FR2578219A1 - CRANKSET FOR A BICYCLE WITH A CAVITY IN ITS MIDDLE PART - Google Patents
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Abstract
UN AXE DE PEDALIER POUR BICYCLETTE PRESENTE, DANS SA PARTIE INTERMEDIAIRE, UNE CAVITE A AIRE DE SECTION SUPERIEURE A CELLE DES TARAUDAGES MENAGES A SES EXTREMITES POUR RECEVOIR LES VIS BLOQUANT LES MANIVELLES DE PEDALE. CET AXE 11 EST REALISE EN ACIER PAR FILAGE ET FORGEAGE A FROID ULTERIEUR.A BICYCLE CRANKSHAFT SHAPES, IN ITS INTERMEDIATE PART, A CAVITY WITH A AREA OF SECTION GREATER THAN THOSE OF THREADED THREADS AT ITS ENDS TO RECEIVE THE SCREWS LOCKING THE PEDAL CRANKS. THIS SHAFT 11 IS MADE IN STEEL BY SUBSEQUENT COLD WIPING AND FORGING.
Description
La présente invention concerne un axe de pédalier pourThe present invention relates to a bottom bracket axle for
bicyclettes de sport et de compétition, doté de caractétisti- sport and competition bicycles, with
ques de poids, de résistance mécanique et de rigidité amélio- weight, mechanical strength and improved rigidity
rées et qu'on puisse obtenir à bien meilleur compte que les axes de pédalier de type connu en usage actuellement. and that we can get much cheaper than the known type of crankset pins in use today.
L'axe de pédalier est l'organe d'une bicyclette qui re- The bottom bracket is the body of a bicycle which
lie les deux manivelles de pédale et sur lequel porte le poids et l'effort musculaire du cycliste. Cet organe subit donc cycliquement des efforts de flexion, de cisaillement et de links the two pedal cranks and on which the cyclist's weight and muscular effort bear. This member therefore undergoes cyclically bending, shearing and
torsion considérables, ce qui oblige actuellement à avoir re- considerable torsion, which currently requires to have re-
cours, pour la fabrication de cet axe, à des matériaux très robustes tels qu'acier de cémentation ou de trempe et de revenu ou aciers spéciaux (même alliages de titane) - et à course, for the manufacture of this axis, to very robust materials such as case hardening or quenching steel or tempering or special steels (even titanium alloys) - and to
différents types de mise en oeuvre, tels que tournage à par- different types of processing, such as turning
tir d'une barre étirée, forgeage ou forgeage à froid, norma- shot from a drawn bar, forging or cold forging, standard
lement suivis d'une opération de finition. followed by a finishing operation.
Considérant que, ainsi qu'on le sait, on tire un meilleur parti du matériau - sur le plan des avantages relatifs au Considering that, as we know, we get more out of the material - in terms of the advantages
poids, à la résistance mécanique et à la rigidité - en dépla- weight, mechanical strength and rigidity - in displacement
çant le matériau même en s'éloignant de l'axe neutre et que, dans les axes de pédaliers courants, on obtient seulement ce résultat par percement sur un diamètre au plus égal à celui cutting the material even while moving away from the neutral axis and that, in the axes of current cranksets, one obtains only this result by drilling on a diameter at most equal to that
des vis bloquant les manivelles de pédale, on a songé à dépas- screws blocking the pedal cranks, we thought of exceeding
ser cette limite en réalisant l'axe de par la technique de filage par choc, connue en soi mais jamais encore appliquée ser this limit by realizing the axis by the technique of impact spinning, known per se but never yet applied
à la fabrication de ce genre de produits. to the manufacture of these kinds of products.
Cette technique permet d'obtenir, suivant la présente invention, un axe de pédalier pour bicyclette plus léger et, simultanément, plus rigide et plus robuste que ceux selon la This technique makes it possible to obtain, according to the present invention, a crankset axle for a bicycle that is lighter and, simultaneously, more rigid and more robust than those according to the
technique antérieure.prior art.
