Brevet FR2287622A1 — publié le 19760507

La présente invention est relative aux freins à disques, du type multidisques, de grande puissance et à grande vitesse devant supporter de fortes contraintes mécaniques et thermiques telles que grande vitesse de rotation, grande quantité d'énergie cinétique à absorber et à dissiper sous forme thermique, d rée de freinage très courte et grande fréquence de répétitivité. Suivant une forme connue de réalisation, le frein à disques du type multidisques comprend des disques porteurs de garnitures de freinage et des disques de dissipation , susceptibles de se déplacer parallèlement à l'axe longitudinal de l'arbre moteur à freiner, tandis que seuls les disques porteurs de garnitures de freinage sont entraînés circonférentiellement par l'arbre moteur et que les disques de dissipation restent solidaires du carter immobile de frein. Bien que, dans une telle forme de réalisation, les disques de dissipation peuvent être dimensionnés uniquement en fonction de la quantité d'énergie thermique à dissiper, sans que se présentent des problèmes particuliersi lorsque cette énergie est par trop considérable, on est réduit à accepter un surdimensionnement des disques de dissipation, ce qui peut amener un coût prohibitif du frein et une construction trop lourde. La présente invention a pour objet d'augmenter la capacité de dissipation d'énergie thermique des disques de dissipation d'un frein à disques du type multidisques, sans accroître ses dimensions ou son volume, et partant son pçix de revient. Selon la présente invention, le frein à disques du type multidisques, à grande vitesse, comprenant des disques de dissipation destinés à absorber 1' énergie cinétique et à dissiper l'énergie thermique correspondante lors d'un coup de frein, les disques de dissipation étant montés dans un carter de frein de façon à ne pouvoir se déplacer que parallèlement à l'axe longitudinal de 1' arbre moteur à freiner pour entrer en contact avec des disques porteurs de gar nitures de freinage entraînés circonférentiellement par l'arbre moteur, est caractérisé en ce que les disques de dissipation présentent dans leur portion médiane radiale au moins une cavité allongée, perpendiculaire à l'axe longitudi d'un nal de l'arbre moteur, qui forme la source chaude/caloduc ou tube thermique, con tenant un liquide vaporisable sous vide partiel, tandis que ltextrémité du caloduc ou tube thermique se trouvant en dehors de la masse du disque de dissipation est munie de moyens de refroidissement de façon à constituer la source froide d'un réfrigérant fluide à deux phases liquidelvapeur pour le disque de dissipation. Selon des caractéristiques additionnelles de la présente invention, le frein à disques essentiellement caractérisé comme ci-dessus est encore caractérisé en ce que: a a) la cavité ménagée dans la partie médiane radiale des disques de dissipation sert de logement à la source chaude d'un caloduc ou tube thermique, dont la source froide est localisée en dehors de la ruasse du disque de dissipation; b) la cavité ménagée dans la partie médiane radiale des disques de dissipation contient partiellement un tube s'étendant vers l'extérieur de la masse du disque de dissipation et scellé à celui-ci, de façon à constituer un caloduc ou tube thermique dont les sources chaude et froide sont respectivement dans la masse du disque de dissipation et à l'extérieur de celle-ci. Les dessins annexés représentent respectivement: - en figure I, une vue, partiellement en coupe, d'une forme de réalisation de freins à disques, du type multidisques, suivant les caractéristiques de la présente invention, - en figure 2, une vue, partiellement en coupe, d'une variante de réalisation d'un disque de dissipation et d'un caloduc ou tube thermique y associe Sur la figure I, l'ensemble du frein est représenté en position "DESSER RAGE", permettant la libre rotation de l'arbre moteur. Selon une forme connue de réalisation de freins à disques du type multidisques, des disques métalliques à haute résistance mécanique, sur lesquels sont fixes des garnitures de freinage, sont rendus solidaires de l'arbre moteur à freiner de telle sorte qu'ils peuvent se déplacer parallèlement à l'axe longitu- dinal du moteur, tout en étant entraînés par l'arbre moteur dans un sens circonférentiel, tandis que des disques métalliques de dissipation à haute conductibilité thermique sont rendus solidaires de la partie fixe du frein de telle sorte qu'ils peuvent également se déplacer parallèlement à l'axe longitudinal du moteur sans aucun degré de liberté circonférentielle, l'action de freinage étant obtenue par la compression des disques de l'une et de l'autre nature les uns sur les autres. En référence à la figure I des dessins annexés, 1 représente l'arbre moteur à freiner dont une extrémité sort du carter 2 du