Brevet FR2489462A1 — publié le 19820305

Système de frein hydraulique La présente invention concerne un piston hydrauli- que pour un système de freinage hydraulique d'automobile, constitué d'un matériau synthétique. Bien qu'un frein hydraulique à tambour pour auto- mobile soit décrit dans la présente invention, l'homme de l'art pourra l'adapter à d'autres types de systèmes de frei- nage hydrauliques ou pneumatiques. Dans les freins hydrauliques typiques à tambour pour véhicules, deux patins de frein en forme d'arc sont montés bout à bout de façon à coulisser sur une plaque de support fixe assu- jettie au véhicule. La surface extérieure des patins de frein. comporte un matériau de friction qui vient en contact avec la surface intérieure d'un tambour rotatif sur lequel la roue du véhicule est généralement montée. Les patins comportent des extrémités supérieures en butée contre des pistons opposés d'un cylindre hydraulique monté sur leur plaque de support. Typiquement, des ressorts de rappel maintiennent les patins en contact constant avec les pistons. Lorsqu'une pression hydraulique est appliquée au cylindre de la roue, les pistons s'étendent dans des direc- tions opposées de façon à solliciter les patins vers l'ex- térieur et contre la surface intérieure du tambour. Les res- sorts de rappel provoquent le retrait des patins de frein lorsque la pression hydraulique est libérée, d'o il résul- te que le tambour peut tourner librement. Les cylindres classiques de roue ont généralement des pistons métalliques monoblocs ou, en variante, des pis- tons en deux pièces constitués d'un corps avec un bouchon de butée inséré dans l'extrémité extérieure (voir figure 1). Le bouchon de butée, qui est généralement en métal cémenté, sert de surface d'appui pour l'engagement des extrémités supérieures des patins de frein. Les pistons métalliques sont relativement lourds, d'un coût de fabrication élevé et sujets à des taux d'usure importants de leurssurfacesappariées. Il existe donc un besoin pour un piston de frein hydraulique qui puisse être fabriqué à faible coût avec un matériau léger ayant un faible coeffi- cient de frottement, qui soit compatible avec les fluides de frein généralement utilisés, et capable de supporter les contraintes et températures élevées rencontrées pendant le fonctionnement du frein tout en maintenant intactes ses dimensions. La présente invention a pour objet un piston de frein hydraulique perfectionné, constitué d'une résine ther- moplastique résistant aux températures élevées et renforcée par un matériau organique ou minéral. Le piston comprend de préférence un manchon ou cylindre extérieur comportant une paroi arrière fermée avec un élément coaxial de support de charge s'étendant depuis la paroi à travers le cylindre. Un mode de réalisation particulier du piston com- prend des nervures de renforcement distantes circonféren- tiellement les unes des autres et s'étendant dans l'espace annulaire entre le manchon ou cylindre extérieur et l'élé- ment de support de charge. L'élément de support de charge est en saillie sur la paroi arrière et s'étend de préférence au-delà de l'extrémité ouverte du manchon extérieur. Une surface de butée en métal cémenté est de préférence fixée sur l'extrémité avant de l'élément de support de charge pour qu'elle vienne en contact avec des éléments du patin de frein. La présente invention sera bien comprise à la lectu- re de la description suivante faite en relation avec les dessins ci-joints, dans lesquels: la figure 1 est une vue d'ensemble d'un frein à tam- bour typique d'un véhicule, le cylindre de roue étant partiellement en crevé de façon à montrer un piston hydrau- lique typique de l'art antérieur; la figure 2 est une vue en coupe d'un cylindre typi- que de roue à frein hydraulique à tambour, comportant un piston selon la présente invention; la figure 3 est une vue en coupe en élévation, éclatée,d'un piston hydraulique particulier selon la présen- te invention, prise le long de la ligne 3-3 de la figure 4 la figure 4 est une vue avant en bout du piston hydraulique particulier de la présente invention; les figures 5 à 10 sont des vues en coupe radiale d'autres modes de réalisation de la présente invention. En liaison avec les dessins, o des éléments identi- ques sont désignés par les mêmes références, la figure I représente