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Mécanisme sélecteur perfectionné pour engrenages de changement de vitesse.
La présente invention concerne un mécanisme sélecteur pour engrenages de changement de vitesse et s'applique parti- culièrement, mais non exclusivement aux moyeux de changement de vitesse à pignons épicycloldaux pour bicyclettes, du type dans lequel un organe récepteur ou moteur est appelé à être accouplé alternativement à la cage ou à l'anneau planétaire, tandis que ce dernier est accouplé alternativement à un organe transmetteur ou entraîné, par l'intermédiaire de cliquets et de rochets.
Dans les moyeux à changement de vitesse de ce type, il est habituel d'accoupler l'organe récepteur à la cage pla- nétaire à l'aide d'une griffe à coulissement axial,
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pouvant être amenée par déplacement axial dans des positions alternatives déterminées, cette griffe étant couplée en per- manence, à coulissement, à cet orp-ane récepteur , de façon à être commandée par celui-ci, et étant appelée, dans chacune de ses positions alternatives, à être reliée à commande à un jeu de crabots complémentaires prévus sur la cage planétaire.
Le moyen de commande habituel pour déplacer et mettre en position le sélecteur consiste en une tige coulissante à res- sort de rappel et câble de commande, mais il est également connu d'utiliser des surfaces profilées ou cames complémentaires et un ressort de rappel pour effectuer le mouvement axial précité de la griffe, une des cames complémentaires étant ro- tative par rapport à l'autre, par exemple lorsqu'on fait tour- ner les pédales de la bicyclette en arrière.
Cette construc- tion présente le désavantage que les cames occupent une partie importante de l'espace axial limité disponible dans le moyeu pour les engrenages. Un autre désavantage de tous les mécanis- mes à came connus actuellement réside dans le fait que, lorsque la bicyclette est conduite d'avant en arrière, par exemple lorsqu'on la retire d'un ratelier ou d'une remise, le sélecteur de pignons passe automatiquement, et parfois continuellement, par un nombre relativement indéterminable de ses séries de positions de sélection, de sorte que la position finale du sélecteur est virtuellement imprévisible.
Les mécanismes de changement de vitesse à engrenages, qui utilisent une griffe à coulissement axial présentent encore une difficulté en ce sens qu'il est nécessaire de prévoir une position neutre entre les différents jeux de crabots complémen- taires qui tournent à différentes vitesses, de sorte que la griffe ne puisse engager plus d'un jeu à la fois, ce qui cons- titue un facteur important qui détermine la longueur axiale du mécanisme pour une puissance donnée. D'autre part, il existe toujours le problème de l'engagement de la griffe cou- lissante avec les crabots complémentaires mobiles par rapport
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à celle-ci, vu que ces organes peuvent ne pas coïncider exactement en vue de leur engagement mutuel à l'instant choisi par l'usager.
Le ressort de rappel fournit naturelle ne nt le retard momentané nécessaire pour un sens de mouvement, tandis que l'élasticité du câble de commande agit de même en ce qui concerne l'autre sens de mouvement de la griffe ; néanmoins, il existe là un problème pour le constructeur.
La présente invention vise principalement à établir un mécanisme sélecteur perfectionné remplaçant la griffe à cou- lissement axial, de façon à éviter les défauts précités in- hérents à celle-ci.
L'invention vise en outre à établir une construction qui permet la commande du mécanisme sélecteur par rétropédalage sans nécessiter l'emploi de la construction à cames complé- mentaires, qui, jusqu'à présent, était la seule construction disponible pour une telle action de sélection.
L'invention vise en outre une construction dans laquelle le changement de vitesse, bien que pouvant être commandé par rétropédalage, n'est pas nécessairement affecté par le mou- vement de recul de la bicyclette elle-même.
Selon l'invention, un mécanisme sélecteur pour un engre- nage épicycloidal de moyeu, du type comprenant un axe, un organe récepteur ou moteur et un système transmetteur ou en- traîné pouvant tourner autour de cet axe, un pignon solaire, une cage planétaire portant des pignons satellites, et une couronne dentée montés coaxiale-lent sur cet axe, comprend, en combinaison, un mécanisme sélecteur comportant un porte- cliquets, des cliquets montés dans la périphérie de de porte- cliquets, des moyens de renversement sélectif pour tous les cliquets, des moyens reliant ce mécanisme sélecteur à l'organe récepteur en vue de la commande, le porte-cliquets et les moyens de renversement tournant les uns par rapport aux autres lors de la rotation inverse de l'organe moteur,
en vue
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d'activer ou de désactiver sélectivement les cliquets du porte-cliquets, ainsi que des éléments alternatifs qui en- gagent les cliquets, solidaires de la cage planétaire et de la couronne dentée, et avec lesquels viennent s'encliqueter les cliquets activés.
Les expressions "activer" et "désactiver" (et leurs dé- rivés) sont employées ici pour désigner une construction qui, ou bien permet aux cliquets d'occuper, par exemple sous l'action d'un ressort, une position active ou inactive, ou bien déplace positivement les cliquets en vue de les amener dans une telle position ou de les en écarter.
Selon une autre caractéristique de l'invention, l'organe sélecteur est prévu pour une rotation relative par rétropé- dalage.
Selon un mode d'exécution préféré de l'invention, un engrenage de moyeux de changement de vitesse pour une bi- cyclette à pédales est caractérisé par la prévision de mé- canismes sélecteurs alternatifs à cliquet et rochet entre l'organe moteur et les parties alternatives du train d'engre- nages.
Dans une construction de l'invention, l'organe sélecteur rotatif est constitué par une enveloppe à découpages qui en- toure les cliquets, la disposition de ces découpages étant telle que seuls les cliquets requis sont actifs, l'enveloppe étant capable de rotation dans les deux sens, mais étant empêchée de tourner par des moyens de freinage agissant avec plus d'intensité que le freinage des cliquets, de telle sorte que la rotation en arrière de l'organe moteur a pour effet un mouvement relatif entre les cliquets et l'enveloppe à découpage, de sorte que, pendant que les cliquets précédem- ment actifs sont désactivés par l'envelopper d'autres décou- pages sont amenés en face d'un autre jeu de cliquets,
pour activer ceux-ci en leur permettant d'occuper leur position active et pour assurer l'accouplement d'entraînement requis
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entre l'organe moteur et le partie du train d'engrenages prévue pour le rapport de transmission choisi;
Dans une autre construction de l'invention, les cliquets sont disposés par paires dansle porte-cliquets qui entoure l'organe récepteur ou moteur, et ce dernier présente des paires de fentes, le tout de telle manière que seuls les cliquets engagés par les fentes de l'organe moteur et les rochets complé mentaires du train d'engrenages sont actifs, les autres cli- quets étant maintenus hors d'engagement par les parties plei- nes de l'organe moteur.
