Brevet FR2286314A1 — publié le 19760423

La présente invention concerne des perfectionnement apportés aux freins hydrauliques à friction ou s'y rapportant. Plus particulièrement, l'invention se rapporte aux ralentis-seurs de véhicule du genre comprenant un carter renfermant (i) un 5 élément rotatif pouvant se raccorder à un arbre de transmission et (ii) un dispositif de ralentissement du genre comprenant (a) des plaques de friction annulaires montées sur l'élément rotatif, (b) des plaques stators annulaires montées sur le carter et intercalées avec les plaques de friction, 1'ensemble des plaques 10 (désigné ci-après sous le nom collectif d'empilage) pouvant glisser axialement sous l'action (c) d'un mécanisme de commande hydraulique sous forme d'un dispositif cylindre-piston ou d'un piston à soufflets, pour amener les plaques en contact afin de créer un couple de ralentissement sur l'élément rotatif. Une pom-15 pe véhicule de liquide hydraulique dans au moins un circuit hydraulique qui comprend l'empilage et un élément de refroidissement, et qui comporte une dérivation dans laquelle le liquide est sous pression pour actionner le piston de commande quand on désire faire agir le dispositif de ralentissement. Dans un système type, 20 le carter est rempli de liquide hydraulique, ne laissant que 1' espace nécessaire pour permettre l'augmentation de volume du liquide hydraulique qui se produit avec 1'échauffement du liquide pendant les périodes de fonctionnement du dispositif de ralentissement, tandis que le véhicule sur lequel est adapté ce dispositif 25 est en mouvement. Cette circulation permanente d'une grande partie au moins du liquide hydraulique à travers l'empilage provoque une résistance importante, avec une absorption de puissance qui pourrait être utilisée plus efficacement ailleurs. La présente invention propose un frein à friction muni d'un 30 carter renfermant un élément rotatif et un dispositif de ralentissement du genre décrit plus haut, et des éléments disposés de façon à faire circuler le liquide hydraulique dans un circuit hydraulique comprenant l'empilage dudit dispositif de ralentissement, le frein à friction pouvant contenir un volume de liquide hydrau-35 lique qui, lorsqu'il atteint la température maximum de fonctionnement, est inférieur au volume de l'intérieur du carter, et dans lequel ledit circuit hydraulique comprend une vanne disposée de façon à régler le passage du liquide hydraulique dans l'empilage de telle sorte que (1) lorsque le dispositif de ralentissement W fonctionne, une grande partie au moins de l'écoulement est dirigée 2 2286314 dans l'empilage tandis que (2) pendant les périodes de non-foncticn-nement du dispositif de ralentissement, seule une petite partie dudit écoulement est dirigée à travers l'empilage. L'invention est ainsi "basée sur l'idée générale que si le vo-5 lume de liquide hydraulique introduit dans le frein à friction est, à la température maximale de fonctionnement, inférieur au volume de l'intérieur du frein (carter + éléments de refroidissement, etc.) l'empilage peut être utilisé, effectivement, comme une pompe centrifuge, de telle sorte que si le circuit hydraulique en amont de 10 l'empilage est "bouché, ou même fermé, l'empilage tendra à se vider de tout liquide hydraulique ; réciproquement, si l'effet de la fermeture en amont est supprimé ou diminué et le circuit bouché en aval de l'empilage, celui-ci se remplira de liquide hydraulique. Le second de ces deux cas se produit, selon à l'invention, quand on veut actionner le dispositif de ralentissement ; le volume de liquide hydraulique dans le ralentisseur, à la température de fonctionnement maximale, est tel que l'empilage restera réellement vide de liquide hydraulique pendant les périodes de non-fonctionnement du dispositif de ralentissement. Une "fuite" à forte pression 20 peut être nécessaire à partir du mécanisme de commande jusqu'à un point situé en aval de l'empilage. On verra qu'il peut être utile d'envisager une pompe séparée pour faire circuler le liquide hydraulique ; cependant, l'utilisation d'une telle pompe est actuellement préférée. L'espace libre laissé à l'intérieur du 25 frein quand celui-ci contient le volume désiré de liquide hydraulique peut être occupé par de l'air ou par un gaz relativement inerte, tel que l'azote, ce gaz étant comprimé quand le liquide hydraulique se dilate par échauffement. La pression à l'intérieur du frein dans le (s) circuit (s) non-pressurisé (s) sera, de 30 préférence, inférieure à 0,7 bar et, mieux encore inférieure à 0,35 bar. Dans un mode de réalisation préféré, on fait circuler le liquide hydraulique au moyen d'une pompe à travers deux circuits, l'un étant le circuit pour la commande du dispositif de ralentis-35 sement, comme expliqué plus haut et l'autre étant un circuit "passif" pour la circulation d'une grande partie du liquide hydraulique pendant les périodes de non-fonctionnement du dispositif de ralentissement, la vanne étant disposée de manière à régler la distribution du liquide hydraulique pour permettre la circulation 40 (a) du liquide hydraulique dans ledit premier circuit à travers 3 2286314 le dispositif de ralentissement, les éléments de refroidissement et la pompe avec, simultanément, la transmission de la pression d'actionnement du mécanisme de commandement pendant le fonctionnement du dispositif de ralentissement et (b) d'une grande partie 5 au moins du liquide hydraulique dans ledit second circuit vers les éléments de refroidissement et la pompe, ne laissant simultanément qu'une petite partie du liquide hydraulique dans ledit premier circuit durant les périodes de non-fonctionnement du dispositif de ralentissement. 10 Des modes de réalisation préférés de la présente invention vont maintenant être décrits à titre d'exemple, en se référant aux dessins joints, dans lesquels : la figure 1 est un schéma illustrant l'écoulement hydraulique dans les circuits d'un ralentisseur de véhicule en position 15 de non-fonctionnement ; la figure 2 est un schéma semblable à la figure 1, montrant l'écoulement dans les circuits en position de fonctionnement ; la figure 3 est une coupe schématique d'une vanne convenant à l'utilisation dans le ralentisseur des figures 1 et 2 ; 20 la figure 4- est une vue similaire d'une modification de la vanne de la figure 3 ; - la figure 5 est un schéma illustrant 1 * écoulement hydraulique dans les circuits d'un autre mode en position de fonctionnement ; 25 la figure 6 est un schéma semblable à celui de la figure 5 montrant l'écoulement en position de non-fonctionnement ; la figure 7 est une coupe schématique du mode de réalisation préféré des éléments principaux utilisés dans le ralentisseur illustré par les figures 5 et 6 ; 30 la figure 8 est une coupe schématique d'une autre modifica tion de la vanne. Les figures 1 et 2 représentent schématiquement les circuits du liquide hydraulique dans un ralentisseur de véhicule dans lequel les plaques annulaires de friction 1, qui peuvent glisser 35 axialement montées, sur un arbre rotatif, sont intercalées avec les plaques annulaires stators 2, pouvant glisser axialement et montées fixes à l'intérieur du carter recevant l'arbre rotatif ; le ralentisseur est composé d'une pompe 3, entraînée par l'arbre, un échangeur de chaleur 4- pour refroidir le liquide hydraulique, 4-0 une vanne 5 pour contrôler la répartition de l'écoulement du 4- 2286314 liquide hydraulique dans le ralentisseur, et un r.écanisme de commande sous la forme d'un soufflet annulaire 6, tous ces éléments communiquant par fluide, comme dans les composants correspondants du ralentisseur décrit dans le document de publication 5 de brevet allemand H.F.A N°2446669 au nom de la demanderesse. Le conduit 7 reliant directement la vanne 5 à l'échangeur de chaleur, est pourvu d'un dispositif 8 pour mettre en communication le liquide hydraulique dans le conduit 7 avec l'intérieur du carter, quand la pression du liquide dans le conduit atteint 10 (tout comme dans l'échangeur de température) une limite prédéterminée. Dans la pratique, le ralentisseur contenant un volume de liquide hydraulique insuffisant pour occuper la totalité de l'espace libre à l'intérieur du carter à la température maximum de 15 fonctionnement, est monté sur un véhicule, l'arbre rotatif étant relié à l'arbre de transmission ou en constituant une partie ; le déplacement du véhicule fait tourner l'arbre, entraînant la pompe et faisant circuler le liquide hydraulique dans les circuits du ralentisseur. La figure 1 montre la situation quand le 20 véhicule est en mouvement sans action du ralentisseur, c'est-à-dire, lorsqu'aucun couple ralentisseur ne se produit sur l'arbre rotatif. Les lignes fléchées continues de la figure 1 représentent l'écoulement de la majeure partie du liquide hydraulique, de la pompe 3 à la vanne 5, puis à 1'échangeur.de chaleur 4- pour revenir 25 à la