Ledit axe de pédalier est essentiellement caractérisé en ce qu'il présente, dans sa partie moyenne, une cavité à aire de section plus grande que celle des taraudages ménagés Said bottom bracket axle is essentially characterized in that it has, in its middle part, a cavity with a cross-sectional area larger than that of the internal threads
à ses extrémités pour recevoir les vis de blocage des manivel- at its ends to receive the crank locking screws
les de pédale, et donc une aire-de section plus grande que celle des trous d'allègement courants des axes de pédalier connus. Ledit axe est réalisé en acier par filage et forgeage à froid ultérieur et, plus particulièrement, par filage à froid those of the pedal, and therefore a larger cross-sectional area than that of the current lightening holes of the known bottom bracket axles. Said axis is made of steel by spinning and subsequent cold forging and, more particularly, by cold spinning
d'une billette d'acier, poussé jusqu'à obtention d'une ébau- a steel billet, pushed until a blank is obtained
che en forme de tige, et par forgeage ultérieur faisant péné- rod-shaped che, and by subsequent forging making
trer ladite ébauche dans une matrice en mouvement. sorting said blank in a moving matrix.
On peut réaliser ledit axe sous forme monolithique ou obtenir par le processus ci-dessus deux éléments qu'on soude We can realize said axis in monolithic form or obtain by the above process two elements that are welded
ensuite l'un à l'autre, ou encore à un élément tubulaire in- then to each other, or to a tubular element
termédiaire de fabrication courante. common manufacturing intermediary.
L'axe suivant l'invention est de plus façonné de préfé- The axis according to the invention is furthermore preferably
rence en sorte que ses extrémités soient prismatiques, pré- rence so that its ends are prismatic, pre-
sentant une section octogonale et non carrée, ce qui augmente feeling an octagonal and not square section, which increases
avantageusement la section résistante des extrémités. advantageously the resistant section of the ends.
On va maintenant décrire l'invention plus en détail, à simple titre d'exemple, en se référant aux dessins annexés, sur lesquels: - la figure 1 illustre le filage d'un axe de pédalier monolithique suivant l'invention; The invention will now be described in more detail, simply by way of example, with reference to the accompanying drawings, in which: - Figure 1 illustrates the spinning of a monolithic bottom bracket axle according to the invention;
- la figure 2 illustre le forgeage de l'axe selon la fi- - Figure 2 illustrates the forging of the axis according to fig-
gure 1; - les figures 2A et 2B sont des vues grossies en coupe et latérale de l'une des extrémités prismatiques octogonales de l'axe selon les figures 1 et 2; - la figure 3 est une vue avec coupe partielle de l'axe obtenu par la technique selon les figures 1 et 2; et - les figures 4 et 5 sont des vues analogues d'axes de pédalier selon deux variantes de l'invention, respectivement réalisés en deux pièces et en trois pièces, par des techniques semblables à celles utilisées pour l'axe monolithique selon gure 1; - Figures 2A and 2B are enlarged sectional and side views of one of the octagonal prismatic ends of the axis according to Figures 1 and 2; - Figure 3 is a partial sectional view of the axis obtained by the technique according to Figures 1 and 2; and - Figures 4 and 5 are similar views of bottom bracket axles according to two variants of the invention, respectively produced in two parts and in three parts, by techniques similar to those used for the monolithic axis according
la figure 3.Figure 3.
