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Dispositif de transmission actionné par manivelles applicable notamment au pédalier des bicyclettes.
La présente invention concerne un dispositif de transmission actionné par manivelles à pédales et applicable en particulier au pédalier des bicyclettes.
On a déjà proposé à diverses reprises en vue de mieux approprier le pédalier ou dispositif de transmission des bicyclettes à la conformation et aux particularités des jambes du cycliste ainsi qu'à sa musculature de le construire de telle façon que le trajet circulaire des pédales se rapproche davantage d'une forme linéaire c'est-à-dire d'une courbe plus
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ou moins allongée, en sorte que le mouvement des jambes représente plus ou moins une suite d'impulsions vers le haut et vers le bas.
Mais il se produit alors de ce fait par suite de l'inversion brusque du mouvement aux extrémités de la courbe des moments d'accélération et de retardement indésirables qui se traduisent surtout lors de la remontée de la pédale par un à-coup sur la plante du pied du cycliste, ce qui est très gênant pour lui et ne tarde pas à le fatiguer en dépit de la meilleure utilisation de l'effort qu'il fournit.
Les jambes humaines ne sont d'ailleurs pas assimilables à des manivelles en métal; il leur manque surtout la masse formant volant que comporte nécessairement tout mécanisme à manivelles et qui, grâce à l'énergie accumulée par elle, facilite le franchissement des points morts. Il ne saurait donc suffire ici d'améliorer ces conditions cinématiques par des changements mécaniques du dispositif manivelles.
On doit, bien au contraire, s'attacher ici à réaliser une adaptation aussi parfaite que possible aux conditions dans lesquelles se déroule le mouvement des jambes, ainsi qu'il ressort des considérations suivantes :-
Si l'on admet que le mouvement des jambes d'un cycliste en train de pédaler est divisé par rapport au cercle C (Fig. 1) en quatre secteurs I - II, II - III, III - IV et IV - I, les vecteurs étant inclinés de 45 sur l'horizontale, les phases du mouvement s'accomplissent comme suit au cours de l'avancement de la bicyclette dans la direction indiquée) par la flèche P :-
1.
La phase motrice proprement dite sur le parcours descendant 1 L II ; 2. la phase II - III dans le sens antéropostérieur pour le changement de course; 3. la phase III - IV de remontée qui non seulement ne fournit pas d'énergie mais
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qui, quand le cycliste est fatigué, représente un freinage; 4, la phase IV - I dans le sens postéro-antérieur pour le nouveau changement de course.
Il est donc évident que pour obtenir une amélioration Cinématique et surtout pour réaliser l'adaptation voulue à la structure des jambes qui même en courant n'impriment pas un mouvement circulaire au pieds, les phases II - III et IV - I doivent, dans la mesure du possible, être éliminées c'est-àdire que le mouvement d'impulsion doit se faire essentiellement le long de la courbe tracée en traits pleins dans la direction de la diagonale I - III.
On obtient ainsi, en effet, par rapport au pédalage circulaire cet avantage que l'angle du genou et l'amplitude du mouvement de la jambe du cycliste sont notablement plus faibles du point I au point III etsur le trajet de retour, ce qui se traduit non seulement par une meilleure utilisation de l'effort au sens purement mécanique mais par une diminution de l'extension et de la contraction des muscles et tendons qui sont, comme on le sait, la cause usuelle des phénomènes de lassitude et aussi par une réduction de la fatigue des genoux. Ici donc les angles des genoux dans les positions extrêmes sont moins grands, comme le met en évidence la fig. 2.
Les traits interrompus y représentent les positions externes de la jambe du cycliste en train de pédaler en rond, tandis que les traits pleins figurent les positions de sa jambe quand il pédale selon une courbe inclinée dans la direction de la diagonale I- III. Cette figure montre également que pendant le pédalage les angles que font les genoux restent essentiellement les mêmes et ne se modifient pas depuis la position allongée jusqu'à un angle exagérément aigu de façon apte à surmener jusqu'à la fatigue les ligaments de l'articulation du genou. Il faut ajouter à cela que le
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mouvement s'effectue avec une uniformité apeu près parfaite et que l'organisme des jambes du cycliste ne subit pas l'influence funeste d'un changement continuel dû à une succession d'accélérations et de ralentissements.
Comme, en définitive, la direction du mouvement demeure inclinée depuis le haut et l'avant jusqu'en bas vers l'arrière, l'inclinaison pouvant être comprise entre 15 et 75 sur l'horizontale, le régime du mouvement des jambes est à peu près le même au point de vue déplacement et effet cinématique que quand on court c'est-àdire qu'il s'opère normalement, alors que le mouvement circulaire usuel que doit effectuer un cycliste pour pédaler est plus ou moins artificiel et postule par là même une adaptation impérative des organes au mécanisme.
