Brevet FR2913661A1 — publié le 20080919

- i- La présente invention s'applique au domaine technique des boites de vitesses à engrenages destinées aux cycles. Parmi les nombreux systèmes de boites de vitesses pour vélos à engrenages existants ou simplement brevetés, certains reprennent le concept général de la boite à croisillon. Ce type de boite de vitesses est intéressant pour une application aux cycles, par leur encombrement réduit, mais présente l'inconvénient d'une phase de point mort lors des changements de vitesses qui, outre le risque de blessure du cycliste, amène assez vite une destruction du croisillon ou des cannelures de pignons. Ce qui fait que ce système n'a pu être dévelloppé. Le système de boite de vitesses à crabots de type automobile présente les inconvénients d'un encombrement important, d'un poids élevé, et du même problème de phases de point mort lors des changements de vitesses incompatible pour une application au vélo. La présente invention décrit le mécanisme qui permet de changer de vitesse dans une boite de vitesses pour vélo éliminant notamment ce problème. Le principe général de la boite de vitesses est du type dit à croisillon, mais le système de verrouillage et de sélection des vitesses sont différents. L'innovation consiste à dissocier la fonction commande des pièces soumises au couple transmis à la roue. Le cycliste n'a pas à déplacer latéralement le croisillon assurant le verrouillage comme dans les systèmes connus. Principe général La figure I présente les principaux éléments de la boite de vitesses du type dit à croisillon . La boite de vitesses est placée dans un seul carter35 - 2 - composé d'une partie centrale (31) et de deux flasques latéraux (32, 33) supportant les roulements d'arbres. Sur le premier axe, à l'intérieur du carter, on trouve: l'arbre du pédalier en acier traité {34) sur roulements (35), un ou deux pignons de multiplication primaire en acier traité (36), l'arbre tertiaire en acier traité (40) sur roulements à aiguilles (38) et les pignons tertiaires en acier traité (39) dont les plus grands sont montés sur un système de roue libre évitant ainsi l'effet surmultiplicateur (fig. V) des pignons secondaires associés. Ce système fait l'objet d'une revendication. Sur le deuxième axe, à l'intérieur du carter, on y trouve l'arbre secondaire en acier traité (1) sur roulements (37), un ou deux pignons de multiplication primaire en acier traité (2), les pignons secondaires en acier traité (5) et le système de changement des vitesses revendiqué. A l'extérieur du carter, on y trouve une poulie de courroie crantée en alliage d'aluminium ou un pignon à chaîne (41) en acier traité pour entraîner la roue arrière et éventuellement deux roulements pivots (43) du bras de suspension de la roue arrière. Description du fonctionnement Les figures II, III, IV présentent le fonctionnement et les pièces constitutives de l'invention. La figure II présente une coupe vue d'une extrémité de l'arbre secondaire. Sur cette vue, le pignon (5) est encliqueté. La figure III présente une version à 8 vitesses avec un engrenage primaire composé d'un pignon solidaire du pédalier et d'un pignon (2) solidaire de l'arbre secondaire (1). 2913661 - 3 - Le pédalier entraîne l'arbre secondaire (1) par 1' engrenage primaire (2). Sur une portée cylindrique lisse de l'arbre secondaire (4) tournent librement les pignons 5 secondaires (5) , ceux-ci comportent des cannelures intérieures (6) ou toute autre forme permettant l'engagement de cliquets (7) et une gorge circulaire (9) permettant l'expansion d'un système élastique (8) de rappel des cliquets . 10 Les cliquets sont placés dans des rainures usinées par balayage sur les portées cylindriques lisses. A chaque pignon sont associés un ou plusieurs cliquets plaqués dans les rainures par un système élastique de rappel, ici un anneau torique ouvert 15 (8), lui-même logé dans une gorge circulaire de l'arbre secondaire (9). Un dispositif , ici un piston (10), une bille ou un ergot faisant partie du cliquet, placé dans un perçage de l'arbre secondaire, dépassant à 20 l'intérieur de l'arbre secondaire et, placé sous chaque cliquet, peut le soulever. La figure IV présente une version à 16 vitesses avec deux engrenages primaires. Dans cette configuration, le pédalier comporte un grand pignon fixe et un 25 pignon plus petit monté sur roue libre. L'arbre secondaire (1) comporte un grand pignon primaire fixe (2) et sur une autre portée lisse, un deuxième pignon primaire encliquetable (20) plus petit dont le système d'entraînement (21) est 30 semblable à celui des pignons secondaires. Lorsque le petit pignon est libre c'est l'engrenage rapport court qui entraîne l'arbre secondaire, lorsque le petit pignon est encliqueté c'est l'engrenage rapport long qui entraîne l'arbre 35 secondaire. On obtient ainsi un rapport court et un rapport long sur chaque vitesse, ce qui double le nombre de rapports. A l'intérieur de l'arbre secondaire se déplace une 2913661 - 4 - navette (11) comportant des languettes en acier (12) sur ressorts (13) logés dans des rainures. Ces languettes viennent exercer une pression sous les pistons et faire engager les cliquets dans les 5 cannelures du pignon choisi. L'arbre secondaire (1) entraîne ainsi le pignon choisi (14) qui transmet le mouvement au pignon tertiaire associé et permet la rotation de l'arbre tertiaire. 