Une boîte de vitesses
de vélo innovante
L'idée
J'ai toujours pensé que le courant système de transmission pour vélos, à la fois pour la marche et plus encore pour les vélos de course, était devenu obsolète et avait besoin d'un nouveau système de transmission. Puisqu'il s'agit de transférer l'effort des pédales vers la roue arrière, la chaîne ou courroie crantée est celle qui absorbe le moins d'énergie au moment de la transmission et devait donc être conservée.
L'élément à innover était le système de changement de vitesse composé de l'ensemble traditionnel pignon et dérailleur.
Ce système, présenté pour la première fois à la Foire de Milan en 1949, a connu des améliorations considérables et des systèmes de changement de vitesse efficaces mais n'a jamais résolu le problème de l'alignement de la chaîne entre la couronne avant et les pignons arrière. En effet, il arrive qu'avec un certain pignon avant le pignon arrière opposé soit déconseillé, car la chaîne doit travailler en fort désalignement. De ce fait, la chaîne subit des contraintes latérales fortes et constantes; cela nécessite son remplacement au fil du temps.
Dans les systèmes dédiés à la compétition, il peut être nécessaire de monter une nouvelle chaîne à chaque fois.
De plus, il n'est pas rare que la chaîne sorte du pignon, créant pas mal de désagréments pour le malheureux cycliste.
Alors, comment innover le système de transmission et dépasser les limites du système traditionnel basé sur le jeu de pignons et le dérailleur correspondant?
En d'autres termes, est-il possible de changer de vitesse tout en gardant la chaîne sensiblement alignée entre le plateau avant et le pignon arrière?
Le défi
Guidé par l'objectif final de créer un changement de vitesse qui maintenait la chaîne alignée, il était une conséquence essentielle que le mouvement devait concerner les pignons individuels et non la chaîne qui devait coulisser au centre.
Inspiré par cette vision, le projet prend une direction précise mais une série de questions émergent immédiatement.
Comment faire un guide qui obligerait la chaîne à toujours glisser alignée?
Et surtout avec quel mécanisme échanger les rapports pour intercepter la chaîne qui tourne et reste alignée au centre?
Il n'était pas possible de déplacer simplement le jeu de pignons car il aurait pris trop de place à côté de la roue (au moins le double de l'épaisseur du jeu de pignons actuel).
Bien qu'il existe certaines conceptions qui traduisent le jeu de pignons, celles-ci n'ont jamais eu d'application pratique.
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Intuition
Les pignons individuels sont de diamètres différents, ce qui vous permet de créer une cassette où le plus petit pignon "entre" dans le plus grand pignon. (voir figure ci-contre)
Afin de maintenir la chaîne au centre, deux cassettes opposées ont été créées avec des diamètres différents des engrenages contenus qui forcent la chaîne à coulisser alignée.
Pour simplifier la description il est ici fait référence à une boîte de vitesses à 4 rapports implantée sur la roue arrière. Une telle boîte de vitesses à 4 vitesses contiendra les vitesses #1 et #3 sur la cassette droite et #2 et #4 sur la cassette gauche. Bien entendu, l'engrenage n°1 aura moins de dents que l'engrenage n°2 qui en aura moins que l'engrenage n°3. L'engrenage n°4 est celui qui aura le plus grand nombre de dents.
Pour forcer la chaîne à glisser au milieu sontdeux cages ont été mises en place: une droite et une gauche, à l'intérieur desquelles sont logés les engrenages.
Le projet
Tout résolu ? Pas du tout!
L’idée et l’intuition seules ne suffisent pas, vous devez vous mettre au travail et commencer à concevoir.
Donc, en restant dans l'exemple précédent, nous avons deux boîtes de vitesses tandis que la chaîne tourne au centre. Sur les quatre pignons qui composent notre exemple de levier de vitesses, un sera positionné au centre et se connectera avec la chaîne tandis que les trois autres seront inactifs et trouveront leur place au sein de leur cassette respective.
Le plus petit rapport de chaque cassette travaille seul tandis que le plus grand rapport entraîne avec lui celle qui a le moins de dents, ancrée à l'axe de rotation.
Nous avons déjà décrit comment un seul pignon sera positionné au centre entre les deux cassettes tandis que les autres trouveront leur position de repos à l'intérieur de la cassette.
Une bague entretoise aura pour fonction de repousser le pignon au centre jusqu'au repos tandis que le pignon de la cassette opposée prend le relais.
Mais comment déterminer la poussée en utilisant uniquement la force de rotation de la boîte de vitesses?
En fait, la conception a poursuivi l’objectif de ne pas utiliser de forces externes ou de soustraire la force du pédalage pour le mouvement des engrenages afin de rendre ce système également adapté aux vélos de course. Dans ce contexte, le besoin se fait davantage sentir de ne pas disperser la force de pédalage qui n’est transmise de manière optimale que lorsque la chaîne glisse sensiblement alignée.
Le défi était de taille et la solution a été trouvée en appliquant à chaque plateau trois "crêtes" latérales orthogonales à élévation concentrique. Trois roues, positionnées de manière appropriée par un mécanisme de came, complèteront l'opération de poussée du plateau en exploitant la rotation du dérailleur arrière lui-même.
Le brevet
La demande de brevet a été déposée en Italie le 2 février 2022 et délivrée sous le numéro 102022000001736 sous le titre: SYSTÈME D'ENGRENAGES ET DE TRANSMISSION POUR VÉHICULE ET VÉCYCLE À PROPULSION HUMAINE OU MIXTE.
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Par la suite, une demande internationale de brevet PCT n.PCT/IB2023/050876 a également été déposée, publiée sous le n° WO2023/148630A1
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