Le porte-cliquets est capable de tour- ner dans les deux sens, mais est empêché de tourner par un moyen de freinage d'une intensité plus grande que celle du freinage exercé par les cliquets, de telle sorte que la rota- tion en arrière de l'organe moteur provoque un mouvement re- latif entre les cliquets et cet organe moteur, de telle façon que des cliquets alternatifs engagent les fentes de l'organe moteur et assurent le couple moteur entre l'organe récepteur et la partie sélectée du train d'engrenages.
Dans les deux constructions précitées, l'organe sélecteur rotatif est monté de telle façon qu'il peut être tourné en avant avec l'organe moteur ou être tourné en arrière par l'organe récepteur en vue d'une action sélective, ou être tourné en arrière par l'organe entraîné ou transmetteur sans provoquer de changementdans, sa position sélective et sans dété- rioration de cet organe sélecteur ou de ses organes associés.
Dans les dessins annexés :
Fig.l est une élévation en coupe d'un moyeu selon un exemple d'exécution de l'invention.
Fig.2 est une coupe en bout dû moyeu selon la fig.l, en suivant le plan A-A.
Fig.3 est une coupe en bout partielle du moyeu de la fig.
1, selon le plan B-B.
Fig.4 est une vue de détail développée de l'organe sélec- teur rotatif du moyeu de la fig.L.
Fig.5 est une coupe en bout double du moyeu de la fig.l,
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selon le plan C-C.
Fig.6 est une élévation en coupe partielle selon la ligne E-E de la fig.7, d'une variante du mécanisme sélecteur selon l'invention.
Fig.7 est une coupe en bout selon la ligne D-D, des dé- tails montrés dans la fig.6.
Fig.8 est une vue fragmentaire montrant une variante du ressort de charge pour les cliquets de la variante selon la fig.7.
Les dessins sont schématiques à certains égards, et des éléments non essentiels ou petits, tels que cages à billes, cache-poussière et ressorts de cliquets ont été omis pour des raisons de clarté, ou montrés seulement sous une forme élé- mentaire.
Comme montré dans les figs.l à 5, un changement de vitesse de moyeu de bicyclette à trois vitesses comporte un axe 1 appelé à être fixé de la manière connue à la fourche arrière de la bicyclette. Sur l'axe 1 est calé un pignon solaire 2 d'un simple train épicycloïdal consistant en des pignons satel- lites 3 et une couronne à denture intérieure 4, les pignons satellites étant montés dans une cage planétaire 5 à l'aide de broches 6. L'extrémité de gauche dela cage planétaire est formée de façon à constituer un logement pour des cliquets 7 montés sur des broches 8, ces cliquets étant appelés à engager des dents de rochet 9a dans une calotte d'extrémité 9, et étant sollicités par des ressorts de la manière connue, ces ressorts n'étant pas montrés dans le dessin aux fins de simpli- fication.
La calotte d'extrémité 9 est montée à l'aide de roulements à billes 10 sur un cône 11 vissé sur l'extrémité adjacente de l'axe 1 de la manière connue. A l'autre extrémité du train d'engrenages se trouvent des cliquets 12 chargés par des ressorts (voir également fig.5) portés sur des broches 13 par un prolongement de la couronne 4, ces cliquets étant appe- lés à engager des dents de rochet complémentaires 14a solidaires
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d'une calotte d'extrémité 14. Les calottes 9 et 14 se vissent dans les extrémités d'un élément tubulaire 15 présentant des brides d'extrémité 14tperforées en 14b de la manière connue, pour recevoir les extrémités intérieures des rayons d'une roue.
L'organe tubulaire 15 et les calottes 9 et 14 forment ensemble l'organe entraîné ou transmetteur du mécanisme. Dans la calotte 14 est monté à rotation, à l'aide d'un palier à billes 16, un orpane récepteur ou moteur 17, monté d'autre part sur un cône 19 à roulement à billes 18, vissé sur l'extrémité adjacente de l'axe 1. L'extrémité intérieure de l'organe moteur est mu- nie de crabots ou dents d'extrémité 17a, cet organe étant fi- leté à son autre extrémité afin de recevoir une roue à chaîne 20.
Entre la cage planétaire 5 et la calotte 17 est monté à rotation, sur l'axe 1, un porte-cliquets 21 muni de dents d'extrémité 21a appelées à engager les dents 17a, ces dents complémentaires étant proportionnées de façon à permettre un mouvement perdu de 120 , c'est-à-dire d'un tiers de tour pour une raison qui sera exposée plus loin. Le porte-cliquets 21 porte trois paires de cliquets 22a, 22b, et 22c, respectivement disposées côte-à-côte dans un alignement axial et. en des points diamétralement opposés, dans des gorges longitudinales 21b.
Chacun de ces cliquets est sollicité par un ressort vers l'exté- rieur, par exemple comme montré schématiquement dans la fig.5, à l'aide d'une bille 21c et d'un ressort 21d disposés dans un évidement 21e du porte-cliquets 21. Sur le porte-cliquets 21 est montée à rotation une enveloppe 23 en forme de cuvette qui entoure ce porte-cliquets, le fond de cette enveloppe présentant deux découpages 23a dans chacun desquels sont situés des ressorts de détente 24 en forme de U appelés à engager tour à tour trois surfaces planes la formées sur l'axe 1, de façon à déterminer ensemble six positions de retenue pour une révolution.
La fig.4 montre un développement de la périphérie de l'enveloppe, laquelle comporte des encoches 23b, des enco ches plus profondes 23d et des ouvertures 23c, uniformément
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espacées radialement autour de la périphérie, et espacées latéralement de façon à coïncider respectivement avec les cliquets 22a, 22b, et les cliquets 22b, et 22c ensemble.