On obtient ici, au surplus, la possibilité d'augmenter la course utile grâce à l'allongement des bras des manivelles, comme le montrent en fig. 1 les pointillés compris entre V et VI, ce qui ne s'accompagne d'aucune augmentation notable de l'amplitude de l'angle du genou mais donne lieu à un accroissement de rendement qui n'est pas négligeable.
Il est évidemment important ici que, comme il a déjà été indiquée au début, l'inversion du mouvement ne se produise pas juste à l'instant ou les manivelles atteignent la position coincidant avec l'axe mais que la trajectoire du mouvement ait une forme telle que, dans cette position dite axiale, s'accomplisse d'une direction de mouvement à l'autre une transition plus ou moins marqueée à laquelle la musculature puisse s'adapter sans contrainte, donnant lieu ainsi à un synchronisme parfait entre les organes mécaniques et les organes corporels.
Ce résultat est atteint dans le mécanisme à manivelles porte-pédales formant dispositif de pédalier que prévoit l'invention du fait que les deux manivelles porte-pédales sont montées individuellement au moyen de manetons diamétra-
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lement opposés sur un rotor qui peut lui-même tourner dans un palier fixé dans le cadre de la bicyclette et qui est relié de telle façon aux manetons des manivelles par un renvoi que les deux manetons de ces manivelles exécutent, lorsque le cycliste pédale, un mouvement circulaire avec ledit rotor autour de son axe de rotation, en sorte que la trajectoire de mouvement des pédales représente une ellipse dont le grand axe est incliné sur l'horizontale dans le sens antéro-postérieur.
Le renvoi peut être constitué par exemple par un système de leviers d'angles et de galets mais il est préférable d'utiliser ici un engrenage planétaire dont les pignons satellites tournant dans des couronnes dentées fixes soient reliés rigidement aux manetons des manivelles porte-pédales et dont le support constitue le rotor solidaire de la couronne dentée du pédalier qui, dans ce cas, est opposé au mouvement des manivelles c'est-à-dire tourne en arrière. A première vue, cela ne parait p as concorder avec le sens de mouvement de la chaîne et du pignon arrière.
Toutefois, en pratique, cette disposition qui s'écarte aussi nettement des montages habituels est réalisable en guidant tout d'abord la chaîne sur un galet de renvoi assujetti à la fourche arrière du cadre de la bicyclette, puis en faisant passer son brin inférieur sur le pignon monté sur l'essieu de la roue arrière. Ceci offre en même temps cet avantage que la roue arrière peut être aisément dégagée ou remontée en place et que, grâce à son galet de renvoi, la chaîne est maintenue sous tension, en sorte qu'aucun des brins de cette chaîne ne peut jamais pendre suffisamment pour la faire sauter.
Des moyens sont prévus, le cas échéant,pour permettre d'adapter au cours d'une randonnée l'inclinaison que fait le grand axe de l'ellipse aux besoins individuels de tel ou tel cycliste ou au relief du terrain parcouru.
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Ce dispositif est applicable bien-entendu non seulement aux bicyclettes mais de façon générale à tous les mécanismes à manivelles, par exemple à la commande de ventilateurs ou appareils du même genre.
On entend ici par "ellipse" toute courbe ovale fermée même si elle ne correspond pas dans tboutes ses parties à l'équation qui définit mathématiquement l'ellipse.
, Indépendamment des figures explicatives schématiques 1 et 2 auxquelles il a déjà été fait allusion, on a représenté dans les dessins annexés trois exemples de réalisation du dispositif, objet de l'invention.
La figure 3 est une vue en élévation d'une première réalisation de ce dispositif à manivelles formant pédalier de bicyclette.
La figure 4 en est une vue en coupe axiale.
La figure 5 est une vue montrant à plus petite échelle le montage du dispositif d ans une bicyclette.
La figure 6 est une vue en coupe horizontale d'une deuxième réalisation, cette coupe étant faite par l'axe géométrique du palier central du pédalier.
La figure 7 en est la vue en élévation latérale.
La figure 8 est une vue d'une troisième réalisation du dispositif représenté en élévation dans la moitié gauche et dans la moitié droite en coupe verticale par l'axe géométrique de l'axe principal du pédalier.
La figure 9 en est la vue élévation latérale.
La figure 10 est une vue montrant à échelle réduite le montage du dispositif dans une bicyclette.
Le dispositif de pédalier représenté dans les figs. 3 à 5 et constituent la première réalisation de l'invention comporte un plateau 1 formant palier affectant la forme d'une roue et
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assujetti fixement dans le cadre de la bicyclette. C'est sur le pourtour externe de ce plateau 1 que sont fixés les tubes Rl et R2 (Fig. 5) du cadre ainsi que sa fourche inférieure G. Dans le moyeu du plateau 1 formant palier est logé avec interposition de roulements à billes 2 et de fourrures 3 un rotor 4 établi en deux flasques 4a et 4c centrées par des goujons 6 et solidarisées par un boulon fileté 5.
