasques latérales et une portion centrale. Ces trois éléments peuvent être réalisés dans des matières 20 différentes. En particulier on peut en déduire que la portion centrale peut être réalisée dans un matériau plus léger que les flasques latérales dans le but de gagner du poids. Un but de l'invention est de proposer un moyeu dont le poids est encore diminué par rapport aux moyeux existants. A cet effet le moyeu selon l'invention comprend un corps de moyeu monté rotatif sur un 25 arbre central creux par l'intermédiaire de roulements montés sur l'arbre et logés dans le corps de moyeu, l'arbre ayant à chacune de ses extrémités une tétine épaulée prévue pour être engagée dans les pattes de retenue d'une fourche de vélo, l'arbre étant prévu pour être traversé de part en part par un axe de blocage rapide. Il est caractérisé par le fait que l'arbre comprend trois parties distinctes, deux embouts 30 d'extrémité, et une portion centrale, la portion centrale étant réalisée en un matériau à plus faible densité que les embouts, les embouts étant emmanchés à chaque extrémité de la portion centrale, les embouts ayant des surfaces de portée pour les roulements. La roue est caractérisée par le fait qu'elle comprend un tel moyeu. L'invention sera mieux comprise en se référant à la description cidessous et aux dessins 35 en annexe qui lui sont rattachés. La figure 1 représente en vue éclatée les différents éléments du moyeu selon un mode d'exécution non limitatif de l'invention. La figure 2 montre le moyeu de la figure 1 en section par un plan longitudinal. La figure 3 montre en coupe un moyeu arrière mettant en oeuvre l'invention. La figure 4 est relative à une variante de réalisation. Les figures 1 et 2 montrent un moyeu pour une roue avant comprenant un corps de moyeu 2. Le corps de moyeu est un élément creux de révolution autour d'un axe schématisé par sa trace 1. Selon le mode de réalisation illustré le corps de moyeu 2 est en trois parties, deux flasques latérales 3 et 4 prévues pour l'accrochage des deux nappes de rayons et un élément d'entretoise central 5. Les deux flasques 3 et 4 ont des logements d'accrochage de rayon conformes à ce qui est décrit dans la demande de brevet EP 1 110 754. L'élément d'entretoise central 5 a une forme de diabolo. Avantageusement les trois éléments sont en des matières différentes, notamment les deux flasques 3 et 4 sont en alliage d'aluminium, par exemple un alliage 6082, et l'élément d'entretoise 5 est en matériau composite à base de fibres de carbone ou d'aramide. Les trois éléments sont assemblés par tout moyen approprié, par exemple par emmanchement de zones coopérantes et par collage. La construction du corps de moyeu n'est pas limitative, notamment on pourrait avoir des bulbes à la place des flasques, comme cela est décrit par exemple dans la demande de brevet FR 2 739 059 ou encore des renflements avec des créneaux comme cela est décrit dans le document FR 2 767 285, mode de réalisation de la figure 4. Le corps de moyeu 2 est monté sur un arbre 8 par l'intermédiaire de deux roulements 9 et 20 10 qui sont situés vers chacune de ses extrémités. Selon le mode de réalisation illustré, les roulements sont du type roulement à bille et à deux cages annulaires. La cage externe des roulements est logée dans un logement aménagé dans les flasques, respectivement 11 et 12. Elles sont calées dans ce logement par un épaulement, respectivement 13, 14. Selon une caractéristique de l'invention, l'arbre qui porte les roulements et le corps de moyeu est en plusieurs portions. Globalement il comprend une portion centrale 16 et deux embouts d'extrémité 17 et 18. Les roulements 9 et 10 sont montés sur des surfaces cylindriques de portée 21 et 22 des embouts 17 et 18. Les deux surfaces de portée 21 et 22 sont usinées à la cote du diamètre des 30 cages internes des roulements 9 et 10 pour un montage sans jeu. Les deux embouts sont reliés par la portion centrale 16 qui fait office d'entretoise. Ils sont réalisés