moteur. Un carter de frein 3 est fixé sur le carter 2 du moteur par l'intermédiaire de moyens convenables, tels que des boulons, prenant place dans les logements 4, tandis qu'un carter de commande de frein 5 est fixe à la fois sur l'extrémité de l'arbre moteur 1 et sur le carter de frein 3, par l'intermédiaire de moyens convenables, par exemple un assemblage boulon-écrou, prenant place dans les logements 6. Un manchon intérieur 7 est calé d'une manière appropriée sur une portée de l'extrémité de 1' arbre 1. Des disques métalliques circulaires 8 à haute résistance mécanique, par exemple en acier à haute résistance, porteurs d'une manière continue ou discontinue de garnitures de frein sur leurs deux faces, peuvent coulisser dans des cannelures 9 prévues à la périphérie extérieure du manchon intérieur 7. Pour des raisons de simplification du dessin, les garnitures de frein portées par les deux faces des disques 8 n'ont pas été représentées. Des disques métalliques circulaires de dissipation 10 à haute conductibilité thermique , par exemple en cuivre, peuvent coulisser dans des cannelures Il prévues à la périphérie intérieure du carter de frein 3. Tous les disques peuvent donc se déplacer parallèlement à l'axe longitu dinal de l'arbre I tandis que seuls les disques 8, porteurs de garnitures de frein, sont entraînés par l'arbre I dans un sens circonférentiel. La mécanisme de commande du frein, contenu dans le carter de commande 5, agit sur un plateau de serrage 12, qui, en position de "SERRAGE", comprime I' ensemble des disques. Selon la caractérisque fondamentale de la présente invention, les disques métalliques circulaires de dissipation sont conçus de façon à y incorporer un caloduc ou tube thermique destiné à augmenter leur refroidissement. Sur le dessin, pour des raisons de clarté, un seul des disques métalliques circulaires de dissipation a été représenté muni d'un tel dispositif. Le disque circulaire métallique de dissipation 10 est foré dans sa portion médiane, perpendiculairement à l'axe longitudinal de l'arbre I, pour y loger un caloduc ou tube thermique 13. Ce tube thermique ou caloduc 13 est formé d'un tu be métallique en contact intime avec le métal constitutif du disque 10, ferme à ses deux extrémités et qui porte à son extrémité opposée au disque 10 un reseau d'ailettes de refroidissement 14. Le caloduc ou tube thermique 13 contient un certain volume de liquide vaporisable sous vide partiel et traverse le carter de frein 3 par une ouverture allongée 15. Le fonctionnement d'un caloduc ou tube thermique est bien connu. Sous l'influence de l'élévation de température résultant du freinage, le liquide vapo- risable passe en phase vapeur dans la région du tube 13 au contact du disque de dissipation 10; la vapeur ainsi produite se condense sous l'effet de refroidissement des ailettes 14 et le liquide condensé retourne vers la portion chaude du tube. Le caloduc ou tube thermique opère donc sous la forme d'un réfrigérant fluide à deux phases liquide/vapeur. D'une manière usuelle, le réseau d'ailettes de refroidissement 14 peut être soumis à l'action d'un courant de fluide gazeux réfrigérant, par exemple de l'air, dirigé au moyen d'une soufflerie - non représentée - le long d'une gaine extérieure telle que 16. La figure 2 des dessins annexés représente une vue partielle en coupe d' une variante de réalisation d'un disque de dissipation selon les caractéristiques de l'invention. Dans cette variante, le disque circulaire métallique de dissipation 17 est également foré dans sa portion médiane, perpendiculairement à l'axe longitudinal de l'arbre du frein. Un tube métallique 18 est fixé par scellement dans la partie supérieure de la cavité ainsi créée dans le disque 17. Le caloduc ou tube thermique formé par l'assemblage du'disque 17 et du tube métallique 18 contient un certain volume de liquide vaporisable sous vide partiel. A sa partie qui se trouve en dehors du carter de frein, le tube métalli- que 18 porte une chambre de réfrigération 19, parcourue par une circulation de liquide réfrigérant amené par une tuyauterie 20 et évacué par une seconde tuyau terie 21. Selon des caractéristique secondaires de la présente invention, le frein à disques tel que caractérisé et décrit ci-dessus est encore caractérisé en ce que: a) les disques de dissipation sont disposés dans un plan horizontal au tour de l'axe longitudinal vertical de l'arbre moteur et que plusieurs caloducs ou tubes thermiques sont répartis régulièrement à la circonférence des disques de dissipation;; b) les disques de dissipation sont disposés dans un plan vertical autour de l'axe longitudinal horizontal de l'arbre moteur et que les caloducs ou tubes thermiques sont répartis régulièrement à la circonférence des disques de dissipation, le retour du liquide vaporisable en phase liquide étant