Le rotor 4 constitue le support d'une roue planétaire et est muni à cet effet de deux boutons 7 diamétralement opposés sur lesquels avec interposition de roulements à billes 8 sont montées les roues satellites 9, Chacune de celles-ci engrène avec une couronne 10 à denture interne. Les deux couronnes dentées 10 sont montées latéralement au plateau 1 formant palier et maintenues dedans au moyen de collerettes 10c engagées à frottement doux. En vue du serrage de ces deux couronnes dentées 10, des équerres 15 sont soudées contre elles. Entre chaque paire de ces équerres 15 est monté un boulon 18 engainé par un manchon 16 formant étrésillon. Ce manchon 16 traverse une fente du plateau 1, ce qui permet un mouvement de ce manchon dans le sens périphérique des couronnes dentées.
Les joues externes 4b et 4d du rotor 4 qui sont solidarisées à ses flasques internes 4a et 4c au moyen de vis 12 constituent avec des anneaux 13 sertis contre les couronnes dentées 10 des obturateurs latéraux, de sorte que l'ensemble forme un remplir tout fermée qu'on peut/de graisse lubrifiante. Dans les anneaux 13 sont encastrées des bagues d'étanchéité 14 qui frottent contre le pourtour des joues 4b et 4d. Dans des renflements de .ces joues sont logés des roulements à billes 11 dans lesquels tournent les manetons 9z des manivelles porte-pédales T, ces manetons étant centrés sur les roues satellites 9. Les bras des manivelles T sont fixés de la
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manière connue au moyen de vis noyées S sur les manetons 9z.
Sur la joue de droite 4d du rotor 4 se trouve la grande couronne dentée 17 du pédalier fixée a elle à l'aide de bras 17a et de vis 17s faisant saillie vers l'intérieur, ce qui lui permet de tourner avec le rotor 4.
Dans la fig. 3 est mise en évidence en traits mixtes la trajectoire des extrémités des manivelles T et des pédales P portées par elles. Cette trajectoire constitue une ellipse A.
Le grand axe a de cette ellipse a dû être tracé ici verticalement à cause des exigences du format du dessin mais il doit 'être entendu que, dans la réalité, le montage du dispositif dans la bicyclette est tel que le montre la fig. 5 c'est-à-dire que le grand axe a de l'ellipse qui coïncide avec les bissectrices des manivelles occupant ici la position axiale est incliné vers l'avant d'un angle @ sur l'horizontale;cet angle est ici égal à 53 environ.
Pour permettre d'adapter cette inclinaison de l'axe a et de la position des manivelles en fonction des exigences individuelles particulières à chaque cycliste, d'une part, et du profil du terrain parcouru, d'autre part, le dispositif suivant est prevu : -
Sur le pourtour externe de chaque couronne dentée 10 est assujetti au moyen de vis à têtes 19s un segment denté 19 (Figs. 3 & 4). Avec ces segments dentés 19 engrènent des pignons 20 clavetés sur un arbre commun 21 monté pour pouvoir tourner dans les branches d'une bride 22 en U montée à l'extérieur du plateau 1. Sur l'arbre 21 est daveté, en outre, un pignon d'angle 23 engrenant avec un autre pignon d'angle 24 monté sur l'extrémité inférieure d'un arbre 25.
Cet arbre est logé dans le tube de cadre R2 (Fig. 5) et s'y étend jusqu'au voisinage de la fourche avant V où se trouve un couple de pignons d'angle analogue au couple 23-24 et qu'on
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peut faire tourner à l'aide d'une manette 26. Le basculement de cette manette se transmet par l'intermédiaire du couple de pignons d'angle supérieurs, de l'arbre 25, du couple 24-25, de l'arbre 21 et du pignon 20 au segment denté 19, ce qui provoque la rotation des couronnes dentées 10. L'axe a est ainsi déplacé angulairement de façon correspondante. Ce réglage se fait rationellement dans une gamme d'angularités comprises entre 45 et 75 , mais peutêtre plus faible.
A l'extrémité arrière de la fourche inférieure G du cadre de la bicyclette se trouve un galet 28 monté sur un bras 29 et servant au renvoi de la chaîne d'entraînement 27 passant sur la couronne 17 du pédalier. Partant de ce galet de renvoi 28 le brin inférieur de la chaîne passe sur le pignon 31 monté sur l'essieu de la roue arrière H. Cet essieu est engagé dans une fente 30s oblique et béante vers le bas qui est pratiquéé; dans la tête de fourche 30, de sorte qu'il suffit de monter la roue arrière en place pour que la chaîne se trouve automatiquement tendue.