en métal, par exemple un alliage d'aluminium, de magnésium ou de titane. La portion centrale est en une matière présentant une densité inférieure à celle des embouts, et de préférence un module de compression supérieur à celui des embouts. Avantageusement la portion centrale 16 est réalisée en fibres de carbone noyées dans une matrice de résine par exemple une résine thermodurcissable, par exemple une résine polyester ou époxy. Avec ce type de matériau on peut atteindre une densité de 1,55, celle de l'aluminium étant de 2,7, et un module de compression de l'ordre de 110 GPa (Giga pascals), celui de l'aluminium étant de l'ordre de 70 GPa. On peut atteindre une résistance à la compression supérieure à 1800 MPa (Méga pascals) alors qu'elle est de l'ordre de 300 à 600 MPa pour l'aluminium. On comprend dans ces conditions que la portion centrale 16 est plus légère qu'un élément en aluminium, et qu'elle est particulièrement adaptée pour résister à la compression qui est 5 induite par l'axe de blocage de la roue. Cette compression peut atteindre une force de 10.000 Newtons. Cependant un des gros défauts de ce type de matériau comparativement aux alliages métalliques est leur faible résistance au cisaillement (5 à 10 fois inférieur / Alu Std), c'est pour cela que les roulements sont montés sur les deux embouts métalliques 17 et 18 qui ont une meilleure résistance au cisaillement. Selon le mode de réalisation illustré, la portion centrale est un tube cylindrique de révolution de 9 millimètres de diamètre externe et une épaisseur de paroi de 1,5 millimètres. Pour réaliser la portion centrale 16 on part d'un tube en fibres de carbone qui est réalisé par une technique de pultrusion qui permet d'obtenir d'excellentes propriétés mécaniques pour un coût modique. De préférence le taux de fibres de carbone est égal ou supérieur à 65%. Le tube est rectifié en diamètre sur toute sa longueur puis il est découpé à la longueur de la portion 16 et chanfreiné à ses extrémités. Les embouts 17 et 18 sont prévus pour être emmanchés aux extrémités de la portion 16. A cet effet ils présentent chacun un logement épaulé 19, 20 dont le diamètre est égal au diamètre externe de la portion 16. L'assemblage entre la portion 16 et les embouts 17 et 18 20 après emmanchement est réalisé par tout moyen approprié, notamment avec de la colle. Toutefois, on préfère la solution qui consiste à respecter des tolérances de diamètre étroites et précises pour la portion 16 et les logements, afin de réaliser un emmanchement à force des embouts sur les extrémités de la portion 16. Pour délimiter la portée 21, l'embout 17 est usiné avec une collerette radiale 23 qui est 25 prévue pour venir en appui contre la cage interne du roulement qui est prolongée par une lèvre en retrait pour protéger le roulement. A son extrémité l'embout 17 a une tétine 25 épaulée qui est prévue pour s'engager dans la patte d'accrochage d'une fourche. La tétine 25 est percée selon l'axe 1 pour permettre le passage de l'axe de blocage de roue. L'autre embout 18 a une portion filetée 26 adjacente à la portée 22 puis une tétine 28 adaptée à l'autre patte d'accrochage de la fourche. La tétine 28 est percée pour le passage de l'axe de blocage rapide, de préférence elle présente une empreinte, par exemple une empreinte hexagonale pour l'engagement d'un outil permettant l'immobilisation de l'arbre en rotation. La portion filetée a un diamètre en sommet de filet qui est légèrement inférieur au 35 diamètre de la portée pour permettre le passage du roulement 9 lors du montage du moyeu. Un écrou 30 est prévu pour être vissé sur la portion filetée 26. L'écrou a une collerette 32 qui est prévue pour venir en appui contre la cage interne du roulement et qui est prolongée par une lèvre de masquage du roulement. Dans ces conditions l'écrou 30 permet par son vissage d'ajuster la contrainte axiale qui s'exerce sur les roulements. De préférence l'écrou 30 est freiné par tout moyen approprié pour éviter un