un frein typique assemblé 9 à tambour pour véhi- cule de l'art antérieur qui est destiné à une roue de véhi- cule tournant normalement dans le sens de la flèche 10. Le frein assemblé 9 comprend une plaque d'appui 11 sur laquelle des patins de frein avant et arrière en forme d'arc- 12L et 12T, respectivementtsont montés en coulissement. Les patins 12L et 12T comportent des âmes 13L et 13T supportant des jantes en forme d'arc- 14L et 14T, respectivement, sur les- quelles sont fixées par des moyens connus des sections de matériau de friction 15L et 15T. Un cylindre hydraulique pour roue de l'art anté- rieur 18 est représenté en figure 1 comme étant fixé à la pla- que d'appui 11 entre les extrémités supérieures 19L et 19T des patins de frein. Un ressort de rappel 20 comprend des crochets 21L et 21T engagés dans des ouvertures 22L et 22T des âmes supérieures, respectivement, sollicitant les patins 12L et 12T vers le cylindre 18. Un bloc d'ancrage 25 est fixé rigidement à la plaque 11 entre les extrémités inférieu- res 26L et 26T des patins de frein. Un ressort de maintien 27 comprend des crochets 28L et 28T engagés dans des ouvertu- res inférieures despatins 29L et 29T, respectivement, solli- citant les extrémités inférieures 26L et 26T des patins l'une vers l'autre pour qu'elles soient en contact constant avec les extrémités opposées du bloc 25. En fonctionnement, pendant l'application de la pres- sion hydraulique à l'ensemble 18, le piston 16 s'étend de façon à solliciter vers l'extérieur le patin avant 12L. L'extrémité 26L du patin inférieur tourne contre le bloc 25, et la section 15L de matériau de friction vient en contact par friction avec la surface intérieure du tambour 30, d'o il résulte un freinage de la rotation du tambour 30 et de la roue du véhicule. L'ensemble comportant le patin avant fonctionne de la même façon etsim.ultanément. Lors de la libération de la pression hydraulique, les pistons 16 re- viennent en arrière sous l'effet de la force de sollicitation dirigée vers l'intérieur exercée par le ressort de rappel de frein, lequel sollicite également les patins 12L et 12T pour les ramener à leur position d'origine, d'o il résulte une libre rotation du tambour 30, et de la roue du véhicule. La figure 2 représente une vue en coupe de l'ensem- ble 18 comportant le cylindre de roue, lequel incorpore deux pistons 32 qui représentent le mode de réalisation particu- lier de la présente invention. Les pistons 32 sont placés de façon à coulisser dans des sens opposés à l'intérieur d'un cylindre 31, créant entre eux une chambre hydraulique 33. Des coupelles 34 en élastomère agissent en joints hydrauli- ques et butent contre la surface arrière des pistons 32, et des éléments 35 prolongateurs de coupelles butent contre le côté arrière des coupelles 34 et reçoivent un ressort de sollicitation 36. Des enveloppes anti-boue 38 sont engagées dans des rainures extérieures 39 de l'ensemble 18 et s'éten- dent dans le cylindre 31 de façon à être en contact étanche avec les pistons d'actionnement 32. Le piston 32 comprend un manchon cylindrique exté- rieur 45 ayant une paroi arrière fermée 46, une extrémité avant ouverte 47, une surface intérieure 48, et une surface extérieure 49. Un pilier 50 est disposé coaxialement à l'intérieur du manchon 45 et comprend une surface cylindri- que extérieure 51, une cavité intérieure 52, un fond de cavité 53, une ouverture de cavité 54, qui est de préférence chanfreinée, et une surface intérieure de cavité 55. Le pilier 50 est en saillie dans une direction axiale avant à partir de la paroi arrière 46 et peut, selon la conception particulière du mécanisme de frein, s'étendre au-delà de l'extrémité avant 47 du manchon extérieur. Le pilier 50 a un diamètre extérieur qui est plus petit que le diamètre in- térieur du manchon 45, d'o il résulte un espace annulaire 56 entre eux. La surface extérieure 51 du pilier diverge suivant un angle B, et la surface intérieure 55 de la cavité converge suivant un angle C, de façon à former une partie de base an- nulaire 70 de forme tronconique qui est contiguë à la paroi arrière 46. La partie de base 70 permet une répartition plus uniforme des forces axiales rencontrées pendant l'opération de freinage sur la paroi arrière 46. L'angle B est compris dans la gamme 5-25 , est de préférence de 150. L'angle