Brevet FR2471516A1 — publié le 19810619

La présente invention concerne un dispositif de rattrapage d'usure des garnitures de freins à garnissage circulaire actionnés par un fluide sous pression, destiné en particulier aux équipements de freinage pneumatique de véhicules dans lesquels le frein à gar- nissage circulaire comprend une unité d'écartement constituée par un cylindre de frein annulaire et un piston de frein; le piston de frein coulisse dans le cylindre de frein; et une chambre de frein, comprise entre le cylindre et le piston de frein, est alimentée par le fluide sous pression pour produire les mouvements d'écartement du cylindre et du piston de frein. Des freins à garnissage circulaire sont avantageux pour les véhicules utilitaires de la classe précitée (à partir de 12 t par exemple) comportant un équipement de freinage purement pneumatique. Il s'agit de freins à garnissage circulaire avec un carter de frein tournant et des anneaux presseurs portant les garnitures de frein, fixes circonférentiellement entre les demi-carters (disques de frein), mais mobiles axialement; un dispositif de commande pneumatique est monté entre les anneaux presseurs et un support de frein fixe porte les anneaux presseurs. La commande pneumatique disposée entre les anneaux presseurs est constituée par un cylindre annulaire et un pis- ton annulaire, la section du cylindre annulaire pouvant former un U horizontal. L'usure des garnitures de frein produit dans les cylindres annu- laires un volume mort, qui augmente par exemple d'environ 0,15 1 par roue et par millimètre d'usure, ce qui correspond à un accroissement maximal du volume mort d'environ 1,20 1 par roue pour une valeur usuelle de l'usure d'environ 8 mm (4/5 de l'usure admissible). Un tel volume mort doit être alimenté en outre à chaque freinage, ce qui signifie que le débit d'air comprimé du compresseur doit aug- menter avec l'usure des garnitures pour compenser le volume crois- sant d'air comprimé prélevé dans les réservoirs. tJne détérioration inadmissible de l'action temporelle du frein résulte en outre de l'augmentation de volume. La demande de brevet de la République fédérale d'Allemagne publiée sous le n0 25 14 085 décrit un dispositif de rattrapage du volume mort 24715 16 produit par l'usure des garnitures de frein. La construction de ce dispositif est toutefois relativement coûteuse, car une bague de rattrapage, munie de biseaux suivant le sens circonférentiel, prend appui sur des biseaux correspondants de l'organe de commande et est précontrainte par un ressort agissant dans le sens circonférentiel. Le réglage avec ce dispositif connu est par ailleurs échelonné selon des degrés d'usure déterminés. L'invention vise à réaliser avec des moyens simples un disposi- tif de rattrapage du type précité, assurant un réglage continu. Selon une caractéristique essentielle de l'invention: - le piston de frein est constitué par un maître-piston et un piston auxiliaire; - le maître-piston et le piston auxiliaire sont disposés côte à côte et coulissent l'un par rapport à l'autre, de façon que la surface du piston de frein chargée par la chambre de frein est constituée par une première surface du maître-piston et une seconde surface du piston auxiliaire; - un ressort est disposé entre le cylindre de frein et le maître- pilote, de façon à exercer un effort de sens opposé à celui de la pression exercée par la chambre de frein sur la surface du maitre-piston; et - des moyens de verrouillage sont prévus pour réunir le maître- piston et le piston auxiliaire en une unité fonctionnelle lors d'un mouvement d'écartement du maitre-piston. L'invention tire parti du fait qu'une surface relativement grande de piston de frein est disponible, de sorte que le piston de frein est divisible en un maître-piston et un piston auxiliaire, avec deux surfaces de charge séparées, comme le montrent les exemples de réali- sation représentés. Au début de toute commande, le piston auxiliaire compense d'abord l'éventuelle usure, puis le naitre-piston retenu par un ressort suit, son mouvement déclenchant un verrouillage entre lui- même et le piston auxiliaire.Le volume à alimenter croit certes en fonction de la course d'usure, multipliée par la surface du piston auxiliaire. Cet accroissement de volume est toutefois si faible qu'il n'agit pas sur l'action temporelle du frein. 