Les ressorts de détente sont proportionnés de façon à opposer à la rotation du manchon une résistance légèrement plus grande que la résistance frictionnelle opposée collectivement par les cliquets 22a, 22b et 22c lorsque le porte-cliquets 21 exécute une rotation dans le sens horlogique (sens des ai- guilles d'une montre) ou de rétropédalage, c'est--dire dans celui opposé au sens indiqué par la flèche A dans la fig.2, rotation pendant laquelle le manchon peut tourner plus vite que les cliquets. La flèche A indique le sens d'entraînement normal ou de pédalage du porte-cliquets 21 par l'organe moteur 17. Sous réserve de l'action de freinage exercée par les ressorts de détente 24, l'enveloppe 23 peut tourner dans l'un ou l'autre sens.
Les broches ou axes 6 des pignons satellites se prolongent au-delà de l'extrémité de la cage planétaire mais, au lieu de constituer des dents d'entraîne- ment pour engagement par la griffe coulissante, comme il était pratique Précédemment, ces broches forment des organes d'entraînement pour une bague de rochet 25 présentant des encoches 25a (fig.S) qui forment des dents de rochet complé- mentaires aux cliquets 22a, ces axes étant dépouillés en 6a, pour dégager la base de l'enveloppe 23. Le prolongement de la couronne 4 présente des dents de rochet 4a (fig.
2) complé- mentaires aux cliquets 22b, tandis que les cliquets 22c sont appelés, comme montré dans la moitié inférieure de la fig.5, à engager les talons des cliquets 12.Dans la moitié supérieure de la fig. 5, le cliquet 22c est montré conme étant couvert par l'enveloppe 23, de sorte que le cliquet 12 peut s'engager dans une quelconque des encoches 14a de la calotte 14. Dans les figs. 1 et 2, l'enveloppe 23 est représentée dans une position telle que les cliquets 22b émergent à travers les ouvertures 25c, pour engager les dents de rochet 4a, les autres cliquets 22a et 22c étant masqués.
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En fonctionnement, et en supposant que les organes oc- cupent la position des figs. 1 et 2, le mécanisme se trouve en prise directe, de sorte qu'un pédalage normal applique un couple de rotation à l'élément moteur 17 dans le sens de la flèche A, ce couple étant transmis par l'intermédiaire des dents 17a et 21a au porte-cliquets SI, par les cliquets 22b et les dents de rochet 4a au prolongement de la couronne 4 et par les cliquets 12 et les dents de rochets 14a à la calotte d'extrémité 14 du système entraîné 9, 14 et 15. Les cliquets 22b, qui émergent à travers les découpages 23c, en- gagent les bords antérieurs de ces découpages et entraînent l'enveloppe 23 en rotation solidairement avec le porte-cliquets 21, contre la résistance frictionnelle des ressorts de déten- te 24 agissant sur l'axe 1.
Le cliquet 7 se trouve dépassé par sa dent de rochet complémentaire 9a, vu que la cage 5 qui porte ces cliquets tourne plus lentement que la calotte g.
La roue libre s'établit de la manière normale lors de l'inter- ruption du pédalage, les dents de rochet 9a et 14a dépassant simplement en rotation leurs cliquets complémentaires. La roue libre peut naturellement aussi s'établir entre les cli- quets 22a et 22b d'une part et leurs rochets complémentaires d'autre part. pour changer de vitesse, l'organe moteur doit être tourné en arrière par rétropédalage. Le mouvement initial de rétro- pédalage est absorbé par le mouvement perdu ou jeu entre le s dents 17a et 21a.
Une fois ces dents en prise, tout rétropé- dalage ultérieur provoque une rotation en arrière du porte- cliquets 21. A moins qu'un des ressorts de détente 24 ne soit en prise avec un des pans la de l'axe, la résistance friction- nelle des cliquets agissant sur l'enveloppe 23 entraînera cette dernière en arrière jusqu'à ce qu'une prise aura lieu, mais ce mouvement sera quelque peu inférieur à un sixième de tour.
Ensuite, le ressort de détente en prise maintient l'enveloppe,
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et tout mouvement en arrière ultérieur du porte-cliquets 21 aura pour effet d'attirer les cliquets 22b sous les bords postérieurs des ouvertures 23 de l'enveloppe et de les mettre hors prise d'avec les dents de rochet 4a. En supposant que ce mouvement en arrière du porte-cliquets continue et est dirigé dans le sens de la flèche 3, fig. 4, par rapport à l'enveloppe, les encoches profondes 23d viennent coïncider avec les cliquets 22b et 22c, de façon que ces deux paires de cliquets soient activées par le fait qu'elles peuvent émerger à travers ces encoches.
Lorsqu'à ce moment on exécute un pédalage en avant, l'organe moteur 17 tourne jusqu'à ce que le jeu entre les dents 17a et 21a soit rattrapé et que les cliquets 22b engagent à nouveau les dents de rochet 4a; tou- tefois, comme montré dans la moitié inférieure de la fig. 5, les cliquets 22c engagent les talons des cliquets 12 et les renversent de façon à les dégager des dents de rochet 14a, de sorte que l'effort moteur, bien qu'appliqué à nouveau à la couronne 4, est désormais transmis par le train d'engrena- ges et les cliquets 7 portés par la cage 5, les cliquets 7 étant en prise avec les dents de rochet 9a, pour entraîner le mécanisme transmetteur avec un rapport de transmission réduit.
Si l'on exécute maintenant à nouveau un rétropédalage, le porte-cliquets peut être déplacé davantage en arrière par rapport à l'enveloppe, jusqu'à ce que les courtes encoches 23b découvrent et activent les cliquets 22a, cependant que l'enveloppe masque les cliquets 22b et 22c. Le pédalage en avant aura alors pour effet de transmettre l'entraînement par les cliquets 22a à l'anneau 25 accouplé à la cage planétaire, tandis que la vitesse de rotation accrue de la couronne 4 sera transmise par les cliquets 12 au système transmetteur, four- nissant ainsi le rapport de transmission plus élevé. Le mou- vement en arrière total du porte-cliquets par rapport à l'en- veloppe en vue de désactiver un rapport de transmission et d'activer le rapport suivant correspond à un sixième de tour.