Aussi peut-on juxtaposer sur l'essieu arrière deux à trois pignons de diamètres différents et faire passer à volonté la chaîne de l'un à l'autre à l'aide d'un dispositif de commande usuel du type dit "dérailleur" manoeuvré au moyen d'une manette ad hoc et par l'intermédiaire d'une transmission par câble Bowden ou analogue en vue de modifier le "developpement" de la bicyclette et par conséquent la vitesse obtenue pour un nombre de tours donné du pédalier.
La permutation peut se faire dans difficultés pendant la marche.
Le mode de fonctionnement de ce dispositif de pédalier perfectionné s'opère comme suit : -
En faisant tourner t l'aide de ses pieds les manivelles porte-pédales T dans le sens indiqué par la flèche dans la fig. 3, le cycliste fait tourner dans le même sens les roues
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satellites 9 de l'engrenage planétaire qui engrènent ainsi dans le rapport de transmission 1:2 avec les couronnes dentées 10. Comme ces dernières sont montées à poste fixe dans le cadre de la bicyclette, le rotor 4 tourne mais en sens inverse c'est-à-dire en arrière, comme le met en évidence la flèche.
La résultante de ces deux mouvements est pour les pédales le parcours elliptique A qui assure aux extrémités du grand axe a une transition progressive et extempte d'à-coupe et se traduit, au surplus, par une augmentation de la course cinématique utile, tandis que l'angle d'amplitude du mouvement de la jambe que détermine le petit axe du parcours ellipsoïdal c'est-à-dire l'angle du genou est notablement plus faible que quand le mouvement est simplement circulaire.
Dans le deuxième exemple de réalisation que montrent les figs. 6 et 7 il est prévu, de façon analogue à celui qui vient d'être décrit, un plateau 31 en forme de roue assujetti rigidement au cadre de la bicyclette et faisant fonction de palier. Dans le moyeu 31n de ce palier est monté dans des roulements à billes radiales 32 et 33 pour ne pouvoir se déplacer axialement un essieu 34 sur les extrémités duquel sont fixées au moyen de vis de calage 36 empêchant tout déplacement angulaire des bras de manivelles coudés vers l'intérieur à partir du moyeu et diamétralement opposés. Ce sont ces bras de manivelle qui constituent avec l'essieu 34 le rotor.
Dans le partie terminale externe renflée de chaque bras de manivelle 35 est monté au moyen d'un roulement à billes 37 le maneton 38 sur l'extrémité externe saillante duquel est assujettie de la façon usuelle la manivelle portepédale T. Sur l'extrémité interne de chaque maneton est calée une roue à chaîne 39 dans l'enfilade de laquelle se trouve une autre roue à chaine 40 pourvue de deux fois plus de dents
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et calée elle-même sur le moyeu du plateau 31. Les deux roues à chaîne 39/4'0 de chaque paire sont solidarisées par une chaîne articulée 41 formant organe intermédiaire. Le plateau 31 est obturé de chaque côté par des flasques 42 et 43 assujetties au rotor.
La couronne porte-chaîne 17 est fixée à l'aide de trois bras 17a à des saillies correspondantes 35a et 35b du bras de manivelle 35 placé du côté de cette couronne.
Le montage du dispositif dans la bicyclette est exactement le même que dans la première réalisation décrite cidessus : Le grand axe de l'ellipse représentant la trajectoire des pédales est incliné de haut en bas d'avant en arrière.
Le mode de fonctionnement est le même lui aussi puisqu'ici encore le rotor exécute un mouvement de rotation en arrière et que le,brin supérieur de la chaîne chemine d'avant en arrière, du fait que les chaînes de renvoi 41 passent sous l'influénce des roues à chaîne externes qui tournent 39 autour des roues à chaîne centrales fixes 40, de sorte que les manetons des manivelles tournent autour de l'essieu du pédalier.
Dans la troisième réalisation qui est représentée dans les figs. 8,9 et 10, le palier fixe est constitué par un boîtier cylindrique 51 soudé dans le cadre de la bicyclette et dans lequel l'essieu 54 du pédalier peut tourner grâce à des roulements à billes 52. Sur les deux extrémités de cet essieu 54 qui font saillie de part et d'autre sont montés, comme dans la réalisation précédente, des bras de manivelle identiques 55 immobilisés sur l'essieu 54 pour ne pouvoir pivoter par des vis de calage 56 et constituant par leur ensemble avec lui le rotor.
Aux extrémités externes renflées des bras de manivelle 55 coudés vers l'intérieur sont montés au moyen de roulements à billes 57 des manetons 58 portant
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des pignons 59 à denture droite et sur les extrémités externes saillantes de ces manetons 58 sont calées les manivelles porte-pédales T. Dans l'enfilade de ces pignons droits 59 le boitier 51 porte sur ses extrémités en saillie latéralement des couronnes 60 à denture droite mesurant un diamètre double de celui des pignons droits externes ou pignons satellites 59.