L'axe de pédalier de la figure 3, suivant l'invention, The pedal axis of FIG. 3, according to the invention,
est obtenu en exécutant les deux opérations successives pré- is obtained by executing the two successive operations pre-
sentées sur les figures 1 et 2: le matériau de départ 1 - qui seen in Figures 1 and 2: the starting material 1 - which
se présente à peu près sous la forme d'une billette d'acier - comes roughly in the form of a steel billet -
est tout d'abord déformé par refoulement à travers une filière is first deformed by pushing back through a die
2, sous l'effet d'un poinçon 3 et d'un contre-poinçon 4 pré- 2, under the effect of a punch 3 and a counter-punch 4 pre-
sentant une cavité intérieure ou empreinte 5. Il s'agit sensi- feeling an interior cavity or imprint 5. It is sensitive to
blement d'un traitement de filage qui débute comme indiqué à gauche de la figure 1 et se termine comme indiqué à droite of a spinning treatment which begins as shown on the left in Figure 1 and ends as shown on the right
de cette même figure. L'ébauche obtenue à la fin de cette pre- of this same figure. The draft obtained at the end of this pre-
mière opération se présente comme une tige cylindrique 6, first operation is presented as a cylindrical rod 6,
- 2578219- 2578219
présentant une extrémité profilée 7 correspondant en partie au profil de l'axe à fabriquer, et dont l'autre extrémité constitue une couronne épaissie 8, sur laquelle sera prélevé having a profiled end 7 corresponding in part to the profile of the axis to be manufactured, and the other end of which constitutes a thickened crown 8, from which will be taken
le matériau déformé lors de la seconde étape du processus. the material deformed during the second stage of the process.
Au cours de cette seconde étape, l'ébauche obtenue à la première étape est introduite (comme indiqué à gauche de la During this second stage, the blank obtained in the first stage is introduced (as indicated on the left of the
figure 2) dans une matrice appropriée 9. La couronne 8 sail- Figure 2) in an appropriate matrix 9. The crown 8 sail-
lant à l'une de ses extrémités est alors déformée (à droite de la figure 2) à travers une matrice en mouvement 10 en vue lant at one of its ends is then deformed (on the right of figure 2) through a moving matrix 10 in sight
de l'obtention de l'axe 11, représenté fini sur la figure 3. obtaining the axis 11, shown finished in FIG. 3.
Lors du recul de la matrice 10, l'axe 11 est expulsé par un When the matrix 10 recedes, the axis 11 is expelled by a
éjecteur 12.ejector 12.
Ensuite, on execute sur l'ébauche d'axe 11 les opérations Then, we execute on the outline of axis 11 the operations
de finition nécessaires pour obtenir le produit fini. necessary to obtain the finished product.
On voit tout de suite, d'après la figure 3, que la cavité We see immediately, from Figure 3, that the cavity
moyenne de l'axe ainsi obtenu a une aire de section positive- mean of the axis thus obtained has a positive cross-sectional area-
Tment supérieure à celle des taraudages ménagés aux extrémités pour recevoir les vis bloquant les manivelles de pédale (et par consequent supérieure à la section de trous d'allègement courants des axes de pédalier connus). On voit aussi, d'après la même figure, comment la géométrie particulière de l'axe Il permet de rendre optimale la distribution dans le matériau des contraintes subies en fonctionnement, en vue d'atteindre Tment greater than that of the tapped holes at the ends to receive the screws blocking the pedal cranks (and therefore greater than the section of current lightening holes of known bottom bracket axles). We also see, from the same figure, how the particular geometry of the axis It allows to optimize the distribution in the material of the stresses undergone in operation, in order to reach
les objectifs de légèreté et de rigidité. the objectives of lightness and rigidity.