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Le rapport proportionnel courant des pédales comparati- vement à la roue à chaîne du moyeu est d'environ 2 1 2 à 1.
Par conséquent, si un sixième de tour seulement du porte- cliquets effectue un changement de vitesse, cela signifierait, en l'absence d'un jeu, un quinzième de tour de pédale seule- ment, ou 24 , et il pourrait en résulter un changement de vitesse involontaire lorsqu'on roule en roue libre ou sur une route dénivelée ou par suite d'un léger et inconscient mouve- ment de retour des pédales. Le jeu dû aux ressorts de détente 24 est indéterminé, vu qu'il peut s'élever depuis zéro jusqu'à un sixième de tour ou 24 , mais le jeu moyen sera de 12 seu- lement et, par conséquent on ne peut pas escompter que ce jeu constituera un obstacle appréciable à un tel changement de vitesse involontaire. pour cette raison, on a décidé d'aug- menter l'angle de rétropédalage, un angle raisonnable étant d'environ 90 , soit un quart de tour.
Par conséquent, on prévoit un mouvement perdu de 120 entre les dents 17a et 21a, de sorte que, compte tenu de la liberté de mouvement de 100 de l'enveloppe (comparés aux 60 ou un sixième de tour, néces- saires pour effectuer un seul changement de vitesse, mais suffisamment éloignés des 1200 nécessaires pour effectuer un double changement), on peut imprimer une rotation de 220 à l'organe moteur 17, ce qui représente environ 77 de mouvement moyen de la pédale.
De plus, l'angle de jeu effectif n'est pas très critique, vu que l'organe moteur 17 peut tourner en toute sécurité de 20 en plus, avant qu'un deuxième changement ne s'opère, de sorte que, tout mouvement supplémentaire de l'organe 17 au-delà de 120 plus 60 degrés en vue d'effectuer un simple changement aura seulement pour effet de retirer temporairement les cliquets, tandis que le mouvement initial en avant aura pour effet de retourner l'organe moteur jusqu'à ce que les cliquets sélectés pénètrent à nouveau dans les encoches ou ouvertures en vue de l'activation et pour repren- dre le rapport d'entraînement choisi.
L'angle de jeu de 120
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donné ci-dessus peut don varier aisément, mais représente un chiffre commode, en considérant la question de la robus- tesse de la construction, ce qui permettra un rétropédalage moyen d'environ un quart de tour des pédales, en tenant compte du fait que le risque d'un double changement involontaire est réduit par la facteur de jeu moyen dans les détentes 24.
Dans le cas où la bicyclette est conduite en arrière sans qu'une pression en avant s'exerce sur les pédales, il n'en résultera pas de changement de vitesse involontaire. Le mécanisme se comportera comme suit : quelle que soit la paire de cliquets active, à savoir, 22a, 22b ou 22c, cette paire imprimera au porte-cliquets la rotation en arrière du rochet complémentaire. Par leur effet de freinage sur l'axe 1, les ressorts de détente empêchent la rotation en arrière de l'en- veloppe 23, de sorte que les ressorts actifs seront refoulés sous les bords arrière de leurs encoches ou ouvertures et seront retirés ainsi jusqu'à ce qu'ils se dégagent, après quoi les rochets complémentaires peuvent tourner en arrière sans imprimer une rotation en arrière au porte-cliquets, et tous les cliquets seront masqués.
Aussitôt qu'un mouvement en avant est imprimé aux porte-cliquets, les cl iquets précédemment désac tivés rentrent dans leurs encoches ou ouvertures pour engager à nouveau le même rapport. Il y aura toutefois une certaine friction entre les extrémités des cliquets actifs 22a où 22b et leurs dents de rochet complémentaires, friction qui augmen- terait si une pression dirigée vers l'avant était maintenue sur les pédales, par exemple lorsqu'un cycliste s'arrête sur une montée, tout en permettant un léger recul de la bicyclette. engagé Bans ce cas, le cliquet/résistera à sa mise hors de prise par l'enveloppe et, par conséquent, cette dernière tournera en arrière contre la résistance des détentes 24, dans la mesure nécessaire et sans donner lieu à une détérioration ou à des contraintes nuisibles.
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Les figs.6 et 7 montrent une variante appelée à remplacer le porte-cliquets 21 et l'enveloppe 23 de la construction décrite ci-dessus et montrée dans les figs.l à 5. Sur l'axe 1 est monté à rotation un deuxième organe moteur 29 présentant une paire de gorges d'entraînement longitudinales diamétrale- ment opposées 29a et des dents ou crabots d'extrémité 29b ap- pelées à engager les crabots 17a de l'élément moteur 17, de la même manière que les crabots 21a du porte-cliquets de la fig.
1. Sur le deuxième organe moteur 29 est montée à rotation une cage à cliquets 27 en forme de cuvette, dont la base est munie de ressorts de détente 8 en U, identiques aux ressorts 24 de la fig. 3 et montée dela même manière et également destinés à engager les plats la de l'axe 1. Dans la périphérie de la cage à cliquets sont formées trois paires de gorges diamétra- lement opposées, lesquelles peuvent être produites par une opération de fraisage ou analogue, suffisamment profonde pour aboutir jusqu'à l'intérieur de la cage. Chaque paire de gorges est décalée à 12 0 par rapport aux deux autres paires.
Dans chaque paire de gorges sont montés à pivotement des cliquets 26a, 26b et 26c, respectivement, tous montrés dans la fig.7, tandis que seuls les cliquets médians 26b sont montrés dans la fig.6. Dans la fig.7, les cliquets 26b sont montrés dans la position activée, leurs extrémités avant étant relevées, de façon à être prêtes à engager les encoches 25a de l'anneau 25 (voir fig.3), tandis que les extrémités arrière des cliquets engagent les faces d'attaque des gorges d'entraînement 29a, les cliquets étant sollicités dans cette position par les res- sorts 30 montrés schématiquement pour les cliquets 26b. Les pivots 31 des cliquets sont montrés dans les figs. 6 et 7.
