Brevet FR2862271A1 — publié le 20050520

La présente invention concerne un dispositif d'entraînement de roue de vélo, destiné à remplacer le pédalier traditionnel des bicyclettes. Il existe des centaines de millions de vélos dans le monde qui d'ailleurs utilisent pratiquement tous la même architecture et les mêmes principes globalement satisfaisants. Des milliers de personnes ont souhaité apporter des modifications plus ou moins intéressantes dont très peu ont réussi à s'imposer. Toutefois, du fait de l'immense marché, on constate régulièrement que des aménagements particuliers apportent un plus à un certain. nombre d'utilisateurs spécifiques, dans le cadre d'applications particulières. Le dispositif selon l'invention souhaite réduire les mouvements de la jambe du cycliste tout en lui offrant une plus grande efficacité. Lorsque l'on regarde pédaler un cycliste on constate que son pied décrit un 1 0 cercle puisqu'il est posé sur la pédale à l'extrémité de la manivelle. Ceci impose un travail important des articulations de la cheville, du genou, de la hanche. De nombreux muscles sont sollicités mais ils ne travaillent pas dans des conditions optimum. On constate que le principe même du pédalier n'est efficace que sur une faible partie de la rotation à savoir environ un tiers (120 ) En dehors de cette zone, soit la pédale remonte (180 ) soit le couple est trop faible (0 à %2) puisque l'axe de la pédale n'est pas assez excentré pour que le levier soit intéressant. Ainsi le dispositif proposé souhaite apporter une solution à ces deux problèmes majeurs. 11 permet de réduire le déplacement de la pédale donc du pied et de ne porter son effort que sur une zone où le couple est de 1 à 1,4 fois supérieur au système traditionnel pour un déplacement vertical identique à savoir 34 cm environ pour un vélo standard. Quant au déplacement horizontal, il est réduit à une zone de 7 cm de large au lieu de 34 cm. On constate un gain important de puissance qui impose d'ailleurs d'utiliser des 2 0 rapports de pignons différents et un grand plateau plus important, même si avec le pédalier traditionnel l'effort est porté sur 120 de rotation avec un couple de 1à 0,5 ( MC = MB f 2) alors qu'avec le présent dispositif l'effort est porté sur seulement 90 , mais avec un couple de là 1.4. Ces rapports peuvent évidemment être modifiés en fonction de l'allongement de la manivelle et du débattement vertical désiré. Le dispositif selon l'invention dans la version présentée correspondant aux conditions précitées, est constitué 2 5 de deux manivelles rallongées, 24 cm au lieu de 17 pour un vélo standard, articulées chacune aux extrémités latérales de l'axe du pédalier. Chaque manivelle(l) a un débattement de 90 environ, à savoir 45 de part et d'autre de l'horizontale. L'une descend pendant que l'autre remonte, leur mouvement étant asservi à un dispositif de synchronisation comportant un couple de torsion(6) qui tend à les ramener vers une position d'équilibre horizontale produisant un confort de pédalage indispensable et agréable. Ce couple de torsion 3 0 sera plus ou moins important en fonction du poids et des souhaits de l'utilisateur ce qui permet d'ailleurs de réduire à volonté l'amplitude des débattements en dessous des 90 prévus pour ceux qui le souhaitent. Les manivelles entraînent alternativement, lors de leur descente, une double roue libre(14) qui entraîne elle-même l'axe sur lequel est fixé les plateaux(4) qui eux-mêmes entraînent de façon classique les pignons de la roue arrière. Les diamètres des plateaux auront été adaptés pour prendre en compte à la fois le fait que le 3 5 couple est plus important de 1 à 1,4 fois supérieur au couple maximum d'un pédalier classique et le fait que cet effort est fourni sur seulement 90 de rotation. 