Brevet FR2903650A1 — publié le 20080118

DISPOSITIF DE FREINAGE POUR ROUE A JANTE NOTAMMENT POUR UNE ROUE DE VELO La présente invention concerne un dispositif de freinage pour une roue à jante, plus particulièrement pour une roue à jante de vélo. Dans le domaine du cycle, les vélos comprennent généralement deux roues montées sur un cadre et des moyens d'entraînement avec un pédalier comprenant au moins un plateau, au moins un pignon d'entraînement solidaire de la roue arrière et une chaîne de transmission entre le plateau et le pignon, ceci pour la grande majorité. Néanmoins, d'importants progrès ont été réalisés dans le domaine du cycle, sous l'impact notamment des grandes manifestations internationales et des 1 o professionnels qui y participent. Dans ce domaine sportif, les amateurs sont également très exigeants et sont à la recherche de matériels très performants. C'est ainsi que les cadres ont fortement évolué et on sait qu'il s'agit d'une partie très importante dans le comportement d'un vélo. 15 En effet, de la qualité d'un cadre dépendent pour une grande part le rendement et la restitution des efforts. Il faut résoudre un problème devant lier deux paramètres antinomiques : - la raideur pour éviter les déformations et donc l'absorption d'énergie, et - le poids qui doit être réduit afin de ne pas pénaliser le pratiquant, 20 notamment lors de la présence sur le parcours de déclivités, voire de fortes déclivités. 2903650 2 C'est ainsi que le déposant de la présente invention a été conduit à recourir à des matériaux composites intégrant des fibres de carbone et/ou d'autres fibres techniques pour la réalisation des cadres. Les composants montés sur ces cadres sont très sophistiqués tant du point de 5 vue des mécanismes que des matériaux qui les constituent. C'est ainsi que les potences, les guidons, les dérailleurs et leurs commandes ont beaucoup évolué. On constate par contre relativement peu de progrès dans le domaine des freins qui sont des éléments de sécurité d'abord mais de performance également. Les pratiquants notamment en compétition mais aussi les amateurs avertis ont besoin de dispositifs de freinage ayant d'excellentes performances dans les descentes surtout lorsque les conditions atmosphériques sont mauvaises. Des progrès ont été réalisés sur l'interface du freinage. Ainsi, la zone annulaire de la jante subit des traitements de surface tel qu'une céramisation et les patins de freinage eux-mêmes sont réalisés dans des matériaux aptes à freiner même en présence d'eau, de façon progressive, et ces patins sont susceptibles de conserver ces performances même lorsqu'il se produit une forte élévation de température. Le mécanisme pour exercer une pression de ces patins sur la jante reste 20 pratiquement inchangé. Ce mécanisme comprend : - un actionneur du type levier, manoeuvrable par le pratiquant, et - une transmission des actions imprimées par le pratiquant sur le levier vers les moyens de freinage par câble ou par tout autre moyen y compris par fluide hydraulique. 25 Ces moyens de freinage connus utilisent une paire de bras disposés de part et d'autre de la jante. Chaque bras est monté en rotation sur un pivot qui est solidaire du cadre. Deux agencements sont alors possibles : 2903650 3 - soit l'une des extrémités du bras porte le patin, l'autre extrémité est liée à la transmission et le pivot est interposé entre les deux extrémités, - soit l'une des extrémités du bras est montée sur pivot, l'autre extrémité est liée à la transmission et le patin est interposé entre les deux 5 extrémités, Les directions de traction exercées par la transmission sont adaptées pour que chaque patin soit plaqué contre la jante lorsque l'utilisateur exerce un effort sur le levier avec un effet multiplicateur. Chacun des bras comprend de plus des moyens de rappel par exemple sous forme 10 d'un ressort à boucle, généralement interposés entre le cadre et le bras de sorte à rappeler en retrait de la jante le bras et le patin qu'il porte après que le pratiquant a exercé une action. Cet agencement de l'art antérieur présente l'inconvénient de nécessiter une liaison pivot dont on peut mentionner plusieurs inconvénients. 