Brevet FR2947238A1 — publié le 20101231

AXE DE PEDALE DE BICYCLETTE, ET PEDALE DE BICYCLETTE COMPORTANT UN TEL AXE. L'invention est relative à un axe de pédale de bicyclette comportant, à une première extrémité, un moyen de fixation sur une manivelle avec une zone d'appui pour un corps de pédale monté rotatif sur l'axe et, à son autre extrémité, une portée pour soutenir le corps de pédale rotatif. Un axe de pédale de bicyclette, fixé à une manivelle, est soumis à des efforts essentiellement appliqués en bout d'axe, écartés de la manivelle. Il en résulte que le système pédale-manivelle est totalement asymétrique à l'égard de ces efforts. L'axe est en quelque sorte encastré dans la manivelle et les contraintes mécaniques, notamment les contraintes de flexion, auxquelles cet axe est soumis sont importantes. L'axe de pédale doit présenter une rigidité et une résistance mécanique suffisantes pour encaisser de telles contraintes. Une telle exigence de résistance est difficile à concilier avec la recherche d'un poids minimum de la pédale. L'invention a pour but, surtout, de fournir un axe de pédale qui présente une bonne résistance mécanique sous un poids réduit. Il est souhaitable, en outre, que cet axe de pédale reste d'une fabrication simple et permette un montage usuel de la pédale sur la manivelle. Selon l'invention, un axe de pédale de bicyclette du genre défini précédemment est caractérisé en ce qu'il comporte d'une part une âme centrale en matériau composite et, d'autre part, à chaque extrémité de l'âme centrale un élément de protection de dureté supérieure à celle de l'âme centrale, assemblé à cette âme, le moyen de fixation sur la manivelle et la zone d'appui étant prévu sur l'élément de protection situé à la première extrémité de l'axe, tandis que la portée est prévue sur l'élément de protection situé à l'autre extrémité de l'axe. De préférence, chaque élément de protection est métallique. L'élément de protection prévu à une extrémité de l'âme centrale peut être séparé de l'élément de protection prévu à l'autre extrémité, chaque élément de protection étant constitué par un insert assemblé à l'âme centrale par collage ou par emmanchement serré. Selon une autre possibilité, l'élément de protection prévu à une extrémité de l'âme centrale et l'élément de protection prévu à l'autre extrémité constituent les extrémités d'un même revêtement qui entoure l'âme centrale. L'extrémité de l'âme centrale éloignée du moyen de fixation sur la manivelle peut présenter un diamètre plus faible que le reste de l'âme, et 2 l'élément de protection de cette extrémité est formé par une douille cylindrique métallique qui est engagée et fixée sur ladite extrémité pour former une piste de roulement à aiguilles. Les avantages de ce diamètre plus faible en bout d'axe sont explicités dans le brevet FR 2 591 989 (85 19135). Avantageusement l'insert prévu à l'extrémité de l'âme centrale éloignée du moyen de fixation présente une jupe de diamètre suffisant pour entourer une zone de l'âme centrale de plus grand diamètre. L'insert prévu sur la première extrémité de l'âme peut être formé par un manchon métallique dont la partie tournée vers la manivelle est munie d'un 10 filetage, et qui comporte sur sa surface extérieure la zone d'appui pour le roulement. L'âme centrale peut être entourée d'une peau. La peau entourant l'âme centrale peut être composée d'un matériau composite multidirectionnel. Selon une autre possibilité, la peau entourant l'âme centrale est constituée par 15 un revêtement métallique. Selon un autre aspect de l'invention, l'axe de pédale de bicyclette comporte : - à une première extrémité un moyen de fixation sur une manivelle avec une zone d'appui pour un corps de pédale monté rotatif sur l'axe, et 20 - à son autre extrémité une portée pour soutenir le corps de pédale rotatif, et est caractérisé en ce qu'il comporte - d'une part une âme centrale en matériau composite, - et d'autre part un revêtement métallique formant une peau d'épaisseur sensiblement