pompe 3» La ligne en pointillés 9 montre le parcours (bouché) effectué par une petite partie du liquide hydraulique depuis la vanne 5» à travers l'empilage de friction et les plaques stators pour les garder "humides", rejoigant ensuite l'écoulement principal allant vers l'échangeur de chaleur 4-. Il n'y a pas de pres-30 sion hydraulique importante dans l'alimentation 10 allant de la vanne 5 au mécanisme de commande (piston à souflet 6). La figure 2 montre la situation quand on agit sur la vanne 5 pour réduire la vitesse du véhicule, par exemple dans une descente ; la vanne 5 agit pour changer la répartition de l'écoule-35 ment de telle sorte que la ligne 10 est ouverte pour permettre au liquide hydraulique de mettre sous pression le piston à soufflet 6, afin de comprimer l'empilage de friction et les plaques stators, le mouvement de friction de l'empilage produisant un couple ralentisseur sur l'arbre rotatif pour diminuer sa vitesse 40 de rotation. Simultanément, l'écoulement principal du liquide 5 2286314 hydraulique est dévié dans 1'empilage, en direction de 1'échangeur de chaleur 4 pour revenir à la pompe 3 et à la vanne 5, le conduit 7 étant fermé et le circuit en aval de 11 empilage sensiblement bouché par rapport à la partie du circuit en amont. 5 La figure 3 montre un exemple de vanne 5 ; celle-ci com prend un corps 11 s'insérant dans le carter du ralentisseur et délimitant un alésage 12 dont l'extrémité 13 est élargie. A l'intérieur de l'alésage est monté un élément de vanne axialement mobile sous forme d'une tige 14 ayant un premier élément 15 fixé sur elle, ^0 un deuxième élément 16 pouvant coulisser sur la tige 14 et maintenu à une certaine distance de l'élément 15 an moyen d'un ressort 17 » et un troisième élément de vanne 18 traversé par désalésages 19 et maintenu sur la tige 14 au moyen d'un anneau fendu c£). Le conduit 21 est la sortie de la pompe, 22 celle de la vanne menant ^5 au conduit 7 allant à l'échangeur de chaleur, 23 celle vers la ligne 9 alimentant l'empilage 24 celle vers l'alimentation 10 du mécanisme de commande, et 25 est une dérivation pour permettre au liquide hydraulique de s'écouler de la sortie 21 de la pompe vers le conduit 24, pendant le mouvement vers le bas de la tige 14 et 20 pour équilibrer la pression dans la vanne quand le ralentisseur agit pour diminuer la vitesse du véhicule. L'ouverture 26 met en communication l'alésage 12 avec l'intérieur du carter. L'extrémité 13 a un diamètre supérieur pour permettre au liquide hydraulique de s'écouler, à travers les alésages 19» de la sortie 21 de la 25 pompe vers la sortie 23 quand la tige 14 est poussée vers le bas pour actionner le ralentisseur. L'élément de vanne 18 a des dimensions telles que le liquide hydraulique peut "fuir" entre lui-même et la paroi de l'alésage 12 pour permettre le passage d'une petite partie du liquide 50 hydraulique dans l'empilage pour le maintenir lubrifié quand le ralentisseur ne fonctionne pas. E11 fait, l'espace entre l'élément. 18 et la paroi de l'alésage 12 agit comme un étranglement sur 1' écoulement hydraulique à cet endroit. la description ci-dessus, ajoutée à celle du document allemand 35 précité, rendront le fonctionnement de la vanne aisément compréhensible pour l'homme de l'art. La figure 4 montre une modification de la vanne représentée dans la figure 3, les numéros prime étant utilisés pour indiquer les parties équivalentes. 4-0 On peut voir que cette modification comprend un corps de * 6 2286314 vanne 11' avec un alésage 12' contenant les éléments de vanne 15' et 16' montés sur la tige 14', avec les sorties 21', 22', 23', 24', la dérivation 25' et l'ouverture 26', disposés de la même façon que les composants correspondants de la vanne de la figure 5 3. Cependant, dans cette modification, l'élément 18' est situé dans un second alésage 27 du corps de la vanne 11', communiquant avec la sortie 23', et comprend un élément amortisseur 29 d'une longueur suffisante pour laisser un espace étroit 31 entre l'élément 18 et la partie du corps 11', lequel espace communique avec 10 un conduit 30 menant à la ligne 9 d'alimentation de l'empilage. Un ressort est chargé de maintenir l'élément amortisseur 29 contre la paroi de la sortie 23'. Dans cette modification, représentée dans la figure 4 également en position de non-fonctionnement, le liquide hydraulique 15 passe en petite quantité par la sortie 23', l'ouverture 31 et la sortie 30, pour conserver