2862271 --2 Ce nouveau type d'entraînement engendre une cascade de modifications encadrées par un ensemble de contraintes techniques (diamètres maxi et mini, longueur, épaisseur, résistance, couple, angle, position, poids, etc.). Depuis quelques années les VTT présentent une large variété d'originalités en ce qui concerne la structure des cadres articulés et il sera donc très facile d'y introduire ce nouveau système. Ainsi, l'allongement des manivelles de 17cm à 24 cm (ou autre) impose une modification du cadre en particulier le recul de l'axe du pédalier et par conséquent l'augmentation de la distance entre la roue avant et la roue amère. La pédale(2) de droite ne faisant plus un tour complet, il deviendrait possible de placer les plateaux(4) à l'extérieur de la manivelle sans que la chaîne soit accrochée par la pédale mais cela risque d'être gênant car trop près de la jambe du cycliste. Pourtant la présence des plateaux entre les manivelles gêne l'installation du dispositif d'asservissement du mouvement alternatif des manivelles(1). Par souci de simplicité de réalisation, la version présentée ici propose d'implanter l'axe des plateaux (simple double ou triple) plus haut sur le tube de cadre(5) allant de la selle au pédalier(3). Les deux axes sont alors reliés par une chaîne allant de la double roue libre(14) entraînée par les manivelles à un simple pignon(8)( ou un autre roue libre) placé à l'autre extrémité de ce nouvel axe des plateaux. 1 5 Le dispositif d'asservissement du mouvement alternatif inverse des manivelles peut être de nature diverse, seule son efficacité compte. Ainsi il peut être constitué d'une poulie, d'une roue dentée ou d'une simple tige métallique en pivotement sur un axe vertical. Une pièce métallique(12) fixée perpendiculairement, à la base des manivelles donc pivotant avec elles, déplace une biellette(11) ou un câble qui lui-même fait pivoter l'axe de la poulie ou du pignon. Cet axe étant asservi à un couple de torsion(6), le mouvement des manivelles se 2 0 trouve. ainsi contrôlé. Le couple de torsion peut être constitué par un cylindre d'élastomère(6) bloqué à une extrémité, ou par un système de ressorts ou autre. Dans la version présentée, le dispositif d'asservissement est constitué par une simple bascule(23) dont l'axe(16) de pivotement est horizontal et fixé directement sur le tube de support du pédalier. Le fait d'appuyer sur une manivelle fait remonter l'autre. De la même manière l'axe de pivotement de la bascule est asservi à un couple de torsion inséré dans le tube horizontal, lequel 2 5 tend à ramener la bascule donc les manivelles vers une position d'équilibre horizontale. Les dessins annexés illustrent l'invention. La figure 1 représente la différence entre le système de pédalier classique et le dispositif proposé. La pédale(2) fait une rotation complète pour un effort efficace sur environ 120 . Avec la présente invention, la manivelle(1) rallongée, pour un déplacement vertical de même amplitude et un déplacement horizontal de 3 0 7cm au lieu de 34 cm offre un couple de 1 à 1,4 fois supérieur au couple maxi offert par le système classique (MA=MBx1,4). La figure 2 représente l'axe des plateaux qui ici est séparé de celui du pédalier et qui est implanté plus haut, sur le tube du cadre(5) entre la selle et le pédalier. Il comporte les plateaux(4) d'un côté et un pignon(8) ou roue libre relais de t'autre. 3 5 La figure 3 représente une possibilité de réaliser un dispositif d'asservissement des mouvements inverses des deux manivelles avec un couple de torsion incorporé sur l'axe de la bascule laquelle est reliée à chaque manivelle par une bieilette(11). La figure 4 représente une manivelle rallongée selon l'invention équipée d'un appendice(10) à lucarne dans laquelle se déplace l'extrémité du bras(24) de la bascule qui la fait remonter lorsque l'autre manivelle descend puis l'aide à redescendre jusqu'à la position d'équilibre horizontale du fait de l'effort rendu par le couple de torsion qui se rajoute à celui du cycliste sur une demi hauteur ce qui contribue à réguler les efforts alternatifs sur la double roue libre. La figure 5 représente une bicyclette modifiée comportant la présente invention avec les aménagements qu'elle impose. La figure 6 représente en coupe selon les axes l'ensemble du dispositif, à savoir les manivelles rallongées(1) et leur pédale(2), leur bague(9) permettant le déplacement sans frottement des bras(24) de la bascule, leur fixation sur l'axe du pédalier, 1es roulements à billes(7) possibles, la double roue libre(14) avec