Le renvoi est assuré entre les pignons 59/60 de chaque paire par un pignon intermédiaire 61 dont l'axe 61' est implanté dans le bras de manivelle 55 et y est immobilisé par une vis à tête. La couronne porte-chaine 17 du pédalier est fixée au moyen de trois bras 17a et de vis 17s à des saillies ou pattes correspondantes 55a et 55b solidaires du bras de'manivelle 55 place du côté de la chaîne 27. Les pignons 59, 60 et 61 sont enfermés dans un carter 63 en deux parties fixé par des vis 62 au bras de manivelle. Du côté gauche de la fig. 8 ce carter n'est pas représenté, de manière à ne pas ambrouiller le dessin. Pour la.même raison les deux carters sont représentés en traits mixtes dans la fig. 9.
La fig. 10 met en évidence le montage de ce dispositif de pédalier dans la bicyclette en supposant qu'ici le grand axe a de la trajectoire ellipsoïdale A décrite par les pédales est incliné sur l'horizontale de 20 environ de haut en bas et d'avant en arrière. Le brin supérieur conduit de la chaine 27 passe sur deux galets de renvoi 28 et 28' montés verticalement l'un au-dessus de l'autre sur une patte solidaire de la fourche arrière du cadre de la bicyclette avant de passer sur le pignon arrière d'entratnement 31 qu'elle enveloppe selon un arc de 90 environ. Pour le surplus, la disposition et le mode de fonctionnement sont les mêmes que dans les réalisations décrites ci-dessus. Au lieu d'un seul organe de renvoi, on peut d'ailleurs en prévoir plusieurs.
En parail cas, la construction
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peut être étudiée de telle sorte que la roue à châîne ne tourne pas en arrière avec le rotor mais se meuve en avant.
Grâce au dispositif de transmission qui vient d'être décrit, on bbtient cette possibilité de donner des dimensions différentes à l'angle de calage et à la longueur des deux manivelles, de manière à approprier le dispositif aux cas où un cycliste n'a pas les deux jambes de la même longueur ou a une jambe ou un pied déformé, ce qui nécessite une adaptation particulière.
On peut en réalisant ainsi cette dernière lui faciliter beaucoup la propulsion de sa bicyclette tout en augmentant la sécurité de marche alors que jusqu'à présent, en pareils cas, le cycliste était obligé de ne pédaler que d'une jambe et d'immobiliser l'autre manivelle porte-pédale dans sa position inférieure. '
Dans la dernière réalisation décrite, le diamètre externe du pédalier n'est plus grand qu'à l'ordinaire.
**ATTENTION** fin du champ DESC peut contenir debut de CLMS **.
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Transmission device actuated by cranks applicable in particular to the crankset of bicycles.
The present invention relates to a transmission device actuated by pedal cranks and applicable in particular to the crankset of bicycles.
It has already been proposed on various occasions with a view to better adapting the crankset or transmission device of bicycles to the conformation and the particularities of the cyclist's legs as well as to his musculature to build it in such a way that the circular path of the pedals approaches. more of a linear form, i.e. a more
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or less elongated, so that the movement of the legs represents more or less a series of upward and downward impulses.
However, as a result of the sudden reversal of movement at the ends of the curve, unwanted moments of acceleration and retardation occur, which are reflected above all when the pedal is raised by a jerk on the plant. of the cyclist's foot, which is very inconvenient for him and quickly tires him despite the best use of the effort he provides.
Human legs are, moreover, not comparable to metal cranks; Above all, they lack the mass forming a flywheel that any crank mechanism necessarily includes and which, thanks to the energy accumulated by it, makes it easier to cross dead points. It is therefore not sufficient here to improve these kinematic conditions by mechanical changes to the crank device.
On the contrary, we must endeavor here to achieve an adaptation as perfect as possible to the conditions in which the movement of the legs takes place, as emerges from the following considerations: -
If we assume that the movement of the legs of a cyclist in the process of pedaling is divided with respect to the circle C (Fig. 1) into four sectors I - II, II - III, III - IV and IV - I, the vectors being inclined by 45 on the horizontal, the phases of the movement are accomplished as follows during the advancement of the bicycle in the direction indicated) by the arrow P: -
1.
The actual driving phase on the descending path 1 L II; 2. phase II - III in the anteroposterior direction for the change of course; 3. phase III - IV of ascent which not only does not provide energy but
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which, when the cyclist is tired, represents braking; 4, phase IV - I in the postero-anterior direction for the new change of course.
It is therefore obvious that in order to obtain a Kinematic improvement and above all to achieve the desired adaptation to the structure of the legs which, even while running, do not impart a circular movement to the feet, phases II - III and IV - I must, in the as far as possible, be eliminated, that is to say that the impulse movement must take place essentially along the curve drawn in solid lines in the direction of the diagonal I - III.