Les cliquets 26a sont décalés vers la gauche des cliquets 26b, de sorte qu'ils pourraient être vus dans la fig.6 s'ils occu- paient la place des cliquets 22a de la fig. 1. Les cliquets 26± possèdent une double largeur, de sorte qu'une partie de
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ces cliquets se trouverait à la droite des cliquets 26b s'ils pouvaient être vus dans la fig. 6 et s'ils prenaient la place de la combinaison des cliquets 22b et 22c de la fig. l.
Lors du fonctionnement, et si l'on, remplace le porte- cliquets et l'enveloppe de la fig.l par le mécanisme des figs. 6 et 7, ce dernier agira d'une manière très semblable.
En supposant les gorges d'entraînement 29a dans la position des figs.6 et 7, de façon que les cliquets 26b soient acti- vés, la rotation en avant de l'organe moteur 17 imprimera un rapport de prise directe par l'intermédiaire des cliquets 26b aux dents de rochet 4a., et par l'intermédiaire des cli- quets 12.
La rotation en arrière de L'organe moteur fera tourner l'organe moteur secondaire 29 en arrière par rapport à la cage à cliquets 27, laquelle sera maintenue par fric- tion par les ressorts de détente 28. A mesure que l'organe moteur secondaire 29 est tourné en arrière, la gorge d'entraî- nement 29a s'éloigne des cliquets 26b en provoquant leur retrait vers l'intérieur de la cage, c'est-à-dire leur désacti- vation, la disposition étant telle que lorsque l'organe mo- teur secondaire à tourné en arrière de 60 par rapport à la cage à cliquets, les cliquets suivant 26c s'engagent dans les gorges d'entraînement.
Comme ces cliquets possèdent une lar- geur supplémentaire, ils engagent les dents de rochet 4a, ainsi que les talons du cliquet 12, de la meme manière que les cliquets 22c engagent les cliquets 12, comme montré dans la moitié inférieure de la fig.5. Il en résultera une vitesse de marche réduite. Le mouvement en arrière ultérieur de l'organe moteur secondaire active de la même manière les cliqueta 26a, qu'il amène à engager les encoches 25a (fig.3) en donnant une vitesse plus élevée.
Lorsque la bicyclette est conduite en arrière, que l'on applique ou non une pression sur les pédales dans le sens de la marche en avant, les cliquets actifs font tourner l'organe
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moteur secondaire et la cage à cliquets en arrière, tout en retenant les cliquets actifs dans la position d'entraînement, prêts à reprendre l'entraînement avec le même rapport. La roue libre s'établit de la manière normale aux cliquets entraînés 7 et/ou 12 et/ou, éventuellement, aux cliquets activés 26a, 26b ou 26c, selon le rapport de transmission choisi.
La ro- tation de la cage à cliquets 27 peut s'opérer dans l'un ou l'autre sens, ce qui dépend uniquement de la résistance fric- tionnelle des ressorts de détente 28, laquelle doit être plus élevée que la résistance de frottement des cliquets contre l'organe moteur secondaire 29, de sorte que le changement de vitesse peut s'effectuer de la manière décrite ci-dessus.
Comme montré dans la fig.8, les cliquets 26a, 26b et 26c ne sont pas sollicités individuellement par des ressorts.
Des plongeurs d'activation 32 lestés de ressorts sont montés dans l'organe moteur secondaire 29 en avance par rapport aux gorges d'entraînement 29a, de façon à refouler les cliquets dans la position activée. Il y a donc une paire de tels plon- geurs pour activer les cliquets 26a et une seconde paire pour activer les cliquets 26b, cette seconde paire servant égale- ment à activer les cliquets 26c à largeur supplémentaire.
Ceci élimine la résistance due au frottement lors d'un chan- gement de vitesse, laquelle résistance ne subsiste qu'aux cliquets actifs, de sorte que les ressorts de détente devront fournir une moindre résistance frictionnelle, les plongeurs non actifs étant maintenus abaissés par le porte-cliquets (non montré). Il va de soi que l'on peut utiliser d'autres types d'organes élastiques pour les cliquets.
On conçoit aisément que n'importe quelle des construc- tions du mécanisme sélecteur décrits ci-dessus peut être incorporée dans un type quelconque de mécanisme de changement de vitesse épicycloldal pour un moyeu de bicyclette.
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Advanced selector mechanism for shift gears.
The present invention relates to a selector mechanism for speed change gears and applies particularly, but not exclusively to epicyclic gearshift hubs for bicycles, of the type in which a receiving or motor member is to be coupled. alternately to the cage or to the planetary ring, while the latter is alternately coupled to a transmitting or driven member, by means of pawls and ratchets.
In speed change hubs of this type, it is usual to couple the receiving member to the planetary cage using an axially sliding claw,
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can be brought by axial displacement into determined alternative positions, this claw being permanently coupled, in sliding, to this receiving orp-ane, so as to be controlled by the latter, and being called, in each of its positions alternatives, to be connected by command to a set of complementary dogs provided on the planetary cage.
The usual control means for moving and positioning the selector consists of a sliding rod with return spring and control cable, but it is also known to use complementary profiled surfaces or cams and a return spring to effect the aforementioned axial movement of the claw, one of the complementary cams being rotatable with respect to the other, for example when the pedals of the bicycle are turned backwards.
This construction has the disadvantage that the cams occupy a large part of the limited axial space available in the hub for the gears. Another disadvantage of all currently known cam mechanisms is that when the bicycle is driven back and forth, for example when removing it from a rack or shed, the gear selector sprockets automatically, and sometimes continuously, pass through a relatively indeterminate number of its series of select positions, so that the final selector position is virtually unpredictable.
Gear shift mechanisms, which use an axially sliding claw, still have a difficulty in that it is necessary to provide a neutral position between the different sets of complementary dogs which rotate at different speeds, so that the claw cannot engage more than one play at a time, which is an important factor which determines the axial length of the mechanism for a given power. On the other hand, there is always the problem of the engagement of the sliding claw with the complementary movable dogs with respect to
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to the latter, since these organs may not coincide exactly with a view to their mutual engagement at the moment chosen by the user.
The return spring naturally provides the momentary delay necessary for one direction of movement, while the elasticity of the control cable acts the same with respect to the other direction of movement of the claw; however, this is a problem for the manufacturer.
