Brevet FR2521239A1 — publié le 19830812

La présente invention a pour objet un dispositif ralentisseur permettant de dissiper sous forme de chaleur de l'énergie dépensée entre au moins deux surfaces disposées au voisinage l'une de l'autre et mobiles relativement l'une par rapport à l'autre. A ce type de dispositifs appartiennent notamment les ralentisseurs électromagnétiques- et les freins à disques. On sait qu'un ralentisseur électromagnétique (ou wélec- tromécanique") est constitué essentiellement d'un disque métallique conducteur électrique qui tourne entre les bobines fixes d'un électro-aimant. Lorsqu'on veut mettre le ralentisseur en action, on alimente électriquement les bobines de l'électroaimant, et par suite naissent dans le disque métallique des courants électriques dits de Foucault qui dissipent dans le disque sous forme de chaleur de l'énergie empruntée habituellement aux roues d'un véhicule sur l'axe desquelles est monté le disque. Le principe du frein à disque est bien connu qui utilise un disque monté entre deux patins de frein qui viennent frotter sur le disque pour le ralentir. Dans ce cas, l'énergie de freinage est dissipée sous forme de chaleur naissant dans le disque par suite des forces de frottement solides des patins sur les faces du disque. Les freins à disques et les ralentisseurs électromagnétiques sont des dispositifs fiables ayant leurs avantages et inconvénients propres. Le ralentisseur électromagnétique est plus efficace à grande vitesse que le frein à disque mais, n'ayant pas de couple résiduel à l'arrêt, ne permet pas d'obtenir l'arrêt total. Le frein à disque, quant à lui, nécessite l'application d'une forte pression sur les patins de frein, le mécanisme d'actionnement étant normalement assisté et son efficacité diminue avec les grandes vitesses. L'objet de l'invention est de produire un nouveau dispositif ralentisseur, qui se rapproche plus dans sa fonction du ralentisseur électromagnétique que du frein à disque, et qui présente des avantages propres, notamment de simplicité de fabrication, d'efficacité et de faible colt à la fois de construction et d'entretien. Le dispositif ralentisseur conforme à l'invention permettant de dissiper sous forme de chaleur de l'énergie dépensée entre au moins deux surfaces disposées au voisinage l'une de l'autre et mobiles relativement l'une par rapport à l'autre se caractérise en ce qu'il comporte en combinaison - au moins une première surface entratnée en déplacement relatif par rapport à une deuxième surface sous l'actipn d'une force appliquée que l'on veut ralentir ou amortir - - au moins une deuxième surface disposée au voisinage immédiat de la première surface et sur- laquelle est appliquée une force de réaction tendant à immobiliser ladite deuxième surface par rapport à la première ; - et au moins un agent de couple visqueux disposé entre lesdites deux surfaces tendant à y adhérer.Avantageusement, la distance séparant lesdites surfaces et qui est occupée par ledit agent est comprise entre quelques dixièmes de millimètres et quelques millimètres, avantageusement de l'ordre de 1 à 2 millimètres. Dans une réalisation adaptée à de nombreux usages, lesdites surfaces ont la forme de disques circulaires coaxiaux arrangés en deux familles, celui ou ceux de la première famille étant solidaire(s) d'un moyeu central, et celui ou ceux de la seconde famille étant solidaire(s) d'un boîtier extérieur, ledit moyeu et ledit boîtier pouvant tourner en mouvements relatifs l'un par rapport à l'autre, la force à amortir ou ralentir étant appliquée aux disques de l'une des deux familles et la force de réaction aux disques de l'autre famille. Le dispositif conforme à l'invention ainsi construit met donc en oeuvre un phénomène nouveau, à savoir la mise à profit d'un frottement visqueux établi entre les surfaces d'action et de réaction du dispositif. On notera qu'il s'agit ici de la mise à profit tout à fait nouvelle dans cette technique des forces moléculaires de collage existant entre des surfaces solides et un agent de couple visqueux, qui pourra être constitué exemplairement par des gommes de silicone. La mise en oeuvre de ce phénomène conduit à des caractéristiques de fonctionnement nouvelles et particulièrement intéressantes. En particulier, on note que la chaleur dégagée par l'énergie dissipée prend naissance essentiellement dans le volume de l'agent de couple visqueux, ce qui, si l'agent de couple est convenablement choisi et le dispositif