un "filet" d'alimentation à l'empilage pendant les périodes de non-fonctionnement de celui-ci. Quand la tige 14'est déplacée vers le bas pour actionner le dispositif ralentisseur comme décrit ci-dessus, 18' lutte contre la force du 20 ressort 28 pour permettre l'afflux total du liquide hydraulique vers l'empilage et l'échangeur de chaleur, la sortie 22' étant alors fermée. Dans la représentation décrite ci-dessus, il peut se trouver qu'une contre-pression se produise dans l'échangeur de chaleur 4, 25 tendant à "noyer" l'empilage en dépit de l'action de pompage de celui-ci. Dans ce cas, on peut avoir recours à la représentation décrite ci-après se référant aux figures 5 à 7, dont les composants et les parties semblables à ceux décrits ci-dessus, en se référant 30 aux figures 1 à 4, ont reçu le suffixe "b". La figure 7 représente une vanne 5b en position de non-fonctionnement (la ligne en pointillés 0 montrant la position de l'élément 16b en position de fonctionnement), la disposition générale étant semblable à celle montrée dans la figure 3, sauf 35 qu'il n'y a pas d'élément 18 et que l'ouverture 26 est remplacée par un orifice d'entrée 26b en communication de fluide directe avec la sortie de l'échangeur de chaleur et, quand le ralentisseur fonctionne (élément 16b en 0), avec la sortie 22b communiquant avec l'empilage, donc avec l'entrée de la pompe. La sortie 40 23b communique avec l'entrée de l'échangeur de chaleur et est 7 2286314 munie d'un dispositif de décompression sous la forme d'un manchon J6 pressé contre un godet 37 au moyen d'un ressort 38 (comme décrit, en référence à la figure 3 du document allemand N° 24466é^. L'orifice d'entrée 26b -est muni d'un dispositif semblable de dé-5 compression 39 agissant à une pression inférieure à celle du dispositif 33 (par exemple, le dispositif 33 peut être réglé pour s' ouvrir à une pression de 1,75 "bar et le dispositif 32 à une pression de 2,25 bars). L'ouverture ^2b est suffisamment grande pour délimiter, avec l'élément 16b, un espace étroit G quand la vanne 10 ne fonctionne pas du tout, de telle sorte que la sortie d'alimentation 24b du mécanisme de commande communique, par 1'intermédiaire de l'espace F, avec un point du système où la pression sur le mécanisme de commande est relâchée, c'est-à-dire, dans le cas présent, l'empilage. L'alimentation en "filet" d'une petite 15 partie du liquide hydraulique à l'empilage provient seulement d' une fuite autour de l'élément 15b et/ou de l'élément 16b. On verra, en se référant à la figure 6, que lorsque le ralentisseur ne fonctionne pas, une toute petite partie du liquide hydraulique peut passer de l'orifice d'entrée 26b à la sortie 22b 20 (seulement une partie de la fuite de vanne précitée), et le dispositif 32 "déchargera" le liquide vers l'intérieur du carter ; de là le liquide reflue vers l'entrée de la pompe. Quand le ralentisseur fonctionne, la situation est telle que représentée dans la figure 5 ; dans cette position, l'empilage aspire le liquide 25 arrivant par la sortie 22b et dès lors, le dispositif de décompression 32 ne "décharge" pas à pression normale, bien qu'il puisse, ainsi que le dispositif 33» "décharger" le liquide si la pression devient trop forte. Le fonctionnement d'un ralentisseur muni d'une vanne 5b est semblable, en dehors de cela, au fonction-30 nement décrit plus haut, comme indiqué aux figures 1 à4. Dans la modification représentée dans la figure 8, de nouveau il n'y a pas d'élément 18 et la géométrie.de la vanne est modifiée de telle sorte qu'un espace 38 est prévu dans la sortie 22k quand l'élément 15a est dans la position la plus élevée ; l'élé-35 ment de vanne 16a est collé contre le collier 20a par deux ressorts, le ressort 33 occupant tout l'espace entre les éléments 15a et 16a et le ressort 34 (semblable au ressort 17 de la figure 3) étant plus ccarfc et d'une résistance à l'écrasement plus grande que le ressort 33, de telle sorte que le mouvement de l'élé-40 ment 16a (soit sous l'influence de la pression sur sa surface 8 2286*14 inférieure, soit en raison du mouvement descendant de la tige 14a) est doublement amorti. Ce dispositif crée une pression juste suffisante pour permettre à la majeure partie du liquide de se répandre directement dans 1'échangeur de chaleur quand le ralentisseur 5 ne fonctionne pas. En dehors de cela, le fonctionnement de la vanne et du ralentisseur est de nouveau analogue à celui décrit pour les figures 1 à 