Brevet FR2257817A1 — publié le 19750808

La présente invention est relative à un frein à disque. Les freins à disque, utilisés notamment dans les véhicules automobiles, mais salement dans d'autres techniques, aviation notamment, sont formés d'un disque métallique solidaire d'un moyeu tournant contre les faces duquel peuvent être prévus des élé- ment s mobiles pourvus de surfaces de frottement, non susceptibles d'entre entraînées en rotation par le disque, et qui viennent frotter sur lui pour provoquer son freinage. Ces dispositifs, quoiqu'ils présentent un progrès notable sur la technique antérieure des freins à tambour, en raison en particulier de leur refroidissement plus rapide, sont néanmoins susceptibles de perdre leur efficacité lorsqu'Ils sont soumis à un travail plus dur que celui pour lequel ils ont été prévus. Il se produit alors un échauffement exagéré qui a pu aller jusqu'à l'incendie dans le cas d'un avion à réaction roulant à faible vitesse, et qui, dans les cas moins graves, peut provoquer, d'une part à titre transitoire, des pertes dtefficacité du freinage par température excessive des garnitures et/ou ébullition de liquide de commande de celles-ci, et d'autre part des déformations définitives du disque et de tout l'appareillage. On cherche bien entendu à limiter ces inconvénients au maximum en plaçant les disques dans des zones refroidies par une intense circulation d'air, mais ceci entraîne d'autres sujetions, notamment pour un véhicule, tant en ce qui concerne la géométrie de l'ensemble que les masses non suspendues. De plus, une partie de la chaleur produite étant évacuée par conduction vers le moyeu, on est amené à donner au disque une épaisseur relativement importante pour faciliter le passage des calories, d'où augmentation supplémentaire de poids. L'objet de l'invention est de permettre de limiter cet échauffement avec pour conséquence une.plus grande sécurité, et à freinage égal une diminution de poids et d'encombrement du dispositif, ainsi que des facilités pour le choix de l'emplacement du frein0 Dans le frein à disque selon l'invention, une soufflerie indépendante est disposée de façon à projeter de l'air de refroidissement sur le disque.Pour éviter des échauffements différents sur les deux faces, cet air de refroidissement est projeté de fa çon sensiblement symétrique sur celles-ciO De plus,le moyeu portant le disque présente des bossages profilés contrelesquels l'air peut passer, cette disposition facilitant d'une part le" passage symétrique de l'air sur les faces du disque, et d'autre part s'opposant à la progression centripète de la chaleur du disque vers le moyeu. De preférence, le disque présente une forme sensiblement symétrique par rapport à un plan perpendiculaire à lt,axe du moyeu. Avantageusement, sa section a la forme générale d'un rectangle. De préférencs,les deux nappes d'air frais séparées par le disque opérent de façon centrifuge, arrivant par la région du moyeu pour s'échapper vers la périphérie, Il est préférable,pour que le dispositif soit efficace, que le disque soit enfermé à l'intérieur d'un carter muni de deux flasques de forme générale symétriques-, disposés de telle façon qu'un étranglement de la section de passage de l'air de refroidissement projette celui-ci sur les faces du disque, un élargissemeat ultérieur de la section de passage facilitant ltécoulement vers l'extérieur de l'air échauffé et dilaté. L'utilité du carter, outre d'assurer l'efficacité maxima aux deux nappes d'air de refroidissement, est de protéger le dis que contre toute pollutionsscontrairement auKdispositiss de de l'art antérieur oùXle lerefroidissement étant assuré par le seul air en- vironnant, on était obligé de disposer les disques dans un endroit aéré et de ce fait exposé à toutes les pollutions et projections. Gent effet bénéfique secondaire de l'invention est avantage sement complété en prévoyant de capter l'air alimentant la souf flerie dans un endroit abrité également des pollutions, par exemple sous le capot, et en disposant les sorties d'air du carter de telle sorte que des sUbstances polluantes ne puissent y pénétrer même au repos. Un avantage du refroidissement énergique, et qui peut être aussi intense qu'on le désire, procuré par le dispositif selon l'inventionest qu'il permet de réduire l'épaisseur du disque, et donc son poids, puisque sa fonction d'évacuation en direction du moyeu de la chaleur produite par le frottement est fortement réduite, sinon suppriméevet qu'on peut calculer ses dimensions en tenant compte uniquement des contraintes mécaniques auxquelles il est soumis.Cet avantage est particulièrement appréciable lorsque le disque présente la forme préférée d'un anneau à section rectangulaire, symétrique par rapport à un plan perpendiculaire à l'axe du moyeu0 L'air frais fourni par la soufflerie peut servir egale- ment à refroidir les dispositifs de commande des plaquettes de frottement, en particulier les cylindres de commande. Le liquide qui se trouve dans