The main object of the present invention is to establish an improved selector mechanism replacing the axially sliding claw, so as to avoid the aforementioned defects inherent in the latter.
The invention further aims to provide a construction which allows control of the selector mechanism by backpedaling without requiring the use of the complementary cam construction, which heretofore was the only construction available for such a shifting action. selection.
The invention is further directed to a construction in which the speed change, while being able to be controlled by backpedaling, is not necessarily affected by the backward movement of the bicycle itself.
According to the invention, a selector mechanism for an epicyclic hub gear, of the type comprising an axis, a receiving or driving member and a transmitting or driven system capable of rotating around this axis, a sun gear, a planetary cage. bearing planet gears, and a ring gear mounted coaxially-slowly on this axis, comprises, in combination, a selector mechanism comprising a pawl holder, pawls mounted in the periphery of the ratchet holder, selective reversal means for all the pawls, means connecting this selector mechanism to the receiving member for the purpose of control, the ratchet holder and the reversing means rotating with respect to each other during the reverse rotation of the motor member,
in sight
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selectively activate or deactivate the pawls of the pawl holder, as well as alternative elements which engage the pawls, integral with the planetary cage and the ring gear, and with which the activated pawls snap into place.
The expressions "activate" and "deactivate" (and their derivatives) are used here to designate a construction which either allows the pawls to occupy, for example under the action of a spring, an active or inactive position. , or else positively moves the pawls in order to bring them into such a position or to move them away.
According to another characteristic of the invention, the selector member is provided for relative rotation by backshifting.
According to a preferred embodiment of the invention, a gear change hubs for a pedal bicycle is characterized by the provision of alternative ratchet and ratchet selector mechanisms between the motor member and the parts. gear train alternatives.
In one construction of the invention, the rotary selector member is constituted by a cutout envelope which surrounds the pawls, the arrangement of these cutouts being such that only the required pawls are active, the envelope being capable of rotation in both directions, but being prevented from rotating by braking means acting with more intensity than the braking of the pawls, so that the backward rotation of the motor member results in a relative movement between the pawls and the 'Envelope cut-out, so that while the previously active pawls are deactivated by the wrap further cutouts are brought in front of another set of pawls,
to activate these by allowing them to occupy their active position and to provide the required drive coupling
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between the motor unit and the part of the gear train provided for the chosen transmission ratio;
In another construction of the invention, the pawls are arranged in pairs in the pawl holder which surrounds the receiver or motor member, and the latter has pairs of slots, the whole in such a way that only the pawls engaged by the slots of the driving member and the complementary ratchets of the gear train are active, the other pawls being held out of engagement by the solid parts of the driving member.
The ratchet holder is capable of turning in both directions, but is prevented from turning by a braking means of a greater intensity than that of the braking exerted by the pawls, so that the backward rotation of the driving member causes a relative movement between the pawls and this driving member, in such a way that reciprocating pawls engage the slots of the driving member and ensure the driving torque between the receiving member and the selected part of the train of gears.
In the two aforementioned constructions, the rotary selector member is mounted in such a way that it can be rotated forward with the motor member or be rotated backward by the receiver member for selective action, or be rotated. back by the driven or transmitting member without causing any change in its selective position and without deterioration of this selector member or of its associated members.
In the accompanying drawings:
Fig.l is a sectional elevation of a hub according to an exemplary embodiment of the invention.
Fig.2 is an end section of the hub according to fig.l, following the plane A-A.
Fig.3 is a partial end section of the hub of fig.
1, according to plan B-B.
Fig.4 is a developed detail view of the hub rotary selector member of Fig.L.
Fig.5 is a double end section of the hub of fig.l,
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according to plan C-C.
Fig.6 is an elevation in partial section along the line E-E of Fig.7, of a variant of the selector mechanism according to the invention.
Fig.7 is an end section on line D-D, of the details shown in Fig.6.
Fig.8 is a fragmentary view showing a variant of the load spring for the pawls of the variant according to fig.7.
The drawings are schematic in some respects, and non-essential or small items such as ball cages, dust covers and pawl springs have been omitted for clarity, or shown only in basic form.
As shown in Figs. 1 to 5, a three-speed bicycle hub gearshift comprises an axle 1 called to be fixed in the known manner to the rear fork of the bicycle. On axis 1 is wedged a sun gear 2 of a simple epicyclic gear consisting of satellite gears 3 and a ring gear 4, the planet gears being mounted in a planetary cage 5 using pins 6 The left end of the planetary cage is formed so as to constitute a housing for pawls 7 mounted on pins 8, these pawls being called upon to engage ratchet teeth 9a in an end cap 9, and being biased by springs in the known manner, these springs not being shown in the drawing for the sake of simplicity.
The end cap 9 is mounted by means of ball bearings 10 on a cone 11 screwed onto the adjacent end of the axle 1 in the known manner. At the other end of the gear train are pawls 12 loaded by springs (see also fig. 5) carried on pins 13 by an extension of the crown 4, these pawls being called to engage the teeth of complementary ratchet 14a integral
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of an end cap 14. The caps 9 and 14 are screwed into the ends of a tubular element 15 having end flanges 14tperforated at 14b in the known manner, to receive the inner ends of the spokes of a wheel .
The tubular member 15 and the caps 9 and 14 together form the driven or transmitting member of the mechanism. In the cap 14 is rotatably mounted, using a ball bearing 16, a receiving orpane or motor 17, mounted on the other hand on a cone 19 with ball bearing 18, screwed onto the adjacent end of the axle 1. The inner end of the motor member is provided with end dogs or teeth 17a, this member being threaded at its other end in order to receive a chain wheel 20.
Between the planetary cage 5 and the cap 17 is rotatably mounted, on the axis 1, a pawl holder 21 provided with end teeth 21a called to engage the teeth 17a, these complementary teeth being proportioned so as to allow movement lost by 120, that is to say by a third of a turn for a reason which will be explained later. The pawl holder 21 carries three pairs of pawls 22a, 22b, and 22c, respectively arranged side by side in axial alignment and. at diametrically opposed points, in longitudinal grooves 21b.
