FR2776729A1 - Freewheel body for a bicycle rear wheel - Google Patents

Abstract

The freewheel consists of a hub (1) which the ratchet wheel (2) is located. The spring loaded pawl (3) is fixed to the drive sprocket. The end of the pawl is cylindrical in shape to enable it to automatically engage with the recess in the ratchet wheel. The end of the ratchet tooth is in the form of a knife edge to enable the pawl to engage in that recess of the ratchet or slide onto the next and not be wedged partly out of the ratchet recess.

Description

L'invention est relative à une roue libre de bicyclette qui trouveraThe invention relates to a bicycle freewheel which will find

notamment son application chez les constructeurs d'accessoires pour cycles.  in particular its application in the manufacturers of accessories for cycles.

La construction des roues libres de vélo est bien connue de l'homme de l'art. On retrouve par principe un rochet solidaire de la roue arrière dans lequel vient s'engager un cliquet monté sur ressort qui lui est solidaire des  The construction of bicycle freewheels is well known to those skilled in the art. In principle, there is a ratchet secured to the rear wheel in which a ratchet mounted on a spring engages which is secured to it of the

pignons de chaîne. Lorsque le cycliste pédale, le cliquet entraîné par les pignons de chaîne vient s'engager dans la denture du rochet et fait tourner la roue. Par contre s'il arrête de pédaler le cliquet se dégage du rochet et la10 rotation de la roue devient libre.  chain sprockets. When the cyclist pedals, the pawl driven by the chain sprockets engages in the teeth of the ratchet and spins the wheel. On the other hand, if it stops pedaling the ratchet is released from the ratchet and the rotation of the wheel becomes free.

De multiples perfectionnements ont vu le jour dans ce domaine, par exemple pour rendre le fonctionnement de la roue libre silencieux ou pour réduire le jeu entre les positions d'engagement du cliquet. Toutefois, les tentatives pour réduire le poids se sont toujours heurtées à un problème de15 fragilité. Ceci est d'autant plus regrettable qu'actuellement les constructeurs se lancent tous dans une course à la performance en matière de légèreté pour les bicyclettes haut de gamme. Pour des raisons de résistance, vu les efforts mis en jeux, il est impératif d'utiliser pour la fabrication du cliquet un matériau très dur tel que de l'acier. C'est ce que font les constructeurs actuels et étant donné la petite taille de ces pièces ceci n'a pas de répercussions sensibles sur le poids total de la roue libre. Par contre le rochet est nettement plus grand et le matériau utilisé pour sa réalisation a beaucoup d'importance sur le poids complet de la roue libre. Aussi, de nombreux essais ont été pratiqués pour25 employer des matières légères telles que des alliages à base d'aluminium, de composés synthétiques voire même titane, mais sans succès. Ces matières sont trop tendres en comparaison de l'acier trempé et le cliquet finit toujours par endommager la denture du rochet. Des analyses montrent que dans certains cas le cliquet ne s'engage que partiellement dans la denture du30 rochet et le contact partiel qui en résulte provoque des contraintes énormes au niveau du point de contact. Dans ce cas le cliquet agit comme un petit  Numerous improvements have been made in this area, for example to make the operation of the freewheel silent or to reduce the play between the engagement positions of the pawl. However, attempts to reduce weight have always encountered a problem of brittleness. This is all the more regrettable as manufacturers today are all embarking on a race for lightness performance for high-end bicycles. For reasons of resistance, given the efforts involved, it is imperative to use for the manufacture of the pawl a very hard material such as steel. This is what current manufacturers do and given the small size of these parts this has no significant impact on the total weight of the freewheel. On the other hand, the ratchet is clearly larger and the material used for its production has a lot of importance on the complete weight of the freewheel. Also, numerous attempts have been made to use light materials such as aluminum-based alloys, synthetic compounds or even titanium, but without success. These materials are too soft compared to hardened steel and the pawl always ends up damaging the teeth of the ratchet. Analyzes show that in certain cases the pawl engages only partially in the teeth of the ratchet and the partial contact which results therefrom causes enormous stresses at the point of contact. In this case the ratchet acts as a small

burin et vient abîmer les dents du rochets qui finissent par se déformer.  chisel and comes to damage the teeth of the ratchets which end up deforming.