desserrage accidentel. Dans le cas d'un emmanchement à force des embouts, les tolérances sont déterminées pour que l'arbre puisse encaisser la réaction à cette contrainte axiale sans glissement d'un embout. Sur l'extérieur l'écrou a un disque 33 avec une empreinte d'accrochage pour un outil de serrage, par exemple une série de trous répartis autour de l'axe. Enfin l'arbre comprend une bague 34 qui est engagée à l'extrémité de l'embout 18 et qui prend appui contre un épaulement de l'arbre situé à la base de la portion filetée 26. La tétine 28 10 fait saillie par rapport à cette bague qui fournit une surface d'appui 36 pour l'autre patte d'accrochage de la fourche. La figure 3 montre en section un moyeu arrière. La construction de ce moyeu est connue pour l'essentiel d'après la demande de brevet FR 2 724 431 et ne sera pas décrite en détails. Globalement, le moyeu comprend un corps de moyeu 42 avec deux flaques 43 et 44 pour 15 l'accrochage des rayons. Sur un côté, le corps de moyeu est prolongé par un fût 45 sur lequel un corps de roue libre 46 est monté en rotation, avec un mécanisme de roue libre intermédiaire. Le corps de roue libre est prévu pour recevoir les pignons. L'ensemble est porté par un arbre central par l'intermédiaire de roulements à bagues annulaires 50, 51 et 52. Les roulements sont portés par un arbre central 53. L'arbre est creux pour le passage de l'axe de blocage de roue. Conformément à la présente invention, l'arbre 53 est en trois parties, deux embouts d'extrémité 54, 55 et une portion centrale 56. Comme dans le cas précédent, les embouts sont réalisés en un alliage métallique, par 25 exemple d'aluminium ou de titane, de façon à présenter des usinages tels que des épaulements, des filetages ou taraudages. Et la portion centrale est réalisée dans un matériau de densité inférieure et de préférence de résistance supérieure à la compression, et notamment en matériau composite à base de fibres de verre ou de carbone. Les embouts 54 et 55 ont chacun une surface de portée 58, 59 pour les roulements 50, 51 30 et 52. Ils présentent par ailleurs un logement épaulé 60, 61 de diamètre égal au diamètre externe de la portion centrale 56. Les extrémités de l'arbre 56 sont emmanchées à force ou avec un collage dans ces logements épaulés. La contrainte axiale sur les roulements est ici assurée par une vis épaulée 63 qui est vissée dans un trou taraudé 64 de l'embout 55. Et comme on peut le voir dans la figure, la vis 63 fait saillie et sa tête forme la tétine 66 prévue pour l'engagement dans la patte d'accrochage de la fourche. L'autre tétine 67 est réalisée dans la masse de l'embout 54. Selon la variante représentée en figure 4, le moyeu comprend un corps de moyeu 78 monté en rotation libre sur un arbre 70 par l'intermédiaire de deux roulements 73 et 76. L'arbre 70 comprend une portion centrale 71 et deux embouts d'extrémité 72 et 74. Comme dans les cas précédents, les embouts sont métalliques, et la portion centrale est 5 réalisée dans un matériau de densité inférieure à celle des embouts, notamment en fibres de carbone ou de verre imprégnées de résine. L'un des embouts, l'embout 72 dans la figure 4, est emmanché à force à l'une des extrémités de la portion centrale. Cet embout présente une portée usinée sur laquelle est engagée la cage interne du roulement 73. En variante l'embout 72 pourrait être emmanché par un contact glissant et éventuellement être immobilisé par de la colle. L'autre embout 74 a un logement épaulé pour l'extrémité de la portion centrale qui est usinée à une cote permettant un contact glissant entre l'embout et la portion centrale, c'est-àdire que l'embout peut être engagé et dégagé avec un effort de petite amplitude. 