Each of these pawls is biased outwards by a spring, for example as shown schematically in FIG. 5, by means of a ball 21c and a spring 21d arranged in a recess 21e of the holder. pawls 21. On the ratchet holder 21 is rotatably mounted a cup-shaped casing 23 which surrounds this ratchet holder, the bottom of this casing having two cutouts 23a in each of which are located U-shaped detent springs 24 called upon to engage in turn three flat surfaces 1a formed on axis 1, so as to together determine six retaining positions for one revolution.
Fig. 4 shows a development of the periphery of the casing, which has notches 23b, deeper notches 23d and openings 23c, uniformly
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spaced radially around the periphery, and spaced laterally so as to coincide respectively with the pawls 22a, 22b, and the pawls 22b, and 22c together.
The detent springs are proportioned so as to oppose to the rotation of the sleeve a resistance slightly greater than the frictional resistance opposed collectively by the pawls 22a, 22b and 22c when the pawl holder 21 performs a clockwise rotation (direction of watch hands) or backpedaling, that is to say in that opposite to the direction indicated by arrow A in fig. 2, during which rotation the sleeve can rotate faster than the pawls. The arrow A indicates the direction of normal drive or of pedaling of the pawl holder 21 by the motor member 17. Subject to the braking action exerted by the expansion springs 24, the casing 23 can rotate in the one or the other way.
The pins or shafts 6 of the planetary gears extend beyond the end of the planetary cage but, instead of constituting drive teeth for engagement by the sliding claw, as was previously practical, these pins form drive members for a ratchet ring 25 having notches 25a (fig.S) which form ratchet teeth complementary to the pawls 22a, these axes being stripped at 6a, to release the base of the casing 23. The extension of the crown 4 has ratchet teeth 4a (fig.
2) complementary to the pawls 22b, while the pawls 22c are called, as shown in the lower half of fig.5, to engage the heels of the pawls 12. In the upper half of fig. 5, the pawl 22c is shown as being covered by the casing 23, so that the pawl 12 can engage in any of the notches 14a of the cap 14. In figs. 1 and 2, the casing 23 is shown in a position such that the pawls 22b emerge through the openings 25c, to engage the ratchet teeth 4a, the other pawls 22a and 22c being concealed.
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In operation, and assuming that the components occupy the position of figs. 1 and 2, the mechanism is in direct drive, so that normal pedaling applies a torque to the motor element 17 in the direction of arrow A, this torque being transmitted through the teeth 17a and 21a to the SI ratchet holder, by the pawls 22b and the ratchet teeth 4a to the extension of the crown 4 and by the pawls 12 and the ratchet teeth 14a to the end cap 14 of the driven system 9, 14 and 15. The pawls 22b, which emerge through the cutouts 23c, engage the front edges of these cutouts and drive the casing 23 in rotation with the pawl holder 21, against the frictional resistance of the detent springs 24 acting on it. axis 1.
The pawl 7 is exceeded by its complementary ratchet tooth 9a, since the cage 5 which carries these pawls rotates more slowly than the cap g.
The freewheel is established in the normal way when pedaling is interrupted, the ratchet teeth 9a and 14a simply rotating beyond their complementary pawls. The freewheel can naturally also be established between the pawls 22a and 22b on the one hand and their complementary ratchets on the other hand. to change gear, the motor unit must be turned backwards by backpedaling. The initial back-pedaling movement is absorbed by the lost movement or play between teeth 17a and 21a.
Once these teeth are engaged, any subsequent backshifting causes rearward rotation of the ratchet holder 21. Unless one of the detent springs 24 is engaged with one of the sides 1a of the axle, the friction resistance - nelle of the pawls acting on the casing 23 will cause the latter back until it takes place, but this movement will be somewhat less than one sixth of a turn.
Then, the detent spring engaged maintains the envelope,
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and any subsequent backward movement of the ratchet holder 21 will have the effect of attracting the pawls 22b under the rear edges of the openings 23 of the casing and disengaging them from the ratchet teeth 4a. Assuming that this backward movement of the ratchet holder continues and is directed in the direction of arrow 3, fig. 4, relative to the envelope, the deep notches 23d coincide with the pawls 22b and 22c, so that these two pairs of pawls are activated by the fact that they can emerge through these notches.
When at this moment a forward pedaling is performed, the motor member 17 rotates until the play between the teeth 17a and 21a is taken up and the pawls 22b again engage the ratchet teeth 4a; however, as shown in the lower half of fig. 5, the pawls 22c engage the heels of the pawls 12 and reverse them so as to disengage them from the ratchet teeth 14a, so that the driving force, although again applied to the ring gear 4, is now transmitted by the train of gears and the pawls 7 carried by the cage 5, the pawls 7 being in engagement with the ratchet teeth 9a, to drive the transmitting mechanism with a reduced transmission ratio.
If a back-pedaling is now performed again, the ratchet holder can be moved further back from the casing, until the short notches 23b uncover and activate the pawls 22a, while the casing hides the pawls 22b and 22c. The forward pedaling will then have the effect of transmitting the drive by the pawls 22a to the ring 25 coupled to the planetary cage, while the increased speed of rotation of the ring gear 4 will be transmitted by the pawls 12 to the transmitter system, oven - thus ending the higher transmission ratio. The total backward movement of the pawl holder relative to the casing in order to deactivate a transmission ratio and activate the next ratio corresponds to one sixth of a turn.
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The current proportional ratio of the pedals to the hub chain wheel is approximately 2 1 2 to 1.
Therefore, if only one-sixth of a turn of the ratchet holder changes gear, this would mean, in the absence of play, only one-fifteenth of a turn of the pedal, or 24, and could result in a unintentional change of speed when coasting or on an uneven road or as a result of a slight and unconscious return movement of the pedals. The play due to the detent springs 24 is indeterminate, as it can increase from zero to one sixth of a turn or 24, but the average play will be only 12 and therefore cannot be discounted. that this play will constitute an appreciable obstacle to such an involuntary change of speed. for this reason, it was decided to increase the back-pedaling angle, a reasonable angle being about 90, or a quarter of a turn.
Consequently, a lost movement of 120 is foreseen between the teeth 17a and 21a, so that, taking into account the freedom of movement of 100 of the casing (compared to the 60 or one-sixth of a turn, necessary to perform a one change of speed, but far enough away from the 1200 necessary to effect a double change), it is possible to impart a rotation of 220 to the motor member 17, which represents approximately 77 of average movement of the pedal.
