Brevet FR2247359A1 — publié le 19750509

La présente invention, due aux travaux de Monsieur Jacques PIERRE, est relative à un ensemble roue et disque de frein à disque, notamment pour véhicule ferroviaire. On connaît déjà des freins à disques qui comprennent deux disques du type présentant chacun une surface de friction radiale et annulaire, ces deux disques étant destinés à être rendus solidaires, de part et d'autre de celle-ci, d'une roue comprenant un voile radial et une surface annulaire à peu près axiale. Les disques sont en général rendus solidaires du voile de la roue par clavetage ou vissage des pièces entre elles, cette liaison étant prévue élastique étant donne que, le voile de la roue étant en général en acier et les disques en fonte, il se produit lors du freinage un échauffement qui entraine des dilatations différentes entre ce voile et ces disques. Or, de telles liaisons par clavetage ou vissage des différentes pièces nécessitent;lorsde la fabrication des disques et de la roue, un usinage long et couteux de toutes les pièces et en particulier un perçage du voile de la roue qui crée des contraintes supplémentaires dans ce voile pouvant provoquer une fissuration de ce dernier au moment du freinage. C'est pourquoi l'invention a pour but la réalisation d'un ensemble roue et disque de frein à disque permettant la transmission de l'effort de freinage à la roue, ce qui nécessite une liaison des disques avec celle-ci, tout en évitant les inconvénients précités. A cet effet, l'invention a pour objet un ensemble roue et disque de frein à disque, du type dans lequel le disque présente une surface de freinage destinée à coopérer avec un patin de frein et la roue comprend un voile radial et une surface annulaire à peu près axiale, caractérisé en ce que le disque porte,sur l'une de ses surfaces d'extrémité dans le sens radial,un dispositif de centrage qui s'appuie sur la surface à peu près axiale de la roue et,à llop- posé de sa surface de freinage dans le sens axial,une surface radiale de friction,cette surface de friction ou la surface en regard du voile de la roue étant constituée d'un matériau dont le coefficient de frottement sur le matériau de l'autre surface est supérieur à celui de la surface de freinage sur le patin de frein. Ainsi, chaque disque de frein est à la fois convenablement centre sur la roue et rendu solidaire de façon efficace du voile de cette roue lors du freinage, la liaison entre la roue et le disque étant assurée sans perçage, ni autre usinage particulier de cette roue. Le montage de ce disque sur la roue s'avère par ailleurs être particulièrement simple et rapide. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront de la description qui va suivre, à titre d'exemple non limitatif et en regard du dessin annexé sur lequel: la Fig. 1 représente une demi-vue en coupe radiale d'une roue de véhicule ferroviaire équipée, de part et d'autre de son voile, de deux disques de frein conformes à l'invention; la Fig. 2 représente une demi-vue de gauche, avec arrachement partiel, suivant la vigne 2-2 de la Fig. 1, de l'objet de cette Fig. La roue représentée par ces Fig est en acier et comporte un moyeu 1, un voile radial à faces planes 2 et un bandage péripherique 3 présentant de part et d'autre du voile deux surfaces cylindriques intérieures 4. De part et d'autre du voile 2 et à l'intérieur des cavités annulaires délimitées par ce dernier et le bandage, sont disposés deux disques de frein 5 en fonte. Chacun de ces disques es-t constitué de deux plaques annulaires ou anneaux 6 et 7 disposés dans des plans radiaux parallèles et réunis entre eux par des nervures 8 disposées dans des plans axiaux radiaux. Les surfaces extérieures des anneaux intérieurs 7 des deux disques sont revêtues d'une couche 9constituée parfun matériau de friction dont le coefficient de frottement sur l'acier de la roue est supérieur à celui de la fonte sur les garnitures de frein qui doivent être associées à cet ensemble. Chaque disque comporte un dispositif de centrage 10 qui est disposé dans l'espace annulaire situé entre le disque et la surface cylindrique correspondante 