4. Dans un ralentisseur où la pompe a un débit de 68 litres minute pour 1 000 tours/minute de l'arbre rotatif, la petite quan-10 tité de liquide hydraulique alimentant l'empilage pendant les périodes de non-fonctionnement du ralentisseur peut être d'environ 5 gallons/minute, de préférence de 9 à 13,5 litres/minute. Il est entendu que les dispositions ici décrites pourront faire l'objet de modifications et variantes sans sortir,.pour 15 autant du cadre de l'invention. Par exemple, l'ouverture 31 peut être remplacée par un orifice dans l'élément de vanne 18', l'élément amortisseur étant suffisamment raccourci pour faire disparaître l'ouverture 31• Ou encore, le ressort peut avoir une résistance à l'écrasement déterminée, permettant de soulever l'élément 20 18' quand la pression à la sortie 23' est suffisante pour permettre l'écoulement voulu d'une petite quantité de liquide hydraulique par la sortie 30. 9 2286314 REVENDICATIONS 1. Frein à friction comprenant un carter renfermant (i) un élément rotatif pouvant se raccorder à l1arbre de transmission d'un véhicule et (ii) un dispositif de ralentissement qui comprend (a) des plaques de friction annulaires montées sur l'élément rota-5 tif, (b) des plaques stator annulaires montées sur le carter et intercalées avec les plaques de friction, les plaques pouvant glisser axialement sous l'action d'un (c) mécanisme de commande fonctionnant hydrauliquement sous forme d'un dispositif piston-cylindre ou d'un piston àr soufflet, pour amener les plaques en 10 contact afin de créer un couple ralentisseur sur l'élément rotatif, et comprenant des éléments disposés pour faire circuler le liquide hydraulique dans un circuit hydraulique englobant les plaques, caractérisé par une vanne disposée de manière à contrôler l'écoulement du liquide hydraulique dans les plaques, de telle sorte 15 que (1) pendant le fonctionnement du dispositif de ralentissement, la majeure partie au moins du liquide est dirigée vers les plaques et (2) pendant le non-fonctionnement du dispositif de ratis-sement, seule une petite partie du liquide est dirigé vers les plaques. 20 2. Frein à friction, suivant la revendication 1, comprenant des éléments de refroidissement et une pompe, caractérisé en ce qu'il existe deux circuits d'écoulement du liquide hydraulique, l'un pour la commande du dispositif de ralentissement et l'autre servant à la circulation d'une grande partie du liquide hydrau-25 lique pendant les périodes de non-fonctionnement du dispositif de ralentissement. 3. Frein à friction, suivant la revendication i ou 2, caractérisé en ce que la vanne se compose d'un corps délimitant un alésage, un élément pouvant coulisser axialement dans l'alésage et 30 ayant une première et une seconde pièce dont 1'une est fixée à l'élément et l'autre glissable sur l'élément et maintenue séparée de la première par un ressort, et d'orifices pour l'entrée et la sortie du liquide hydraulique dans la vanne, disposés de façon à ce qu'une grande partie de l'écoulement hydraulique soit di-35 rigée vers les plaques par 1'intermédiaire de l'alésage quand la vanne est dans une première position, et de façon à ce qu'une petite partie seulement du liquide hydraulique soit dirigée vers les plaques quand l'élément est dans une seconde position, déplacée axialement par rapport à la première. 10 1186314 4. Frein à friction, suivant la revendication 3, caractérisé en ce que la partie coulissable de la vanne est maintenue séparée de la première pièce par un premier ressort pendant les périodes de non-fonctionnement du dispositif de ralentissement, un second 5 ressort, de longueur axiale inférieure et de résistance à l'écrasement supérieure, étant prévu pour compenser une variation exagérée de pression sur la surface de la seconde pièce éloignée de la première. 5. Frein à friction suivant la revendication 3, caractérisé 10 par un troisième élément de vanne, prévu comme dispositif sensible à la pression à une sortie de l'alésage communiquant avec un échangeur de chaleur. 6. Frein à friction, suivant une quelconque des revendications 1 à 4, comprenant un échangeur de chaleur en communication par 15 fluide avec la vanne, dans lequel il existe un orifice d'entrée et un orifice de sortie de la vanne, ainsi qu'un dispositif de décompression associé à chacun des deux orifices pour permettre au liquide hydraulique d'éviter de passer dans la vanne ou l'échangeur de chaleur pendant l'utilisation du frein.