Brevet FR2494798A1 — publié le 19820528

Frein à disques La présente invention concerne les freins à disque et les éléments qui les composent et elle vise plus parti- culièrement les freins à disques multiples, qui comprennent un empilage de disques constitué par plusieurs disques annu- laires de stator et de rotor alternés et déplaçables axiale- ment, et un dispositif d'actionnement pour déplacer axiale- ment les disques alternés afin de les amener en engagement mutuel pour l'application du frein. L'invention a pour but un frein à disques multiples perfectionné grâce à l'emploi de disques de stator et/ou de rotor d'une construction particulière. L'invention a pour objet un disque de rotor ou de stator pour frein à disques multiples, caractérisé en ce qu'une bande annulaire du disque présente une série d'enco- ches traversantes espacées circonférentiellement qui débou- chent sur une périphérie du disque, chaque encoche étant définie par des bords qui s'étendent à partir de ladite périphérie sur toute la largeur de la bande périphérique et sont inclinés en sens opposé de part et d'autre d'un rayon donné du disque traversant l'encoche de sorte que l'encoche est effilée radialement. Ces encoches servent à la fois d'encoches d'élimina- tion des tensions thermiques, pour éviter le cintrage du disque, et, lorsque le disque est refroidi à l'huile ou au moyen d'un autre liquide de refroidissement, elles servent plus particulièrement de trajet d'écoulement, facilitant l'écoulement dans le sens radial du liquide de refroidisse- ment d'une périphérie de la pile de disques à l'autre. Comme expliqué plus loin en détail, du fait que les bords des encoches sont inclinés par rapport aux rayons du disque, lorsque le frein est appliqué et que la bande enco- chée du disque vient en contact par friction avec la bande encochée coopérante d'un autre ou d'autres disques de frein, les bords des endoches des bandes des disques en contact produisent une action de ciseaux lorsqu'ils glissent les uns sur les autres, ce qui évite un contact brutal bord contre bord sur toute la longueur des bords de fuite des encoches des rotors et des bords opposés des stators, comme cela se produirait si les bords des encoches de tous les disques en contact étaient disposés le long des rayons des disques. On réduit ainsi notablement les variations de couple qui se produisent pendant l'application du frein, ainsi que l'usure des bandes encochées des disques en contact. Suivant un mode de réalisation préféré de l'inven- tion les deux côtés de chaque encoche forment des angles égaux en sens opposé de part et d'autre du rayon précité de sorte que le fonctionnement du disque est identique dans les deux sens de rotation du frein et que la structure du disque n'est pas "orientée", c'est-à-dire que le disque peut être monté dans la pile dans un sens ou dans l'autre. Les extrémités fermées des encoches se terminent avantageusement dans le disque par des ouvertures en partie circulaires qui servent à l'élimination des tensions. L'inclinaison des côtés des encoches peut être telle que la largeur des encoches, dans le sens circonférentiel, décroisse au fur et à mesure que la distance par rapport à ladite périphérie augmente. En variante, il peut être souhaitable d'adopter l'agencement inverse selon lequel la largeur des encoches augmente avec la distance par rapport à ladite périphérie, de sorte que l'ouverture de l'encoche sur ladite périphérie produit une restriction du flux radial de fluide de refroi- dissement le long de l'encoche, ce qui permet de contrôler cet écoulement par un dimensionnement approprié de l'ouver- ture de l'encoche. Bien que dans un mode de réalisation avantageux les rotors et les stators d'un frein à disques multiples compor- tent les uns et les autres la configuration d'encoche effi- lée de la présente invention dans leurs bandes en contact, il est suffisant que les rotors ou les stators utilisent la configuration d'encoche effilée de la présente invention pour obtenir l'action de ciseaux décrite plus haut lorsque les encoches glissent les unes sur les autres. L'invention a également pour objet un frein à disques multiples comportant des rotors et/ou des stators présentant des encoches ayant la configuration effilée dé- crite ci-dessus. L'invention a aussi pour objet un frein à disques multiples comprenant un carter renfermant de l'huile ou un autre fluide de refroidissement qui entoure la pile de dis- ques, caractérisé en ce que les disques de rotor présentent une première série de découpes espacées circonférentielle- ment et s'étendant sensiblement radialement, et en ce que les disques de stator présentent une deuxième série de dé- coupes espacées circonférentiellement et s'étendant sensi- blement