Brevet FR2285547A1 — publié le 19760416

La présente invention a pour objet un frein à disque pour roue de véhicule, notamment pour motocyclette, mais également pour tout autre véhicule, tel que voiture, cyclomoteur, avion, comprenant un disque solidaire en rotation de la roue du véhicule et au moins un étrier supportant une paire de plaquettes de frein mobiles susceptibles d'être pressées contre le disque par des moyens mécaniques ou hydrauliques, le freinage étant assuré par des garnitures de frein. Dans tous les freins à disque de ce type, connus à ce jour, les garnitures de frein sont fixées sur les plaquettes et le disque est en acier ou en alliage d'une dureté suffisante pour résister à l'effet abrasif des garnitures. Ces garnitures sont en matériau à haut coefficient de frottement mauvais conducteur de la chaleur, de sorte que la chaleur développée lors du freinage doit presque entièrement être dissipée par le disque. Les températures atteintes par le disque peuvent entraîner une modification de sa structure métallique, ou sa déformation. En outre, l'échauffement du disque est rapidement communiqué, en raison de sa bonne conductibilité thermique, au moyen du disque et par là à la roue ellemême, aucun moyen efficace de refroidissement du disque ne pouvant être prévu à part le courant d'air créé par le véhicule.Le disque tournant avec la roue ne peut être refroidi que sur son chant. D'autre part, le remplacement des garnitures de frein nécessite le démontage peu commode des plaquettes qui sont échangées avec leur garniture. L'invention a pour but de remédier à ces inconvénients. A cet effet, le frein à disque selon l'invention est caractérisé par le fait que les garnitures de frein sont fixées sur les faces du disque et coopèrent avec la surface des plaquettes. Dans le frein à disque selon l'invention, le disque ne s'échauffe plus mais la chaleur dégagée par le frottement des garnitures est dissipée par les plaquettes. Celle-ci sont constituées d'au moins un matériau résistant à l'usure, et n'ont en principe, pas besoin d'être changées pendant la durée de vie du véhicule. Lorsque les garnitures sont usées, il suffit de retirer la roue, de remplacer le disque par un nouveau disque muni de garnitures neuves et de remonter la roue en introduisant le disque entre les plaquettes. Cette opération peut se faire lors du remplacement du pneumatique, les deux éléments pouvant avoir une durée de vie identique, ce qui permet de réduire le nombre d'inter ventions L'invention a également pour conséquence importante la possi bilité d'utiliser un disque en matériau léger, par exemple un alliage d'aluminium ou une matiere plastique, ce qui permet de réduire le poids des parties suspendues du véhicule et d'obtenir un rapport poids/puissance plus favorable. Selon une forme d'exécution préférée de l'invention, les plaquettes sont constituées d'un corps en métal assurant la dissipation de la chaleur, par exemple du cuivre ou de l'aluminium, présentant un prolongement en forme de radiateur dissipateur de chaleur à ailettes, et dans lequel sont noyées des pastilles de métal dur ou de carbure métallique, tel que du carbure de tungstène, affleurant la surface du corps porteur et assurant la résistance à l'-usure des plaquettes. Le dessin annexé représente, à titre d'exemple, quelques formes d'exécution du frein selon l'invention. La figure 1 représente une roue de motocyclette équipée d'un frein à disque. La figure 2 représente une première forme d'exécution de montage pour voiture automobile. La figure 3 représente une deuxième forme d'exécution de montage pour voiture. La figure 4 représente une vue partielle en élévation d'un frein à refroidissement à air forcé. La figure 5 représente une vue en élévation et en coupe à travers les plaquettes d'un frein à refroidissement par circulation d'un fluide. La figure 6 représente schématiquement un exemple de circuit de refroidissement du frein représenté à la figure 5. La figure 7 représente schématiquement une source de gaz de refroidissement et ses moyens de commande associée au frein repré senté à la figure 4. La figure 8 représente une vue en coupe d'une plaquette de frein selon-une forme d'exécution préférée de l'invention. A la figure 1 on reconnaît une fourche 1 de motocyclette portant une roue 2. Sur le moyeu 3 de cette roue est fixé un disque 4 en métal léger au moyen de vis 5. Les vis 5 maintiennent simultanément un ventilateur radial 6 à action centrifuge chassant l'air vers la périphérie