C est cmpris dans la gamme 30-90 , et est de préférence de 60 . Des nervures 57 sont distantes circonférentiellement les unes des autres à l'intérieur de l'espace annulaire 56 et s'étendent entre la surface intérieure 48 du manchon 45et la surface extérieure 51 du pilier 50. Les nervures 57 s'éten- dent de préférence depuis la paroi arrière 46 dupilier jusqu'à un point situé à l'arrière de l'extrémité avant 47 du manchon extérieur. Les parties avant 59 des nervures 57 sont de préférence en pente vers l'avant et vers l'extérieur du pilier 50 jusqu'à l'extrémité avant 47 du manchon 45, laissant ainsi ouverte une partie de l'espace 56 de façon à former un espace d'expansion 58 entre le pilier 50 et le manchon extérieur. Comme les résines synthétiques actuelles ne présentent pas des caractéristiques de support de charge en surface convenables, un bouchon ou chapeau de butée mé- tallique est de préférence inclus dans l'ensemble compor- tant les pistons de façon à agir en surface d'appui pour les extrémités 19L et 19T des patins de frein. Dans le cas o des résines seraient mises au point à l'avenir ayant les caractéristiques précédentes, les parties rapportées ou chapeaux de butée utilisées dans- le mode particulier de réalisation de la présente invention et dans ses variantes pourraient être éliminées. Le bouchon 37 du mode particulier de réalisation de la présente invention comprend un rebord 61 et un axe 62. L'axe 62 diverge dans la direction avant suivant un angle A de façon à assurer un emmanchement serré après insertion dans la cavité 52. L'angle A est normalement compris entre- un demi et deux degrés, et est de préférence d'un degré. L'extrémité arrière 63 de l'axe 62 peut comporter un chan- frein 64 de façon à faciliter son insertion dans l'ouverture 54 de la cavité. De préférence, le bouchon 37 est enfoncé à la presse dans la cavité 52 pendant le montage jusqu'à ce que son rebord 61 soit assis contre l'extrémité avant 66 du pilier 50. L'axe 62 n'est en saillie dans la cavité 52 que sur une profondeur axiale égale ou inférieure à la longueur axiale de l'espace d'expansion 58. Ainsi toute expansion diamétrale du pilier 50 provoquée par le montage à force du bouchon 37 dans la cavité 52 n'est pas conférée au manchon extérieur 45. Les nervures 57 assurent par conséquent un ren- forcement structurel radial entre le pilier 50 et le manchon extérieur cylindrique 45 sans provoquer une augmentation du diamètre extérieur du piston 32. L'espace 58 sert également de surface de réception d'une enveloppe 38 anti-poussière (voir figure 2) qui vient en contact étanche avec le pilier et le manchon extérieur 45. Une variante du mode particulier de réalisation de la présente invention peut utiliser un autre bouchon de butée comportant un axe de diamètre uniforme qui ne provoque aucune dilatation du manchon intérieur. Le bouchon peut être fixé au piston par une colle connue de façon à le maintenir en place pendant l'entretien du frein. Comme ce type d'axe de bouchon ne provoque aucune dilatation du manchon inté- rieur, les nervures de renforcement peuvent s'étendre sur la totalité de la longueur axiale du pilier sans qu'il y ait dilatation du manchon extérieur. Une autre variante du mode de réalisation particu- lier de la présente invention est un bouchon de butée qui se monte sur l'extrémité avant du pilier au lieu de se mon- ter dans une cavité de pilier. Un tel bouchon peut être fixé au pilier par une colle comme cela a été décrit précé- demment. Le piston 32 peut être constitué d'une résine thermo- plastique ou thermodurcissable qui soit compatible avec les fluides de freinshydrauliquesd'usage courant et qui présen- te une stabilité dimensionnelle appropriée pour les tempéra- tures rencontrées dans l'environnement du piston pendant les opérations de freinage. Ces températures peuvent être compri- ses entre la température ambiante et une température attei- gnant 1200C. La résine peut être renforcée avec des fibres de verre, des sphères de verre, du talc, du carbone, ou tout autre matériau organique ou minéral conférant une résistance mécanique et une stabilité dimensionnelle supplémentaires. Des exemples de matériaux appropriés sont le matériau dit Nylon 66 renforcé à la fibre de verre (tel que le matériau dit FIBERFILL G 10/40) ou le matériau dit Nylon 612 renforcé à la