convenablement dimensionné, réduit pratiquement à néant l'usure du dispositif et permet, notamment à grande vitesse, des couples de freinage extrêmement efficaces. A l'inverse des freins à disques, on n'aura donc pas à procéder à la révision et au remplacement fréquents d'organes tels que les plaquettes de freins, tandis qu'au niveau du prix de la construction, le dispositif est beaucoup plus économique et nécessite une fabrication moins précise que celle des freins à disques ou des ralentisseurs électromagnétiques. L'invention apparattra plus clairement à l'aide de la description qui va suivre faite en référence aux dessins annexés donnant uniquement à titre d'exemple un mode de mise en oeuvre. Dans ces dessins - la figure 1 montre en demi-coupe transversale et éléva- tion un dispositif ralentisseur construit selon l'invention, la demi-coupe étant faite au niveau du plan repérd I à la figure 2 - la figure 2 est une vue faite moitié en coupe, moitié en élévation du même dispositif, la demi-coupe étant faite au niveau du plan repéré II à la figure 1 - la figure 3 montre en vue éclatée et perspective quelques pièces entrant dans la construction du dispositif - la figure 4 illustre le couple de freinage obtenu en fonction de la vitesse de rotation relative des disques entrant dans la construction du dispositif illustré aux figures précédentes. Selon le mode de réalisation illustré aux dessins, le dispositif comprend essentiellement une première famille de disques comportant, selon le mode de réalisation illustré, quatre disques 1, 2, 3, 4 montés calés sur un moyeu commun 5. Les disques peuvent être maintenus à distance convenable les uns des autres par des entretoises 6, tandis que le blocage sur le moyeu 5 peut être obtenu par des cannelures 7 du moyeu par exemple à pans carrés engrenant des dents 8 en correspondance des disques Ivoir figure 3). Le dispositif comprend en outre des disques appartenant à une seconde famille, au nombre de cinq dans l'exemple illustré, repérés respectivement 9, 10, 11, 12, 13, de sorte que chaque disque de la première famille est compris entre deux disques adjacents de la seconde famille. Chaque disque de la seconde famille comporte en son centre, comme il apparaît plus clairement à la figure 3, un orifice 14 pour le libre passage du moyeu 5 et des entretoises 6. L'ensemble des disques 9-13 de la seconde famille est entretoisé par des segments annulaires respectivement 15, 16, 17 et 18. Chaque entretoise, comme il apparait plus clairement à la figure 3, comprend un orifice central 19 dans lequel peut tourner librement le disque correspondant, tel que 2, de la première famille. L'assemblage peut se faire simplement par des tirants tels que 20 traversant des orifices appropriés 21, 22 des entretoises 15 à 18 et des disques 9 à 13 de la seconde famille, l'assemblage se terminant par le serrage d'écrous de blocage 23, 24 (figure 1). En outre, entre chaque disque de la seconde famille et chaque entretoise, on prévoit avantageusement un joint plat d'étanchéité, tel que le joint repéré 25 à la figure 1 entre l'entretoise 18 et le disque 12. En choisissant convenablement les épaisseurs des entretoises et des joints plats, on détermine ainsi pour chaque disque de la première famille une chambre dans laquelle ce disque peut tourner entre deux disques adjacents de la seconde famille. Dans ces chambres, on introduit un agent de couple visqueux 26. Pour l'introduction de l'agent de couple dans le dispositif, onprévoit au moins un orifice d'entrée tel que 27, et un orifice de purge tel que 28 dans les disques formant flasques latéraux d'extrémité 9, 13 du boîtier. Les orifices 27, 28 forment avantageusement chambre de compensation de volume en prévoyant leur obturation par un joint tel que 29, 30 sollicité par un ressort 31, 32 et pressé par une vis 33, 34 formant orifice d'obturation. Pour faciliter le cheminement de l'agent de couple dans le dispositif et également assurer un bon équilibrage des pressions à l'intérieur du boitier, on prévoit en outre des orifices tels que 35 dans les disques de la seconde famille 10, 11, 12 formant cloisons médianes intermédiaires à l'intérieur du boiter. On note enfin que l'extérieur du boitier présente un aspect aileté du fait de la moindre largeur donnée aux entretoises 15 à 18 sur leur périphérie pour former des ailettes de ventilation telles que repérées 36 sur les entretoises et repérées 37 sur les cloisons intermédiaires 10, 11, 12 de la seconde