2 4 7 1 5 1 6 D'autres caractéristiques et avantages de l'invention seront mieux compris à l'aide de la description détaillée ci-dessous - d'exemples de réalisation et des dessins annexés sur lesquels la figure 1 représente un frein à garnissage circulaire, avec un piston de frein constitué par un maitre-piston et un piston auxi- liaire, et un verrouillage constitué par une chambre annulaire cunéiforme, formée par les deux pistons, et des billes de verrouil- lage mobiles librement dans ladite chambre pour la transmission de la force; la figure 2 représente un frein à garnissage circulaire avec un dis- positif de rattrapage selon figure 1, mais avec un piston auxiliaire dont le poussoir traverse le centre du maître-piston avec étan- chéité; la figure 3 représente un frein à garnissage circulaire avec un pis- ton de frein également constitué par un maitre-piston et un piston auxiliaire, mais avec un dispositif de rattrapage agissant par l'in- termédiaire d'une butée et d'un filetage; la figure 4 représente partiellement un frein à garnissage circulaire avec un dispositif de rattrapage selon figure 1, mais avec une bague de verrouillage cunéiforme ou des pièces cunéiformes de verrouillage disposées circulairement, à la place des billes de verrouillage; et la figure 5 représente partiellement un frein à garnissage circulaire avec un dispositif de rattrapage selon figure 1 et un dispositif de libération pneumatique des billes de verrouillage. La constitution et le fonctionnement d'un frein à garnissage circulaire, ainsi que son réglage automatique en cas d'usure des gar- nitures, sont décrits en détail ci-après à l'aide de la figure 1. L'essieu non représenté d'un véhicule porte sur des roulements un moyeu 1, sur lequel une roue 2 est fixée par des boulons et écrous. Des vis 3 réunissent le carter du frein à disques, constitué par les disques de frein 4 et 5, au moyeu 1. Entre les disques de frein 4 et 5 sont disposés des anneaux presseurs 6 et 7, qui portent les garnitures de frein 8 et 9, et prennent appui par des prolongements sur un support 10, qui est réuni à un tube d'essieu Il par des vis non représentées. Entre les anneaux Dresseurs 6 et 7 se trouve une unité d'écarte- ment, formoe par un cylindre de frein 12 annulaire et un piston de frein 13, 14, constitué par un maître-piston 13 annulaire et un piston auxiliaire 14 annulaire. Les deux pistons 13 et 14 en équerre sont mobiles l'un dans l'autre de façon que la surface exté- rieure 15 de la branche horizontale du maitre-piston 13 coulisse sur la surface intérieure 16 de la branche horizontale du piston auxi- liaire 14. Le maitre-piston 13 et le piston auxiliaire 14 agissant ainsi en liaison constituent une unité, le piston de frein 13, 14, dans lequel est guidé le cylindre de frein 12 réalisé en U horizontal; la surface fro. ntale du piston de frein 13, 14 forme avec le cylindre de frein 12 une chambre de frein 17, qu'un raccord 18 relie à une soupape de frein non représentée. Le raccord 18 et la chambre de frein 17 permettent ainsi de charger par air comprimé une petite surface 19 du piston auxiliaire 14 et une grande surface 20 du maître- piston 13. La branche du maitre-piston 13, dont la surface extérieure 15 coulisse sur la surface intérieure 16 du piston auxiliaire 14, est biseautée & son extrémité de façon que ce biseau forme un espace cunéiforme avec la surface intérieure 16 linéaire de la branche du piston auxiliaire 14. Cet espace cunéiforme contient des billes de verrouillage 21, dont la position est assurée par une plaquette- arrêtoir 22, disposée sur la branche biseautée du maitre-piston 13. La plaquette-arrêtoir 22 est élastique pour stabiliser la position des billes de verrouillage 21; en cas d'utilisation d'une plaquette- arrétoir 22 non élastique, cette fonction est assumée par un ressort de tracticn 23, disposé entre le maître-pistor: 13 et le piston auxz- liaire 14. Un ressort 24 est disposé entre le maitre-piston 13:et un épau- lement du cylindre 12, de façon à exercer un effort Jc sens opposé à celui de la Pression dans la chambre 17. Le fonctionnement du frein à disques et de son rattrapage auto- matique d'usure des garnitures selon figure 1 est le suivant. Lors de la manoeuvre du frein principal, la chambre 17 est ali- mentée par son raccord 18. La pression qui s'établit dans la chambre déplace d'un côté le cylindre de frein 12, avec l'anneau presseur 6 et la garniture 8, contre le disque de frein 5 tournant; de l'autre côté, la pression s'exerçant dans le sens opposé sur les surfaces 19 et 20 du piston de frein 13, 14, constitué par le naitre-piston 13 et le piston auxiliaire 14, un déplacement de ce piston 13, 14, avec l'anneau presseur 7 et la garniture 9, contre l'autre disque de frein 4 tournant. Le maîtrepiston 13 étant précontraint par le ressort 25 dans le sens opposé à son sens d'écartement, le piston auxiliaire 14 se déplace d'abord dans le sens d'écartement, puis le maître-piston 13 suit, quand la pression s'établissant dans la chambre 17 est supérieure à la force exercée par le ressort 25. L'usure des garnitures de frein se compense automatiquement et de