cescylindreF et qui ne circule pas, 51 échauffe en effet dans les dispositifs selon l'art antérieur, ce qui peut l'amener a' l'ébullition, et en tous cas Ahe de nature à altérer sa composition.Une solution simple est de prévoir une forme convenable des flasques, par exemple avec des échancrures, de façon à assurer un refroidissement aussi énergique qu'on le souhaite. On pourrait concevoir de faire actionner la soufflerie par le moteur du véhicule lui-mesme, ou autrement, mais il parait que la meilleure Nanière de faire est d'utiliserun moteur électrique dont la mise en marche et l'arrêt sont commandés de façon automatique en fonction de la température du disque lui-meme. On peut prévoir par exemple que le dispositif de commande de la mise en marche de la turbine ou ventilateur auxiliaire comprend un capteur de température qui peut être soit un couple -thermo-électrique soit une résistance, placés l'un comme l'autre à proximité immédiate de la périphérie du disque, soigneusement protégés contre l'air circulant et échauffés par le rayonnement du disque. Le capteur peut aussi être une cellule sensible au rayonnement infrarouge. Le capteur actionne, à une température fixée à l'avance, un relais de mise en marche de la turbine ou ventilateur auxitmi re et d'ouverture des vannes correspondantes sur la conduite d'amenée d'air, il peut aussi actionner un signal d'alarme pour pré venir le conducteur. Un tel dispositif d'alarme peut, en théorie, être monté sur des freins à disque du type classique mais, fonctionnant dans un emplacement mal protégé des secousses et des intempéries, son fonctionnement serait aléatoire. On peut avantageusement prévoir, outre la soufflerie, un dispositif complémentaire constitué d'une turbine à faible débit, centrée à l'intérieur du disque et tournant avec lui, comportant une couronne prolongeant le disque vers l'intérieur et munie d'ailettes, de préférence incurvées, La turbine ainsi constituée crée un courant d'air frais qui balaie les deux faces du disque en permanence, tant que le véhicule est en mouvement, même lorsque la soufflerie est à l'arrêt. Ce courant maintient l'ensemble du dispositif à une température voisine de l'ambianteltant qu'il nLg a pas de freinage, en dépit des apports de chaleur qui peuvent pénétrer dans le carter, par exemple en provenance des organes mécaniques du véhicule (moteur, boete de vitesse) situés à proximité.Lorsque la soufflerie entre en action, la turbine fournit un appoint d'énergie à l'air soufflé. Une application intéressants concerne le cas d'une automobile à traction avant, moteur placé transversalement au sens de la marche et boîte de vitesse placée derrière le moteur. Dans une telle automobile, il est avantageux de remplacer les freins avant, placés à proximité des roues, par un frein unique sur la transmission calé par exemple sur un arbre solidaire de 11 arbre secondaire de la botte de vitesse. La vitesse plus grande de cet arbre est compensée par la plus grande efficacité du frein et la force nécessaire pour serrer le frein est diminuée du fait de la démultiplication. Les avantages principaux d'une telle disposition sont, outre ltamélioration du freinage en usage intensif, un gain de poids global par utilisation d'un seul disque mince au lieu de deux disques épais, une diminution du poids non suspendu, une conception plus simple des dispositifs absorbant la réaction du freinage, un raccourcissement des circuits de freinage, le frein se trouvant à très faible distance de la pédale et du piston de commande. La figure 1 montre une coupe d'une réalisation de frein à disque selon l'invention. La figure 2 montre une coupe partielle du dispositif de la figure 1 selon la ligne II-II. La figure 3 montre un détail agrandi du dispositif de la figure 1. La figure 4 montre un schéma de dispositions de frein dans un véhicule à traction avant. Dans la figure 1, le disque (1) est fixé sur l'arbre (2) d'axe xx par l'intermédiaire d'un moyeu (6) claveté sur l'arbre (2). Ce moyeu porte des bossages (6') sur lesquels vient prendre appui le disque (1) serré par les vis (13). Une couronne (12) est munie d'ailettes (14) incurvées disposées dans un plan perpendiculaire à celui du disque et symétriques par rapport au plan de symétrie radial de celui-ci. Dans sa partie périphérique, la couronne (12) a une épaisseur égale à celle du disque et son diamètre extérieur est sensiblement égal au diamètre intérieur d3 çe der- nier dans lequel elle s'emmanche (figures 2 et 3). Elle est maintenue par la tête de la vis (13) contre le bossage che de tourner autour de l'axe du disque grâce à un tenon de centrage. Un flasque (7a) et un autre flasque (8) sont fixés de part et d'autre du disque et servent à canaliser l'air mis en mouvement par les ailettes (14) et l'empêcher de s'écarter du disque (1). Le flasque (7a) est placé dans le prolongement du moyeu (6) et la surface de celui-ci qui fait face au disque, prolongée par celle du flasque (7), présente un contour sensiblement