fibre de verre (tel que le matériau dit FIBERFILL G 4/34 ou G 4/45). Le mode de réalisation particulier venant d'être dé- crit a été utilisé avec succès dans un cylindre de roue à frein à tambour ayant un alésage nominal de 17 mm. Le pis- ton était composé de matériau dit Nylon renforcé de fibres de verre et est compatible avec le fluide de frein hydrauli- que à base de glycol utilisé couramment aux Etats-Unis d'Amérique. Après 250.000 cycles de pression hydraulique simulant des opérations de freinage, les pistons et les cy- lindres ne présentaient aucune des traces de friction, Z489462 d'abrasion et d'usure que l'on rencontre dans les pistons en aluminium de l'art antérieur. Une telle réduction de l'usure est particulièrement avantageuse car des pistons de cette nature peuvent être utilisés dans des cylindres de roue en aluminium sans avoir à procéder à l'anodisation coûteuse des cylindres. D'autres matériaux synthétiques, tels que des rési- nes époxy phénoliques ou renforcées, qui sont des résines thermodurcissables, sont également compatibles avec le flui- de de frein à base de glycol et l'on pense qu'.elles ont des propriétés mécaniques permettant de satisfaire les critères cités ci-dessus. L'utilisation de fluides de frein à base de silicones ou de minéraux, courante en Europe, peut néces- siter l'emploi d'autres résines synthétiques compatibles avec ces fluides. Etant donné que les pistons du présent mode de réa- lisation de l'invention peuvent être moulés par injection, on dispose d'un choix infini dans les formes de ces pistons et on n'est pas lié par les limitations de coûts et de procédes associés à l'usinage et à la fabrication d'autres matériaux tels que les métaux. Certains de ces choix sont représentés dans les figures 5 à 10, qui sont des exemples d'autres modes de réalisation de la présente invention. Après examen de ces exemples, d'autres modes de réalisation de la présente invention viendront sans aucun doute à l'es- prit de l'homme de l'art. Dans la figure 5, le piston 71 comporte un élément intérieur 72 coaxial au manchon extérieur 45. Par contraste avec le pilier cylindrique 50 du mode particulier de réalisa- tion de la présente invention, l'élément intérieur 72 a la forme d'une étoile et comprend une pluralité de sommets ou coins 73 distants circonférentiellement les uns des autres autour de sa périphérie. Les sommets 73 s'étendent de façon à rejoindre la surface intérieure 48 du manchon extérieur et assurent un renforcement structurel radial entre l'élément 72 et le manchon extérieur. Le piston 71 de la figure 5 comporte une cavité coaxiale 74 destinée à recevoir un bouchon de butée. Cepen- dant, comme dans le cas du mode de réalisation particulier de l'invention, le piston 71 et les autres variantes repré- sentées dans les figures 6 à 10 peuvent comporter des élé- ments ou piliers intérieurs massifs. Dans ce cas, un bouchon de butée peut être prévu qui se monte sur l'extrémité avant de l'élément ou pilier intérieur, ou en variante un disque de butée peut être monté sur l'extrémité de l'élément ou pilier intérieur. Un tel disque peut être reçu dans une ou- verture pratiquée dans l'extrémité avant ou peut être monté de façon que son épaisseur soit axialement en saillie sur l'extrémité avant. La figure 6 représente un autre exemple de variante de réalisation de la présente invention, o le piston 76 comprend un pilier intérieur 77 ayant une forme en coupe rectangulaire. Le pilier 77 coupe la surface intérieure 48 du-manchon extérieur, à laquelle il est fixé à ses angles de façon à effectuer un renforcement radial du manchon 45. Dans la figure 7, le piston 79-a un pilier inté- rieur 80 qui a également une forme en coupe rectangulaire; cependant, contrairement au piston 76 de la figure 6, le pilier 80 coupe la surface intérieure 48 du manchon exté- rieur, à laquelle il est fixé suivant la totalité de sa largeur (w) de façon à assurer un renforcement radial du manchon 45. La figure 8 représente un piston 82 qui comporte un élément de pilier 83 ayant la forme d'une croix. Le pilier 83 a des parties 84 de renforcement radialesen une pièce, qui coupent la surface intérieure 48 du manchon extérieur et la rejoignent sur la totalité de sa largeur (w). Le pis- ton 82 est représenté en figure 8 avec des parties radiales contiguës 84 orientées de préférence