In fact, compared to circular pedaling, we obtain this advantage that the angle of the knee and the amplitude of the movement of the cyclist's leg are notably lower from point I to point III and on the return path, which is results not only by a better use of the effort in the purely mechanical sense but by a reduction in the extension and the contraction of the muscles and tendons which are, as we know, the usual cause of the phenomena of lassitude and also by a reduction of knee fatigue. Here, therefore, the angles of the knees in the extreme positions are less great, as shown in fig. 2.
The dashed lines there represent the outer positions of the cyclist's leg pedaling in a circle, while the solid lines represent the positions of his leg as he pedals in an inclined curve in the direction of diagonal I-III. This figure also shows that during pedaling the angles made by the knees remain essentially the same and do not change from the lying position to an excessively acute angle in such a way as to overwork the ligaments of the joint to the point of fatigue. of the knee. We must add to this that the
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movement takes place with almost perfect uniformity and that the organism of the cyclist's legs is not under the fatal influence of a continual change due to a succession of accelerations and decelerations.
As, ultimately, the direction of movement remains inclined from the top and the front to the bottom to the rear, the inclination can be between 15 and 75 on the horizontal, the speed of the movement of the legs is at roughly the same from the point of view of displacement and kinematic effect as when we run, that is to say that it takes place normally, whereas the usual circular movement that a cyclist must perform to pedal is more or less artificial and postulates by there even an imperative adaptation of the organs to the mechanism.
Here, moreover, the possibility of increasing the useful stroke is obtained by extending the arms of the cranks, as shown in FIG. 1 the dotted lines between V and VI, which is not accompanied by any appreciable increase in the amplitude of the angle of the knee but gives rise to an increase in efficiency which is not negligible.
It is obviously important here that, as it was already indicated at the beginning, the reversal of the movement does not occur just at the instant when the cranks reach the position coinciding with the axis but that the trajectory of the movement has a shape. such that, in this so-called axial position, a more or less marked transition takes place from one direction of movement to another to which the musculature can adapt without constraint, thus giving rise to perfect synchronism between the mechanical organs and bodily organs.
This result is achieved in the pedal-holder crank mechanism forming a pedal device provided for by the invention owing to the fact that the two pedal-holder cranks are mounted individually by means of diametrical crank pins.
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oppositely on a rotor which can itself rotate in a bearing fixed in the frame of the bicycle and which is connected in such a way to the crank pins of the cranks by a deflection that the two cranks of these cranks perform, when the cyclist is pedaling, a circular movement with said rotor around its axis of rotation, so that the path of movement of the pedals represents an ellipse, the major axis of which is inclined to the horizontal in the antero-posterior direction.
The deflection can be constituted for example by a system of angle levers and rollers but it is preferable here to use a planetary gear whose planet gears rotating in fixed toothed rings are rigidly connected to the crankpins of the pedal-holder cranks and the support of which constitutes the rotor integral with the ring gear of the crankset which, in this case, is opposed to the movement of the cranks, that is to say turns backwards. At first glance, this does not seem to match the direction of movement of the chain and the rear sprocket.
However, in practice, this arrangement which also deviates clearly from the usual assemblies is achievable by first guiding the chain on a return roller secured to the rear fork of the bicycle frame, then by passing its lower end over the pinion mounted on the axle of the rear wheel. At the same time, this offers the advantage that the rear wheel can be easily released or put back in place and that, thanks to its guide roller, the chain is kept under tension, so that none of the strands of this chain can ever hang down. enough to blow it up.
Means are provided, if necessary, to make it possible to adapt during a hike the inclination made by the major axis of the ellipse to the individual needs of a particular cyclist or to the relief of the terrain traveled.
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This device is of course applicable not only to bicycles but generally to all crank mechanisms, for example to the control of fans or devices of the same kind.
By “ellipse” is meant here any closed oval curve even if it does not correspond in all its parts to the equation which mathematically defines the ellipse.
Independently of the schematic explanatory figures 1 and 2 to which allusion has already been made, the appended drawings show three exemplary embodiments of the device, object of the invention.
FIG. 3 is an elevational view of a first embodiment of this crank device forming a bicycle crankset.
Figure 4 is a view in axial section.
FIG. 5 is a view showing on a smaller scale the assembly of the device in a bicycle.
FIG. 6 is a horizontal sectional view of a second embodiment, this section being taken by the geometric axis of the central bearing of the crankset.
Figure 7 is the side elevational view.
FIG. 8 is a view of a third embodiment of the device shown in elevation in the left half and in the right half in vertical section through the geometric axis of the main axis of the crankset.
Figure 9 is the side elevational view.
FIG. 10 is a view showing on a reduced scale the mounting of the device in a bicycle.
