Brevet FR2520075A1 — publié le 19830722

L'invention concerne des perfectionnements aux freins à couronne ou à disque destinés à assurer le freinage d'un ensemble tournant, par exemple d'une roue de véhicule. Un frein à couronne comporte essentiellement une couronne cylindrique coaxiale à l'ensemble tournant et soliddre de celui-ci, une pince munie de garnitures de friction et au moins un vérin hydraulique actionnant la pince Un frein à disque comporte essentiellement un disque circulaire plan concentrique à l'ensemble tournant et solidaire de celui-ci, un étrier muni de garnitures de friction et au moins un vérin hydraulique actionnant les garnitures de friction Lors d'une manoeuvre de freinage les garnitures, immobilisées en rotation dans la pince ou l'étrier, frottent sur les pistes de freinage prévues de part et d'autre de la couronne ou du disque de frein. L'invention porte plus particulièrement sur les vérins actionnant les freins des deux espèces décrites ci-dessus En effet, dans ces deux espèces de freins les garnitures frottent sur les pistes de freinage, en dehors des manoeuvres de freinage. Ce frottement est appelé léchage Le léchage d'une part absorbe inutilement de l'énergie, d'autre part provoque des usures locales des pistes de freinage D'o un fonctionnement non satisfaisant du frein. La solution habituelle consiste à prévoir, entre les garnitures et les pistes de freinage correspondantes, un écartement ou jeu suffisant pour empêcher tout léchage Ceci par exemple au moyen de dispositifs de rappel disposés à l'intérieur du vérin actionnant le frein Ces dispositifs peuvent augmenter le temps de réponse du frein Par ailleurs, ils introduisent souvent un jeu trop faible pour être et rester toujours efficaces. _ 2 _ C'est ainsi que le but de l'invention est d'éviter le léchage des garnitures sur les pistes de freinage, tout en assurant un temps de réponse du frein constant, court et indépendant de l'usure des garnitures. L'invention concerne, en conséquence, un vérin pour frein à couronne ou à disque, comportant unorps intérieurement cylindrique et muni d'un fond et d'une arrivée de fluide hydraulique sous pression, deux -poussoirs dont au moins un mobile dans le sens axial et un piston mobile dans le sens axial dans le corps du vérin, caractérisé en ce qu'entre ce premier piston et le poussoir mobile est disposé un second piston coulis- sant axialement avec Sottement dans le corps du vérin, en ce que le premier piston est muni d'un prolongement cylindrique de diamètre inférieur à celui de l'intérieur du corps du vérin, et d'un passage de l'une à l'autre de ses faces pour le fluide hydraulique, en ce qu'un joint d'obturation du passage du premier piston est disposé vis-à-vis du passage de façon à obturezr le passage lorsque le vérin est en position de freinage et à libérer le passage lorsque le vérin est en position de repos, la course du premier piston entre ces deux positions correspondant au jeu désiré entre les garnitures de friction du frein et la couronne ou le disque, en ce que les hauteurs axiales et les courses des deux pistons dans le corps du vérin sont prévues de façon à ménager une chambre pour le fluide hydraulique sur chacune des faces du premier piston, en ce que le prolongement du premier piston coulisse axialement avec frottement dans un guidage, et en ce que la somme des efforts de frottement axiaux, rapportée à la surface de la section droite du prolongement, du premier piston sur le corps du vérin et du prolongement sur son guidage est inférieure à la somme des efforts de frottement axiaux, rapportée à la différence entre les surfaces des sections droites du corps du vérin et du prolongement du second Diston sur le corps du vérin et-sur le prolongement. Le dessin avec la partie de la description qui se réfère à ce dessin illustre schématiquement des exemples d'exécution de l'invention C'est ainsi que la figure l montre la coupe selon son axe longitudinal d'action d'un vérin à l'état de repos, les garnitures