Le but principal de la présente invention est de présenter une roue libre dont le rochet peut être réalisé dans un matériau léger sans préjudice pour sa longévité. Deux applications principales en découlent. D'une part, il est possible de réaliser une économie substantielle de poids et obtenir un produit très performant dans la compétition. D'autre part, Il sera possible de faire appel à des matières plus quelconques, non hautement résistantes pour40 fabriquer le rochet et réaliser ainsi des économies de matière première. Parallèlement à cela, des techniques de moulage compatibles avec certains matériaux pourront être employées au lieu de l'usinage traditionnel plus  The main object of the present invention is to present a free wheel whose ratchet can be made of a light material without prejudice to its longevity. Two main applications arise from this. On the one hand, it is possible to achieve a substantial saving in weight and obtain a product that performs very well in competition. On the other hand, it will be possible to use more arbitrary, non-highly resistant materials to manufacture the ratchet and thus save raw material. At the same time, molding techniques compatible with certain materials can be used instead of traditional machining more

coûteux pour les séries. D'autres buts et avantages de la présente invention apparaîtront au cours de la description suivante qui n'est cependant donnée qu'à titre  expensive for series. Other objects and advantages of the present invention will appear during the following description which is however given only by way of

indicatif. La roue libre de bicyclette formée d'un rochet solidaire de la roue et d'un cliquet articulé relié au pignon de chaîne est caractérisé par le fait que  indicative. The free wheel of a bicycle formed by a ratchet integral with the wheel and an articulated pawl connected to the chain sprocket is characterized in that

le cliquet est auto-engageant dans la denture du rochet. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description  the ratchet is self-engaging in the teeth of the ratchet. The invention will be better understood on reading the description

suivante accompagnée de dessins en annexe parmi lesquels:  following accompanied by annexed drawings among which:

- La figure 1 montre le cliquet d'une roue libre actuelle alors qu'il est mal engagé dans le rochet.  - Figure 1 shows the pawl of a current freewheel when it is badly engaged in the ratchet.

- La figure 2 représente un mode préférentiel de réalisation de la roue  - Figure 2 shows a preferred embodiment of the wheel

libre selon la présente invention.free according to the present invention.

- Les figures 3 et 4 illustrent les caractéristiques d'auto-engagement du cliquet de l'invention.  - Figures 3 and 4 illustrate the self-engagement characteristics of the pawl of the invention.

L'invention vise une roue libre de bicyclette et concerne les fabricants  The invention relates to a bicycle freewheel and relates to manufacturers

d'accessoires de cycles.cycle accessories.

Pratiquement tous les vélos de route ou VTT sont munis de roues libres qui permettent aux cyclistes de se reposer en évitant à ces derniers de  Almost all road or mountain bikes are fitted with free wheels which allow cyclists to rest while preventing them from

pédaler continuellement sans pour autant arrêter le vélo. Cet organe se loge dans le moyeu de roue arrière, pratiquement entre le pignon de chaîne et le25 corps de moyeu, pièce en forme de diabolo sur laquelle sont fixés les rayons.  pedal continuously without stopping the bike. This member is housed in the rear wheel hub, practically between the chain sprocket and the hub body, a diabolo-shaped part on which the spokes are fixed.