In addition, the effective playing angle is not very critical, as the motor member 17 can safely turn 20 more, before a second change takes place, so that any movement addition of member 17 beyond 120 plus 60 degrees to effect a simple change will only have the effect of temporarily removing the pawls, while the initial forward movement will have the effect of turning the motor member up to that the selected pawls reenter the notches or openings for activation and to resume the selected drive ratio.
The playing angle of 120
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given above can vary easily, but represents a convenient figure, considering the question of the robustness of the construction, which will allow an average back-pedaling of about a quarter of a turn of the pedals, taking into account that the risk of an involuntary double shift is reduced by the average backlash in the detents 24.
In the event that the bicycle is driven in reverse without forward pressure being exerted on the pedals, this will not result in an unintentional gear change. The mechanism will behave as follows: whichever pair of pawls is active, namely 22a, 22b or 22c, this pair will cause the ratchet holder to rotate backwards from the complementary ratchet. By their braking effect on axis 1, the expansion springs prevent the backward rotation of the casing 23, so that the active springs will be forced back under the rear edges of their notches or openings and will be withdrawn thus until 'so that they disengage, after which the complementary ratchets can rotate backwards without imparting a reverse rotation to the ratchet holder, and all pawls will be masked.
As soon as a forward movement is imparted to the pawl holders, the previously deactivated pawls return to their notches or openings to engage the same gear again. There will, however, be some friction between the ends of the active pawls 22a or 22b and their complementary ratchet teeth, which friction would increase if forward pressure is maintained on the pedals, for example when a cyclist is riding. stop on a climb, while allowing the bicycle to roll back slightly. In this case, the pawl / will resist being taken out of engagement by the casing and, therefore, the latter will rotate back against the resistance of the detents 24, to the extent necessary and without giving rise to damage or damage. harmful constraints.
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Figs.6 and 7 show a variant intended to replace the ratchet holder 21 and the casing 23 of the construction described above and shown in figs.l to 5. On the axis 1 is rotatably mounted a second motor member 29 having a pair of diametrically opposed longitudinal drive grooves 29a and end teeth or dogs 29b designed to engage the dogs 17a of the motor element 17, in the same way as the dogs 21a of the ratchet holder of fig.
1. On the second motor member 29 is rotatably mounted a ratchet cage 27 in the form of a cup, the base of which is provided with U-shaped expansion springs 8, identical to the springs 24 of FIG. 3 and mounted in the same way and also intended to engage the flats 1a of the axis 1. In the periphery of the ratchet cage are formed three pairs of diametrically opposed grooves, which can be produced by a milling operation or the like. , deep enough to end up inside the cage. Each pair of grooves is offset 120 from the other two pairs.
In each pair of grooves are pivotally mounted pawls 26a, 26b and 26c, respectively, all shown in fig.7, while only the middle pawls 26b are shown in fig.6. In fig. 7, the pawls 26b are shown in the activated position, their front ends being raised, so as to be ready to engage the notches 25a of the ring 25 (see fig. 3), while the rear ends of the pawls engage the leading faces of drive grooves 29a, the pawls being biased in this position by the springs 30 shown schematically for the pawls 26b. The pivots 31 of the pawls are shown in figs. 6 and 7.
The pawls 26a are offset to the left of the pawls 26b, so that they could be seen in fig. 6 if they took the place of the pawls 22a of fig. 1. The 26 ± pawls are double-wide so that part of the
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these pawls would be to the right of pawls 26b if they could be seen in fig. 6 and if they took the place of the combination of pawls 22b and 22c of FIG. l.
During operation, and if one, replaces the pawl holder and the casing of fig.l by the mechanism of figs. 6 and 7, the latter will act in a very similar way.
Assuming the drive grooves 29a in the position of Figs. 6 and 7, so that the pawls 26b are activated, forward rotation of the motor member 17 will impart a direct drive ratio through the pawls 26b to the ratchet teeth 4a., and via pawls 12.
The backward rotation of the motor member will cause the secondary motor member 29 to rotate backward with respect to the pawl cage 27, which will be held by friction by the expansion springs 28. As the secondary motor member 29 is turned backwards, the drive groove 29a moves away from the pawls 26b, causing them to be withdrawn towards the interior of the cage, that is to say their deactivation, the arrangement being such that when the secondary motor member has turned back 60 from the ratchet cage, the following pawls 26c engage in the drive grooves.
As these pawls have extra width, they engage the ratchet teeth 4a, as well as the heels of the pawl 12, in the same way that the pawls 22c engage the pawls 12, as shown in the lower half of Fig. 5. . This will result in reduced walking speed. The subsequent backward movement of the secondary motor member activates in the same way the clicks 26a, that it causes to engage the notches 25a (fig.3) giving a higher speed.
When the bicycle is driven in reverse, whether or not pressure is applied to the pedals in the forward direction, the active pawls rotate the component.
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secondary motor and the ratchet cage back, while retaining the active pawls in the drive position, ready to resume drive with the same gear. The freewheel is established in the normal manner with the driven pawls 7 and / or 12 and / or, optionally, with the activated pawls 26a, 26b or 26c, depending on the selected transmission ratio.
The rotation of the ratchet cage 27 can take place in either direction, which depends only on the friction resistance of the detent springs 28, which must be higher than the frictional resistance. pawls against the secondary motor member 29, so that the speed change can be effected in the manner described above.
As shown in fig.8, the pawls 26a, 26b and 26c are not individually biased by springs.
Activation plungers 32 ballasted with springs are mounted in the secondary motor member 29 in advance with respect to the drive grooves 29a, so as to force the pawls back into the activated position. There is therefore a pair of such plungers for activating the pawls 26a and a second pair for activating the pawls 26b, this second pair also serving to activate the pawls 26c with additional width.
This eliminates the resistance due to friction when changing gears, which resistance remains only on active pawls, so that the detent springs will have to provide less frictional resistance, with non-active plungers being kept lowered by the lever. ratchet holder (not shown). It goes without saying that one can use other types of elastic members for the pawls.
It will readily be appreciated that any of the selector mechanism constructions described above can be incorporated into any type of epicyclic shift mechanism for a bicycle hub.