WO1981002556A1

WO1981002556A1 - Perfectionnements aux bicyclettes a mouvement de pedalage alternatif

Info

Publication number: WO1981002556A1
Application number: PCT/FR1981/000026
Authority: WO
Inventors: J Shelly
Original assignee: J Shelly
Priority date: 1980-03-07
Filing date: 1981-03-03
Publication date: 1981-09-17
Also published as: FR2477497B1; JPS57500281A; GB2086320A; FR2477497A1; GB2086320B

Abstract

Par l'intermediaire de mecanismes a roue libre (18, 19), les manivelles (12, 13) d'une bicyclette entrainent, lors de leurs courses descendantes respectives, un axe de pedalier sur lequel est cale le plateau dente usuel (7). Les mouvements des manivelles (12, 13) sont rendus symetriques par des moyens cinematiques (17) constitues de deux secteurs de roues dentees coniques (31, 32) et d'un pignon de renvoi conique (33). Des moyens de butee (20), a barre transversale fixe (50) cooperant avec les bords d'echancrures (51) menagees dans les manivelles (12, 13), limitent les mouvements angulaires de celles-ci a un angle inferieur a 130 .

Description

"Perfectionnements aux bicyclettes à mouvement de péda-lage alternatif".

L'invention est relative aux bicyclettes à mouvement de pédalage alternatif, qui comprennent : un cadre porté directement par une première roue et, par l'intermédiaire d'une fourche orientable, par une deuxième roue, un axe rotatif de pédalier monté sur le cadre par l'intermédiaire d'un boîtier de pédalier, un plateau denté de pédalier calé sur cet axe, une chaîne passant sur ce plateau et sur au moins un pignon capable d'entraîner la première roue en marche avant, deux pédales montées sur l'axe de pédalier par l'intermédiaire de manivelles respectives, un mécanisme de roue libre qui est disposé entre chaque manivelle et l'axe de pédalier et qui est agencé de manière à ne solidariser chaque manivelle à l'axe de pédalier que lorsque cette manivelle est poussée dans le sens moteur usuel des bicyclettes à roue libre, des moyens cinématiques qui relient les deux manivelles entre elles et qui sont tels que, lorsque l'une d'elles est abaissée d'un certain angle par une poussée exercée sur la pédale correspondante, l'autre se trouve relevée automatiquement par ces moyens cinématiques d'un angle au moins approximativement égal et vice versa, et des moyens de butée qui sont portés par le cadre et qui coopèrent avec les deux manivelles de façon à restreindre la liberté de mouvement de chacune d'elles a un angle au plus égal à 130°, lequel angle s'étend à l'avant de l'axe de. pédalier, à peu près symétriquement par rapport à un plan horizontal passant par cet axe. Avec une telle bicyclette, le cycliste effectue un mouvement de pédalage alternatif en exerçant sur les pédales une poussée de haut en bas, alternativement de son pied droit et de son pied gauche. Cette poussée est ainsi limitée à la fraction de la circonférence, centrée sur l'axe de pédalier, pour laquelle elle est réellement efficace. Sous l'effet des susdits moyens cinématiques qui relient les manivelles entre elles, chaque mouvement de haut en bas du pied moteur provoque un mouvement concomitant et symétrique de la pédale sur laquelle repose le pied non moteur. A la fin de chaque coup de pédale, le pied non moteur est ainsi amené à la position voulue pour amorcer le coup de pédale suivant. Le cycliste peut régler de lui-même l'amplitude angulaire de chaque coup de pédale. C'est seulement au cas où son pied moteur tendrait à dépasser les limites de l'angle de pédalage optimal qu'interviennent les moyens de butée portés par le cadre. Ainsi se trouvent éliminés les arcs morts de pédalage des bicyclettes usuelles à mouvement de pédalage continu, ces arcs morts correspondant, comme on le sait, a un déplacement approximativement horizontal des pieds.Malgré le mouvement de pédalage alternatif qui s'effectue sur une telle bicyclette, on constate que, grâce aux forces d'inertie de cette bicyclette, sa progression n'est pas saccadée, mais aussi continue que sur une bicyclette classique. On sait que la morphologie moyenne dès cyclistes impose aux pédales une limite de course verticale, entre la position la plus haute de chaque pédale et sa position la plus basse. Etant donné que les sus-dits moyens de butée empêchent les pédales de la bicyclette conforme à l'invention d'atteindre le point le plus haut et le point le plus bas du cercle dont elles ne décrivent qu'un arc inférieur ou égal à 130°, on conçoit que, pour la même limite de course verticale imposée aux pédales par des impératifs de morphologie, la bicyclette peut avoir des manivelles plus longues que celles des bicyclettes usuelles.