15 Les frottements du bras sur le pivot sont élevés, d'autant plus qu'il y a des particules projetées lors du roulage qui ont pu s'introduire entre le pivot et le bras. Ceci engendre des efforts plus importants pour actionner. De plus, il y a la présence d'un ressort, ce qui est une pièce supplémentaire, un poids supplémentaire, une source de problème par sa présence même. Comme ce ressort a une fonction de rappel, il faut que l'utilisateur exerce un premier effort pour annuler cet effort de rappel auquel s'additionne un second effort pour freiner. Pour être certain d'un retour efficace du bras portant le patin et pour vaincre les éventuels frottements supplémentaires au droit de la liaison pivot engendrés par la boue, les moyens de rappel, généralement un ressort, sont surdimensionnés. L'effort exercé par le pratiquant pour annuler cet effort lors du freinage est donc augmenté d'autant. 2903650 4 Il est à remarquer que, sur un vélo, le pratiquant doit maintenir le guidon et agir avec un ou plusieurs doigts sur le levier si bien qu'il serait attractif pour le pratiquant de n'avoir à exercer qu'un faible effort, correspondant en outre quasiment au seul effort de freinage. La précision du freinage n'en serait que 5 meilleure. Il est rappelé qu'il n'y a pas de possibilité d'introduire d'assistance au freinage comme dans les véhicules motorisés. Quant à la solution qui consisterait à augmenter la longueur des bras, elle doit être tempérée par le fait que la course nécessaire au niveau du levier augmente. Aussi, plutôt que d'augmenter la puissance, il est nécessaire de supprimer les 10 frottements parasites. Un autre inconvénient de la liaison pivot réside aussi dans les éventuels défauts de progressivité lors des actions de freinage surtout s'il se produit des grippages partiels de cette liaison pivot. On note encore qu'il est difficile d'intégrer les bras des dispositifs de freinage 15 de l'art antérieur d'autant plus lorsque les cadres sont de haut de gamme et réalisés en matériau composite. L'aérodynamisme et/ou simplement l'esthétique sont perturbés. La présente invention propose un dispositif de freinage qui est intégrable à un cadre ou une fourche, y compris réalisé en matériau composite, qui est 20 progressif et qui supprime les risques de grippage, qui est plus léger et plus fiable que ceux de l'art antérieur par suppression d'une pièce et par la possibilité d'une réalisation du dispositif lui-même en matériau composite. Le dispositif de freinage selon l'invention offre des possibilités de profil aérodynamique et des formes particulièrement esthétiques avec une intégration 25 totale dans les bras des fourches avant et/ou arrière. Le dispositif de freinage sur jante selon la présente invention, notamment pour une roue de vélo, est maintenant décrit en détail suivant plusieurs modes de réalisation. 2903650 5 Cette description s'appuie sur les dessins annexés incluant différentes figures qui représentent : - figure 1 : une vue schématique en perspective isolée d'un premier mode de réalisation du dispositif de freinage selon l'invention, 5 - figures 2A et 2B : une vue en perspective de dessus du premier mode de réalisation du dispositif de freinage, intégré dans une fourche avant, respectivement dans la position neutre et dans la position active de freinage, - figures 3A et 3B : une vue en perspective de dessous du premier mode de 10 réalisation du dispositif de freinage, intégré dans une fourche avant, respectivement dans la position neutre et dans la position active de freinage, - figures 4A et 4B : une vue de face du premier mode de réalisation du dispositif de freinage, intégré dans une fourche avant, respectivement 15 dans la position neutre et dans la position active de freinage, la roue étant également représentée, - figure 5 : une vue en perspective de face d'un second mode de réalisation du dispositif de freinage, - figure 6 : une vue en perspective de l'arrière du second mode de 20 réalisation du dispositif de freinage de la figure 5, et - figures 7A et 7B : deux vues de face du second mode de réalisation de la figure 5, dans les positions neutre et active respectivement. Sur les figures 1, 2, 3 et 4, le dispositif de freinage selon l'invention comprend une paire d'éléments comportant chacun un support 10, fixe, un bras 12, rigide 25 et mobile par rapport au support 10 fixe, une liaison 14 à rappel élastique interposée entre le support 10, fixe et le bras 12 ainsi qu'un organe 16 de frottement porté par ce bras. 2903650 6 Le support 10 fixe est soit solidarisé au cadre C du vélo