du disque. Le disque 4 est muni sur ses deux faces, dans la zone périphérique, de deux garnitures de frein 7 de forme annulaire et relativement plus minces que les garnitures de frein usuelles. Sur la fourche 1 est fixé un étrier 8, de construction connue en soi, abritant deux pistons hydrauliques 9 et 10 cinématiquement solidaires de deux plaquettes métalliques 11 et 12 coopérant avec les garnitures 7.Les plaquettes sont en outre montées sur deux goupilles parallèles 13 servant à maintenir les plaquettes en position de manière connue en soi et présentent chacune un prolongement lla, respectivement 12a, découpé de manière à former des ailettes de refroidissement 14. Ces prolongements lla et 12a constituent des radiateurs dissipateurs de chaleur. Le disque 4 et le ventilateur 6 sont logés dans un carter 5 solidaire de la fourche télescopique 1 dont le double but est de protéger le disque et de canaliser l'air de refroidissement aspiré par le ventilateur 6 à travers l'ouverture latérale 16 vers les plaquettes 11 et 12. Selon une variante d'exécution, le disque et le ventilateur peuvent être venus d'une pièce, par exemple de fonderie. Le ventilateur peut également être en tôle emboutie de même épaisseur que le disque. L'épaisseur de la garniture de frein est judicieusement calculée de sorte que la durée de vie des garnitures corresponde à la durée de vie du pneumatique équipant la roue de manière à permettre le changement simultané de ces deux éléments et permettre ainsi l'échange standard d'une roue complète. Les plaquettes 11 et 12 présentent en outre un chanfrein 17 facilitant l'introduction entre les plaquettes du nouveau disque équipant la roue. La figure 2 représente schématiquement le frein à disque adapté pour l'équipement d'une voiture et monté sur une roue du véhicule non représenté. On a représenté schématiquement le disque, sur lequel on distingue l'une des garnitures 18, le ventilateur 19, l'étrier 20 et les plaquettes 21, analogues aux plaquettes 11 et 12 de la figure 1, avec leurs ailettes de refroidissement. Afin de permettre l'enlèvement latéral, cosme c'est le cas pour la voiture, du disque et de la roue, l'étrier 20 est monté sur un bras basculant 22 articulé en 22a sur un support 23 solidaire du pont arrière, respectivement de l'ensemble de direction avant. En position de fonctionnement, l'étrier 20 vient s'appuyer contre une butée 24 solidaire du pont arrière, respectivement de l'ensemble de direction avant, et il est verrouillé par une goupille amovible de sécurité 25. Lorsqu'on veut changer de disque, il suffit d'enlever la goupille 25, ce qui permet de faire basculer le bras 22 dans la direction de la flèche F, ce qui a pour effet de dégager le disque et la roue qui peuvent être enlevés latéralement, le remplacement du disque pouvant s'effectuer alors plus aisément sur la roue démontée, qu'un changement de plaquettes sur le véhicule. Dans la forme d'exécution représentée à la figure 3, l'étrier 26 est monté coulissant dans une coulisse verticale 27 formée dans un support 28 solidaire du pont arrière, respectivement de la direction avant. L'étrier 26 est en outre relié au châssis ou à la carrosserie 29 par un amortisseur 30 qui a pour effet de maintenir l'étrier 26 en butée contre l'extrémité inférieure de la coulisse 28 lorsque le véhicule est sur ses roues et de permettre à l'étrier de suivre le mouvement de translation de la roue et de son disque lorsque le véhicule est en marche. Par contre, lorsque le véhicule est soulevé par son châssis, au moyen d'un cric ou de tout autre moyen élévateur libérant les roues du contact du sol, la roue s'abaisse en entraînant le support 28, tandis que l'étrier 26 est retenu par l'amortisseur 30 quand celui-ci arrive en fin de course. L'étrier coulisse alors vers le haut en direction de la flèche F dans la coulisse 27 pour venir finalement en butée contre deux butées 31 et 32. Le disque et la roue se trouvent ainsi dégagés de l'étrier et peuvent être enlevés latéralement. Dans la forme d'exécution décrite ci-dessus, le disque est solidaire en rotation d'un ventilateur qui chasse radialement de l'air en direction des plaquettes. Cette solution, qui peut être suffisante pour certains véhicules, notamment des véhicules légers à deux roues, tels que cyclomoteurs, n'assure pas un refroidissement suffisant, agissant au bon moment, et assez longtemps avec une efficacité suffisante, lorsqu'il s'agit de freiner certains véhicules lourds, notamment de freiner des véhicules