Brevet FR2480882A1 — publié le 19811023

L'invention concerne un frein à disque à garnitures partielles avec au moins un organe de sollicitation de mâchoire, notamment un piston sollicité hydrauliquement, agencé avec possibilité de coulissement axial dans un étrier et apte à être sollicité par une force de freinage, et une surface d'appui recevant, lors du freinage, la force circonfé- rentielle agissant sur la mâchoire. On connaît déjà (demande de brevet allemand publiée DE-AS 12 51 102) une liaison articulée entre le piston et la garniture d'un frein à disque à garnitures partielles actionné par un fluide sous pression, afin d'absorber les déformations des éléments de freinage et de les compenser de façon à garantir tout aussi bien un parfait guidage du piston et de la garniture de frein que l'application complète de la garniture sur le disque, dans toutes les situations de freinage. A cet effet, il est prévu, dans le frein à disque à garnitures partielles connu, que l'articulation à rotule reliant le piston du frein à la plaque-support de la garniture est constituée par un pot ou godet, dont le fond en forme de calotte sphérique est maintenu en contact avec la surface terminale du piston en forme de calotte sphérique correspondante, ce maintien étant obtenu par un doigt vissé au piston et une rondelle en forme de cuvette, avec interposition d'une bague en matière élastique. Ce frein connu ne permet toutefois aucune réduction de l'absorption volumique lors du freinage et ne possède pas de rendement hydraulique accru. Dans un autre frein à disque à garnitures partielles connu (brevet américain n0 3 186 518), un poussoir oblique s'étend d'un point d'articulation sur l'étrier, sensiblement depuis le c8té sortie du disque, vers la mâchoire qu'il soutient obliquement. De cette façon, il s'établit, lors de l'application de la mâchoire contre le disque, un couple de serrage de la garniture sollicitée par le bras oblique, couple qui se transmet aussi, par l'étrier flottant, à la mâchoire opposée. Dans ce cas, par un genre d'effet de coin, une force de freinage supplé- mentaire s'établit en plus de la force de serrage du système hyraulique piston-cylindre. Il s'agit donc ici d'une amplification de la force de freinageprovoquée par la force d'entraînement fournie par le disque. La présente invention a pour objet non pas d'amplifier la force de freinage engendrée par l'organe de sollicitation de mâchoire, mais simplement de réduire la course nécessaire pour l'actionnement des mâchoires et, notamment dans le cas d'un frein hydraulique, de réduire l'absorption volumique de l'organe de sollicitation de mâchoire lors d'un freinage et de réduire ainsi la course que la pédale doit accomplir pour un freinage. En outre, l'invention a pour objet d'obtenir une amélioration de rendement, notamment dans le cas des freins hydrau- liques à cadre ou étrier flottant. Un autre objet de l'invention est de permettre de façon simple le rétablissement du jeu entre disque et mâchoires après un freinage. Pour atteindre ces objets, l'invention prévoit qu'en position de relâchement du frein, l'agencement de la mâchoire est tel qu'un inter- valle périphérique la sépare de la surface d'appui, que la mâchoire est montée avec possibilité d'être déplacée dans la direction de la force d'entraînement jusqu'à ce que cette mâchoire, ou une pièce qui lui est liée, vienne au contact de cette surface d'appui, et qu'entre mâchoire et organe de sollicitation de mâchoire, est agencé un dispositif à expansion qui, lors du mouvement de la mâchoire vers la surface d'appui, repousse l'organe de sollicitation de mâchoire d'une quantité déterminée contre la force d'actionnement. La course de l'organe de sollicitation de mâchoire se compose du trajet pour surmonter le jeu et du trajet pour compenser l'allongement et l'écrasement des parties du frein chargées par la force d'actionnement. Selon l'invention, une partie de cette course totale est accomplie par le dispositif à expansion actionné par la mâchoire. La quantité, dont l'organe de sollicitation de mâchoire est repoussé par la mâchoire, correspond essentiellement au jeu qui, lors du relâchement du frein, est engendré par le recul de la mâchoire à sa position initiale. L'organe de sollicitation de mâchoire n'a donc plus à accomplir que le trajet