sur lequel doit être rapporté ledit dispositif de freinage soit venu de fabrication avec ce cadre. Le cadre C est compris dans la présente description comme incluant la fourche avant et les bras arrière sur lesquels sont plus particulièrement positionnés ces 5 dispositifs de freinage, ceci de façon connue. Sur la figure 1, le premier mode de réalisation appliqué à une fourche avant, comprend comme support 10 fixe, une embase 18 munie de moyens 20 de fixation, en l'occurrence deux trous 22 et deux vis 24 destinées à venir se fixer dans le cadre C, dans le cas représenté, sur la fourche avant. La présence de 10 deux vis ou de tout équivalent technique a pour objet de lutter contre le couple de rotation que le support sera amené à subir durant les actions de freinage ainsi qu'expliqué ultérieurement dans la description. Cette embase 18 présente une faible épaisseur e, une grande largeur I et une hauteur h. 15 La largeur est destinée à être positionnée sensiblement dans le plan du vélo de sorte à lutter contre le couple d'entraînement en rotation généré par la roue lors des freinages ainsi qu'indiquée ci avant. Le bras 12 est particulièrement rigide, tant dans le plan du vélo que perpendiculairement à ce plan quasiment indéformable à l'échelle des efforts 20 exercés. Ce bras porte de façon connue un patin 26 qui constitue l'organe 16 de frottement qui est destiné à coopérer directement avec la jante de roue, non représentée. La liaison 14 à rappel élastique est interposée entre l'embase 18 et le bras 12. Cette liaison 14 est une liaison travaillant à la flexion. 25 En l'occurrence, le support fixe 10 avec son embase 18, le bras 12 et la liaison sont venus de fabrication en une seule pièce en matériau composite, plus particulièrement en fibres à base de carbone et/ou d'aramide, noyées dans une matrice en résine. 2903650 7 Le support 10 fixe et le bras 12 ont des géométries adaptées pour résister mécaniquement aux efforts engendrés et la liaison 14 à rappel élastique est constituée d'un voile 30, dans le cas représenté un voile mince. On entend par "voile" au moins une zone susceptible de se déformer par flexion, 5 à partir d'une position neutre déterminée, issue de la fabrication, sous un effort subi entre les deux pièces qu'elle relie et de reprendre sa position initiale neutre dès que ledit effort est relâché. Ainsi, le voile peut être épais si le matériau qui le constitue permet d'atteindre le résultat souhaité de travail à la flexion. 10 Cette liaison 14 de rappel élastique doit aussi résister au couple de rotation subi durant le freinage. Un dispositif de freinage comprend de façon connue une paire de ces éléments disposés de part et d'autre d'une roue 32. Sur la figure 1, on a également symbolisé de façon simplifiée des moyens de manoeuvre M de ces éléments. Les 15 moyens comprennent généralement une gaine G intégrant un câble, avec une butée B qui prend appui sur l'extrémité d'un des deux bras 12 et qui est solidaire de l'extrémité de l'autre bras, ceci de façon connue. On note que dans le mode de réalisation à voile 30 mince, en matériau composite, ce voile est déformable à la flexion sensiblement par rapport à un axe XX', cet 20 axe étant situé dans un plan parallèle à celui contenant la roue 32. L'agencement de chaque élément selon l'invention, réalisé en une pièce monolithique en matériau composite, est particulièrement attractif parce que le voile mince permet aussi de lutter contre le couple de rotation R exercé par la roue lors du freinage et subi par le bras donc par le voile mince. 25 Le couple de rotation R est donc transmis de l'interface roue/patin jusqu'à l'embase 18 de la liaison 10 fixe. Le pratiquant qui utilise cet agencement constate une très grande progressivité lors des actions sur le levier car tous les éventuels frottements, points de 2903650 8 grippage ou coincement mécanique engendré par un ressort de rappel, sont supprimés. L'effort de rappel élastique nécessaire pour manoeuvrer le bras et pour le ramener en position neutre après une action de freinage est minimal si bien que 5 l'effort exercé par le pratiquant est non seulement progressif mais quasiment intégralement réservé au freinage autorisant un dosage très précis. Ceci est d'autant plus vrai que les matériaux composites utilisant des fibres à haut module transmettent très fidèlement les efforts. La progressivité, la