lourds animés d'une vitesse élevée, sur une courte distance, comme c'est le cas, par exemple, des avions. Dans ce cas, il est prévu des moyens auxiliaires de refroidissement forcé des plaquettes cinématiquement indépendants du disque.L'utilisation de moyens auxiliaires cinématiquement indépendants du disque, c ' est-à-dire de la vitesse de rotation de celui-ci, permet d'assurer un refroidissement maximum des plaquettes de frein au moment où celles-ci atteignent un échauffement maximum, ce qui se produit souvent lorsque la vitesse de rotation du disque tend vers zéro et de prolonger si nécessaire ce refroidissement après l'arrêt du disque. Le frein représenté à la figure 4 est constitué, de manière analogue au frein décrit précédemment, d'un disque 33 muni sur chacune de ses faces d'une garniture 34 analogue à la garniture 7 de la figure 1, et de deux plaquettes métalliques 35, analogues aux plaquettes 11 et 12, commandées par un moyen de commande 36 mécanique ou hydraulique. Les plaquettes présentent deux prolongements verticaux parallèles 37 munis d'ailettes 38 tournées à l'extérieur ayant pour but d'augmenter la surface dissipatrice de chaleur. Le disque est associé à un ventilateur 39 assurant un refroidissement continu proportionnel à la vitesse de rotation du disque. En plus de ce refroidissement, un gaz de refroidissement, par exemple de l'air, est envoyé à l'instant voulu par une tuyère 40 sur les prolongements 37, sensiblement parallèlement aux ailettes 38. Le frein représenté à la figure 5 comprend également un disque 33 muni de garnitures 34. I1 diffère toutefois du frein précédemment décrit par le fait qu'il ne comprend pas de ventilateur et que les plaquettes de frein sont constituées par deux corps 41 et 42 en métal léger bon conducteur de la chaleur, tel que de l'aluminium, du cuivre ou du magnésium, la face active de ces plaquettes étant constituée par une couche ou plaque 43 en matériau résistant à l'usure, tel qu'un acier spécial, un acier fritté ou un carbure métallique. Les corps 41 et 42 sont traversés par un canal de refroidissement 48 en forme de serpentin présentant une entrée 49 et une sortie 50. Les plaquettes de frein sont soumises à l'action de deux pistons 46 de construction connue en soi se déplaçant dans des cylindres 45 sous l'action d'un liquide de frein. Les cylindres 45 sont usinés dans un support 44 en forme d'étrier. Dans cer taines exécutions, il n'est pas judicieux que la chaleur dissipée par les plaquettes soit transmise aux organes de commande, notamment aux pistons métalliques en contact avec le liquide de frein. En effet, un échauffement du liquide de frein peut entrainer la formation de bulles de gaz nuisant au bon fonctionnement du frein. Dans le cas de commande mécanique du frein, il peut être également judicieux d'éviter un échauffement des organes de commande. A cet effet, entre chacune des plaquettes 41, 42 et son piston 46 est disposée une plaque 47 en matériau thermiquement isolant s'engageant, dans l'exemple représenté, par une portée cylindrique 65 dans une creusure cylindrique 64 du piston 46. Les plaquettes isolantes 47 prennent appui contre les corps 41 et 42, et sont d'autre part emboitées ou collées aux pistons 46 de telle sorte que les plaquettes isolantes sont fixées aux pistons. Le matériau thermiquement isolant constituant les plaquettes 47 peut être par exemple, un matériau thermoplastique ou thermodurcissable, chargé ou non, par exemple du nylon 6/6 chargé de fibres de verre ou de la formaldéide-phénol éventuellement chargée d'amiante. Le matériau isolant peut être à base de colle, par exemple une colle époxy, de manière à le rendre autocollant. En variante, le matériau isolant pourrait être une couche isolante solidaire des plaquettes de frein. Cette couche pourrait recouvrir toutes les parties en contact avec l'organe de commande. Dans le cas d'une commande mécanique exposée à l'air, les plaques isolantes 47 ne sont pas indispensables, une dissipation de la chaleur dans les organes de commande ne présentant pas d'inconvénient. Le canal de refroidissement 48 peut être venu de fonderie ou usiné par perçage, les extrémités des trous obtenus étant fermdes par une, respectivement deux plaques ou des bouchons. Les deux serpentins 43 sont reliés un circuit de refroidissement contenant un fluide, liquide ou gazeux, entraîné en circulation forcée et commandée. Le circuit de raccordement est de préférence souple. Un tel circuit est représenté, à titre d'exemple et