Le fait que ces objectifs sont pleinement atteints - ce dont découlent des avantages considérables - est confirmé par des essais de torsion opérés sur des axes de pédalier de The fact that these objectives are fully achieved - which results in considerable advantages - is confirmed by torsion tests carried out on crankset axles of
type courant et sur des axes du type suivant l'invention, fa- current type and on axes of the type according to the invention, fa-
briqués par la demanderesse, ces essais étant résumés dans le tableau suivant: Tableau page suivante briqued by the applicant, these tests being summarized in the following table: Table next page
TABLEAUBOARD
ESSAI DE TORSION SUR AXES DE PEDALIER FIXES A UNE EXTREMITE TORSION TEST ON CRANKSETS FIXED AT AN END
ET SOUMIS A L'AUTRE EXTREMITE A UN MOMENT CONSTANT AND SUBJECT TO THE OTHER END AT A CONSTANT MOMENT
(bras de 170 mm) Type d'axe Poids Charge Décalage à partir du (g) (newtons) point d'application de la force (mm) à) Axe classique à cavité ayant une aire de section égale à celle (170 mm arm) Type of axis Weight Load Offset from (g) (newtons) point of force application (mm) to) Classic axis with cavity having a cross-sectional area equal to that
des trous d'ex-ex-holes
trémité 141,44 1450 16,65extremity 141.44 1450 16.65
B) Axe selon l'in-B) Axis according to the in-
vention à cavité ayant une airecavity having an area
de section supé-upper section
rieure à cellehigher than that
des trous d'ex-ex-holes
trémité 138,53 1450 13,27 Ainsi qu'on le voit d'après ce tableau, une charge end 138.53 1450 13.27 As can be seen from this table, a load
étalon égale engendre, dans un axe de pédalier suivant l'in- equal standard generates, in a crankset axis according to the
vention, un effort de torsion inférieur d'environ 20% à celui engendré dans un axe courant, le poids du second axe étant en vention, a torsional force about 20% lower than that generated in a current axis, the weight of the second axis being
outre inférieur d'environ 2 grammes à celui du premier. addition about 2 grams lower than the first.
Il est à noter aussi que, par sa géométrie particulière, l'axe suivant l'invention se prête mieux au perçage, celui-ci n'ayant plus à être effectué sur toute sa longueur - comme dans les axes de pédalier courants - mais seulement aux deux extrémités, ce dont découlent de gros avantages du point de vue de la réalisation et de la réduction du coût. D'autres avantages découlent de ce qu'on peut utiliser une même ébauche pour obtenir des axes de diverses grandeurs standards, en It should also be noted that, by its particular geometry, the axle according to the invention lends itself better to drilling, the latter no longer having to be carried out over its entire length - as in the common bottom bracket axles - but only at both ends, from which come great advantages from the point of view of realization and reduction of the cost. Other advantages arise from the fact that the same blank can be used to obtain axes of various standard sizes, in
changeant seulement de modèle d'outillage. changing only the tooling model.
L'axe selon la figure 3 est à l'état de façonnage défini- The axis according to FIG. 3 is in the defined shaping state.
tif, ses extrémités 7 étant à section octogonale et non carrée - voir détails des figures 2A et 2B - ce qui améliore son pouvoir de résistance. Les zones hachurées sur la figure 2A indiquent très clairement comment cette-forme des extrémités de l'axe permet d'accroître notablement la section résistante par rapport aux extrémités carrées courantes. De plus, la forme concrète des extrémités d'axe améliore aussi le contact tif, its ends 7 being of octagonal section and not square - see details of Figures 2A and 2B - which improves its resistance. The hatched areas in FIG. 2A very clearly indicate how this form of the ends of the axis makes it possible to notably increase the resistant section compared to the current square ends. In addition, the concrete shape of the axle ends also improves contact
avec les manivelles de pédale.with pedal cranks.
Les figures 4 et 5 représentent respectivement - on l'a dit - un axe 13 selon l'invention en deux pièces soudées 1' Figures 4 and 5 respectively represent - as we said - an axis 13 according to the invention in two welded parts 1 '
une à l'autre et un axe 14 suivant l'invention en trois piè- one to the other and an axis 14 according to the invention in three parts
ces soudées les unes aux autres: ces deux versions construc- these welded together: these two versions build
tives constituent une variante à la version précédente et en diffèrent en ce qu'il faut prévoir une ou plusieurs étapes tives constitute a variant to the previous version and differ in that it is necessary to provide one or more stages
de soudage.welding.