puissance du rappel élastique peuvent être ajustées aisément 10 par les profils, les fibres, leurs diamètres et/ou leurs nombres, les orientations, la nature de la résine constituant la matrice. Un tel dispositif apporte également un avantage inhérent à sa nature mais loin d'être négligeable dans le domaine du cycle : le poids. Suivant un perfectionnement, les moyens de manceuvre M peuvent intégrer des 15 moyens de limitation de la flexion notamment pour ne pas dépasser la limite de flexion acceptable, par exemple en cas d'actionnement du dispositif de freinage après que la roue a été retirée, au cours de l'entretien. Cet agencement conduit également à un encombrement très limité ce qui autorise des montages très sophistiqués avec une intégration poussée. 20 Comme cela est visible sur les ensembles de figures 2, 3 et 4 le dispositif selon un mode particulièrement attractif comporte une fourche avant avec des lumières adaptées pour recevoir les bras 12, les voiles 14 et les supports fixes 10 et limiter très fortement toute saillie de ces composants. De même, les profils des bras de fourche arrière peuvent intégrer les mêmes 25 éléments à savoir les bras 12, les voiles 14 et les supports fixes 10. Le dispositif selon l'invention est maintenant décrit dans un second mode de réalisation avec une paire d'éléments mais cette fois agencés de façon monobloc, incluant les moyens de manceuvre M. 2903650 9 On se reporte aux figures 5 et suivantes pour la description de ce second mode de réalisation. Les composants identiques portent les mêmes références additionnées de 100, les composants nouveaux étant référencés indépendamment. 5 Dans ce second mode de réalisation, le dispositif de freinage comprend une paire d'éléments, un élément droit D et un élément gauche G, vus de l'avant du vélo vers l'arrière du vélo dans le cas d'un montage sur une fourche avant. Ces éléments sont liés à un support 110 fixe commun, lui-même apte à être rapporté sur le cadre C par tout moyen adapté, notamment un axe fileté. 10 Chaque bras 112D et 112G est lié au support 110 fixe par une liaison 114D et 114G à rappel élastique travaillant à la flexion. Dans cet agencement, le plan contenant le bras et le plan contenant la liaison à rappel élastique avec son support fixe sont sensiblement perpendiculaires. L'une des extrémités libres de chacun des bras 112D et 112G, l'extrémité 15 inférieure pour la représentation illustrative annexée, porte un organe de frottement 116 à savoir un patin 126D et 126G. Chaque bras 112D et 112G se prolonge en partie supérieure par un doigt 134D et 134G sensiblement de façon rectiligne, chaque doigt faisant partie des moyens de manoeuvre M. 20 Chacun des doigts 134D et 134G est équipé d'un galet 136D et 136G, montés libres en rotation. Un coin 138 est disposé en partie médiane et comprend latéralement deux rainures 140D et 140G de roulage et de guidage aptes à recevoir chacune le galet 136D et 136G correspondant. 25 Ce coin 138 est de forme trapézoïdale, la grande base en partie inférieure. Dans la position neutre du dispositif de freinage, le coin 138 est tel que les galets 136D et 136G sont en partie haute, au droit de la petite base, figure 7A. 2903650 10 Ce coin 138 porte également des moyens de fixation 141 du composant actif de la transmission, dans ce cas un câble. Le support 110 fixe commun est complété par une butée 142 de gaine G, la gaine du câble de la transmission. 5 En se reportant aux figures 5, 6, 7A et 7B, on peut présenter le synoptique de fonctionnement. Lorsque le pratiquant exerce une action sur le levier de frein des moyens de manceuvre M, le câble tracté par rapport à la gaine G maintenue fixe par la butée 142, assure une traction sur le coin 138 qui se translate verticalement. 