constante recouvrant au moins une des deux extrémités de l'âme 25 centrale, le moyen de fixation sur la manivelle et la zone d'appui étant prévu sur la portion du revêtement métallique située à la première extrémité de l'axe, tandis que la portée est prévue sur la portion du revêtement métallique située à l'autre extrémité de l'axe. L'âme centrale en composite peut être constituée principalement de 30 carbone/époxy compressé. Selon une autre possibilité, l'âme centrale en composite est constituée principalement de fibres unidirectionnelles parallèles à l'axe géométrique de l'axe de pédale. Les fibres unidirectionnelles de l'âme centrale peuvent comprendre des fibres de carbone ou des fibres de verre, ou 35 comprendre un mélange de fibres de nature différente. Selon encore une autre possibilité, l'âme centrale en composite est constituée principalement d'un matériau plastique renforcé par une charge de fibres de verre ou de fibres de carbone. Afin d'alléger au maximum l'axe, l'âme centrale peut présenter éventuellement un trou d'évidement axial. L'invention est également relative à une pédale de bicyclette, caractérisée en ce qu'elle comporte un axe tel que défini précédemment. L'invention consiste mises à part les dispositions exposées ci-dessus, en un certain nombre d'autres dispositions dont il sera plus explicitement question ci-après à propos d'exemples de réalisation décrits avec référence aux dessins annexés, mais qui ne sont nullement limitatifs. Sur ces dessins : Fig.1 est une coupe d'une pédale de bicyclette par un plan vertical passant par l'axe géométrique de la pédale, laquelle est vissée sur une manivelle partiellement représentée. Fig.2 est une coupe verticale longitudinale de l'axe de pédale selon l'invention. Fig.3 est une coupe verticale selon la ligne III-III de Fig.2. Fig.4 est une vue de côté d'un autre mode de réalisation de l'axe de pédale selon l'invention. Fig.5 est une coupe horizontale suivant la ligne V-V de Fig.4. Fig.6 est un détail à plus grande échelle de Fig.5, et Fig.7 représente un autre mode de réalisation de l'axe de pédale selon l'invention, suivant la coupe d'une pédale de bicyclette par un plan vertical passant par l'axe géométrique de la pédale, la pédale étant vissée sur une manivelle partiellement représentée. En se reportant à Fig.1 des dessins on peut voir une pédale P de bicyclette comportant un corps de pédale 1 monté rotatif sur un axe de pédale 2. Cet axe 2 comporte, à une première extrémité, un moyen de fixation 3 sur une manivelle 4. Le moyen de fixation 3 comporte un filetage 3a propre à être vissé dans un trou taraudé 4a de la manivelle, un épaulement 3b servant de butée axiale en fin de vissage du moyen 3 dans le trou 4a, et une zone 5 d'appui pour le corps de pédale 1. La zone d'appui 5 est formée par une surface cylindrique de révolution sur laquelle est montée la bague intérieure d'un roulement à billes 6. Le maintien du roulement 6 sur la zone d'appui 5 est réalisé par tout moyen connu. La bague extérieure du roulement 6 est reçue dans un logement du corps de pédale 1, lequel peut ainsi tourner autour de l'axe 2. L'extrémité de l'axe 2 éloignée du filetage 3a présente une portée 7 cylindrique de révolution pour soutenir en rotation le corps de pédale 1. Un roulement à aiguilles 8 est prévu entre la portée 7 et la surface intérieure d'un alésage du corps de pédale 1 dans lequel est engagé l'axe 2. Bien qu'un roulement à aiguilles soit décrit, d'autres montages sont possibles, notamment avec roulement à billes, ou palier lisse. Selon l'invention, l'axe de pédale 2 comporte, d'une part, une âme centrale 9 (voir Fig.3) en matériau composite composé principalement de fibres unidirectionnelles 10, parallèles à l'axe géométrique X-X de la pédale. Les fibres du matériau composite peuvent être des fibres de carbone, de verre, d'aramide, de bore ou toutes autres fibres à hautes caractéristiques, ou bien encore un mélange de plusieurs de ces fibres. Les fibres sont noyées dans une