La conception est classique, il s'agit d'un rochet solidaire de la roue dans lequel vient s'engager un cliquet articulé qui lui est relié au pignon de chaîne. La figure 1 représente les différentes pièces composant une roue libre traditionnelle. On retrouve le corps (1) du moyeu en forme de diabolo qui tourne avec la roue, et dans lequel est logé le rochet (2). Le cliquet (3) est articulé dans son logement usiné dans une bague (4) sur laquelle est rapporté le ou les pignons de chaîne. un ressort (5) pousse le cliquet (3) vers la denture du rochet (2) pour favoriser son engrènement. La forme de la35 denture du rochet et l'inclinaison du cliquet sont telle que dans le sens du pédalage du cycliste, il y a engrènement du cliquet par contre en cas de vitesse de rotation moindre de la bague support du cliquet, celui-ci saute hors du rochet par en pressant sur le ressort (5). L'effort de pédalage pouvant être important, les pièces doivent être robustes. Par exemple, le40 cliquet est réalisé en acier trempé, de même le rochet doit également être usiné dans un matériau très dur pour résister à la pression exercée par le cliquet. Toutes les tentatives menées jusqu'à présent pour réduire le poids du rochet grâce à l'emploi de matériaux légers se sont traduites par des échecs. Dans les roues libres de compétition, le rochet est rapporté dans le corps du moyeu pour permettre l'emploi de deux matières différentes l'une résistante l'autre légère. Ce type de construction est coûteux. Une analyse du fonctionnement de la roue libre a permis de mettre en évidence la raison principale de l'usure du rochet lorsque ce dernier est confectionné dans un matériau tendre. En effet, il n'est pas rare de voir le cliquet ne pas s'engager à fond dans la denture du rochet (2) comme cela est10 illustré à la figure 1. Dans ce cas la pression imprimée par le cliquet est énorme puisque la surface d'appui est réduite. Très vite l'arrête de la dent du rochet s'émousse et le cliquet saute sur la dent ce qui rend la roue libre inutilisable. C'est précisément pour remédier à ces inconvénients qu'à été développée l'invention dont la figure 2 représente un mode préférentiel de réalisation. I1 y a le corps (1) de moyeu solidaire de la roue destiné à recevoir les rayons, et dans ce corps (1) le rochet (2). On retrouve également la bague (4) solidaire du pignon de chaîne dans laquelle est articulé le cliquet (3). Comme cela est connu de l'homme de l'art, le cliquet (3) est20 articulé dans une découpe taillée dans la bague (4) qui forme un logement autorisant la rotation du cliquet (3). Un ressort (5) pousse le cliquet (3) vers l'extérieur afin qu'il s'engage dans la denture du rochet (2). Selon l'invention, le cliquet présente un profil auto-engageant. C'est à dire que par sa seule forme d'extrémité, les résultantes des forces manifestées au point de contact avec le rochet lors de l'engrènement de la roue libre pousse le cliquet au fond de la denture du rochet (2). Le corollaire étant que si le cliquet (3) ne présentait pas une position d'engagement minimum dans le rochet alors au contraire, il y a dégagement du cliquet hors  The design is classic, it is a ratchet secured to the wheel in which engages an articulated pawl which is connected to it to the chain sprocket. Figure 1 shows the different parts of a traditional freewheel. We find the body (1) of the diabolo-shaped hub which rotates with the wheel, and in which the ratchet (2) is housed. The pawl (3) is articulated in its machined housing in a ring (4) on which the chain sprocket (s) is attached. a spring (5) pushes the pawl (3) towards the teeth of the ratchet (2) to promote its engagement. The shape of the toothing of the ratchet and the inclination of the pawl are such that in the pedaling direction of the cyclist, there is engagement of the pawl on the other hand in the event of a lower speed of rotation of the pawl support ring, the latter jumps out of the ratchet by pressing on the spring (5). As the pedaling effort can be significant, the parts must be robust. For example, the ratchet is made of hardened steel, likewise the ratchet must also be machined from a very hard material to resist the pressure exerted by the ratchet. All attempts made so far to reduce the weight of the ratchet by using light materials have resulted in failure. In competition freewheels, the ratchet is attached to the body of the hub to allow the use of two different materials, one resistant and the other light. This type of construction is expensive. An analysis of the operation of the freewheel has made it possible to highlight the main reason for the wear of the ratchet when the latter is made from a soft material. In fact, it is not uncommon to see the pawl not fully engaging in the teeth of the ratchet (2) as illustrated in FIG. 1. In this case the pressure impressed by the pawl is enormous since the support surface is reduced. Very quickly the ratchet tooth rim dulls and the pawl jumps on the tooth which makes the freewheel unusable. It is precisely to remedy these drawbacks that the invention has been developed, FIG. 2 of which shows a preferred embodiment. There is the body (1) of the hub secured to the wheel intended to receive the spokes, and in this body (1) the ratchet (2). There is also the ring (4) integral with the chain sprocket in which the pawl (3) is articulated. As is known to those skilled in the art, the pawl (3) is articulated in a cut cut in the ring (4) which forms a housing allowing rotation of the pawl (3). A spring (5) pushes the pawl (3) outwards so that it engages in the teeth of the ratchet (2). According to the invention, the pawl has a self-engaging profile. That is to say that by its single end shape, the resultants of the forces manifested at the point of contact with the ratchet during the engagement of the freewheel pushes the pawl at the bottom of the ratchet teeth (2). The corollary being that if the pawl (3) did not present a position of minimum engagement in the ratchet then on the contrary, there is release of the pawl out

du rochet (2) afin que l'engrènement se produise de façon correcte dans la30 dent suivante. De la sorte le cas de la figure 1 ne se rencontre jamais.  ratchet (2) so that the engagement occurs correctly in the next tooth. In this way the case of FIG. 1 never meets.