10 Du fait de ce mouvement, les galets 136D et 136G, fixes en translation, roulent dans les rainures 140D et 140G correspondantes du coin 138 qui se déplace. La largeur du coin augmente, provoquant l'écartement de ces galets donc également l'écartement des doigts auxquels ils sont liés. Les doigts provoquent la flexion des voiles 130D et 130G, le support 110 fixe, 15 commun, restant immobile. Les bras 112D et 112G, plus particulièrement leurs extrémités, portant chacune un patin 126D et 126G, se rapprochent et provoquent le placage desdits patins sur la jante de la roue, exerçant alors le freinage recherché. Comme dans le premier mode de réalisation représenté et ainsi que cela est 20 visible sur les figures 7A et 7B, l'agencement selon l'invention procure des caractéristiques intéressantes d'aérodynamisme. Le dispositif de freinage selon l'invention dans son second mode de réalisation monobloc intégrant les moyens de manceuvre offre d'autres avantages. Ce dispositif compact est particulièrement léger dans la version réalisée en 25 matériau composite à partir de fibres de carbone à haut module. Le dispositif selon ses deux modes de réalisation peut être commercialisé en première monte mais aussi en seconde monte. 2903650 11 L'adaptation est très simple puisqu'il suffit de fixer la tige filetée sur le cadre C en lieu et place du dispositif existant. Cette tige peut être en matériau composite également et directement venue de fabrication avec le support 110 fixe. 5 Dans une version perfectionnée, le coin 138 comprend deux lumières 144D et 144G qui constituent des butées haute et basse du coin, en coopérant avec les têtes de vis en saillie de fixation des galets. Ceci évite toute flexion intempestive au-delà de la limite plastique de flexion des liaisons 114D et 114G à rappel élastique, notamment lorsque la roue est retirée. 10 Comme dans le premier mode de réalisation, lorsqu'il y a un effort de freinage exercé, les bras 112D et 112G, la liaison 114D et 114G à rappel élastique s'opposent au couple d'entraînement engendré par la roue. Les deux variantes de réalisation représentées conduisent à des avantages importants en terme de poids, de qualité de freinage, notamment de souplesse et 15 de progressivité, de capacité d'intégration et même d'esthétique. REVENDICATIONS 1. Dispositif de freinage, destiné à être monté sur un cadre C de vélo ayant au moins une roue à jante, caractérisé en ce qu'il comprend au moins un élément comportant un support (10) fixe, un bras (12), rigide et mobile par rapport au support (10) fixe, une liaison (14) à rappel élastique interposée entre le support (10) fixe et le bras (12) ainsi qu'un organe (16) de frottement porté par ce bras prévu pour coopérer avec ladite jante de roue. 2. Dispositif de freinage selon la revendication 1, caractérisé en ce que la liaison (14) à rappel élastique est une liaison travaillant à la flexion. 3. Dispositif de freinage selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que 10 le support fixe (10), le bras (12) et la liaison (14) à rappel élastique sont venus de fabrication en une seule pièce. 4. Dispositif de freinage selon la revendication 3, caractérisé en ce que le support fixe (10), le bras (12), la liaison (14) à rappel élastique sont réalisés en matériau composite. 15 5. Dispositif de freinage selon la revendication 3 ou 4, caractérisé en ce que la liaison (14) à rappel élastique entre le support fixe (10) et le bras (12) est constituée d'un voile (30) susceptible de se déformer par flexion, à partir d'une position neutre déterminée, sous un effort subi entre le support fixe (10) et le bras (12) qu'elle relie et de reprendre sa position initiale neutre dès que ledit 20 effort est relâché. 6. Dispositif de freinage selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que, au moins le bras (12), la liaison (14) et le support fixe (10) sont intégrés dans la fourche. 2903650 13 7. Dispositif de freinage selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend deux bras (112), deux liaisons (114) à rappel élastique solidaires d'un support fixe (110) unique. 8. Dispositif de freinage selon la revendication 7, caractérisé en ce que 5 chaque bras (112) porte un doigt (134D, 134G) équipé d'un galet (136D, 136G) monté libre en rotation, un coin (138) muni latéralement de deux rainures (140D, 140G) de roulage et de guidage des galets (136D, 136G), de forme trapézoïdale, de façon que lorsqu'une traction est assurée sur le coin (138), il se translate verticalement, les galets (136D, 136G), roulent dans les rainures (140D, 140G) et provoquent l'écartement de ces galets, l'écartement des doigts auxquels ils sont liés et la flexion des voiles (130D, 130G). 9. Dispositif de freinage selon la revendication 7 ou 8, caractérisé en ce que le coin (138) comprend des butées(144D, 144G) haute et basse dudit coin de façon à éviter toute flexion intempestive au-delà de la limite plastique de flexion des liaisons (114D, 114G) à rappel élastique.