Dans le cas de l'axe 13 - réalisé en deux éléments 15 et 16, reliés l'un à l'autre par une soudure 17 (figure 4) - on procède au filage pour chacun desdits éléments, en respectant exactement de la même manière que pour l'axe monolithique 11, In the case of axis 13 - made of two elements 15 and 16, connected to each other by a weld 17 (Figure 4) - we proceed to the spinning for each of said elements, respecting in exactly the same way that for the monolithic axis 11,
à ceci près seulement que l'ébauche ne présente pas la cou- except that the blank does not have the cost
ronne dépassante 8. On réunit ensuite les deux éléments 15 et 16 par la soudure 17, de façon à obtenir l'essieu 13 prêt à protruding column 8. The two elements 15 and 16 are then joined together by the weld 17, so as to obtain the axle 13 ready for
être ébarbé par des machines-outils. be trimmed by machine tools.
Les avantages de cette réalisation résident dans la ré- The advantages of this achievement lie in the re-
duction du prix de revient du matériel et dans la réduction reduction of the cost price of the material and in the reduction
des frais de maniement des pièces avant leur assemblage. handling costs of the parts before their assembly.
De plus, les pièces ainsi fabriquées ont, dès l'origine, une meilleure précision dimensionnelle et un plus haut degré de fini que l'axe monolithique. En outre, la normalisation In addition, the parts thus manufactured have, from the outset, better dimensional accuracy and a higher degree of finish than the monolithic axis. In addition, standardization
des diverses longueurs est plus facile à opérer. of various lengths is easier to operate.
Dans le cas de l'axe 14 - formé de trois éléments 18, 19 et 20, reliés les uns aux autres par deux soudures 21 et 22 (figure 5) - le processus est encore plus simple que dans les cas précédents. En effets, les deux pièces extrêmes 18, 19, forgées à froid avec une grande précision et un haut degré de fini, sont obtenues au moyen d'une seule matrice (en ce sens que, dans ce cas aussi, on tire parti de la parfaite symétrie de ces pièces), tandis que la partie moyenne 20 est obtenue à partir de tube industriel, en un matériau du même type que celui utilisé pour obtenir les ébauches 18 et 19 et/ou, en tout cas, se prêtant aux opérations de soudage qu'il faut effectuer en 21 et 22 pour relier les trois éléments de l'axe In the case of axis 14 - formed of three elements 18, 19 and 20, connected to each other by two welds 21 and 22 (Figure 5) - the process is even simpler than in the previous cases. Indeed, the two extreme parts 18, 19, cold forged with great precision and a high degree of finish, are obtained by means of a single matrix (in the sense that, in this case too, we take advantage of the perfect symmetry of these parts), while the middle part 20 is obtained from industrial tube, in a material of the same type as that used to obtain the blanks 18 and 19 and / or, in any case, suitable for the operations of welding which must be carried out at 21 and 22 to connect the three elements of the axis
de pédalier.bottom bracket.
Cette solution offre un grand nombre d'avantages: outre ceux énumérés pour l'axe 13 soudé en deux pièces, il apparait une réduction de coût supplémentaire découlant de ce que la This solution offers a large number of advantages: in addition to those listed for axis 13 welded in two parts, there appears to be an additional cost reduction resulting from the fact that the
partie moyenne 20 de l'axe est constituée par du tube indus- middle part 20 of the axis consists of industrial tube
triel. De plus, on peut modifier la section du tube, selon l'usage à faire de l'axe de pédalier. triel. In addition, you can change the section of the tube, depending on the use to be made of the bottom bracket.
L'invention couvre encore, bien entendu, d'autres varian- The invention also covers, of course, other variations.
tes de l'axe de pédalier pour bicyclette, dont seulement tes of the bicycle bottom bracket, of which only
certains exemples de réalisation ont été décrits et illustrés. certain exemplary embodiments have been described and illustrated.
Par exemple, le cadre de l'invention couvre aussi des axes de pédalier dans lesquels la partie moyenne présente une cavité et les parties extrêmes sont exemptes de trous et comportent For example, the scope of the invention also covers bottom bracket axles in which the middle part has a cavity and the end parts are free of holes and have
d'autres moyens de blocage des manivelles de pédale. other means of blocking the pedal cranks.
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