façon simple à chaque manoeuvre du frein, car le piston auxiliaire 14 coulisse seul jusqu'à ce que la course d'usure soit franchie, après quoi le maitrepiston 13 retenue par le ressort 25 verrouille en se déplaçant le piston auxiliaire 14 pour former une unité commune de frein de piston 13, 14: Les billes de verrouillage 21, disposées dans l'espace annulaire cunéiforme formé par les surfaces 15 et 16 des branches horizontales des deux pistons 13 et 14, relient alors ces derniers par sûreté de forme. Sur la figure 2, les pièces dont la réalisation correspond à celle d'un frein à disques selon figure 1 sont désignées par les mêmes repères. Le piston du frein à disques selon figure 2 est constitué par un maîtrepiston 30 et un piston auxiliaire 31. Dans cette réalisation, un poussoir 32 du piston auxiliaire 31 traverse avec étanchéité le maître-piston 30; la face frontale 33 du poussoir 32 constitue la petite surface chargée par la pression de la chambre 17, tandis que le maitre-piston 30 est chargé par sa grande surface 34. Une surface biseautée 35 du maitre- piston 30 et une surface plane 36 du piston auxiliaire 31 forment l'espace annulaire cunéiforme de logement des billes de verrouillage 37, qui sont maintenues par la plaquette 38. Un ressort de traction 19, disposé entre le cylindre de frein 12 et le piston auxiliaire 31, peut dans ce cas également remplacer la réalisation élastique de la plaquette 38. La précontrainte du maître- piston 30 est obtenue par un ressort 40 dans cette forme de réalisa- tion. Une description du fonctionnement du modèle selon figure 2 est inutile, car la description selon figure 1 est intégralement trans- posable. Dans la forme de réalisation selon figure 3, le verrouillage est constitué par un élément de verrouillage 50, qui établit la liaison entre les branches 53 et 54 du maître-piston 55 et du piston auxi- liaire 56 par l'intermédiaire d'une butée 51 et d'un filetage 52. La butée 5i maintenue par un anneau d'arrêt 57 relie la branche 54 du piston auxiliaire 56 à l'élément de verrouillage 50, tandis que ce dernier est relié à la branche 53 du maitre-piston 55 par le file- tage 52. Le verrouillage entre le maitre-piston 55 et le piston auxili- aire 56 s'effectue comme suit dans la forme de réalisation selon figure 3. La pression s'établissant dans la chambre 17 par le raccord 18 produit d'abord un mouvement d'écartement du piston auxiliaire 56. Un éventuel jeu dû à l'usure des garnitures de frein produit par l'in- termédiaire de la butée 51 un mouvement de rotation de l'élément de verrouillage 50 sur le filetage 52 fixe de la branche 53 du maître- piston 55. L'élément de verrouillage 50 vient ainsi en butée sur le piston auxiliaire 56. La position relative des deux.pistons 55 et 56 s'est ainsi modifiée sur le filetage 52, en fonction du jeu produit par l'usure, et ils forment une unité fonctionnelle verrouillée quand le maître-piston 55 est ensuite chargé. La figure 4 représente une forme de réalisation dans laquelle des pièces de blocage 60 cunéiformes ou une bague cunéiforme rempla- cent les billes de verrouillage. La ficure 5 représente un exemple de réalisation d'un disposi- tif de libération pneumatique pour un verrouillage selon figures 1, 2 et 4. Un raccord 70 permet de charger par air comprimé un élément de déverrouillage 71, qui libère les billes 72. Cette opération est par exemple nécessaire pour le remplacement des garnitures de frein. Selon figure 5, le raccord 70 est alimenté en air comprimé pour libérer les billes 72, de sorte que l'élément de déverrouillage 71 mobile libère les billes de leur position de verrouillage. Le dispositif de déverrouillage est utilisable dans tous les exemples de réalisation décrits, à l'exception de celui selon figure 3. Bien entendu, diverses modifications peuvent être apportées par l'homme de l'art au principe et aux dispositifs qui viennent d'être décrits uniquement à titre d'exemples non limitatifs, sans sortir du cadre de l'invention. 24715 16 Revendications 1. Dispositif de rattrapage d'usure des garnitures de freins à iar- nissage circulaire actionnés par un fluide sous pression, destiné en particulier aux équipements de freinage pneumatique de véhicules dans lesquels le frein à garnissage circulaire comprend une unité d'écartement constituée par un cylindre de frein annulaire et-un piston de frein; le piston de frein coulisse dans le cylindre de frein; et une chambre de frein, comprise entre le cylindre et le piston de frein, est alimentée par le fluide sous pression pour produire les mouvements d'écartement du cylindre et du piston de frein, ledit dis- positif étant caractérisé en ce que: - le piston de frein (13, 14) est constitué par un maitre-piston (13) et un piston auxiliaire (14); - le maître-piston (13) et le piston auxiliaire (14) sont disrosés côte à côte et coulissent l'un par rapport à l'autre, de façon que la surface du piston de frein (13, 14) chargée par la chambre de frein (17) est constituée par une première surface (20) du maLtre-piston (13) et une seconde surface (19) du piston auxi- liaire (14); - un ressort (24) est disposé entre le cylindre de frein (12) et le maitre-piston (13), de façon à exercer un effort de sens oppcse à celui de la pression exercée par la chambre de frein (17) sur la surface (20) du maître-piston (13); et - des moyens de verrouillage son prévus pour réunir le maître- piston (13) et le piston auxiliaire (14) en une unité fonction- nelle lors d'un mouvement d'écartement du maitre-piston (13). 2. Dispositif de rattrapage selon revendication 1, caractérisé en ce que: - les surfaces superposées des deux pistons partiels (13 et 14), coulissant l'un par raccorn à l'autre et formant le pis-or. de frein (13, 14), sont formées d'une part par une troisiéme surface d'une première branche du maitre-piston (13), suivant le sens de déplacement des pistonspartiels (13 et 14), et d'autre part par une cuatrième surface (16) d'une première branche du piston auxiliaire (14), suivant la même direction; la face frontale d'une seconde branche verticale du maitre-piston (13) forme la première surface (20) chargée par la pression de la chambre de frein (17); - la face frontale de la première branche du piston auxiliaire (14) forme la seconde surface (19) chargée par la pression de la cham- bre de frein (17); - la troisième surface (15) est biseautée à l'extrémité de la branche, de façon à former un espace annulaire cunéiforme entre ledit biseau et la quatrième surface (16); et - un espace annulaire cunéiforme contient des billes (21) comme organes de verrouillage. 3. Dispositif de rattrapage selon revendications 1 et 2, caractérisé en ce que: - un poussoir (32) du piston auxiliaire (31) traverse le maitre- piston (30) avec étanchéité; - a face frontale du poussoir (32) forme la seconde surface (33) chargée par la pression de la chambre de frein (17); et - la face frontale du maitre-piston (30)traversée par le poussoir (32) forme la première surface (34) chargée par la pression de la chambre de frein (17). 4. Dispositif de rattrapage selon revendications 1 à 3, caractérisé en ce que l'espace annulaire cunéiforme contient des pièces de blocage (60) adaptées à la forme en coin dudit espace annulaire. 5. Dispositif de rattrapage selon revendications 1 à 3, caractérisé en ce que l'espace annulaire cunéiforme contient une bague de ver- rouillage (60) adaptée à la forme en coin dudit espace annulaire. 6. Dispositif de rattrapage selon revendications 1 à 5, caractérisé par une plaquette-arrêtoir (22, 38, 65, 75), disposée sur la première branche du maitre-piston (13, 30, 61, 73) pour le blocage des pièces de verrouillage (21, 37, 60, 72). 7. Dispositif de rattrapage selon revendication 6, caractérisé par la réalisation élastique de la plaquette-arrêtoir (22, 38, 65, 75), afin de stabiliser les pièces de verrouillage (21, 37, 60, 72). 8. Dispositif de rattrapage selon revendication 1, caractérisé en ce que: - une pièce de verrouillage (50) est disposée entre la maitre- - piston (55) et le piston auxiliaire (56); - la liaison entre le piston auxiliaire (56) et la pièce de ver- rouillage (50) est assurée par une butée (51); - la liaison entre la pièce de verrouillage (50) et le maitre- piston (55) est assurée par un filetage (52); et. - la pièce de verrouillage (50) est réalisée et disposée de façon à venir en butée sur le piston auxiliaire (56) lors de la commande. 9. Dispositif de rattrapage selon une des revendications 1 et 8, caractérisé par un ressort de traction (23, 58), disposé entre le amitre-piston (13, 55) et le piston auxiliaire (14, 56) pour stabi- liser la pièce de verrouillage (21, 50, 60, 72). 10. Dispositif de rattrapage selon une des revendications 1 et 8, caractérisé par un ressort de traction (39), disposé entre le cylindre de frein (12) et le piston auxiliaire (31) pour stabiliser la pièce de verrouillage (37). 11. Dispositif de rattrapage selon une quelconque des revendications 1 à 10, caractérisé en ce que la pièce de verrouillage (72) est libérable par un élément de déverrouillage (71), chargé par de l'air comprimé et disposé entre la première branche du maître-piston (73) et la première branche du piston auxiliaire (74). 12. Dispositif de rattrapage selon une quelconque des revendications 1 à 11, caractérisé en ce que la seconde surface (19, 33) du piston auxiliaire (14, 31), chargée par la pression, est plus petite que la première surface-(20, 30) du maitre-piston (13, 34), chargée par la même pression.