Cette caractéristique est obtenue en concevant un cliquet dont l'extrémité est arrondie et ainsi il a tendance à glisser soit au fond du rochet  This characteristic is obtained by designing a ratchet whose end is rounded and thus it tends to slide either at the bottom of the ratchet

soit en dehors. Dans l'exemple choisi, le bout du cliquet (3) est cylindrique et le rochet (2) a des dents de forme complémentaire, c'est à dire cylindrique35 en fond de dent.  either outside. In the example chosen, the end of the pawl (3) is cylindrical and the ratchet (2) has teeth of complementary shape, that is to say cylindrical35 at the bottom of the tooth.

Les figures 3 et 4 expliquent le fonctionnement. Si l'on considère l'axe de symétrie (6) du cliquet (3) dans le premier cas de figure 3, cet axe (6) se trouve au moment o le cycliste reprend son rythme de pédalage à l'extérieur du point de contact du cliquet (3) avec l'arête (7) de la dent du rochet (2). Ceci va engendrer une force sur cliquet (3) qui va le repousser vers l'extérieur de la denture en comprimant le ressort (5). Il y a dégagement du cliquet (3) hors du rochet (2). A la figure 4, c'est le contraire, l'axe de symétrie (6) se retrouve au dessus de l'arrête de la dent du rochet (2), et la résultante issue de la force venant du cycliste par l'intermédiaire du cliquet (3) va pousser ce dernier dans le rochet (2). On voit ainsi qu'à chaque fois le cliquet est aidé par la poussée du cycliste. L'arête (7) est toujours épargnée sur le plan des contraintes, elle ne sert qu'à orienter le cliquet tantôt vers tantôt en dehors de la denture.10 L'autre avantage qui résulte de l'emploi d'un cliquet à extrémité arrondie est que la pression au niveau du contact entre cliquet et rochet, est  Figures 3 and 4 explain how it works. If we consider the axis of symmetry (6) of the pawl (3) in the first case of figure 3, this axis (6) is at the moment when the cyclist resumes his pedaling rhythm outside the point of contact of the pawl (3) with the edge (7) of the ratchet tooth (2). This will generate a force on pawl (3) which will push it towards the outside of the teeth by compressing the spring (5). The pawl (3) is released from the ratchet (2). In FIG. 4, it is the opposite, the axis of symmetry (6) is found above the ridge of the ratchet tooth (2), and the resultant resulting from the force coming from the cyclist via of the pawl (3) will push the latter into the ratchet (2). We see that each time the pawl is helped by the push of the cyclist. The edge (7) is always spared in terms of constraints, it only serves to orient the pawl sometimes towards sometimes outside the toothing.10 The other advantage which results from the use of a pawl with an end rounded is that the pressure at the contact between ratchet and ratchet, is

relativement faible. L'absence d'arête sur le cliquet l'empêche d'abîmer la surface du rochet qui est ainsi ménagé. Cela permet d'utiliser un matériau15 relativement tendre pour la conception du rochet comme c'est le cas avec les alliages légers.  relatively small. The absence of a ridge on the pawl prevents it from damaging the surface of the ratchet which is thus formed. This allows a relatively soft material to be used for the design of the ratchet as is the case with light alloys.

Claims (4)

REVENDICATIONS 1-Roue libre de bicyclette formée d'un corps de moyeu (1) solidaire de la roue dans lequel est logé le rochet (2) et d'un cliquet (3) articulé dans une  1-Free wheel of bicycle formed by a hub body (1) integral with the wheel in which is housed the ratchet (2) and a pawl (3) articulated in a O bague solidaire du pignon de chaîne caractérisé par le fait que le cliquet (3) présente un profil d'extrémité auto-engageant dans le rochet (2).  O ring secured to the chain sprocket, characterized in that the pawl (3) has a self-engaging end profile in the ratchet (2). 2-Roue libre de bicyclette selon la revendication 1 caractérisée par le fait que les dents du rochet (2) comportent une arête (7) à dégagement.  2-free wheel bicycle according to claim 1 characterized in that the teeth of the ratchet (2) have an edge (7) to release. 3-Roue libre de bicyclette selon la revendication 1 caractérisée par le fait que le cliquet (3) est arrondi à l'extrémité.  3-free bicycle wheel according to claim 1 characterized in that the pawl (3) is rounded at the end. 4-Roue libre de bicyclette selon la revendication 3 caractérisée par le fait que  4-Free wheel of bicycle according to claim 3 characterized in that le cliquet (3) est cylindrique à son extrémité.  the pawl (3) is cylindrical at its end. -Roue libre de bicyclette selon la revendication 4 caractérisée par le fait que le fond de dent du rochet (2) est cylindrique.  -Free bicycle wheel according to claim 4 characterized in that the ratchet tooth bottom (2) is cylindrical.