sa couronne crantée(18) et ses cliquets(19) sur le double moeu, solidaire pour moitié des deux manivelles qui l'entraînent alternativement l'une après l'autre. La denture(17) de cette double roue libre(14) entraîne la chaîne de liaison la reliant au pignon(8) de l'axe des plateaux. Les pièces cylindriques intermédiaires(20) entre les manivelles et la double roue libre sont insérées dans le tube horizontal du pédalier à la base du 1 5 cadre(5). Sur ce tube est soudé perpendiculairement le tube de support de l'axe(16) de la bascule d'asservissement des mouvements inverses des manivelles. A son extrémité, cet axe supporte le bouchon(I5) du tube avec son écrou de fixation(21), mais surtout il sert d'ancrage(13) fixe au dispositif du couple de torsion qui est ici un simple cylindre d'élastomère(6). L'autre face de ce cylindre est ancré(13) dans la bascule(23). Celle-ci comporte deux bras(24) sur lesquelles les manivelles(1) sont en appui. Des bagues 2 0 (9)évitent les frottements du fait du déplacement relatif du point de contact avec les manivelles. Le pivotement sans effort de cette bascule est permis grâce à un roulement à billes(7) sur lequel elle est fixée et qui enserre l'axe fixe(16). La figure 7 représente la bascule(23) de face c'est à dire perpendiculairement à son axe(16) de rotation, avec les manivelles(1) en appui sur ses bras(24) et ce, en position d'équilibre et dans les deux 2 5 positions extrêmes des manivelles en débattement maximum. Ceci permet de comprendre l'intérêt des bagues(9). Les bords de l'ouverture réalisée dans le tube support pour permettre le débattement de la bascule, sont renforcés(22) afin de servir éventuellement de butée d'arrêt de manière à ce que les manivelles, malgré le couple de torsion n'aient pas un débattement supérieur à 90 c'est à dire 34cm au niveau des pédales. En référence à ces dessins le dispositif comporte deux manivelles(1) rallongées d'environ 7 cm pour un vélo standard correspondant aux caractéristiques précédemment énoncées. Ces manivelles sont fixées chacune sur une pièce cylindrique(20) traversée en son centre par l'axe du pédalier(3). La double roue libre(14) étant positionnée à gauche, la couronne(20) de droite sera évidemment plus longue de la longueur du tube du cadre destiné à supporter ce pédalier. Ces deux pièces(20) sont solidaires chacune d'une face de 3 5 la double roue fibre(14) ce qui fait que le moyeu(19) en deux parties indépendantes de cette double roue libre sera entraîné dans le sens positif soit par l'une soit par l'autre. Chacune des deux parties indépendantes et symétriques de ce moyeu comporte des cliquets(19) qui accrochent la double couronne crantée(18) à l'extérieur de laquelle se trouve la denture classique(17) pour chaîne de vélo. Des roulements à billes(7) permettent la rotation sans frottement de ces différents éléments. Contrairement aux pédaliers traditionnels, l'axe central(3) ne transmet aucun effort relatif à l'entraînement de la chaîne. II ne sert que de support et de fixation(21) à cet ensemble d'éléments. Perpendiculairement au tube de support du pédalier, est soudé l'axe de support(16) de la bascule(23) et du couple de torsion(6) c'est à dire du dispositif d'asservissement des débattements des manivelles. A la base de cet axe est installé un roulement à billes permettant le basculement symétrique sans effort des bras(24) de la bascule sur lesquels reposent les manivelles. Sous les manivelles se trouve un appendice(10) 0 générant une lucarne correspondant à l'espace de déplacement du bras de la bascule de manière à ce que celui-ci puisse appuyer pour faire redescendre la manivelle vers sa position d'équilibre horizontale lorsque le dispositif de torsion restitue l'effort qui lui avait été fourni précédemment, en même temps qu'il fait remonter l'autre manivelle. Des bagues(9) sont installées autour des manivelles et de leur appendice, et autour de l'extrémité des bras de la bascule afin d'éviter les efforts de frottements aux endroits des contacts entre ces pièces dont les déplacements relatifs pourraient à l'usage poser problème. Sur cette bascule, des pointes(13) d'ancrage permettent la fixation du cylindre d'élastomère(6) servant à générer un couple de torsion sur 45 dans chaque sens. En plus du couple de torsion les bords renforcés du tube enveloppant ce dispositif peuvent servir à limiter le débattement des manivelles à 90 . La face avant du cylindre d'élastomère est ancrée sur le disque servant de bouchon(15) à ce tube et est fixée de façon rigide à l'extrémité de l'axe(16). 