d'actionnement nécessaire pour surmonter les allongements et compressions à l'intérieur du frein. Au début d'un freinage, l'organe de sollicitation de mâchoire surmonte certes d'abord, par une course, le jeu du frein afin d'amener les mâchoires en prise avec le disque. Or, dans cette phase de l'actionnement, il n'y a pas d'allongements notables car les forces sont encore faibles. Cette course que l'organe d'actionnement a accomplie pour surmonter le jeu est rattrapée par le déplacement de la mâchoire, puisque l'organe d'action- nement est repoussé en arrière de la quantité correspondante. La réduction de la course d'actionnement de l'organe de solli- citation de mâchoire présente cet avantage substantiel que le dispositif d'actionnement mécanique ou hydraulique, prévu pour l'entraînement de l'organe de sollicitation de mâchoire et entraîné par la force développée par le pied ou la main du conducteur, peut être pourvu d'un rapport de conversion plus important, de sorte que l'effort du conducteur est moindre. De plus, l'invention offre cet avantage que le jeu du frein peut être accru, sans que cela se manifeste fâcheusement par un accrois- sement de la course d'actionnement de l'organe de sollicitation de machoire. Bien que l'invention soit applicable de préférence aux freins hydrauliques à étrier fixe ou à étrier flottant, ses principes peuvent aussi gtre appliqués sans problème à des freins actionnés mécaniquement. Une forme de réalisation pratique se caractérise par le fait qu'entre la mâchoire et l'organe de sollicitation de mâchoireest agencé un piston intermédiaire qui est déplaçable axialement sur l'organe de sollicitation de mâchoire mais qui, dans la direction de rotation du disque, est supporté élastiquement, jusqu'à ce que la mâchoire ou le piston intermédiaire soit au contact de la surface d'appui. Une cons- truction particulièrement compacte peut alors être obtenue par le fait que le piston intermédiaire est guidé sensiblement axialement dans un alésage, présentant un plus grand diamètre, que comporte l'organe de sollicitation de mâchoire, par le fait qu'entre le piston intermédiaire et l'alésage, est agencée une bague élastique qui autorise le mouvement circonférentiel limité du piston intermédiaire par rapport à l'organe de sollicitation de mâchoire, la surface d'appui étant constituée par une partie de la paroi de l'alésage. Le piston intermédiaire peut alors s'élargir en gradin à l'extérieur de l'alésage, afin d'assurer une surface de contact aussi grande que possible sur la mâchoire. Dans une forme de réalisation particulièrement compacte et simple quant à sa structure, un poussoir est agencé, en tant que dispo- sitif à expansion, entre l'organe de sollicitation de mâchoire et la mâchoire, cet agencement, vu dans le plan tangentiel, étant oblique de façon que, lors de l'application de la mâchoire contre le disque, la force d'entraînement exercée par le disque provoque un phénomène d'expansion entre l'organe de sollicitation de mâchoire et la mâchoire. Il est particulièrement avantageux que l'angle aselon lequel le poussoir oblique est disposé par rapport à la direction axiale, soit approximativement de vingt degrés. Le choix de cet angle est optimal si la tangente de l'angle du poussoir oblique par rapport à la direction axiale est au plus égale, et de préférence sensiblement égale, au coefficient de frottement de la garniture. On est ainsi assuré que la mâchoire repoussera l'organe de sollicitation et viendra au contact de sa surface d'appui. Si la tangente de l'angle, et par conséquent l'angle, sont moindres, les effets recherchés se produisent encore, mais leur ampleur décroît avec l'angle. Pour obtenir un accroissement de rendement aussi grand que possible, cela pour une course de mâchoire fixée par les données constructives, on s'efforcera de donner à l'angle une valeur maximale juste encore compatible avec les conditions de frottement. Il est en outre essentiel que le point de pivotement,que comporte l'extrémité du poussoir oblique côté mâchoire, soit séparé de l'axe de l'organe de sollicitation par une distance au moins égale à celle comprise entre la mâchoire et sa surface d'appui. D'ailleurs, si le poussoir était déplacé au-delà de l'axe de -l'organe de sollicitation de mâchoire, une partie du gain, qui peut être