The pedal device shown in figs. 3 to 5 and constitute the first embodiment of the invention comprises a plate 1 forming a bearing having the shape of a wheel and
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fixed firmly in the frame of the bicycle. It is on the outer periphery of this plate 1 that the tubes Rl and R2 are fixed (Fig. 5) of the frame as well as its lower fork G. In the hub of the plate 1 forming a bearing is housed with the interposition of ball bearings 2 and furs 3, a rotor 4 established in two flanges 4a and 4c centered by studs 6 and secured by a threaded bolt 5.
The rotor 4 constitutes the support of a planetary wheel and is provided for this purpose with two diametrically opposed buttons 7 on which with the interposition of ball bearings 8 are mounted the planet wheels 9, each of these meshes with a ring 10 to internal toothing. The two toothed rings 10 are mounted laterally on the plate 1 forming a bearing and held therein by means of flanges 10c engaged with gentle friction. In order to tighten these two toothed rings 10, brackets 15 are welded against them. Between each pair of these brackets 15 is mounted a bolt 18 sheathed by a sleeve 16 forming a strut. This sleeve 16 passes through a slot in the plate 1, which allows movement of this sleeve in the peripheral direction of the toothed rings.
The outer cheeks 4b and 4d of the rotor 4 which are secured to its internal flanges 4a and 4c by means of screws 12 constitute, with rings 13 crimped against the toothed rings 10, lateral shutters, so that the assembly forms a completely closed fill. that can / lubricating grease. In the rings 13 are embedded sealing rings 14 which rub against the periphery of the cheeks 4b and 4d. In the bulges of these cheeks are housed ball bearings 11 in which the crank pins 9z of the pedal-holder cranks T turn, these crankpins being centered on the planet wheels 9. The arms of the cranks T are fixed to the
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known manner by means of embedded screws S on the crankpins 9z.
On the right cheek 4d of rotor 4 is the large ring gear 17 of the crankset attached to it using arms 17a and screws 17s projecting inward, which allows it to rotate with rotor 4.
In fig. 3 is highlighted in phantom lines the trajectory of the ends of the cranks T and of the pedals P carried by them. This trajectory constitutes an ellipse A.
The major axis a of this ellipse had to be drawn here vertically due to the requirements of the format of the drawing, but it should be understood that in reality the mounting of the device in the bicycle is as shown in fig. 5 i.e. the major axis a of the ellipse which coincides with the bisectors of the cranks here occupying the axial position is inclined forward by an angle @ on the horizontal; this angle is here equal to about 53.
To make it possible to adapt this inclination of the axis a and the position of the cranks according to the individual requirements specific to each cyclist, on the one hand, and to the profile of the terrain traveled, on the other hand, the following device is provided : -
On the outer periphery of each toothed ring 10 is secured by means of screws 19s a toothed segment 19 (Figs. 3 & 4). With these toothed segments 19 engage pinions 20 keyed on a common shaft 21 mounted to be able to rotate in the branches of a U-shaped flange 22 mounted on the outside of the plate 1. On the shaft 21 is stepped, in addition, a angle pinion 23 meshing with another angle pinion 24 mounted on the lower end of a shaft 25.
This shaft is housed in the frame tube R2 (Fig. 5) and extends there to the vicinity of the front fork V where there is a pair of angle gears similar to torque 23-24 and that
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can rotate using a lever 26. The tilting of this lever is transmitted by means of the pair of upper angle pinions, of the shaft 25, of the torque 24-25, of the shaft 21 and from the pinion 20 to the toothed segment 19, which causes the rotation of the toothed rings 10. The axis a is thus displaced correspondingly angularly. This adjustment is made rationally in a range of angularities between 45 and 75, but perhaps weaker.
At the rear end of the lower fork G of the frame of the bicycle is a roller 28 mounted on an arm 29 and serving to return the drive chain 27 passing over the crown 17 of the crankset. Starting from this return roller 28, the lower end of the chain passes over the pinion 31 mounted on the axle of the rear wheel H. This axle is engaged in an oblique and gaping slot 30s downwards which is made; in the fork crown 30, so that it suffices to mount the rear wheel in place so that the chain is automatically tensioned.
Also one can juxtapose on the rear axle two to three pinions of different diameters and make pass at will the chain from one to the other using a usual control device of the type called "derailleur" operated. by means of an ad hoc joystick and by means of a transmission by Bowden cable or the like in order to modify the "development" of the bicycle and consequently the speed obtained for a given number of revolutions of the crankset.
The permutation can be done in difficulties during the walk.
The mode of operation of this advanced crankset device is as follows: -
By turning t using your feet the pedal-holder cranks T in the direction indicated by the arrow in fig. 3, the cyclist turns the wheels in the same direction
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satellites 9 of the planetary gear which thus mesh in the transmission ratio 1: 2 with the toothed rings 10. As the latter are mounted in a fixed position in the frame of the bicycle, the rotor 4 rotates but in the opposite direction it is that is, backwards, as the arrow highlights.