assuré par simr ple gravité pour les caloducs ou tubes thermiques placés à la partie supérieure du frein et par l'intermédiaire de "mèches" metalliques à effet capillaire placées dans l'enceinte des caloducs ou tubes thermiques placés à la partie inférieure du frein. En effet, si l'arbre moteur est en position verticale, les caloducs ou tubes thermiques sont en position horizontale; aucune précaution spéciale ne semple donc devoir être prise à priori pour le retour du liquide vaporisable en phase liquide vers le centre du frein, c' est-à-dire vers la partie centrale des disques de dissipation. Les caloducs ou tubes thermiques peuvent être répartis tout autour de la circonférence des disques de dissipation, ce qui assure une excellente répartition de l'effet de refroidissement. Par contre, si l'arbre moteur à freiner est en position horizontale, il est évident que le retour du liquide vaporisable en phase liquide,vers la "sour ce" chaude" des disques de dissipation est contrarié par l'effet de pesanteur dans les caloducs ou tubes thermiques qui présentent une pente dirigée velus la "source froide" constituée par le réseau d'ailettes de refroidissement. Toutefois, cet inconvénient peut être éliminé en plaçant, d'une manière connue, des "mèches" métalliques à effet capillaire dans de tels caloducs ou tubes thermiques. On peut donc également réaliser, dans ce cas, une répartition régulière des caloducs ou tubes thermiques à la circonférence des disques de dissipation, le retour du liquide vaporisable en phase liquide étant assuré par gravité ou par capillarité selon que l'on est à la partie supérieure ou à la partie inférieure du frein. Les dispositions pratiques précises seront prises par l'homme de l'art dans chaque cas qui peut se présenter. Il est évident que les dessins annexés ne presentent des formes de réalisation de freins à disques qu'à titre exemplatif et que des variantes de cons-. truction peuvent y être apportées sans sortir du cadre délimité par les caractéristiques de la présente invention. REVENDICATIONS. 1. Frein à disques du type multidisques, à grande puissance et à grande vi tesse, comprenant des disques de dissipation destinés à absorber l'énergie cinétique et à dissiper l'énergie thermique correspondante lors d'un coup de frein, les disques de dissipation étant montés dans un carter de frein de façon à ne pouvoir se déplacer que parallèlement à l'axe longitudinal de l'arbre moteur à freiner pour entrer en contact avec des disques porteurs de garnitures de freinage entraînés circonférentiellement par l'arbre moteur, caractérisé en ce que les disques de dissipation présentent dans leur portion médiane radiale au moins une cavité allongée, perpendiculaire à l'axe longitudinal de l'arbre moteur, qui forme la source chaude d'un caloduc ou tube thermique, contenant un liquide vaporisable sous vide partiel, tandis que l'extrémité du caloduc ou tube thermique se trouvant en dehors de la masse du disque de dissipation est munie de moyens de refroidissement de façon à constituer la source froide d'un réfrigérant fluide à deux phases liquide/vapeur pour le disque de dissipation. 2. Frein à disques suivant la revendication 1, caractérisé en ce que la cavite ménagée dans la partie médiane radiale des disques de dissipation sert de logement à la source chaude d'un caloduc ou tube thermique, dont la source froide est localisée en dehors de la masse du disque de dissipation. 3. Frein à disques suivant la revendication 1, caractérisé en ce que la cavité ménagée dans la partie médiane radiale des disques de dissipation contient partiellement un tube s'étendant vers l'extérieur de la masse du disque de dissipation et scellé à celui-ci, de façon à constituer un caloduc ou tube thermique dont les sources chaude et froide sont respectivement dans la masse du disque de dissipation et à l'extérieur de celle-ci. 4. Frein à disques suivant les revendications 1 et 2 ou 3, caractérisé en ce que les disques de dissipation sont disposés dans un plan horizontal autour de l'axe longitudinal vertical de l'arbre moteur et que plusieurs caloducs ou tubes régulièrement thermiques sont repartis/à la circonférence des disques de dissipation. 5. Frein à disques suivant la revendication 1 et 2 ou 3, caractérisé en ce que les disques de dissipation sont disposés dans un plan vertical autour de l'axe longitudinal horizontal de l'arbre moteur et que les caloducs ou tubes thermiques sont répartis régulièrement à la circonférence des disques de dissipation, le retour du liquide vaporisable en phase liquide étant assuré par simple gravité pour les caloducs ou tubes thermiques placés à la partie supérieure du frein et par l'intermédiaire de "mèches" métalliques à effet capillaire placées dans l'enceinte des caloducs ou tubes thermiques placés à la partie inférieure du frein.