matrice de résine, de résine époxy ou une résine thermoplastique par exemple. Cette disposition avec fibres 10 principalement unidirectionnelles du matériau composite permet d'obtenir une bonne résistance mécanique, sous un poids réduit. L'âme centrale 9 de l'axe 2 est engagée à chaque extrémité dans un insert métallique respectif 11, 12 de forme générale cylindrique. Chaque insert est assemblé à l'âme 9 par collage ou, en variante, par emmanchement serré. L'insert 11, situé du côté de la manivelle est formé par un manchon métallique, notamment en alliage léger, comportant le filetage 3a sur sa surface extérieure à l'extrémité s'engageant dans le trou taraudé 4a. La zone d'appui 5 est située sur l'insert 11 à l'extrémité opposée au filetage 3a. L'insert 11 comporte un alésage 11 a dans lequel est engagé, pratiquement sans jeu radial, l'âme centrale 9. Un rebord 11 b en saillie radialement vers l'intérieur sert de butée axiale à l'âme 9 du côté manivelle. L'extrémité 9a de l'âme éloignée de la manivelle 4 présente une section transversale plus petite que celle de la partie restante de l'âme 9, de diamètre constant. Cette extrémité 9a est entourée par l'insert métallique 12 en forme de douille cylindrique qui comporte, du côté tourné vers la manivelle 4, une jupe 12a s'élargissant pour venir coiffer la partie de plus fort diamètre de l'âme 9. La surface extérieure de la douille cylindrique formant l'insert 12 constitue la piste intérieure de roulage des aiguilles d'une douille ou roulement à aiguilles 8. Les aiguilles roulent extérieurement contre la cage de la douille 8 emmanchée dans l'alésage du corps de pédale 1. L'axe de pédale 2 selon l'invention est ainsi composé de trois parties : - l'âme 9 en composite, notamment en carbone / époxy avec fibres unidirectionnelles selon la direction principale X-X de l'axe, pour combiner légèreté, rigidité et résistance ; - un insert métallique 11, support du roulement 6 et du filetage 3a coopérant avec la manivelle ; - un insert métallique 12 réalisant la piste de la douille à aiguilles 8. La rectification de la zone d'appui 5 pour le roulement et de la surface extérieure de la douille 7 comme piste pour les aiguilles peut se faire avant assemblage des inserts avec l'âme 9, ou après cet assemblage. La jupe 12a de l'insert 12 forme un manchon autour du plus grand diamètre de l'âme 9 et permet d'éviter tout délaminage des fibres unidirectionnelles. Les inserts 11, 12 peuvent être réalisés en aluminium ou en alliage léger, avec pour l'insert 12 une piste de douille en acier sur sa surface extérieure. La diminution de poids obtenue par rapport à un axe classique en acier, pesant environ 48 grammes, est de l'ordre de 30 grammes, sans affecter la résistance mécanique. En se reportant aux Fig. 4 à 6 on peut voir une variante de réalisation de l'axe de pédale désigné par la référence numérique 102. Les éléments de cet axe de pédale identiques ou similaires à des éléments déjà décrits à propos des figures précédentes seront désignés par la somme des références précédentes et du nombre 100. Leur description ne sera pas reprise ou ne sera effectuée que succinctement. La partie centrale de l'axe 102 est composée d'une âme 109 en matériau composite à fibres unidirectionnelles 110, parallèles à l'axe géométrique de l'axe 102, et d'une enveloppe ou peau 13 qui peut être réalisée en tissu composite ou en un matériau isotrope ou quasi isotrope. En particulier la peau 13 peut être réalisée en un mat de carbone/époxy. La peau 13 est continue et entoure l'âme centrale 109 sur toute sa longueur, y compris la zone d'extrémité de plus faible diamètre et la zone de transition recouvertes par l'insert 112. Cette solution permet d'obtenir les caractéristiques mécaniques requises grâce à l'âme 109 à fibres unidirectionnelles, tandis que la peau 13 offre une meilleure finition ainsi qu'une enveloppe de cohésion des fibres unidirectionnelles 110. La peau 13 peut être réalisée en matériau composite multidirectionnel, tresse