obtenue sur la course d'actionnement, pourrait être perdue. Si l'organe de sollicitation de mâchoire est un piston de frein hydraulique, l'invention prévoit alors qu'il est opportun que le piston intermédiaire soit agencé dans un alésage borgne prévu sur le côté disque du piston de frein, le poussoir oblique prenant appui contre le fond de cet alésage borgne, avec possibilité d'y pivoter. Si c'est d'un seul coté du disque qu'il y a un piston de frein, sa force de freinage étant transmise à l'autre côté du disque par l'intermédiaire d'un étrier flottant, l'objet de l'invention est alors avantageusementréalisé,de façon telle qu'un dispositif à cylindre borgne soit agencé sur le côté de l'étrier flottant éloigné du piston de frein, et que le poussoir oblique et le piston intermédiaire soient agencés dans ce dispositif à cylindre borgne. Pour la mise en oeuvre de l'invention, il est donc essentiel que les mâchoires soient agencées dans l'étrier avec possibilité d'être déplacées tangentiellement, afin que lors du freinage elles puissent suivre le mouvement de la périphérie du disque de façon à permettre le pivotement du poussoir oblique. Il est possible de donner aux mâchoires, dans la direction circonférentielle, un appui élastique sur l'étrier ou le support de frein, de façon que le mouvement circonférentiel- nécessaire pour le pivotement du bras oblique lors du freinage soit possible. Après un freinage, la bague élastique, prévue entre piston intermédiaire et organe de sollicitation de mâchoire, a pour effet de ramener en arrière le piston intermédiaire ainsi que les mâchoires, cela à peu près élastiquement, par rapport à l'organe de sollicitation de mâchoire, ce qui rétablit un jeu nominal prédéterminé. L'invention sera mieux comprise et d'autres caractéristiques apparaîtront mieux à l'aide de la description ci-après et du dessin joint qui représente schématiquement une vue en plan et en coupe partielle d'un frein à disque à garnitures partielles selon l'invention. Comme on peut le voir sur le dessin, un étrier flottant 25 est guidé avec possibilité de déplacement axial dans un support de frein 14 qui n'est représenté que schématiquement. Les guides ou glissières sont agencés de façon que, lors de la rotation du disque 16 dans la direction de la flèche F, le support puisse supporter les forces d'entraînement transmises à l'étrier flottant 25 dans le cas d'un freinage. Le disque de frein 16 est sollicité des deux cotés par des mâchoires 13, 13' qui sont constituées chacune d'une garniture 15, 15' et d'une plaque-support 17, 17' supportant cette garniture. Les mâchoires 13, 13' sont agencées à l'intérieur de l'embrasure 18 de l'étrier flottant 25, à configuration en forme de cadre. Ces mâchoires sont portées par des pistons intermédiaires 19, 19' avec lesquelles ils sont solidaires et qui, par une surface relativement grande, sont appliqués contre les plaques-supports 17, 17'. Par une partie amincie en gradin, du genre téton, ces pistons intermédiaires s'engagent dans des alésages 21, 21' de cylindres. L'alésage borgne 21 est prévu sur le coté disque d'un piston de frein hydraulique 12. La partie téton du piston intermédiaire 19, s'engageant dans l'alésage borgne 21 présentant un plus grand diamètre, est ceinturée par une gorge dans laquelle est placée une bague élastique 22 réalisant la jonction entre le piston intermédiaire 19 et le piston de frein 12. Dans sa face non en regard du disque 16, le piston inter- médiaire 19 présente une dépression 20 du genre cuvette dans laquelle s'engage, en pouvant y pivoter, une première extrémité d'un poussoir oblique 11. Depuis cette dépression 20 du genre cuvette, le bras oblique Il s'étend sous un angle a par rapport à l'axe 23, avec une tendance en direction F de rotation du disque, jusqu'au fond de l'alésage borgne 21 o il trouve une portée de pivotement autour d'un axe 24 perpendiculaire au plan du dessin. Là encore, la portée peut se faire dans une dépression 27 du genre cuvette. Le piston 12 est pour sa part porté dans un cylindre 28 qui peut être raccordé à une source de pression hydraulique et qui fait partie de l'étrier flottant 25. Du c8té du disque 16 non en regard du piston 12, un dispositif à cylindre borgne 12' est agencé dans l'étrier flottant. De façon analogue au piston intermédiaire 19, il