schématiquement, à la figure 6. Tel que représenté, le circuit est prévu pour contenir un gaz, mais il peut être très facilement adapté pour contenir un liquide. Ce circuit comporte un compresseur 52, entraîné par le moteur du véhicule ou par un moteur indépendant, un régulateur de pression 53 contrôlant la marche du compresseur 52, un réservoir 54 dans lequel le gaz est comprimé, une valve 55 associée à un temporisateur 56 et dont l'ouverture est commandée parallèlement par une commande de frein représentée ici par une poignée de frein 57 dans le cas d'une motocyclette, ou une pédale dans le cas d'une voiture, agissant sur un câble 58, et par le temporisateur 56.Le circuit comporte un radiateur 59, éventuellement associé à un ventilateur, pour dissiper les calories, et un manteau de refroidissement 60 entourant le réservoir 54, travaillant par exemple selon l'un des principes utilisés dans les installations frigorifiques. Le gaz de refroidissement circule dans le sens indiqué par les flèches. Il est comprimé dans le réservoir 54 par le compresseur 52 jusqu'à une pression déterminée par le régulateur de pression 53. Au moment où le frein est actionné, la valve 55 est ouverte et le gaz sous pression contenu dans le réservoir 54 s'écoule à travers les serpentins 48 en absorbant l'échauffement des plaquettes de frein. Le temps durant lequel s'écoule le gaz de refroidissement dans les plaquettes est déterminé par le temporisateur 56 indépendamment de l'action sur la poignée 57. Le gaz échauffé dans les plaquettes se refroidit dans le radiateur 59 puis dans le réservoir 54. Dans le cas de l'utilisation d'un liquide comme agent de refroidissement dans le circuit, le réservoir 54 est remplacé par un serpentin intégré à un dispositif de refroidissement analogue à celui utilisé dans le manteau 60. I1 est clair que pour certaines utilisations, il est possible de simplifier ce circuit en supprimant notamment le dispositif de refroidissement 60. Dans une forme simple le circuit pourrait comporter uniquement un compresseur, respectivement une pompe fonctionnant en continu et assurant une circulation continue du fluide de refroidissement à travers les plaquettes et un radiateur. D'autre part, il est possible de prévoir un circuit encore plus sophistiqué que celui représenté au dessin comportant par exemple un thermostat et une vanne à débit variable. Le temporisateur 56 peut être du type électrique ou mécanique, par exemple un simple mécanisme de compteur à ressort armé lors du freinage. La figure 7 représente schématiquement un frein du type représenté à la figure 1 refroidi par une source de gaz comprimé se détendant à l'air libre sur les ailettes 38 et les plaquettes 37. La source de gaz sous pression est constituée par un réservoir 61, fixe ou amovible, telle qu'une bonbonne d'air comprimé équipée d'une valve 62 éventuellement associée à un temporisateur 63 et commandée par le mécanisme de commande de frein schématisé, comme dans la figure 6, par une poignée 57 agissant sur un câble de frein 58. Le temporisateur peut être à action retardée. Dans une autre forme d'exécution, le circuit pourrait comporter un compresseur, respectivement un ventilateur, fonctionnant en continu en lieu et place de la bonbonne d'air comprimé. Si dans les plaquettes de frein, telles que représentées à la figure 5, la couche résistante à l'usure 43 est en un matériau mauvais conducteur de la chaleur, tel que du carbure de tungstène par exemple, la chaleur développée par le frottement sur la garniture a de la peine à se dissiper dans le corps des plaquettes, même si ce corps est très bon conducteur de la chaleur. La forme d'exécution représentée en coupe à la figure 8 obvie à cet inconvénient. Le corps des plaquettes 66, par exemple, est en cuivre et dans ce corps sont noyés, en nombre suffisant, des inserts tels que 67, 68 et 69 en carbure de tungstène, se présentant sous la forme de pastilles, noyées dans la matière du corps 66 et affleurant sa surface en regard de la garniture de frein 34 du disque 33. Ces inserts sont bien entendu répartis sur toute la surface du corps 66, laquelle venant également en contact avec la garniture, assure grâce à sa bonne conductibilité thermique une bonne dissipation de la chaleur. Ainsi se trouvent conciliées la résistance à l'usure et l'évacuation de la chaleur. La combinaison cuivre-carbure de tungstène peut bien entendu être remplacée par toute autre combinaison adéquate. On peut utiliser par exemple de l'aluminium ou du magnésium, offrant l'avantage d'être particulièrement légers. Pour les inserts on peut utiliser par exemple un acier fritté, un autre carbure métallique ou du bronze au béryllium. REVENDI QTIONS 1. Frein à disque pour roue de véhicule comprenant un disque solidaire en rotation de la roue du véhicule et au moins un étrier supportant une paire de plaquettes de frein mobiles susceptibles d'être pressées contre le disque par des moyens mécaniques ou hydrauliques, le freinage étant assuré par des garnitures de frein, caractérisé par le fait que les garnitures de frein sont fixées sur les faces du disque et coopèrent avec la surface des plaquettes. 