ou tissu, ou encore enroulement filamentaire. A titre d'exemple, l'utilisation de fibres d'aramide est plutôt favorable à la résistance aux chocs tandis que des fibres de bore peuvent aider à la rigidité et la résistance mécanique. La peau 13 peut aussi être constituée par un dépôt métallique. En se reportant à la Fig. 7 on peut voir une autre variante de réalisation de l'axe d'une pédale P'. Les éléments de cet axe de pédale identiques ou similaires à des éléments déjà décrits à propos des figures précédentes seront désignés par la somme des références initiales et du nombre 200. Leur description ne sera pas reprise ou ne sera effectuée que succinctement. L'axe 202 est composée d'une âme 209 en matériau composite, et d'un revêtement, ou enveloppe, métallique R présentant une dureté élevée en surface de l'axe 202 et dont l'épaisseur est de l'ordre de plusieurs dixièmes de millimètres. Ici aussi, l'âme centrale 209 en composite peut être en fibres unidirectionnelles 210 comprenant des fibres de carbone et/ou des fibres de verre ; elle peut également s'envisager en carbone compressé - y compris pressé à très haute pression - voire en matériau plastique chargé de fibres de verre, de carbone, d'aramide, de bore, etc. Le revêtement métallique R entoure tout ou partie de l'âme centrale 209, mais plus particulièrement la zone 203 de fixation de l'axe sur la manivelle 204, la zone d'appui 205 et la zone de la portée 207. Cette solution permet d'obtenir un axe léger et en une seule pièce qui offre les caractéristiques mécaniques requises grâce à l'âme 209 en matériau composite, tandis que le élément de protection métallique R crée : - d'une part une enveloppe de cohésion de l'âme centrale 209 tout en apportant de la rigidité à l'axe 202, - et d'autre part assure la résistance à l'usure de l'axe 202 au niveau des filets et de l'épaulement de la zone 203 en contact avec la manivelle, mais également dans la zone d'appui 205 d'un roulement à billes par exemple et dans la zone 207 où roulent les aiguilles de la douille à aiguilles 208 ou bien où se produit le glissement d'un palier lisse à la place de la douille à aiguilles. On peut imaginer aussi une configuration hybride où seulement une partie de l'axe est revêtu de la peau métallique dure et au moins une des deux extrémités est coiffée d'un insert métallique 11,111 ou 12, 112. REVENDICATIONS1. Axe (2, 102, 202) de pédale de bicyclette comportant : - à une première extrémité un moyen de fixation (3, 103, 203) sur une 5 manivelle avec une zone d'appui (5, 105, 205) pour un corps de pédale monté rotatif sur l'axe, et - à son autre extrémité une portée (7, 107, 207) pour soutenir le corps de pédale rotatif, caractérisé en ce qu'il comporte d'une part une âme centrale (9, 109, 209) en 10 matériau composite et d'autre part à chaque extrémité de l'âme centrale un élément de protection (11,12 ; 111,112 ; 211,212) de dureté supérieure à celle de l'âme centrale (9, 109, 209), assemblé à cette âme, le moyen de fixation sur la manivelle et la zone d'appui étant prévu sur l'élément de protection (11,111, 211) situé à la première extrémité de l'axe, 15 tandis que la portée (7, 107, 207) est prévue sur l'élément de protection (12, 112, 212) situé à l'autre extrémité de l'axe. 2. Axe de pédale de bicyclette selon la revendication 1, caractérisé en ce que chaque élément de protection (11,12 ; 111,112 ; 211,212) est métallique. 20 3. Axe de pédale de bicyclette selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que l'élément de protection (11,111) prévu à une extrémité de l'âme centrale est séparé de l'élément de protection (12,112) prévu à l'autre extrémité, chaque élément de protection étant constitué par un insert (11, 12 ; 111,112) assemblé 25 à l'âme centrale (9, 109) par collage ou par emmanchement serré. 4. Axe de pédale de bicyclette selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que l'élément de protection (211) prévu à une extrémité de l'âme centrale (209) et l'élément de protection (212) prévu à l'autre extrémité constituent les 30 extrémités d'un même revêtement (R) qui entoure l'âme centrale. 