15 L'embout 74 a une portée 75 pour l'autre roulement 76. En dehors des logements épaulés qui ont une cote de diamètre légèrement différente pour le montage glissant de l'embout 74, les deux embouts 72 et 74 sont identiques. Dans le cas de la variante o les deux embouts seraient montés en contact glissant ils seraient totalement identiques. Au montage, les roulements se logent dans le corps de moyeu et c'est la longueur du tube 71 qui détermine l'écartement des embouts 72 et 74 et la précontrainte qu'ils exercent sur les roulements, sous l'effort de compression exercé par l'axe de blocage rapide. Il n'y a donc pas de zone filetée sur l'un des embouts contrairement au cas précédent. Les embouts appuient sur les roulements par leur collerette radiale respective semblable à la 25 collerette 23 précédemment décrite. La longueur de la portion 71 est déterminée en fonction de la précontrainte souhaitée sur les roulements sous la contrainte de serrage exercée par l'axe de blocage rapide. En variante on pourrait utiliser des rondelles de jauge pour déterminer avec précision l'écartement des deux embouts. La roue de vélo selon l'invention présente de façon conventionnelle une jante, des rayons répartis selon deux nappes et un moyeu central conforme à ce qui a été décrit précédemment. Naturellement la présente description n'est donnée qu'à titre indicatif et l'on pourrait adopter d'autres mises en oeuvres de l'invention sans pour autant sortir du cadre de celle-ci. En particulier on pourrait utiliser des roulements à cuvettes au lieu de roulements 35 annulaires. -> 2855099 REVENDICATIONS 1- Moyeu pour une roue de vélo comprenant un corps de moyeu (2, 42, 78) monté rotatif sur un arbre central creux (8, 53, 70) par l'intermédiaire de roulements (9, 10, 50, 51, 52, 73, 5 76) montés sur l'arbre et logés dans le corps de moyeu, l'arbre (8, 53, 70) ayant à chacune de ses extrémités une tétine épaulée ( 25, 28) prévue pour être engagée dans les pattes de retenue d'une fourche de vélo, l'arbre étant prévu pour être traversé de part en part par un axe de blocage rapide, caractérisé par le fait que l'arbre (8, 53, 70) comprend trois parties distinctes, deux embouts d'extrémités (25, 26, 54, 55, 72, 74), et une portion centrale (16, 56, 71) réalisée 10 en un matériau à plus faible densité que les embouts, les embouts (25, 26, 54, 55, 72, 74) étant emmanchés à chaque extrémité de la portion centrale (16, 56, 71), les embouts ayant des surfaces de portée (21, 22, 58, 59, 75) pour les roulements. 2- Moyeu selon la revendication 1, caractérisé par le fait que la portion centrale (16, 56) est dans une matière qui a une résistance à la compression supérieure à celle des embouts (25, 15 26, 54, 55). 3- Moyeu selon la revendication 1, caractérisé par le fait que la portion centrale (16, 56) est réalisée en fibres de carbone ou verre noyées dans une matrice de résine. 4- Moyeu selon la revendication 1, caractérisé par le fait que les embouts (25, 26, 54, 55, 72, 74) ont un logement épaulé (19, 20, 60, 61) dans lequel sont engagées les extrémités de la 20 portion centrale (16, 56). 5- Moyeu selon la revendication 4, caractérisé par le fait que les embouts ((25, 26, 54, 55) sont emmanchés à force sur les extrémités de la portion centrale (16, 56, 71). 6- Moyeu selon la revendication 5, caractérisé par le fait que les embouts (25, 26, 54, 55) sont emmanchés sur les extrémités de la portion centrale (16, 56) et assemblés par collage. 7- Moyeu selon la revendication 1, caractérisé par le fait qu'un des embouts au moins a une portion (26, 64) filetée ou taraudée respectivement pour un écrou (30) ou une vis (63) de serrage axial des roulements. 8- Moyeu selon la revendication 1, caractérisé par le fait que l'un (72) des embouts est monté à force à une extrémité de la portion centrale (71), que l'autre embout (74) est monté de 30 façon glissante. 9- Moyeu selon la revendication 1, caractérisé par le fait que le corps de moyeu (2) comprend deux flasques latérales (3, 4) et un élément d'entretoise (5) de densité inférieure à la densité des flasques. 10- Roue de vélo comprenant une jante, un moyeu et des rayons, caractérisé par le fait 35 que le moyeu est réalisé conformément à l'une quelconque des revendications 1 à 7 précédentes.