Le brevet britannique 2.021.235 décrit une bicyclette qui répond à la définition donnée en préambule. Dans cette bicyclette connue, c'est à l'intérieur de la manivelle voisine que le plateau denté de pédalier est monté sur l'axe de pédalier. I1 en résulte que les moyens cinématiques qui relient les deux manivelles entre elles interfèrent avec lé plateau denté ou tout au moins en li-mitent considérablement le diamètre.

Pour éviter cet inconvénient, la bicyclette conforme à l'invention est essentiellement caractérisée en ce que c'est à l'extérieur de la manivelle voisine que le plateau denté est monté sur l'axe de pédalier. La bicyclette conforme à l'invention permet donc, par augmentation du diamètre du plateau de pédalier, d'atteindre des vitesses plus élevées sur route ou sur piste, pour un effort musculaire déterminé, ou des vitesses du même ordre de grandeur, pour un effort muscu-laire bien moindre.

D'autres buts et caractéristiques de l'invention vont être maintenant décrits en référence aux dessins annexés.

Les figures 1 et 2 de ces dessins montrent en élévation la bicyclette conforme à l'invention, vue respectivement du côté gauche et du côté droit, en deux positions angulaires opposées de ses manivelles.

La figure 3 représente la même bicyclette en coupe horizontale selon la ligne III—III de la figure La figure 4 montre, à plus grande échelle, un détail de la figure 1.

La figure 5 montre, par une coupe horizontales selon la ligne V-V de la figure 4, un détail de la figure 3. La figure 6 montre, à plus, grande échelle encore, une coupe verticale selon la ligne VI-VI de la figure 4.

La figure 7 montre, par une coupe horizontale passant par l'axe de pédalier, les manivelles de pédalier qui sont reliées entre elles par des moyens cinématiques établis selon une variante du mode de réalisation des figures 3 à 6.

La figure 8 montre, en coupe transversale selon la ligne VIII-VIII de la figure 6, le mécanisme de roue libre associé a la manivelle de gauche.

Ainsi qu'il ressort des figures 1 à 3, la bicyclette conforme à l'invention comprend :

- un cadre 1 porté directement par une première roue 2 et, par l'intermédiaire d'une fourche orientable 3, par une deuxième roue 4 ;

- un axe de pédalier 5 monté sur le cadre 1 par l'intermédiaire d'un boîtier de pédalier 6 ;

- un plateau denté de pédalier 7 calé sur cet axe 5 ;

- une chaîne 8 passant sur ce plateau 7 et sur au moins un pignon 9 capable d'entraîner la première roue 2 en marche avant ; et

- deux pédales 10, 11 montés sur l'axe de pédalier 5 par l'intermédiaire de manivelles respectives 12 et 13.

De préférence, la deuxième roue 4 montée dans la fourche 3 est la roue avant. Dans ce cas, le pignon 9 est en général calé directement sur la roue arrière 2 et peut faire partie d'un groupe de pignons accolés, ainsi qu'il est usuel, sur les bicyclettes munies d'un dérailleur tel que 14. De toute façon, le cadre 1 porte une selle 15 tandis que la fourche 3 est surmontée d'un guidon 16.

Entre la manivelle 12 et l'axe de pédalier 5 est disposé un mécanisme de roue libre 18 tandis qu'entre la manivelle 13 et l'axe de pédalier 5 est disposé un mé-canisme de roue libre 19 (voir notamment la figure 6), chacun de ces mécanismes 18 et 19 étant agencé de manière à ne solidariser la manivelle correspondante 12 ou 13 audit axe 5 que lorsque cette manivelle 12 ou 13 est poussée dans le sens usuel des bicyclettes à roue libre, c'est-à- dire dans le sens des aiguilles d'une montre à la figure 2 ou dans le sens inverse des aiguilles d'une montre aux figures 1 et 4.

En outre, les deux manivelles 12, 13 sont reliées entre elles par des moyens cinématiques 17 tels que, lorsque la manivelle 12 (13.) est abaissée d'un certain angle par une poussée exercée sur la pédale correspondante 10 (11), l'autre manivelle 13 (12) se trouve relevée automatiquement par ces moyens 17 d'un angle au moins approximativement égal. Enfin, le cadre 1 porte des moyens de butée

20 qui coopèrent avec les deux manivelles 12, 13 de façon à restreindre la liberté de mouvement de chacune d'elles a un angle A au plus égal à 130°, lequel angle A s'étend a l'avant de l'axe de pédalier 5, à peu près symétrique-ment par rapport à un plan P passant par cet axe, ainsi qu'il ressort de la figure 4.