radialement, la première série de découpes débou- chant dans la périphérie interne de la pile de disques, la deuxième série de découpes débouchant dans la périphérie externe de la pile de disques, et certaines portions des deux séries de découpes étant agencées de manière à se che- vaucher périodiquement pendant la rotation relative des rotors et des stators en des zones extérieures aux bandes de contact par friction des rotors et des stators pour dé- finir un trajet d'écoulement pour le fluide de refroidisse- ment d'une série de découpes à l'autre. La présence de ces découpes chevauchantes dans les rotors et les stators assure une bonne répartition radiale du fluide de refroidissement à l'intérieur du frein. En ou- tre, comme les deux séries de découpes se chevauchent dans des zones extérieures aux bandes de contact par friction des rotors et des stators, aucune des deux séries de décou- pe n'a une extrémité fermée qui se termine à l'intérieur des bandes de contact par friction. On évite ainsi le ris- que que l'une de ces extrémités fermées ne laisse une trace circonférentielle d'usure dans l'un des éléments de dis- ques en contact. Dans un mode de réalisation préféré de l'invention, l'une au moins des séries de découpes est constituée par des encoches radiales pour l'élimination des tensions ther- miques. La forme effilée d'encoche de dilatation thermique décrite plus haut convient particulièrement bien. Lorsqu'on utilise pour l'une des séries de découpes des encochesde dilatation thermique de type relativement étroit, il est souhaitable que la largeur de l'encoche (dans le sens cir- conférentiel) soit plus grande dans une zone extérieure aux bandes de contact par frottement des rotors et des sta- tors afin de faciliter un chevauchement approprié des deux séries de découpes. L'invention a en outre pour objet un disque de rotor ou de stator utilisable dans un frein à disques multi- ples et comprenant une série de découpes s'étendant à partir d'une périphérie et se ter-minant (dans le sens radial) dans des zones extérieures à la bande de contact par friction du disque. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description détaillée qui va suivre et à l'examen des des- sins annexés qui représentent, à titre d'exemple non limita- tif, un mode de réalisation de l'invention. La figure 1 est une vue de côté d'un disque de rotor utilisable dans un frein à disques multiples à bain d'huile pour véhicule et présentant des encoches radiales dans sa périphérie extérieure. La figure 2 est une vue de côté d'un disque de rotor présentant les encoches effilées de la présente invention et utilisable dans un frein à disques multiples à bain d'huile pour véhicule. La figure 3 illustre schématiquement la coopération des encoches effilées du rotor et du stator lorsqu'elles glissent l'une sur l'autre pendant l'application du frein. La figure 4 illustre de façon schématique la coopé- ration entre les ouvertures d'arrivée d'huile du stator et les encoches effilées de dilatation thermique du rotor pour améliorer le flux radial du fluide de refroidissement dans la pile de disques de frein. La figure 5 est une vue schématique, en coupe ra- diale, d'une partie d'un frein à disques multiples composé de rotors et de stators à encoches radiales. Sur la figure 1, on a représenté un disque de rotor annulaire 10 qui comporte des cannelures 11 permettant de le relier à un arbre central (non représenté) qui est l'arbre à freiner. La périphérie extérieure du disque de rotor présente une série de découpes espacées circonféren- tiellement constituées par des encoches de dilatation ther- mique 12 qui débouchent dans la périphérie extérieure. Les bords 13, 13a de ces encoches forment des angles égaux a, par exemple de 150 en sens opposé de part et d'autre d'un rayon 14 du disque de sorte que les encoches s'effilent dans le sens radial. Les encoches 12 s'étendent sur une bande annulaire en matériau de friction 15 qui, comme il ressort de la figu- re 5, est appliquée sur les deux faces du disque 10. Ces bandes en matériau de friction présentent sur leurs surfa- ces de friction des tracés rainurés en spirale (non repré- sentés) qui favorisent l'écoulement de l'huile de refroi- dissement sur les bandes de friction, comme expliqué plus loin, lorsque le disque fait partie d'un frein à disques multiples du type précité. Les extrémités intérieures radiales des encoches 12 sont formées par des ouvertures en partie circulaires 16 destinées à éliminer les concentrations indésirables de contraintes et à servir de réservoir d'huile, comme expli- qué plus loin, pour le passage radial de l'huile sur les bandes de matériau de friction. Des trous supplémentaires 17 sont pratiqués dans le rotor pour assurer une bonne