y a dans ce dispositif 12', un piston intermédiaire 19', pouvant coulisser axialement au moyen d'une bague élastique 22', supporté de façon légèrement élastique en direction circonférentielle. La bague élastique 22' est adjacente à l'alésage borgne 21' correspondant. Depuis une dépression 20' du genre cuvette sphérique, s'étend, vers la zone d'appui 24' au fond du dispo- sitif à cylindre borgne 12', un poussoir oblique Il' qui est de confor- mation analogue à celle du bras oblique Il et qui est disposé sous un angle o. par rapport à l'axe 23'. Le fonctionnement du frein à disque à garnitures partielles selon l'invention est décrit ci-dessous. Lors d'un freinage, le piston 12 est déplacé vers le disque 16. Dès que la garniture 15 vient au contact de la surface du disque 16, la machoire 13 est soumise à un entraînement en direction circonférentielle, la bague élastique 22-se comprimant quelque peu en direction circonfé- rentielle. Cela a pour effet que le poussoir oblique 1I bascule légè- rement autour du point d'articulation 24, en diminuant l'angle a, ce qui correspond à un allongement de la tringlerie concernée, de sorte que le piston 12 prend la position indiquée en trait interrompu sur le dessin. Cela correspond à une absorption volumique réduite lors du freinage. A cette occasion, le piston intermédiaire 19 s'applique contre la surface d'appui 30 de la paroi intérieure de l'alésage 21. En même temps, du côté opposé au disque 16, la mâchoire 13' est amenée au contact de-ce dernier. De ce côté aussi, il y a un léger entraînement de la mâchoire 13' contre la force élastique de la bague 22', le poussoir oblique 11' accomplit un petit mouvement de basculement correspondant en diminuant l'angle a et il y a contact du piston 19' contre la surface d'appui 30'. De ce côté aussi, il ne s'agit donc que d'un allongement faible de la structure constituée de l'organe 12' de sollicitation de mâchoire, de la mâchoire 13' et des éléments mécaniques agencés entre eux. Une absorption volumique réduite est donc provoquée des deux c8tés du disque 16, lors du freinage, ce qui correspond à une amélioration du rendement hydraulique. On peut même réaliser une course de piston négative avec gain d'énergie correspondant. Cela dépend de la position angulaire des poussoirs obliques 11 et Il', ainsi que du trajet que les pistons intermédiaires 19, 19' peuvent accomplir à l'intérieur des alésages borgnes 21, 21', en direction circonférentielle, contre la force élastique des bagues 22, 22', lors d'un freinage. Lors du relâchement des freins, le rappel élastique des pistons intermédiaires 19, 19', au moyen des bagues élastiques 22, 22',établit un jeu des deux côtés. Les bagues élastiques 22, 22' agissent donc aussi à la façon d'un joint du type "Roll-Back". Afin d'éviter que lors d'un freinage effectué en marche arrière, c'est-àdire alors que le disque 16 tourne dans le sens opposé à celui de la flèche F, il y ait un effet contraire à celui décrit plus haut, il est prévu, selon un développement préféré de l'invention, sur l'extrémité du piston 12 et sur celle du dispositif à cylindre borgne 12', coté entrée du disque, une butée 29, 29' qui est en contact avec l'extrémité du piston intermédiaire correspondant 19, 19', côté entrée du disque. Lors d'un freinage normal, le piston intermédiaire 19, 19' peut se décoller de la butée 29, 29'. Par contre, lors d'un freinage en marche arrière, le piston intermédiaire 19, 19' est appliqué à coup sûr contre la butée 29, 29', de sorte que l'on évite efficacement ce qui serait à redouter sans cela, à savoir un escamotage du piston intermédiaire 19, 19' dans l'alésage de cylindre borgne 21, 21'. En principe, l'invention peut toutefois être réalisée aussi dans le cas d'un freinage en marche arrière, cela en agençant, sous un angle a égal mais opposé, un autre poussoir oblique entre les pistons intermédiaires 19, 19' et le fond de l'organe 12, 12' de sollicitation de mâchoire, ce qui, sur la figure 1, est indiqué sur le piston 12 par une ligne en tirets 11". Toutefois, avec un tel agencement, il faut que le poussoir oblique Il ou 11", non utilisé lors d'un certain freinage, soit dêplaçable axialement à l'intérieur de sa portée de pivotement. Bien entendu, l'exemple de réalisation décrit n'est nullement limitatif de l'invention. REVENDICATIONS 