de freinage étant neuves, 3 _ la figure 2 montre le m 4 me vérin au repos, les garnitures de freinage étant partiellement usées et la figure 3, montre le même vérin au cours d'une manoeuvre de freinage et les figures 4 À et 4 B, 5 A et 5 B montrent deux autres variantes d'exécution de ce vérin, également en position de repos et de freinage. Le vérin 1 des figures 1 à 3 comporte un corps 2 intérieurement cylindrique de révolution autour de l'axe longitudinal ZZ' Ce corps 2 est fermé à une extrémité par un fond 3. L'autre extrémité, ouverte, sert de guide à un poussoir 4 mobile dans le sens axial dans le corps 2 Intérieurement au corps 2 et épousant son diamètre intérieur, on voit un premier piston 6 muni d'un prolongement 7 et un second piston , conformément à l'invention. Le fond 3 du corps de vérin 2 forme le poussoir fixe. Le fond 3 d'une part ainsi que le poussoir mobile 4 d'autre part, sont reliés par des moyens connus à la pince ou l'étrier de frein (non représentés) L'arrivée 21 pour le fluide hydrau- lique sous pression destiné à actionner le vérin 1 est disposée dans le corps 2 à proximitp du fond 3 et dans la chambre 8 remier du corps 2 compris entre le/piston 6 et le fond 3, de façon à agir sur la face 61 du piston 6 regardant le fond 3 du corps 2. Le second piston 5 en forme de bague est disposé entre le premier piston 6 et le poussoir mobile 4 Le premier piston 6 est muni sur sa face 60 regardant le second piston 5 d'un prolongement coaxial 7 Ce prolongement 7 de diamètre inférieur à celui de l'intérieur du corps 2 coulisse axialement dans le 3 Q second piston-bague 5 A cet effet, le second piston 5 est muni d'un alésage intérieur 56 coaxial au premier piston 6 et au pwlongement 7 Cet alésage intérieur 56 forme le guidage du prolongement 7, conformément à l'invention. La bague 5 a une hauteur axiale 50 inférieure à celle 70 du prolongement 7 Le prolongement 7 du premier piston 6 porte le poussoir 4 mobile A cet effet, le poussoir 4 comporte une excavation 42 dans laquelle vient se loger l'extrémité libre 71 du prlongement 7, l'autre extrémité 72 du prolongement - 7 étant solidaire du premier piston 6. 4 - Les hauteurs axiales 50, 80, 70 de la bague 5, du premier piston 6 et de son prolongement 7 sont choisies de façon que, compte tenu de la hauteur axiale 20 du corps 2 du vérin, puis- sent subsister, lorsque l'épaulement 43 du poussoir 4 est au contact de la face 540 du second piston-bague 5, des chambres 8, 9 susceptibles de recevoir du fluide hydraulique sous pression, l'une 8 comprise axialement entre le fond 3 du corps cylindrique 2 et la face correspondante 61 du premier piston 6, l'autre 9 comprise axialement entre la bague 5 et l'autre face 60 du premier piston 6 En outre, la longueur de coulissement du pro- longement 7 dans la bague 5, c'es-à-dire la hauteur de la chambre 9 comprise entre la bague 5, le premier piston 6 et le corps 2 est limitée par l'extrémité libre 43, formant butée, de l'exca- vation 42 du poussoir mobile 4 dans laquelle porte le prolon- gement 7. Le corps 2, dans sa partie guidant le poussoir 4, et/ou le poussoir 4 sont munis d'une rainure telle que 23 autorisant la circulation de l'air contenu entre la bague 5 et le poussoir 4, lorsque la bague 5 et/ou le poussoir 4 coulissent dans le corps 2 Par ailleurs, le premier piston 6 comporte un joint 62 d'étanchéité frottant sur le corps 2 du vérin. En guise de passage de l'une à l'autre de ses faces , 61 pour le fluide hydraulique entre les deux chambres 8, 9, comprise la première 8 entre le premier piston 6 et le fond 3 du corps 2, la seconde 9 entre le premier piston 6 et la bague 5 et le corps 2, le premier piston 6 comporte deux conduits tels que 64, 65 le traversant axialement d'une face 60 à l'autre face 61 Vis-à-vis de ces conduits 64, 65 équidistants de l'axe ZZI du vérin l est disposé un joint 59 dans la bague 5. Le joint 59 opère l'obturation des conduits 64, 65 lorsque la face plane 60 du premier piston 6 vient se placer contre la face 54 