2 0 L'intensité du couple de torsion est modifiable ou facilement remplacé par l'utilisateur afin de lui permettre de réduire à sa demande l'amplitude des débattement des deux manivelles. D'autres dispositifs fournissant un couple de torsion associés à d'autres systèmes d'asservissement des débattements des manivelles peuvent évidemment être utilisés et ceux-ci placés différemment. Seule la fonction est importante et les variantes à ce dispositif sont nombreuses ne serait-ce qu'en faisant varier la 2 5 longueur et le débattement des manivelles. Le dispositif selon l'invention est donc destiné à remplacer le pédalier traditionnel des bicyclettes et ainsi apporter un confort de pédalage important à tout ceux qui sont actuellement gênés par l'amplitude des mouvements des jambes et qui souhaiteraient pouvoir fournir un effort musculaire dans une position plus aisée avec malgré tout un couple plus important. REVENDICATIONS 1) Dispositif d'entraînement de roue de vélo caractérisé en ce que le pédalier rotatif traditionnel est remplacé par deux manivelles(1) rallongées, qui par un débattement vertical inverse l'une de l'autre sur 90 , à savoir 45 de part et d'autre de l'axe horizontal, entraînent alternativement une double roue libre(14) laquelle entraîne à son tour l'axe des plateaux(4) qui est déplacé sur un axe intermédiaire fixé plus haut sur le tube du cadre(5) reliant la selle au pédalier. 2) Dispositif d'entraînement de roue de vélo selon la revendication 1 caractérisé en ce qu'il engendre un déplacement vertical de la pédale(2) de même amplitude qu'un pédalier classique mais réduit le déplacement horizontal à 7cm au lieu de 34 cm ce qui correspond à une rotation de 90 au lieu de 360 et qui permet au cycliste de produire son effort avec un couple de 1 à 1,4 fois supérieur au couple maximum de 1 0 celui d'un pédalier traditionnel. 3) Dispositif d'entraînement de roue de vélo selon la revendication 1 caractérisé en ce que les débattements verticaux des manivelles sont limités et asservis par un dispositif de bascule(23) solidarisé à un couple de torsion(6) qui synchronise les débattements inverses faisant que l'une remonte lorsque l'autre descend tout en tendant à les ramener automatiquement en position d'équilibre horizontal. 1 5 4) Dispositif d'entraînement de roue de vélo selon la revendication 1 caractérisé en ce que la double roue libre(14) comporte deux moyeux indépendants(19) solidarisés chacun à une des deux couronnes(20) sur lesquelles sont fixées les manivelles(1) qui l'entraînent donc dans le sens positif alternativement l'une après l'autre. 5) Dispositif d'entraînement de roue de vélo selon la revendication 1 caractérisé en ce que les 2 0 plateaux (4) sont fixés sur un axe intermédiaire qui comporte à son autre extrémité une roue libre ou un simple pignon(8) denté relié par une chaîne à la double roue libre(14) du pédalier. 6) Dispositif d'entraînement de roue de vélo selon la revendication 3 caractérisé en ce qu'un ensemble de bagues(9) sont installées sur les manivelles et sur les bras(24) de la bascule afin d'éviter les efforts de frottements aux endroits des contacts entre ces pièces dont les déplacements relatifs pourraient à l'usage 2 5 poser problème. 7) Dispositif d'entraînement de roue de vélo selon la revendication 1 caractérisé en ce que le rallongement des deux manivelles impose une modification du cadre(5) en particulier le recul de l'axe du pédalier et par conséquent l'augmentation de la distance entre les deux roues. 8) Dispositif d'entraînement de roue de vélo selon la revendication 3 caractérisé en ce que l'intensité 3 0 du couple de torsion(6) est modifiable ou facilement remplacé par l'utilisateur afin de lui permettre de réduire à sa demande l'amplitude de débattement des deux manivelles.