ré- partition axiale de l'huile lorsque le rotor est monté dans un frein à disques multiples du type précité. Le disque de stator 18 représenté sur la figure 2 est supporté à l'intérieur d'un carter de frein (non repré- senté) par deux butées représentées schématiquement en 19 et par une broche amovible de reprise de couple 20. Les butées 19 viennent en engagement avec des portions suréle- vées 21 de la périphérie extérieure du stator et la broche vient en engagement avec une découpe 22 ménagée spécia- lement à cet effet. La bande périphérique extérieure du stator, qui est destinée à venir en contact avec la bande de friction 15 du rotor 10 lorsque le rotor 10 et le stator 18 alternent dans un frein, présente des encoches 23 qui sont également de forme effilée et dont les extrémités intérieures 24 sont arrondies. L'angle e inclus entre les bords 25, 25a des encoches 23 est également en principe de 300 comme pour le rotor 10 décrit ci-dessus. La figure 3 illustre schématiquement l'action de ciseaux qui se produit entre les bords de fuite 13a des en- coches 12 du rotor 10 et les bords 25a des encoches 23 du stator lorsque le rotor tourne dans le sens des aiguilles d'une montre, comme indiqué par la flèche Y et les deux encoches glissent l'une sur l'autre pendant une application du frein. comme il ressort de ce dessin, le point de con- tact 30 entre les bords 13a et 25a se déplace radialement vers l'extérieur et on évite ainsi le risque de contact total brutal des bords 13a et 25a sur toute leur longueur (qui pourrait se produire si ces deux bords étaient dispo- sés le long de rayons de leur disque respectif). Du fait de l'inclinaison identique des bords 13, 13a et 25, 25a par rapport à leur rayon respectif 14, 31, l'action de ciseaux se produit pour les deux sens de rotation du rotor 10, de sorte que le rotor et le stator ne sont pas "orientés". La périphérie intérieure du stator 18 présente des orifices d'accès pour l'huile qui sont constitués par des découpes 26. L'angle y formé par les côtés 27 des découpes est en principe de 45 et les bases 28 de ces découpes sont arrondies. La profondeur radiale Z des découpes 26 est telle que les portions extérieures radiales de ces découpes recou- vrent périodiquement les portions intérieures radiales des ouvertures en partie circulaires 16 lorsque le rotor 10 tourne (figure 4). A titre d'exemple non limitatif, lorsque le diamè- tre extérieur du stator est d'environ 22,8 cm, la profondeur radiale Z est d'environ 1,75 cm et la largeur circonféren- tielle W d'environ 3,8 cm. Cette découpe 26 ainsi dimension- née est destinée à chevaucher des ouvertures 16 de l'ordre de 1,24 cm de diamètre centrées à 0,33 cm des limites radia- les extérieures des découpes 26. Le but des découpes 26, outre leur fonction d'élimi- nation des tensions thermiques, est de faciliter le trajet 249479e d'écoulement radial de l'huile de refroidissement du cen- tre de la pile de disques de frein vers la périphérie inté- rieure de la bande de friction 15 et au-delà. Comme il res- sort de la figure 5, la présence des découpes 26 permet à l'huile d'atteindre facilement les extrémités arrondies 28 des découpes, comme illustré par les flèches 31, et de là, d'atteindre la périphérie intérieure de la bande de fric- tion 15 par des intervalles axiaux 32 entre les rotors et stators adjacents et par les ouvertures en partie circulai- res 16. Le flux d'huile qui s'écoule radialement vers l'extérieur à partir de la périphérie intérieure de la bande de friction 15 emprunte les rainures en spirale décri- tes plus haut. On notera que sans la présence des découpes 26 et des ouvertures 16, l'huile devrait atteindre la périphérie intérieure de la bande de friction 15 à partir de la péri- phérie intérieure des disques de stator uniquement par les intervalles axiaux 32 ménagés entre les rotors et les sta- tors de sorte que l'écoulement d'huile vers la périphérie intérieure de la bande de friction serait beaucoup plus limité. Comme indiqué plus haut, les ouvertures 16 et les découpes 26 se recouvrent partiellement lorsque le rotor 10 tourne de sorte que les ouvertures 16 sont périodiquement réapprovisionnées directement en huile par les découpes 26. L'huile se disperse alors sur la périphérie intérieure de la bande de friction 15 à partir d'une ouverture 16 donnée lorsque cette ouverture tourne. Cette action est indiquée par des flèches 35, associées au détail d'encoche 121 en traits interrompus sur la figure 4 qui représente une enco- che après rotation dans le sens des aiguilles d'une montre au-delà d'une découpe 26 du stator. L'huile présente dans une encoche donnée 12 va être étalée sur la bande de contact des stators adjacents lors- que les rotors tournent. La répartition d'huile