correspondante du mond piston-bague 5, grâce au coulissement du priongement 7 dans l'alésage intérieur 56 de la bague 5, comme décrit ci-après. Dans cet exemple et conformément à l'invention, d'une part la somme F 1 = F'1 + F" 1, des efforts de frottement (statique). F' du premier piston 6 sur l'intérieur du corps de vérin 2 et F" 1 du prolongement 7 sur l'alésage 56 du second piston-bague 5, -5 - rapportée à la section droite de surface S du prolongement 7 est inférieure à la somme F 2 = FI 2 + F" 2 des efforts de frottement F'2 du second piston- bague 5 sur le corps de vérin 2 et F" 2 sur le prolongement 7, rapportée à la section droite de surface 52 du second piston-bague 5 ou à la différence S-Sl de la section droite de surface S de l'intérieur du corps de vérin 2 et de la sectin 51 du prolongement 7 D'autre part, l'effort R du ressort d'ouverture de la pince ou de l'étrier de frein (non représentés) au niveau du vérin 1 est inférieur à la somme F 2 des efforts de frottement du second piston-bague 5 sur le corps de vérin 2 et sur le prolongement 7 Le développement ci-dessus se.résume dans les deux inégalités F, F 2 F 2 31 52 S Sa 1 2 s-S R les sommes des efforts F 1 et F 2 ainsi que leurs composants F'1, F" 1, F'2, F" 2 étant orientés axialement. Pour obtenir le premier effort de frottement unitaire F conforme à l'invention, différents moyens, connus en soi, si peuvent être utilisés isolément ou en combinaison On peut, par exemple, loger un ou plusieurs joints 52, 53 entre la paroi extérieure 51 de la bague 5 et le corps 2, joints ênt la surface totale en contact avec le corps de vérin 2 soit plus grande que la surface totale du ou des joints 58 logés entre l'alésage intérieur 56 de-la bague 5 et le prolon- gement 7 On peut aussi utiliser un ou des joints tels que l'effort de compression du ou des joints 52, 53 entre la bague 5 et le corps 2 soit supérieur à l'effort de compression du ou des joints 58 entre l'alésage 56 de la bague 5 et le prolonge,- ment 7 On peut aussi loger entre la bague 5 et le corps 2 un J 30 ou des joints 52, 53 en un matériau à coefficient de frottement plus élevé que le matériau du ou des joints 58 logés entre l'alésage central 56 de la bague 5 et le prolongement 7. Au début de la manoeuvre de freinage la pression p du fluide dans la chambre 9 est à peu près égale à celle dans la chambre 8 en raison des conduits 64, 65 ménagés selon l'inven- tion dans le premier piston 6 La pression p induit un effort axial p 51 sur le premier piston 6 et son prolongement 7. -6- L'effort axial résultat R 1 sur le premier piston ( 6) et son rolongement 7 est égal à la différence entre l'effort axial induit p 51 et la somme F 1 des efforts de frottement du premier piston 6 et de son prolongement 7 R 1 = P 51 F. Sur le second piston-bague 5 la pression p du fluide induit un effort axial p 529 de même que l'effort axial résul- tant R 2 sur le second piston-bague 5 est égal à la différence R 2 = P 52 F 2- Au cours de la manoeuvre de freinage la pression p augmente L'effort axial résultant R 1 sur le premier piston 6 met en mouvement le premier piston 6 et son prolongement 7 actionnant le poussoir 4 du vérin dès que la pression atteint la valeur Pl = F 1 Dé même, l'effort axial résultant R sur le 51 2 1-5 second piston-bague 5 met en mouvement celui-ci dès que la pres- sion atteint la valeur pu = F 2 Comme selon l'invention l'effort F 2 unitaire U, l'effort résultant R 1 sur le premier piston 6 met en mouvement le premier piston 6 et son prolongement 7 et le poussoir 4 du vérin avant que l'effort résultant R 2 sur la bague 5 mette celle-ci en mouvement Ainsi le mouvement du poussoir 4 sert à vaincre la tension du ressort d'ouverture (non représenté) de la pince ou de l'étrier de frein, c'est-à-dire à rattraper le jeu anti-léchage des garnitures de frein jusqu'à ce que la face 60 du premier piston 2 vienne buter contre la face en regard 54 du second piston 5- Le joint circulaire 59, prévu dans la face plane 54 de la bague 5 orientée vers