4 du bandage de la roue.Chaque dispositif est constitué par des douilles métalliques élastiques 11 qui sont logées dans des cavités 12 ménagées dans des saillies 13 situées à l'extréRité radiale extérieure de certaines 8a des nervures qui sont régulièrement réparties suivant la périphérie du disque et présentent une section plus importante que les autres. Les cavités 12 sont de forme générale cylindrique avec une section correspondant approximativement aux deux-tiers d'un cercle et elles sont ouvertes axialement du côté extérieur du disque tandis que du coté opposé elles présentent un fond 14. La partie des douilles il extérieure aux saillies 13 s'appuie dans des empreintes 15 également de forme cylindrique usinées dans la surface 4 du bandage de la roue Ces douilles métalliques élastiques 11 sont destinées à compenser, dans le sens radial, les dilatations que subissent les disques 5 au cours du freinage par rapport au bandage 3 de la roue qui demeure relativement plus froid.A l'in térieur de chaque douille 11 se trouve logé un ressort de compression 16 qui s'appuie à une extrémité sur le fond 14 de la cavité correspondante 12 et d'autre part sur une bague annulaire fermée 17 dont le diamètre extérieur correspond à celui de la surface 4 du bandage et appuie l'ensemble des douilles li au fond des cavités, cette bague étant maintenue dans cette position grSce à un jonc élastique ouvert du type circlips 18 qui se loge dans une rainure 19 pratiquée dans la surface 4 du bandage de la roue.La dimen;;pn radia3ede la bague 17 est sur sa plus grande partie relativement faible, mais elle s'élargit au niveau des nervures épaisses 8a de façon à venir recouvrir sur la plus grande partie de leur s-ection les douilles ll et ressorts 16. L'interposition de cette bague 17 entre les douilles et le jonc 18 permet de donner à ce dernier une dimension radiale relativement faible qui en facilite le montage. Les axes des douilles 11, ressorts 16 et cavité 12 sont évidemment orientés parallèlement à l'axe de l'ensemble de la roue. Le fonctionnement de l'ensemble ainsi décrit est le suivant: Lors d'un freinage, un effort axial F se trouve ap pliqué sur chacun des anneaux extérieurs 6 des disques. Cet effort rend, gr ce aux couches de matériau de friction 9, les disques 5 solidaires en rotation de la roue. L'effort F provoque alors au niveau de cette liaison des disques avec le voile de la roue, un effort tangentiel et un effort normal tels que cet effort tangentiel est inférieur à celui provoqué au niveau du contact des anneaux extérieurs 6 avec les garnitures de frein (non représen tées) qui appliquent les efforts F, étant donné que le matériau constitutif des couches 9 présente un coefficient de frottement supérieur à celui des garnitures de frein sur les anneaux extérieurs 6. Il nty a donc pas rotation des disques 5 par rapport au voile 2 de la roue. Par ailleurs, lors de l'échauffement progressif des disques 5 au cours du freinage, la dilatation de ces diques provoque un serrage radial des douilles métalliques élastiques 11 sur la surface 4 du bandage 3 de la roue, le frottement des douilles sur les saillies 13 des nervures 8a présentant une composante axiale d'effort qui esc opposee à l'effort F de freinage qui s'applique au niveau de la liaison du disque correspondant avec le voile 2 de la roue. Les ressorts 16, qui sont comprimés au montage entre les fonds 14 des cavités et la bague 17, servent alors à compenser les forces ainsi engendrées axialement dans les douilles. Ainsi, grâce à la présence des couches 9 de matériau de friction, il n'est pas nécessaire de percer la roue et celleci ne risque de subir de ce fait aucune fissuration. Les dispositifs de centrage 10 assurent par ailleurs un maintien convenable en place des disques 5, ce maintien étant élastique en cas d 'échauffement. L'ensemble ainsi réalisé est simple et économique et permet un excellent refroidissement des disques grâce à un passage d'air important à l'intérieur de ceux-ci, aucun organe de solidarisation de ces disques sur la roue n'empêchant cette ventilation en cours de fonctionnement. I1 faut enfin insister sur l'avantage essentiel que constitue la facilité de montage de ce type de disque sur une roue. En variante, les couches continues 9 de matériau. de friction pourraient être remplacées par des plages espacées suivant la"circonférence. Il est également bien évident que ce peut être la surface du voile de la roue, et non la surface de friction du disque, qui est constituée par une couche d'un matériau de fort coefficient de frottement. - REVENDICATIONS 1.