Le mécanisme de roue libre 18 ou 19 peut être du type à cliquets sollicités par des ressorts vers la périphérie d'une roue à rochet, c'est-à-dire du type usuel pour les roues arrière des bicyclettes. Un tel mécanisme risque toutefois d'être trop fragile en raison de la puissance que la bicyclette conforme à l'inven tion permet de développer.

Selon un perfectionnement de l'invention, le mécanisme de roue libre est du type à galets et à rampes excentrées, tel que le mécanisme 18 qui est illus tré à la figure 8. Un tel mécanisme comprend un manchon 21 qui est calé, par exemple à l'aide d'une clavette 22, sur l'axe de pédalier 5 et qui comporte à sa périphérie plusieurs (par exemple cinq) rampes excentrées 23 dont les génératrices sont parallèles à l'axe de pédalier 5 et qui sont limitées par autant de doigts radiaux 24. Le manchon 21 est entouré d'une bague 25 qui est logée à l'intérieur d'un alésage cylindrique 26 ménagé a cet effet dans le moyeu 27 de la manivelle 12. La bague 25 est munie d'autant de créneaux 28 qu'il y a de rampes 23. Des galets cylindriques 29, logés en partie dans les crénaux 28, pénètrent dans des encoches 30 qui sont limitées radialement par les rampes 23 et circonférentiel-lement par les doigts 24. Le diamètre des galets 29 et l'allure des rampes 23 sont déterminés de façon telle que, lorsque la manivelle 12 est entraînée dans le sens moteur schématisé par la flèche F à la figure 8, le mouvement relatif du manchon 21 par rapport à la mani-velle 12 fait déplacer les galets 29 par les doigts 24 vers la partie de plus grand diamètre des rampes 23, ce qui a pour effet de pousser les galets 29 contre l'alésage 26 de la manivelle 12 et de coincer ainsi le manchon 21 sur la manivelle 12 qui est ainsi rendue so-lidaire de l'axe de pédalier 5. Lorsque la manivelle 12 est entraînée en sens contraire, les galets 29 sont déplacés vers la partie de plus petit diamètre des rampes 23, ce qui a pour effet de libérer la manivelle 12 par rapport à l'axe de pédalier 5. Le mécanisme de roue libre 19 est symétrique du mécanisme 18 et ne nécessite donc pas de description.

Il est clair que les galets 29 sont bien plus robustes que les cliquets des roues libres à cliquets et roue à rochet et que les mécanismes de roue libre 18 et 19 à galets 29 et à rampes excentrées 23 sont donc mieux adaptés a leur fonction que des roues libres à cliquets et roue à rochet. Il va de soi que l'on pourrait rendre le manchon 21 solidaire de la manivelle 12 et non de l'axe de pédalier 5, la bague 25 étant alors montée directement sur cet axe 5, sans s'écarter du principe de ce mécanisme de roue libre 18, 19.

En ce qui concerne le plateau denté 7, c'est à l'extérieur de la manivelle voisine 13 qu'il est monté sur l'axe de pédalier 5, ainsi qu'il ressort des dessins, ce qui facilite en particulier l'agencement des moyens cinématiques 17 et permet d'augmenter le diamètre du plateau 7 sans être gêné par ces moyens 17. Selon le mode de réalisation des figures 5 et 6, ces moyens cinématiques 17 sont constitués par deux secteurs de roues dentées coniques 31 et 32 qui sont solidaires respectivement des moyeux des manivelles 12 et 13 et qui sont tous deux en prise avec un pignon conique de renvoi 33. Ce pignon 33 est monté sur un axe 34, de préférence à peu près horizontal, porté par un bâti 35 qui est fixé rigidement au cadre 1, à l'avant du boîtier de pédalier 6. On comprend que, si la manivelle 12 est abaissée (voir en particulier la figure 5), elle entraîne avec elle le secteur denté 31 qui fait tourner le pignon 33 dans un sens tel que, par engrè-nement avec le secteur denté 32, la manivelle 13 solidaire de ce dernier se trouve relevée d'un angle égal. Le fonctionnement est symétrique lorsque c'est la manivelle 13 qui est abaissée. Selon la variante de la figure 7, les moyens cinématiques, désignés ici par I7a, sont constitués par des roues dentées droites primaires 36 et 37, solidaires respectivement des moyeux des manivelles 12 et 13 et qui sont en prise respectivement avec des roues dentées droites secondaires 38, 39 montées sur des axes secondaires 40, 41, la roue dentée secondaire 39 engrenant avec un pignon de renvoi 42 qui est solidaire de l'autre roue dentée secondaire 38. Les axes secondaires 40, 41 sont parallèles à l'axe de pédalier 5. Si l'on choisit convenablement les diamètres respectifs des roues dentées 36 à 39 et du pignon 42, on conçoit que, lorsque la manivelle 12 est abaissée, la manivelle 13 se trouve relevée d'un angle égal et vice versa.