le premier piston 6,et vis-à-vis des conduits 64, 65 de passage du premier piston 6, se place alors sur les orifices 640, 650 de ces conduits 64, 65 débouchant dans la chambre 9 prévue entre le premier piston 6 et la bague 5. En même temps que cette chambre 9 est supprimée, le joint 59 obture les conduits 64 et 65. À cette étape de la manoeuvre l'effort F délivré par le poussoir 4 est égal à la différence entre le produit de la pression p dans la chambre restante 8 par la section intérieure S -7- du corps de vérin 2 diminuée de la somme Q des sections 640, 650 des sections 64,65 fénagés dans le premier cylindre 6, et la somme des efforts de frottement F'I et F'2 du premier piston 6 et de la bague 5 sur le corps de vérin 2 F = p (S Q) (F 1 + FI 2) Dès lors le vérin se comporte comme un vérin habituel assurant la fermeture des garnitures sur la couronne de frein et, par suite, le freinage De même tout déplacement supplémentaire du premier piston 6 en contact avec la bague 5, entra ne simul- tanément le déplacement de la bague 5, donc le rattrapage de l'usure des garnitures de frein. Le déplacement axial j du premier piston 6 vers le second piston-bague 5 c'est-à-dire la suppression du jeu j entre les deux pistons 5, 6 se fait en introduisant un volume de fluide 53-j faible dans le vérin selon l'invention par comparaison avec le volume S j nécessité dans le cas d'un vérin usuel de m Ome section intérieure S, la surface Si de la section du pro- longement 7 étant nettement plus faible que la surface S de la section du corps du vérin 2 Il en résulte que la durée pour rattraper le jeu antiléchage est très courte et compatible avec un fonctionnement sat Uaisant du frein. A la fin de la manoeuvre de freinage, le ressort d'ouverture (non représenté) de la pince ou de l'étrier de frein rétablit le jeu nécessaire des garnitures de freins. Le poussoir 4 ainsi que le piston 6 reviennent dans leurs positions initiales telles que montrées à la figure 1 lorsque les garnitures sont neuves et à la figure 2 lorsque les garni- tures sont usées Par contre, la bague 5 ne se déplace pas lors de l'opération d'ouverture des garnitures et limite la position de retrait du poussoir 4, butant par l'extrémité libre 43 de l'excavation 42 portant le prolongement 7 du piston 6 contre la face correspondante-de la bague 5, puisque, selon l'invention, l'effort R du ressort d'ouverture de la pince ou de l'étrier de frein, au niveau du vérin est inférieur à la somme F 1 des efforts de frottement du second piston-bague 5 sur le corps de vérin 2 et sur le prolongement 7. L'usure des garnitures, consécutive à la manoeuvre de freinage qui vient d'être exécutée, se t= uve ainsi, conformément à l'invention, automatiquement compensée, et le jeu anti-léchage maintenu constant. te vérin des figures 4 A (en position d'ouverture des garnitures) et 4 B (en position de freinage) comporte par rapport à la variante des figures 1 à 3 un premier piston 10 dont le passage pour le fluide hydraulique entre les deux chambres 8 et 9 est réalisé par un jeu radial périphérique il entre le premier piston 10 et l'intérieur du corps 2 Autrement dit, le diamètre extérieur du premier piston 10 est inférieur au diamètre intérieur du corps de vérin 2 de façon à rendre possible l'échange de fluide hydraulique entre les deux chambres 8, 9 prévues, selon l'invention, de part et d'autre du premier pist On. Dans cette variante le joint coopérant à l'obturation du passage périphérique 11 peut, par exemple, Otre un joint plat 12 en forme de couronne, dont le bord intérieur est coincé dans une gorge 121 ménagée à l'endroit oL le prolongement 7 est implanté dans le premier piston 10 La face 60 du premier piston disposée vis-à-vis du poussoir mobile 4 peut être conique 91 vers l'exté- rieur du premier piston (partie droite des fig 4 A et 4 B) ou être munie d'une nervure périphérique 92 (partie gauche des fig. 4 A et 4 B) Lorsque, après coulissement du prolongement 7 dans le second piston 5 en vue du rattrapage du jeu