à l'inté- rieur de la pile de disques en est encore améliorée. En outre, lorsque les encoches 12 du rotor passent successivement sur les encoches 23 du stator, l'écoulement radial de l'huile vers l'extérieur par les encoches 12 favorise un écoulement de l'huile dans les encoches 23, ce qui empêche cette huile de stagner et de s'échauffer dans les encoches 23. On peut contrôler la quantité d'huile qui sort des ouvertures 16 par les encoches 12 en donnant à l'intervalle S entre les extrémités intérieures radiales des bords 13, 13a une dimension appropriée. La ligne en traits interrompus L sur la figure 2 indique un niveau d'huile approprié à l'intérieur du carter de frein lorsque celui-ci est en condition statique. On notera que lorsque le véhicule sur lequel le frein est monté est en mouvement, l'huile à l'intérieur du carter a tendance à gravir les parois du carter pour former un anneau d'huile. Par ailleurs, lorsque les encoches 12 se trouvent au-dessous du niveau de l'huile de refroidissement à l'inté- rieur du frein, l'huile peut être puisée dans les encoches 12 par leurs extrémités extérieures radiales ouvertes. L'huile ainsi puisée sert à regarnir les ouvertures 16 et, d'une façon générale, elle favorise un bon écoulement radial de l'huile dans la pile de disques. La présence d'un flux d'huile radial vers l'exté- rieur par les découpes 26 et encoches coopérantes 12 con- tribue à expulser l'air qui pourrait être emprisonné dans les encoches 12 lorsque celles-ci se trouvent sous le ni- veau d'huile dans le carter. On évite ainsi dans les enco- ches un effet de cavitation qui risquerait autrement de réduire la possibilité pour l'huile de pénétrer dans les encoches par leurs extrémités extérieures lorsque les enco- ches sont au-dessous du niveau d'huile. Il est à noter que les extrémités radiales inté- rieures des encoches 12 de rotor (ouverture 16) et les ex- trémités radiales extérieures des découpes 26 se recouvrent dans des zones de la pile de disques extérieures aux bandes annulaires des rotors et des stators qui viennent en contact par friction lors de l'application du frein. De cette ma- nière, ni les encoches 12, ni les découpes 26 n'ont leur extrémité fermée qui se termine à l'intérieur des bandes de contact des rotors et des stators. On évite ainsi le ris- que que l'une de ces extrémités fermée trace une rainure circonférentielle d'usure dans l'une des surfaces de contact des disques. Pour la même raison, les encoches 23 s'étendent sur toute la largeur des bandes périphériques des stators qui viennent en contact avec les rotors pendant l'applica- tion du frein. Bien entendu, en particulier dans un frein dans le- quel les rotors sont entraînés par leur périphérie extérieu- re et les stators maintenus par leur périphérie intérieure, l'agencement d'encoches de rotor et de stator décrit ci- dessus peut être inversé, de manière que les encoches 12, 16 soient ménagées dans le disque de stator et les découpes 26 et encoches 23 dans les disques de rotor. Dans une telle structure, chaque découpe 26 d'un rotor donné va suc- cessivement plonger sous le niveau de l'huile dans le car- ter puis va recouvrir tour à tour chaque ouverture 16 dans le stator ou les stators coopérants pour établir un tra- jet d'écoulement radial pour l'huile. Dans cette variante, le matériau de friction est appliqué sur les rotors ou sur les stators comme dans la structure des figures 1 à 5. La figure 5 représente schématiquement (mais non à l'échelle) une partie d'un dispositif classique d'actionne- ment à bille et rampe 40 qui est utilisé pour appliquer le frein et comprend des plaques de pression 43 et 44 et des billes 45 montées dans des évidements étagés. Comme il res- sort de la figure 5, le dispositif d'actionnement 40 est disposé entre deux piles 41 et 42 de disques de rotor et de stator alternés et on applique le frein de façon classique en provoquant entre les plaques de pression 43 et 44 une rotation relative qui fait remonter les billes dans leurs évidements et sépare ainsi les plaques de pression, comme indiqué par les flèches P, pour comprimer les piles de disques contre les parois du carter schématiquement repré- sentées en 46 et 47. La structure du frein à disques suivant l'invention s'applique à un grand nombre d'utilisations parmi lesquel- les les tracteurs agricoles et industriels. Bien entendu, l'invention n'est nullement limitée au mode de réalisation de l'exemple décrit et représenté, elle est susceptible de nombreuses variantes accessibles à l'homme de l'art, suivant les applications envisagées et sans s'écarter pour cela du cadre de l'invention. REVENDICATIONS 1. Disque de rotor ou de stator pour un frein à disques multiples, caractérisé en ce qu'une bande annulaire (15) du disque (10) présente une série d'encoches traversan- tes (12) espacées circonférentiellement qui débouchent sur une périphérie du disque, chaque encoche étant définie par des bords (13, 13a) qui s'étendent de ladite périphérie sur toute la largeur de la bande périphérique et sont inclinées (a) en sens opposé de part et d'autre d'un rayon donné (14) du disque traversant l'encoche, de sorte que l'encoche est effilée radialement. 