2. Frein à disque selon la revendication 1, caractérisé par le fait que le disque est en matériau léger. 3. Frein à disque selon la revendication 1, caractérisé par le fait que les plaquettes montées sur l'étrier présentent des prolongements pour la dissipation de la chaleur. 4. Frein à disque selon la revendication 1, notamment pour motocyclettes, caractérisé par le fait que le disque est venu d'une pièce avec un ventilateur radial. 5. Frein à disque selon la revendication 1, caractérisé par le fait que le disque est fixé à la roue et amovible avec la roue. 6. Frein à disque selon la revendication 3, notamment pour automobiles, caractérisé par le fait que l'étrier est monté sur un support basculant verrouillable articulé sur un support solidaire en translation de la roue. 7. Frein à disque selon la revendication 3, caractérisé par le fait que l'étrier est monté coulissant Idans un support solidaire en translation de la roue et qu'il est relié au châssis, respectivement à la carrosserie, par un amortisseur. 8. Frein à disque selon la revendication 1, caractérisé par le fait qu'il comprend des moyens auxiliaires de refroidissement forcé des plaquettes cinématiquement indépendants du disque. 9. Frein à disque selon la revendication 8, caractérisé par le fait que lesdits moyens de refroidissement constituent un circuit fermé contenant un fluide de refroidissement susceptible d'être entraîné en circulation, une partie de ce circuit étant constitué par un canal en forme de serpentin formé dans le corps des plaquettes métalliques. 10. Frein selon la revendication 9, caractérisé par le fait que ledit circuit comprend au moins un échangeur de chaleur pour le refroidissement du fluide et une valve commandée parallèlement par les moyens de commande du frein et par un dispositif de temporisation. 11. Frein à disque selon la revendication 10, caractérisé par le fait que le circuit contient un gaz et comporte un compresseur et un réservoir situé en amont de la valve. 12. Frein à disque selon la revendication 8, caractérisé par le fait que lesdits moyens auxiliaires de refroidissement forcé comportent une source d'air comprime munie d'une valve associée à un dispositif de temporisation et commandée par les moyens de commande du frein et par le dispositif de temporisation, et des moyens de canalisation du gaz pour le diriger sur les plaquettes de frein, respectivement leurs prolongements. 13. Frein à disque selon la revendication 1, caractérisé par le fait que les plaquettes de frein sont constituées d'au moins deux matériaux, l'un de ces matériaux assurant l'évacuation de la chaleur développée et l'autre la résistance à l'usure des plaquettes. 14. Frein à disque selon la revendication 13, caractérisé par le fait que le matériau assurant la résistance à l'usure se présente sous la forme d'éléments noyés dans l'autre matériau et affleurant sa surface en contact avec le disque. 15. Frein à disque selon l'une quelconque des revendications 13 ou 14, caractérisé par le fait que le matériau assurant l'éva- cuation de la chaleur est de l'aluminium, du cuivre, ou du magnésium ou un alliage. 16. Frein à disque selon l'une quelconque des revendications 13 ou 14, caractérisé par le fait que le matériau assurant la résistance à l'usure est de l'acier au carbone, ou un acier fritté, ou du bronze de béryllium ou un carbure métallique. 17. Frein à disque selon l'une quelconque des revendications 13 ou 14, caractérisé par le fait que les parties des plaquettes destinées à venir en contact avec les moyens d'actionnement de ces plaquettes sont au moins partiellement recouvertes d'un matériau thermiquement isolant, chargé ou non. 18. Frein à disque selon la revendication 1, caractérisé par le fait qu'il comprend un corps thermiquement isolant entre les plaquettes métalliques et les moyens d'actionnement des plaquettes.