de façon à être sensi- blement perpendiculaires les unes aux autres. Cependant, les parties 84 peuvent être orientées suivant des angles autres que 90 si de tels angles sont souhaitables ou pré- sentent un intérêt. Les figures 9 et 10 représentent des pistons 86 et 86',respectivementcomportant des piliers 87 et 87' respec- tivement. Les piliers 87 et 871 ont une forme hexagonale en coupe et comportent des rayons radiaux de renforcement 88 et 88' respectivementi destinés à renforcer radialement le manchon extérieur 45. Les rayons 88 et 88' sont distants circonférentiellement les uns des autres autour de la péri- phérie et s'étendent radialement de façon à rejoindre la surface intérieure 48 du manchon extérieur des pistons 86 et 86', respectivement. Dans la figure 9, les rayons 48 s'étendent radialement depuis les points d'intersection des côtés de la section hexagonale de l'élément intérieur 87, alors que les rayons 88' de la figure 10 s'étendent radiale- ment depuis les parties plates des côtés de l'élément inté- rieur 87'. Bien que les figures 9 et 10 représentent des pistons avec des piliers ayant une section hexagonale, le piston de la présente invention peut avoir des piliers ayant une section d'une autre forme si l'on considère que cela est souhaitable ou avantageux. La présente invention n'est pas limitée aux exemples de réalisation qui viennent d'être décrits, elle est au contraire susceptible de variantes et de modifications qui apparaîtront à l'homme de l'art. REVEND ICAT IONS 1. Piston dynamique actionné mar fluide,caractérisé en ce Cu'il coemrendun cylindre ayant une extrémité fermée, un moyen de renforcement de cylindre s'étendant axialement depuis l'extrémité fermée sur au moins une partie de la longueur axiale du cylindre, ce moyen de renforcement se terminant par un moyen de butée, d'o il résulte que les forces axiales sont transmises de l'extrémité fermée du cylindre au moyen de butée. 2. Piston selon la revendication 1, caractérisé en ce que le moyen de renforcement comprend une saillie défi- nissant un espace annulaire entre le cylindre et la saillie, une pluralité de nervures s'étendant entre le cylindre et la saillie. 3. Frein de véhicule actionné par piston ou au moins un piston, en réponse à des forces dynamiques exercées par un fluide, coulisse à l'intérieur d'un cylindre pour actionner le frein, caractérisé en ce que le piston comprend un cylindre ayant une extrémité fermée, un moyen de pilier de support de charge qui s'étend de l'extrémité fermée sur la longueur axiale du cylindre, d'o il résulte que le moyen de pilier assure un renforcement radial du cylindre et trans- met les forces dynamiques du fluide aux éléments d'actionne- ment du frein. 4. Piston dynamique actionné par fluide,caractérisé en'ce qu'il conhorte un cylindre- extérieur ayant.-Une extrémité avant ouverte et une extrémité arrière ferméeunpilier coaxial à l'intérieur du cylindre extérieur-et comportant une cavité axiale à son extrémité avant, ce pilier s'étendant axialement depuis l'extrémité arrière fermée du cylindre extérieur sur au moins une partie de la longueur axiale du cylindre, for- ainsi un espace annulaire entre le pilier et le cylindre extérieur, une pluralité de nervuresdistantes circonféren- tiellement les unes des autres et s'étendant radialement entre le pilier et le cylindre extérieur et s'étendant axialement entre l'extrémité arrière fermée du cylindre extérieur sur au moins une partie de la longueur axiale de l'espace annulaire, ces nervures étant en pente vers l'arrière en s'éloignant de l'extrémité avant ouverte du cylindre extérieur et coupant le pilier à l'arrière de cette extrémité avant, et un moyen de butée fixé à cette extrémité avant. 5. Piston selon la revendication 4, caractérisé en ce que le pilier comprend en outre une partie de base annu- laire tronconique contiguë à l'extrémité arrière fermée du cylindre extérieur, cette partie de base divergeant vers l'arrière de façon à couper l'extrémité arrière fermée du cylindre extérieur. 6. Piston selon la revendication 5, caractérisé en ce que le moyen de butée comprend un axe ayant des extrémi- tés avant et arrière et un rebord sur l'extrémité avant, l'extrémité arrière de l'axe s'étendant dans la cavité sur une profondeur n'allant pas au-delà de l'intersection des nervures et du pilier. -