The result of these two movements is for the pedals the elliptical path A which ensures at the ends of the major axis a gradual transition free from cutting and, moreover, results in an increase in the useful kinematic stroke, while the angle of amplitude of the movement of the leg determined by the minor axis of the ellipsoidal path, that is to say the angle of the knee is notably smaller than when the movement is simply circular.
In the second exemplary embodiment shown in FIGS. 6 and 7 there is provided, in a manner analogous to that which has just been described, a plate 31 in the form of a wheel rigidly attached to the frame of the bicycle and acting as a bearing. In the hub 31n of this bearing is mounted in radial ball bearings 32 and 33 so as not to be able to move axially an axle 34 on the ends of which are fixed by means of set screws 36 preventing any angular displacement of the crank arms bent towards inside from the hub and diametrically opposed. It is these crank arms which together with the axle 34 constitute the rotor.
In the bulged outer end part of each crank arm 35 is mounted by means of a ball bearing 37 the crank pin 38 on the projecting outer end of which is secured in the usual way the pedal-holder crank T. On the inner end of each crank pin is wedged a chain wheel 39 in the row of which there is another chain wheel 40 provided with twice as many teeth
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and itself wedged on the hub of the plate 31. The two chain wheels 39 / 4'0 of each pair are secured by an articulated chain 41 forming an intermediate member. The plate 31 is closed on each side by flanges 42 and 43 secured to the rotor.
The chain holder crown 17 is fixed by means of three arms 17a to corresponding projections 35a and 35b of the crank arm 35 placed on the side of this crown.
The mounting of the device in the bicycle is exactly the same as in the first embodiment described above: The major axis of the ellipse representing the path of the pedals is tilted up and down from front to back.
The operating mode is also the same since here again the rotor performs a backward rotational movement and the upper end of the chain travels back and forth, because the return chains 41 pass under the Influence of the outer chain wheels which rotate 39 around the stationary central chain wheels 40, so that the crank pins rotate around the bottom bracket axle.
In the third embodiment which is shown in figs. 8, 9 and 10, the fixed bearing is constituted by a cylindrical housing 51 welded into the frame of the bicycle and in which the axle 54 of the crankset can rotate by means of ball bearings 52. On both ends of this axle 54 which protrude from either side are mounted, as in the previous embodiment, identical crank arms 55 immobilized on the axle 54 so as not to be able to pivot by setting screws 56 and together constituting with it the rotor.
At the swollen outer ends of the crank arms 55 bent inwards are mounted by means of ball bearings 57 crank pins 58 bearing
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pinions 59 with straight teeth and on the projecting outer ends of these crank pins 58 are wedged the pedal-carrying cranks T. In the row of these spur gears 59 the box 51 carries on its ends projecting laterally crowns 60 with straight teeth measuring twice the diameter of the outer spur gears or planet gears 59.
The return is provided between the pinions 59/60 of each pair by an intermediate pinion 61, the axis 61 'of which is located in the crank arm 55 and is immobilized there by a cap screw. The chain ring 17 of the crankset is fixed by means of three arms 17a and screws 17s to corresponding projections or tabs 55a and 55b integral with the crank arm 55 placed on the side of the chain 27. The pinions 59, 60 and 61 are enclosed in a housing 63 in two parts fixed by screws 62 to the crank arm. On the left side of fig. 8 this housing is not shown, so as not to confuse the drawing. For the same reason the two housings are shown in phantom in fig. 9.
Fig. 10 shows the mounting of this pedal device in the bicycle, assuming that here the major axis a of the ellipsoidal path A described by the pedals is inclined on the horizontal by about 20 from top to bottom and from front to back. The upper end of the chain 27 passes over two return rollers 28 and 28 'mounted vertically one above the other on a lug integral with the rear fork of the bicycle frame before passing over the rear sprocket training 31 which it envelops in an arc of approximately 90. For the rest, the arrangement and the mode of operation are the same as in the embodiments described above. Instead of a single referral body, it is also possible to provide several.
In addition, the construction
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can be designed so that the chain wheel does not turn backwards with the rotor but moves forward.
Thanks to the transmission device which has just been described, this possibility is obtained of giving different dimensions to the wedging angle and to the length of the two cranks, so as to adapt the device to cases where a cyclist has not. both legs of the same length or has a deformed leg or foot, which requires special adaptation.
By achieving the latter in this way, it is possible to greatly facilitate the propulsion of his bicycle while increasing the safety of walking whereas until now, in such cases, the cyclist was obliged to pedal only with one leg and to immobilize the bicycle. 'other crank pedal holder in its lower position. '
In the last embodiment described, the outer diameter of the crankset is larger than usual.
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