J anti-léchage cor- respondant, le fluide est expulsé de la chambre 9 entre premier' piston 6 et second piston 5, le joint d'obturation 12, dont le bord extérieur 122 frotte sur l'intérieur du corps 2, vient se plaquer contre la face 60 du premier piston 6 et obture le passage 11 (fig 4 B). Dans cette variante, le frottement approprié, selon l'invention, entre l'extérieur du second piston 5 et le corps de vérin 2 peut Otre réalisé par un segment métallique élastique fendu 50 Conformément à l'invention, la course J (fig 4 A) du prolongement 7 dans le second piston-bague 5 est égal au jeu J (fig 4 B) entre cette bague 5 et la butée axiale 43 formée par le bord intérieur du poussoir mobile 4 Mais cette butée axiale 72 peut aussi-être une goupille, une nervure ou un anneau cerclant l'extrémité libre du prolongement 7 en contact avec le poussoir mobile 4 (fig 4 A). La variante du vérin selon l'invention représentée aux figures 5 A (garnitures ouvertes) et 5 B (garnitures fermées au cours d'une manoeuvre de freinage) diffère essentiellement 4;D de la précédente tout d'abord par l'existence de deux poussoirs 9 _ mobiles, ensuite par le guidage du prolongement du premier piston 10, en outre par l'utilisation du prolongement lui-même comme second poussoir mobile Il en résulte aussi que le second piston 5 est dépourvu d'alésage central et porte directement le premier poussoir mobile, que la chambre 8 avec l'arrivée 21 de fluide hydraulique est prévue entre les-faces en regard-du premier piston 10 et du second piston 5, que la chambre 9 correspondant au jeu anti-léchage J est prévue entre la face du premier piston regardant le fond 3 du corps de vérin 2 et ce fond 3. Le prolongement 13 est guidé dans un alésage intérieur -131 au fond 3 du corps 2 Dans cet alésage 131 il coulisse axialement avec, selon l'invention, un effort de frttement inférieur à celui du second piston 5 dans le corps 2 Selon l'invention le prolongement 13 comporte, par exemple extérieu- rement au fond 3 une goupille, un anneau ou une nervure 132 limitant son coulissement J dans le fond 3 correspondant au jeu approprié entre garnitures et couronne ou disque de frein pour éviter le léchage des garnitures. Le second piston 5 à frottement dur dans le corps 2 du vérin se déplace au fur et à mesure de l'usure des garnitures vers l'extérieur du vérin en poussant devant lui le premier poussoir mobile 4. Le premier piston 10 du type à jeu radial avec son prolongement-poussoir mobile 13 est propulsé à chaque manoeuvre de freinage (fig 5 B) en direction de l'autre extrémité du vérin, jusqu'à ce que la nervure périphérique 136 disposée sur la face du piston regardant le fond 3 vienne se plaquer contre le joint en forme de couronne 133 Alors ce joint 133 obture le passage du fluide hydraulique Le joint couronne 133 a, dans cette variante, son bord intérieur 134 coincé dans une rainure prévue à l'mdroit o le prolongement 13 est implanté dans le premie piston 10 Le bord extérieur 135 du joint-couronne 133 est maintenu entre le fond 3 et le corps 2 du vérin. Le fond 3 comporte des conduits d'aération 31 Ceux-ci permettent à l'air compris entre le joint-couronne 133 et le fond 3 de s'échapper au cours de l'opération de rattrapage de jeu des manoeuvres de freinage. - REVENDICATIONS 1 Vérin pour frein à couronne ou à disque, comportant un corps de vérin intérieurement cylindrique et muni d'un fond et d'une arrivée de fluide hydraulique sous pression, deux poussoirs dont au moins un mobile dans le sens axial et un piston mobile dans le sens axial dans le corps du vérin, caractérisé en ce que, entre ce premier piston et le poussoir mobile, est disposé un second piston coulissant axialement avec frottement dans le corps du vérin, en ce que le premier piston est muni d'un prolongement cylindrique, de diamètre inférieur à celui de l'intérieur du corps du vérin, et d'un passage de l'une à l'autre de ses faces pour le fluide hydraulique, en ce qu'un joint d'obturation du passage du premier piston est