Ainsi qu'il ressort de la figure 7, les moyens cinématiques l7a, comme d'ailleurs les moyens cinématiques 17, sont de préférence enfermés dans un carter 43 qui permet , non seulementde dissimuler les divers engrenages en les mettant à l'abri de la boue et de la poussière et en éliminant les risques de blessure pour l'utilisateur et de salissure pour les vêtements de celui-ci, mais encore d'assurer un graissage central de ces engrenages. Il suffit pour cela de rendre étanche le carter 43 en le munissant d'un orifice de graissage. Chaque manivelle 12 ou 13 comprend de préférence un manchon cylindrique 44 ou 45 (figure 7) qui est solidaire de son moyeu et qui est dirigé axia-lement vers la manivelle 13 ou 12, l'axe de pédalier 5 passant librement à l'intérieur de ces manchons 44, 45. Des paliers a billes ou à rouleaux 46, 47 sont montés respectivement entre la surface extérieure des manchons 44 et 45 et la surface intérieure du carter 43, lequel joue ainsi le rôle du boîtier de pédalier 6 usuel. Ces paliers 44, 45 peuvent ainsi être graissés par le même lubrifiant que les engrenages des moyens cinématiques 17 ou I7a. De plus, des paliers à billes 48, 49 ou semblables sont montés entre l'axe de pédalier 5 et la surface intérieure des manchons 44, 45. L'axe de pédalier est donc centré sur le carter 43 par la succession des paliers 48, 49 et 46, 47, ce centrage étant rendu plus rigoureux par la présence des manchons 44, 45.

En ce qui concerne enfin les moyens de butée 20, on peut les constituer par exemple par une barre transversale 50 fixée au cadre 1, de préférence par 1' in-termediaire du bâti 35, et engagée dans une échancrure en arc de cercle 51 qui est ménagée à cet effet à la périphérie du moyeu de chaque manivelle 12, 13 (voir notamment les figures 4, 5 et 8). La barre transversale 50 peut être revêtue d'une garniture en caoutchouc ou matière analogue pour amortir les chocs. L' echancrure 51 a des dimensions et une disposition telles que, par butée de la barre 50 contre ses bords radiaux, la liberté angulaire des manivelles 12, 13 soit limitée au susdit angle A (figure 4). Il est d'ailleurs à noter que, du fait de la présence des moyens cinématiques 17 ou I7a, les moyens de butée à barre transversale 50 et échancrure 51 sont surabondants. Il pourrait suffire en effet de prévoir une echancrure 51 sur l'une des manivelles seulement, mais il est plus sûr de doubler ces moyens de butée de la manière décrite. Selon une variante, les moyens de butée 20 peuvent aussi être constitués par des arrêtoirs 52 (figure 4) fixés directement au bâti 35 de façon à coopérer directement avec les manivelles 12, 13 lors de leurs mouvements d'abaissement. Quel que soit le mode de réalisation adopté, on obtient une bicyclette dont le fonctionnement est le suivant.

Lorsque le cycliste appuie sur la pédale de gauche 10, le mécanisme de roue libre 18 solidarise la manivelle de gauche 12 à l'axe de pédalier 5 et par conséquent au plateau 7 calé sur cet axe 5. L'effort exercé sur la pédale de gauche 10 est donc transmis par la chaî ne 8 à la roue arrière 2, dans le sens de l'avancement. En même temps, le mécanisme de roue libre 19 libère la manivelle de droite 13, ce qui permet aux moyens ciné-matiques 17 ou l7a de relever, avec cette manivelle 13, la pédale de droite 11 avec le pied qui n'exerce pas d'effort. Lors de ce coup de pédale, l'axe de pédalier 5 et la manivelle de droite 13 tournent ainsi en sens inverses. Le mouvement d'abaissement imprimé par le cycliste à la pédale de gauche 10 s'achève soit lors de l'intervention des moyens de butée 20, soit auparavant au gré du cycliste.