10 La poulie crantée (41) ou le pignon à chaîne monté sur l'arbre tertiaire à l'extérieur du carter transmet le mouvement à la roue par une courroie crantée ou une chaîne. Le déplacement de la navette est commandé par un ou 15 deux câbles (16) sur roulements (17) reliés à une poignée tournante placée au guidon du vélo. La navette comporte également une ou plusieurs billes d'indexage sur ressorts (15) qui viennent s'engager partiellement dans des perçages (18) de 20 l'arbre secondaire, ou tout autre dispositif pour positionner exactement la navette sous le pignon choisi générant des points d'indexage entre la navette et l'arbre secondaire. Ce qui permet également au cycliste de sélectionner 25 la vitesse choisie, grâce au léger dur ressenti en manoeuvrant la poignée tournante. Lors du changement de vitesse, les languettes sur ressorts (12) soulèvent les pistons (10) sélectionnés avant de relâcher les pistons quittés. A cet instant, 30 les languettes soulèvent deux pistons voisins , le pignon le plus grand est entraîné, le plus petit est en roue libre, celui-ci tournant plus vite que l'arbre, les baguettes entre cannelures (3) viennent repousser les cliquets dans les rainures. 35 Ceci permet d'éviter les faux points morts et les problèmes d'engagement de dentures ou de crabots des boites de vitesses existantes. Afin de réduire l'effet de surmultiplication des petits pignons secondaires (5) lorsque les vitesses 2913661 - 5 - les plus longues sont sélectionnées, les plus grands pignons tertiaires {39) sont montés sur roue libre sur l'arbre tertiaire (fig. V). 5 Avantages du dispositif présenté - Alignement constant de la chaîne ou de la courroie de transmission -Permet l'utilisation d'une courroie 10 - Pas de dérailleurs, pas de réglages fréquents. - Entretien très réduit - Boite protégée des projections d'eau, de boue, des chocs et des branches - Gain de poids sur les autres boites de vitesses 15 existantes - Réduction du poids non suspendu ( le moyeu de roue ne comporte qu'un seul pignon ou poulie crantée) - Garde au sol augmentée, (moins de 50 mm sous l'axe du pédalier) 20 - Douceur et précision de la commande , pas de déréglage du aux câbles - Possibilité de monter les rapports sans relâcher l'effort Possibilité de passer les vitesses même à 25 l' arrêt - Possibilité de passer plusieurs vitesses simultanément - Il n'est plus nécessaire de relâcher l'effort sur les pédales pendant un moment pour descendre 30 les rapports. Inconvénients évités des boites à crabots - encombrement et poids conséquent 35 - faux points morts entre les vitesses - problèmes d'engagement des dentures et des crabots Inconvénients évités des boites à croisillon - 6 - - problèmes de déplacement et fragilité du croisillon - problèmes d'engagement latéral du croisillon dans les cannelures REVENDICATIONS 1/ Dispositif permettant le changement de vitesses dans une boite à engrenages destinée aux cycles comprenant sur un premier axe, un arbre de pédalier (34), monté sur roulements (35) avec au moins un pignon de multiplication primaire (36), un arbre tertiaire (40) avec roulements à aiguilles (38) des pignons tertiaires (39), et sur un deuxième axe , un arbre secondaire (1) sur roulements {37) caractérisé en ce que ledit arbre secondaire (1) comporte : - un pignon de multiplication primaire (20) une portée cylindrique lisse (4) sur laquelle viennent se placer des pignons secondaires (5) - une ou plusieurs rainures usinées sur la portée cylindrique lisse (4), destinées à loger des cliquets 7 - une série de gorges circulaires (9) destinées à loger un système élastique de rappel des cliquets ) ) ( 8 - une série de perçages destinés à loger des pistons (10), des billes, ou tout autre système permettant de soulever les cliquets (7) - une autre série de perçages (18) destinés à l'engagement partiel de billes d'indexage (15) 25 2/ Dispositif de changement de vitesses selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend des pignons secondaires (5) pouvant tourner librement sur une portée lisse de l'arbre secondaire (4), 30 comportant des cannelures intérieures (6) ou tout autre forme permettant l'engagement de cliquets (7) et une gorge circulaire (9) permettant l'expansion d'un système de rappel (8). 35 3/ Dispositif selon les revendications 1 et 2, caractérisé en ce que des cliquets (7) sont plaqués 2913661 - 8 - dans des rainures de l'arbre secondaire par un système de rappel (8) et sont associés à chaque pignon secondaire. 5 4/ Dispositif selon la revendication -1-caractérisé en ce que des pistons (10) , des billes ou des ergots de cliquets sont placés dans des perçages de l'arbre secondaire et dépassent à l'intérieur de l'arbre secondaire de manière à pouvoir, soulever 10 les cliquets. 5/ Dispositif selon l'une des revendications précédentes , caractérisé en ce qu'une navette (11) se déplaçant à l'intérieur de l'arbre secondaire 15 comporte un ou deux roulements (17) pour la commande par câbles {16), des rainures dans lesquelles sont placées des languettes (12) sur ressorts (13) permettant le soulèvement des pistons (10), une ou plusieurs billes d'indexage (15) sur ressorts. 20 6/ Dispositif selon les revendications précédentes caractérisé en ce qu'un deuxième pignon primaire (20) placé sur une autre portée lisse de l'arbre secondaire et muni d'un système d'entraînement semblable à celui des pignons secondaires (21) permet de doubler le nombre de rapports. 7/ Dispositif selon l'une des revendications précédentes caractérisé en ce que les pignons tertiaires (39) les plus grands sont montés sur un système de roue libre sur l'arbre tertiaire afin de réduire l'effet surmultiplicateur des petits pignons secondaires.