2. Disque suivant la revendication 1, caractérisé en ce que les deux côtés (13, 13a) de chaque encoche (12) forment des angles égaux (a) en sens opposé de part et d'autre dudit rayon (14) de sorte que le fonctionnement du disque est identique pour chaque sens de rotation du frein, et que la structure du disque n'est pas orientée. 3. Disque suivant la revendication 1 ou la revendi- cation 2, caractérisé en ce que les extrémités fermées des encoches (12) du disque (10) se terminent par des ouvertu- res en partie circulaires (16) servant à l'élimination des concentrations de tensions. 4. Disque suivant l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que l'inclinaison des bords (13, 13a) des encoches est telle que la largeur des encoches décroît dans le sens circonférentiel au fur et à mesure que la distance par rapport à ladite périphérie augmente. 5. Disque suivant l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que l'inclinaison des bords des encoches est telle que la largeur des encoches dans le sens circon- férentiel augmente au fur et à mesure que la distance par rapport à ladite périphérie augmente, de sorte que l'ouver- ture de l'encoche dans ladite périphérie constitue une res- triction à l'écoulement radial du fluide de refroidissement le long de l'encoche, permettant ainsi un contrôle dudit écoulement par un dimensionnement approprié de l'ouverture de l'encoche. 6. Frein à disques multiples, caractérisé en ce qu'il comprend des rotors (12) et/ou des stators (18) sui- vant l'une des revendications 1 à 5. 7. Frein à disques multiples suivant la revendica- tion 6, caractérisé en ce qu'il comprend un carter (46, 47) renfermant de l'huile ou un autre fluide de refroidisse- ment et entourant la pile de disques constituée par des jeux alternés de disques de rotor (10) et de stator (18), l'un des jeux de disques (10) présentant une série d'enco- ches traversantes (12) sensiblement radiales et espacées circonférentiellement comportant des bords inclinés (13, 13a) s'étendant à partir de l'une des périphéries de la pile, et l'autre jeu de disques (18) préservant une série de découpes d'admission du fluide de refroidissement (26) s'étendant sensiblement radialement et espacées circonféren- tiellement, des parties des encoches (12) et des découpes (26) étant agencées de manière à se recouvrir mutuellement périodiquement pendant la rotation relative des rotors et des stators dans des zones extérieures aux bandes de con- tact par friction (15) des rotors et des stators, de ma- nière à établir un trajet d'écoulement radial (31) pour le fluide de refroidissement à travers la pile. 8. Frein à disques suivant la revendication 7, ca- ractérisé en ce que les découpes d'admission du fluide de refroidissement (26) s'étendent radialement sans atteindre la bande de contact (15) et ont une largeur circonféren- tielle (W) plus grande que celle des encoches traversantes (12). 9. Disque de rotor ou de stator pour frein à dis- ques multiples suivant la revendication 7 ou la revendica- tion 8, caractérisé en ce qu'il présente une série de décou- pes sensiblement radiales (12; 26) qui s'étendent à partir d'une périphérie du disque et se terminent dans le sens radial dans des zones situées en dehors de la bande de con- tact par friction (15) du disque (10; 18). 10. Frein à disques multiples, caractérisé en ce qu'il comprend un carter (46, 47) renfermant de l'huile ou un autre fluide de refroidissement et entourant la pile de disques, et dans lequel les disques de rotor (10) présen- tent une première série de découpes (12) sensiblement radia- les et espacées circonférentiellement et les disques de stator (18) présentent une deuxième série de découpes (26) sensiblement radiales et espacées circonférentiellement, la deuxième série de découpes (26) débouchant sur la périphé- rie intérieure de la pile de disques, la première série de découpes (12) débouchant dans la périphérie extérieure de la pile, et des parties des deux séries de découpes étant agencées de manière à se recouvrir mutuellement périodique- ment pendant la rotation relative des rotors et/ou des stators dans des zones situées en dehors des bandes de con- tact par friction (15) des rotors (10) et des stators (18) pour établir un trajet d'écoulement (31) d'une série de découpes (26) à l'autre (12).