disposé vis-à-vis du passage de façon à obturer le passage lorsque le vérin est en position de freinage et à libérer le passage lorsque le vérin est en position de repos, la course du premier piston entre ces deux positions correspon- dant au jeu désiré entre les garnitures de friction du frein et la couronne ou le disque, en ce que les hauteurs axiales et les courses des deux pistons dans le corps du vérin sont prévues de façon à ménager une chambre pour le fluide hydraulique sur chacune des faces du.premier piston, en ce que le prolongement du premier piston coulisse axialement avec frottement dans un guidage et en ce que la somme des efforts de frottement axiaux, rapportée à la surface de la section droite du prolongement, du premier piston sur le corps du vérin et du pmlongement sur son guidage est inférieure à la somme des efforts de frottement axiaux, rapportée à la différence entre les surfaces des sections droites du corps du vérin et du pmlongement>du second piston sur le corps du vérin et sur le prolongement. 2 Vérin selon la revendication 1, caractérisé en ce que le prolongement du premier piston est disposé sur la face du premier piston regardant le second piston et porte le poussoir mobile, l'autre poussoir, fixe, étant constitué par le fond du corps du vérin, en ce que le guidage du prolongement est formé par un alésage intérieur au second piston, en ce que le poussoir mobile ou le prolongement comporte une butée axiale limitant la longueur de coulissement axial du prolongement dans le second piston, en ce que la longueur de coulissement axial du prolon- gement du premier piston dans le second piston est égale à la course du vérin correspondant au jeu entre les garnitures et la couronne ou le disque et en ce que l'arrivée du fluide hydraulique est disposée entre le fond du corps et le premier piston du vérin. 3 Vérin selon la revendication 1, caractérisé en ce que le prolongement du premier piston est disposé sur la face du premier piston regardant le fond'du corps du vérin et forme le second poussoir, mobile, du vérin, en ce que le second piston porte le premier poussoir mobile du vérin, en ce que le guidage du prolongement est formé par un alésage intérieur au fond du corps du vérin, en ce que le prolongement ou le fond comporte une butée axiale limitant la longueur de coulissement axial du prolongement dans le fond, en ce que la longueur de coulissement axial du prolon- gement du premier piston dans le fond est égal à la course du vérin correspondant au jeu entre les garnitures et la couronne ou le disque, et en ce que l'arrivée de fluide hydraulique est disposée entre le premier piston et le second piston. 4 Vérin selon la revendication 1, caractérisé en ce que le passage pour le fluide hydraulique est constitué par au moins un conduit traversant axialement de face à face le premier piston Vérin selon la revendication 1, caractérisé en ce que le passage pour le fluide hydraulique est un jeu radial ménagé entre le premier piston et le corps du vérin et en ce que le joint d'obturation est fixé intérieurement sur le prolongement et s'appuie extérieurement sur le corps du vérin 2-520075 12 - 6 Vérin selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'un conduit d'aération est prévu entre la partie du prolon- gement dépassant du second piston et l'air ambiant. 7 Vérin selon la revendication 3, caractérisé en ce que le passage pour le fluide hydraulique est un jeu radial ménagé entre le premier piston et le corps du vérin, en ce que le joint est fixé intérieurement sur le prolongement et exté- rieurement entre le corps du vérin et son fond, et en ce que ce fond comporte au moins un conduit d'aération. 8 Vérin selon la revendication 2, caractérisé en ce que le polongement comporte la butée axiale pour le second piston. 9 Vérin selon la revendication 2, caractérisé en ce que le poussoir mobile comporte la butée axiale pour le second piston. Vérin selon la revendication 3, caractérisé en ce que le-prolongement comporte la butée.