Lorsque le cycliste appuie sur la pédale de droite 11, c'est la manivelle de droite 13 qui est rendue solidaire de l'axe de pédalier 5 par le mécanisme de roue libre 19 tandis que le mécanisme de roue libre 18 libère la manivelle de gauche 12 et permet à celle-ci de remonter sous l'action des moyens cinématiques 17 ou 17a. Ainsi qu'il a été exposé en préambule, ce pédalage alterné permet au cycliste, en déployant les mêmes efforts, d'atteindre avec la bicyclette conforme à l'invention des vitesses bien supérieures aux vitesses des bicyclettes classiques. Sans que ces précisions aient aucun caractère limitatif, les dimensions suivantes se sont révélées particulièrement intéressantes en pratique :

- angle A : 125° ;

- diamètre de plateau 7 : 340 mm ( 70 % supérieur à ce- lui d'une bicyclette courante) ;

- longueur des manivelles 12, 13 : 265 mm ;

- développement : 13,48 m (contre 7,93 m pour une bicyclette courante, avec le même pignon arrière 9 à 14 dents). Ainsi qu'il ressort des figures 1 et 2, l ' augmentation de longueur des manivel les , par rapport à une bicyclette classique , conduit à modifier légèrement la géométrie du cadre 1

- en reculant le boîtier de pédalier 6 ; - en reculant d ' autant l ' arrière du cadre ;

- en relevant le boîtier de pédalier 6 par rapport au sol ;

- en allongeant le moyeu 54 ( figure 3) de la roue arrière 2 ; et

- en contrecoudant les manivelles 12, 13 de façon à augmenter l'écart entre les pédales 10, 11.

Ceci permet de maintenir au tube de selle 53 qui fait partie du cadre 1 l'inclinaison qui lui est nécessaire pour ne pas risquer de se briser sous l'effet des chocs et de tenir compte du fait que le plateau 7 est placé à l'extérieur de la manivelle 13 correspondante.

Dans le préambule de cette description, il a été expliqué que l'allongement des manivelles 12, 13 était dû à des considérations touchant à la morphologie moyenne des cyclistes. Il ressort de ce qui précède que cet allongement est autorisé en outre par le fait que les pédales 10, 11, portées par les manivelles 12, 13 ainsi allongées, ne risquent pas de heurter le sol étant donné qu'elles sont arrêtées par les moyens de butée 20, bien avant d'atteindre le point bas du cercle dont elles ne décrivent que l'arc de cercle d'angle A.

Claims

REVENDICATIONS 1. Bicyclette à mouvement de pédalage alternatif, qui comprend : un cadre porté directement par une pre-mière roue et, par l'intermédiaire d'une fourche orientable, par une deuxième roue, un axe rotatif de pédalier monté sur le cadre par l'intermédiaire d'un boîtier de pédalier, un plateau denté de pédalier calé sur cet axe, une chaîne passant sur ce plateau et sur au moins un pignon capable d'entraîner la première roue en marche avant, deux pédales montées sur l'axe de pédalier par l'intermédiaire de manivelles respectives, un mécanisme de roue libre qui est disposé entre chaque manivelle et l'axe de pédalier et qui est agencé de manière à ne solidariser chaque manivelle à l'axe de pédalier que lorsque cette manivelle est poussée dans le sens moteur usuel des bicyclettes a roue libre, des moyens cinématiques qui relient les deux manivelles entre elles et qui sont tels que, lorsque l'une d'elles est abaissée d'un certain angle par une poussée exercée sur la pédale correspondante, l'autre se trouve relevée automatiquement par ces moyens cinématiques d'un angle au moins approximativement égal et vice versa, et des moyens de butée qui sont portés par le cadre et qui coopèrent avec les deux manivelles de façon à restreindre la liberté de mouvement de chacune d'elles à un angle au plus égal à 130°, lequel angle s'étend à l'avant de l'axe de pédalier, à peu près symétriquement par rapport à un plan horizontal passant par cet axe, caractérisée en ce que c'est à l'extérieur de la manivelle voisine (13) que le plateau, denté (7) est monté sur l'axe du pédalier (5).

2. Bicyclette selon la revendication 1, dans laquelle les moyens cinématiques sont constitués par deux secteurs de roues dentées coniques qui sont solidaires respectivement des moyeux des manivelles et qui sont tous deux en prise avec un pignon conique de renvoi commun, caractériséa en ce que ces moyens ci-nématiques (17) sont enfermés dans un carter de graissage étanche (43).

3. Bicyclette selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisée en ce que chaque manivelle (12, 13) comprend un manchon cylindrique (44 ou 45) qui est solidaire de son moyeu et qui fait saillie axiale-ment vers l'autre manivelle ( 13, 12), l'axe de pédalier (5) passant à l'intérieur de ces manchons (44, 45) avec interposition de paliers (48, 49).

4. Bicyclette selon l'ensemble des reven-dications 2 et 3, caractérisée en ce que d'autres paliers

(46, 47) sont disposés entre lesdits manchons (44, 45) et le carter étanche (43).