- Ensemble roue et disque de frein à disque, du type dans lequel le disque présente une surface de freinage destinée à coopérer avec un patin de frein et la roue comprend un voile radial et une surface annulaire à peu près axiale, caractérisé en ce que le disque porte, sur l'une de ses surfaces d'extrémité dans le sens radial, un dispositif de centrag- (10) qui s'appuie sur la surface à peu près axiale (4) de la roue et, à l'opposé de sa surface de freinage (6) dans le sens axial, une surface radiale de friction (9), cette surface de friction (9) ou la surface en regard du voile (2) de la roue étant constituée d'un matériau dont le coefficient de frottement sur le matériau de l'autre surface est supérieur à celui de la surface de freinage (6) sur le patin de frein. 2.- Ensemble suivant la revendication 1, caractérisé en ce que c'est la surface de friction du disque qui est constituée par une couche d'un matériau de fort coefficient de frottenent. 3.- Ensemble suivant la revendication 1, caractérisé en ce que c'est la surface en regard du voile (2) qui est constituée par une couche d'un matériau de fort coefficient de frottement. 4.- Ensemble suivant l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le dispositif de centrage (10) est situé sur la périphérie externe du disque et s'appuie sur une surface annulaire à peu près axiale (4) du bandage (3) de la roue. 5.- Ensemble suivant l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le dispositif de centrage (10) comprend des douilles (11) d'axe parallèle à celui de l'ensemble, régulièrement réparties suivant sa périphérie et interposées entre la surface d'extrémité radiale du disque et la surface à peu près radiale (4) de la roue. 6.- Ensemble suivant la revendication 5, caractérisé en ce que les douilles de centrage (1-1) s'appuient dans des cavités (12) ménagées dans la surface d'extrémité radiale du disque. 7.- Ensemble suivant la revendication 6, caractérisé en ce que, dans le cas où le disque est du type comprenant deux anneaux (6, 7) réunis par des nervures (8), les cavités (12) d'appui des douilles (11) sont ménagées dans des saillies (13) situées à l'extrémité radiale de certaines (8a) des nervures. 8.- Ensemble suivant la revendication 7, caractérisé a en ce que les nervures (8a) dont les saillies (13) présentent les cavités (12) d'appui des douilles (11) présentent une plus grande section que les autres (8). 9.- Ensemble suivant l'une quelconque des revendications 6 à 8, caractérisé en ce que les douilles (11) s'appuient à une extrémité sur un fond (14) des cavités (12) et à l'autre extrémite, où ces cavités sont ouvertes, sur des moyens de maintien (17-18) qui prennent appui axialement sur la roue. 10.- Ensemble suivant la revendication 9, caractérisé en ce que les moyens de maintien (17, 18) des douilles comprennnent une bague (17) qui s'appuie sur un circlips (18) qui s'engage dans une rainure (19) de la roue. 11.- Ensemble suivant l'une quelconque des revendications 6 à 10, caractérisé en ce que les douilles de centrage (11) s'appuient également dans des empreinte (15) ménagées dans la surface à peu près axiale (4) de la roue. 12.- Ensemble suivant l'une quelconque des revendications 1 à 11, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens élastiques (16) qui prennent appui sur la roue de façon à solliciter le disque (5) dans le sens d'application de celui-ci sur la roue. 13.- Ensemble suivant la revendication 12 lorsqu'elle dépend de l'une quelconque des revendications 6 à 11, caractérisé en ce que les moyens élastiques sont constitués par des ressorts de compression (16) logés à l'intérieur des douilles de centrage (11)