5. Axe de pédale de bicyclette selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'extrémité (9a, 109a, 209a) de l'âme centrale éloignée du moyen de fixation (3, 103, 203) sur la manivelle présente 35 un diamètre plus faible que le reste de l'âme, et l'élément de protection (12,112, 212) de cette extrémité est formé par une douille cylindrique métallique qui est engagée et fixée sur ladite extrémité pour former une piste (7,107, 207) de roulement à aiguilles (8, 208). 6. Axe de pédale de bicyclette selon la revendication 3, caractérisé en ce que l'insert (12, 112) prévu à l'extrémité (9a, 109a) de l'âme centrale éloignée du moyen de fixation (3, 103) présente une jupe (12a, 112a) de diamètre suffisant pour entourer une zone de l'âme centrale de plus grand diamètre. 7. Axe de pédale de bicyclette selon la revendication 3, caractérisé en ce que l'insert (11, 111) prévu sur la première extrémité de l'âme (9, 109) est formé par un manchon métallique dont la partie tournée vers la manivelle est munie d'un filetage (3a, 103a), et qui comporte sur sa surface extérieure la zone d'appui (5, 105) pour roulement. 8. Axe de pédale de bicyclette selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'âme centrale (109, 209) est entourée 15 d'une peau (13, R). 9. Axe de pédale de bicyclette selon la revendication 8, caractérisé en ce que la peau (13) entourant l'âme centrale (109) est composée d'un matériau composite multidirectionnel. 10. Axe de pédale de bicyclette selon la revendication 8, caractérisé en ce que la peau entourant l'âme centrale (209) est constituée par un revêtement métallique (R). 25 11. Axe (202) de pédale de bicyclette comportant - à une première extrémité un moyen de fixation (203) sur une manivelle (204) avec une zone d'appui (205) pour un corps de pédale (201) monté rotatif sur l'axe, et - à son autre extrémité une portée (207) pour soutenir le corps de pédale 30 rotatif, caractérisé en ce qu'il comporte - d'une part une âme centrale (209) en matériau composite, - et d'autre part un revêtement métallique (R) formant une peau d'épaisseur sensiblement constante recouvrant au moins une des deux 35 extrémités de l'âme centrale (209), le moyen de fixation (203) sur la manivelle et la zone d'appui étant prévu sur la portion (211) du revêtement métallique située à la première extrémité de l'axe, tandis que la portée (207) est prévue sur la portion du revêtement métallique 20située à l'autre extrémité de l'axe (212). 12. Axe de pédale (2, 102, 202) de bicyclette, selon l'une quelconque des revendications précédentes, dont l'âme centrale (9 ,109, 209) est en composite caractérisé en ce que l'âme (9 ,109, 209) est constituée principalement de carbone/époxy compressé. 13. Axe de pédale de bicyclette, selon l'une quelconque des revendications 1 à 11, dont l'âme centrale (9 ,109 ,209) est en composite, caractérisée en ce que l'âme est constituée principalement de fibres unidirectionnelles (10, 110, 210) parallèles à l'axe géométrique (X-X) de l'axe (2) de pédale. 14. Axe de pédale (2, 102, 202) de bicyclette selon la revendication 13, caractérisé en ce que les fibres unidirectionnelles (10, 110 , 210) de l'âme 15 centrale comprennent des fibres de carbone ou des fibres de verre. 15. Axe de pédale (2, 102, 202) de bicyclette, selon la revendication 13, caractérisé en ce que les fibres unidirectionnelles (10,110, 210) de l'âme centrale comprennent un mélange de fibres de nature différente. 20 16. Axe de pédale (2, 102, 202) de bicyclette, selon l'une quelconque des revendications 1 à 11, dont l'âme centrale (9,109, 209) est en composite, caractérisé en ce que l'âme (9 ,109, 209) est constituée principalement d'un matériau plastique renforcé par une charge de fibres de verre ou de fibres de 25 carbone. 17. Pédale de bicyclette, caractérisée en ce qu'elle comporte un axe selon l'une quelconque des revendications précédentes. 9