1. Frein à disque à garnitures partielles, avec au moins un organe de sollicitation de mâchoire, notamment un piston sollicité hydrauliquement, agencé avec possibilité de coulissement axial dans un étrier et apte à être sollicité par une force de freinage, et une surface d'appui recevant, lors du freinage, la force circonférentielle agissant sur la mâchoire, caractérisé en ce qu'en position de relâ- chement du frein, l'agencement de la mâchoire (13, 13') est tel qu'un intervalle périphérique la sépare de la surface d'appui (30, 30'), en ce que la mâchoire (13, 13') est montée avec possibilité d'être déplacée dans la direction de la force d'entraînement jusqu'à ce que cette mâchoire, ou une pièce (19, 19') qui lui est liée, vienne au contact de cette surface d'appui (30, 30'), et en ce qu'entre mâchoire (13, 13') et organe de sollicitation de mâchoire (12, 12'), est agencé un dispositif à expansion (11, 20, 24; 11', 20', 24') qui, lors du mouvement de la mâchoire (13, 13') vers la surface d'appui (30, 30'), repousse l'organe (12, 12') de sollicitation de mâchoire d'une quantité déterminée contre la force d'actionnement. 2. Frein à-disque selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'entre la mâchoire (13, 13') et l'organe de sollicitation de mâchoire (12, 12'), est agencé un piston intermédiaire (19, 19') qui est déplaçable axialement sur l'organe de sollicitation de mâchoire (12, 12') mais qui, dans la direction de rotation du disque, est supporté élasti- quement jusqu'à ce que la mâchoire (13, 13') ou le piston inter- médiaire (19, 19') soit au contact de la surface d'appui (30, 30'). 3. Frein à disque selon la revendication 2, caractérisé en ce que le piston intermédiaire (19, 19') est guidé sensiblement axialement dans un alésage (21, 21') présentant un plus grand diamètre de l'organe de sollicitation de mâchoire, en ce quTentre le piston intermédiaire (19, 19') et l'alésage (21, 21'), est agencée une bague élastique (22, 22') qui autorise le mouvement circonférentiel limité du piston inter- médiaire (19, 19') par rapport à l'organe de sollicitation de mâchoire (12, 12'), la surface d'appui (30, 30') étant constituée par une partie de la paroi de l'alésage (21, 21'). 4. Frein à disque selon l'une ou l'autre des revendications 2 ou 3, caractérisé en ce que le piston intermédiaire (19, 19') s'élargit en gradin à l'extérieur de l'alésage (21, 21'). 5. Frein à disque selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce qu'un poussoir (Il, Il') est agencé entre l'organe de sollicitation de mâchoire (12, 12') et la mâchoire (13, 13'), cela obliquement en considérant le plan tangentiel, en ce que, lors de l'application de la mâchoire contre le disque, la force d'entraînement exercée par ce dernier provoque un phénomène d'expansion entre l'organe de sollicitation de mâchoire (12, 12') et la mâchoire (13, 13'). 6. Frein à disque selon la revendication 5, caractérisé en ce que l'angle a, selon lequel le poussoir oblique (11, Il') s'étend par rapport à la direction axialeest approximativement de vingt degrés. 7. Frein à disque selon l'une ou l'autre des revendications 5 ou 6, caractérisé en ce que la tangente de l'angle a, que forme le poussoir oblique (11, Il') par rapport à la direction axiale, est plus petite que le coefficient de frottement (p) de la garniture de frein (15, 15') et avantageusement sensiblement égale à ce coefficient. 8. Frein à disque selon l'une quelconque des revendications 5 à 7, dans lequel l'organe de sollicitation de mâchoire est de préférence un piston de frein hydraulique, caractérisé en ce que le piston inter- médiaire (19, 19') est agencé dans un alésage borgne (21) aménagé, coté disque, dans le piston (12), le poussoir oblique (11) prenant appui dans le fond de cet alésage borgne avec possibilité d'y pivoter. 9. Frein à disque selon l'une quelconque des revendications 5 à 8, dans lequel un piston de frein n'est prévu que d'un c8té du disque, la force de freinage étant transmise au coté opposé par l'intermédiaire d'un étrier flottant, ce frein étant caractérisé en ce que, sur celui des cotés de l'étrier flottant (25) qui est éloigné du piston de frein (12), est aménagé un dispositif à cylindre borgne (12'), dans lequel sont agencés le poussoir oblique (Il') et le piston inter- médiaire (19').