symétrique) par rapport au disque, de la face correspondante du flasque (8) ai bien que le moyeu constitue un flasque tournant qui coopère avec les flasques fixes (7a) et (8) pour canaliser l'air. Un carter (5a) entoure le frein. Il est muni d'un conduit d'amenée d'air (5c) et d'un conduit itévacuation (9). Le flasque (8) est fixé sur le carter (5a), le flasque (7a) est fixé, par l'intermédiaire d'non support (7b), sur la paroi latérale du carter, laquelle est constituée, dans la réalisation représentée, par la paroi (3) de la bolte de vitesses traversée en (4) par l'ar- bre (2). Un thermostat (10) protégé de I'air de refroidissement par un capuchon (11) commande la mise en marche de la turbine. La figure 4 montre un schéma de dispositionssde frein selon l'invention dans un véhicule à traction avant, le moteur étant placé transversalement à la marche du véhicule et légèrement incliné vers l'avant. La figure représente une vue partielle latérale de l'ensemble moteur, les pièces du frein y portant les mê- mes référencez que dans les autres figures. On peut voir sur cette figure, où l'avant du véhicule est à gauche, sous le capot (15), le radiateur (20) et le profil du bloc forme par la botte de vitesse (17a), le bloc-moteur (17b) la réserve d'huile (17c). Le disque (1) fixé sur l'arbre secondaire (2) de la bote de vitesse est caché par son carter (5b) et la tubulure d'amenée d'air-frais (5b) La soufflerie électrique (16a) aspire l'air par une tubulure (16b) débouchant sous le capot (15), et refoule l'air par la tubulure (16c) et la conduite souple (18) raccordeeà la tubulure (5a). L'air échauffé sort du carter (5b) en 90 le thermostat (10)fixé fIx surle meme carter2 com- mande la rise en marche de la soufflerie par un circuit (non re présente'). REVENDICAT TONS 1. Dispositif de freinage, comportant un disque annulaire à faces planes et parallèles, entraîné en rotation dans son plan par un moyeu, caractérisé en ce que le moyeu présente des bossages profilés, entre lesquels l'air peut passer et contre lesquels le disque est appuyé, et en ce qu'une soufflerie indépendante est disposée de façon ê projeter de l'air de refroidissement de façon sensiblement symétrique sur les deuz faces du disque. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le disque a une forme générale sensiblement symétrique par rapport à un plan perpendiculaire à l'axe du moyeu. 3. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que la section du disque est sensiblement rectangulaire. 4. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 3, caracterisé en ce que le refroidissement est opéré par deux nappes d'air frais, une de chaque côté du disque, opérant de façon centrifuge, arrivant de la région du moyeu pour s'échapper vers la périphérie du disque. 5. Dispositif selon l'une des revendications et2, caractérisé en ce que le disque est enfermé à l'intérieur d'un carter étanche comportant deux flasques de forme générale symétrique par rapport au disque disposés de telle façon qu'un étranglement de la section de passage de l'air de refroidissement projette celui-ci sur les faces du disque, et qu'un élargissement ultérieur de la section de passage facilite l'écoulement vers l'exté- rieur de l'air échauffé et dilaté. 6. Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce que l'air de refroidissement est capté en un endroit abrité des pollutions, tel que sous le capot. 7. Dispositif selon la revendication 6, caractérisé en ce que le carter présente des sorties d'air disposées de telle sorte que des substances polluantes susceptibles de gêner le fonctionnement du dispositif ne pussent y pénétrer meme au repos. 8. Dispositif selon l'une des revendications 6 ou 7, caractérisé en ce que les dispositifs de commande des plaquettes de frottement, tels que les cylindres commandant le déplacement desdites plaquettes, sont exposés àun balayage direct d'air frais. 9. Dispositif selon line des revendications 1 à 8, carac térise en casque la soufflerie est actiorm.ée par un moteur électrique et en ce que sa mise en marche et so-n arrêt sont commandés de façon automatique en fonction de la température du disque0 10. Dispositif selon la revendication 9, caractérisé en ce qu'un signal indicateur ou d'alarme est déclenché en m8me temps que la mise en marche de la soufflerie. 11. Dispositifselon l'une des revendications 1 à 10, caractérisé en ce qu'il comprend une turbine centrée à l'intérieur du disquesset tournant avec lui, comportant une couronne prolongeant le disque en direction du moyeu et munie d'ailettes créant un courant d'air frais sur les deux faces du disque même lorsque la soufflerie est à l'arrêts 12. Véhicule automobile équipé d'un dispositif de freinage selon l'une des revendications 1 à 11, caractérisé en ce que le moyeu portant le disque est solidaire de la transmission en amont du différentiel. 13. Véhicule selon la revendication 12 caractérisé en ce que le disque est monté en bout d'arbre secondaire de la boîte de vitesse.