famille. Si désiré, on peut également, comme illustré aux dessins, prévoir en sus des chambres de compensation à soupapes tarées par des ressorts, formées au nombre de auatre repérées 38, 39, 40 et 41, un clapet, par exemple à bille, 42 de remplissage en agent visqueux du dispositif. On devra prendre soin lors de ce remplissage de ne pas exercer une trop forte pression qui pourrait annihiler l'action des chambres de compensation à ressorts tarés. Enfin, en 43, 44 sont illustrés des joints d'étanchéité permettant la rotation de la partie cylindrique circulaire du moyeu 5 supportant les disques de la première famille à l'intérieur du bottier, la pièce 43 se vissant dans le flasque 9 pour assurer simultanément le réglage de l'entretoisement des disques. On décrira maintenant le fonctionnement du dispositif. On supposera tout d'abord, pour faciliter les explications, qu'il s'agit d'un ralentisseur, par exemple pour véhicule automobile, qui peut être mis en action par accouplement d'un plateau 45 (dont seule la naissance a dté illustrée) et qui est calé sur le moyeu 5 avec les roues du véhicule à freiner. Dans de telles conditions, le bottier extérieur constitué essentiellement par l'assemblage des disques 9 à 13 de la seconde famille et des entretoises 15 à 18 est fixe, étant immobilisé par exemple en étant convenablement solidarisé du bti du véhicule. Lorsque le plateau 45 est accouplé aux roues (par exemple au moyen d'un embrayage non représenté), les disques de la première famille 1 à 4 sont entraidés en rotation avec le moyeu 5 à l'intérieur du bottier entre les disques fixes en regard. L'agent de couple visqueux constitué par exemple par une gomme aux silicones qui colle en adhérant fortement aux parois en regard des disques mobiles 1 à 4 et des disques fixes 9 à 13 provoque des frottements visqueux très importants assurant le ralentissement recherché. Ces frottements se traduisent par une élévation de température de la gomme, laquelle est choisie pour être stable dans des larges plages de températures de fonctionnement, par exemple comprises entre -900C et +3000C. La chaleur ainsi développé dans le volume de l'agent visqueux est évacuée essentiellement par conduction vers la surface extérieure du boitier qui peut être convenablement refroidie, par exemple par-une ventilation naturelle ou forcée. Lorsque la température de la gomme s'élève, celle-ci se dilate et les augmentations de volume sont absorbées dans les chambres de compensation 38 d 41. Ainsi, le volume de l'enceinte n'est pas soumis à des surpressions qui seraient défavorables et risqueraient notamment d'endommager les joints de palier 43, 44. L'expérience montre que l'effet de freinage est le meilleur lorsque la distance séparant les disques mobiles des disques fixes est comprises entre quelques dixièmes de millimètres et quelques millimètres, et en général de l'ordre de 1 à 2 millimètres. Dans de telles conditions, le couple de freinage, nul au départ, augmente rapidement lorsque la vitesse relative augmente pour devenir sensiblement constant lorsque la vitesse est suffisante. A la figure 4, on a ainsi représenté par la courbe C1 le couple de freinage obtenu avec un dispositif tel que décrit précédemment en fonction de la vitesse portée en abscissesen tours/minute. Par comparaison, la courbe C2 montre le couple de freinage d'un frein à disque dont le couple est important au démarrage et dont l'efficacité diminue au fur et à mesure que la vitesse augmente.Bien entendu, la valeur du couple de freinage est directement proportionnelle au nombre de disques en mouvement entre disques fixes, la construction illustrée permettant de modifier facilement le couple nominal par un assemblage géométrique axial d'un plus ou moins grand nombre d'éléments empilés. En ce qui concerne l'agent de couple, celui-ci est cons titué par un produit pâteux, tel notamment qu'une gomme de silicone d'un type utilisé actuellement dans la fabrication des amortisseurs. La gomme peut être chargée ou non, mais il est important que de toutes facons elle conserve dans le temps ses caractéristiques et ne "vieillise" pas trop rapidement. Cependant, on notera que les caractéristiques de l'agent de couple peuvent être différentes selon que le dispositif est destiné à fonctionner couramment, ou seulement occasionnellement, par exemple en temps que dispositif de sécurité.Dans ce dernier cas, on pourra tolérer l'usage de gommes très visqueuses et "collantes", comportant éventuellement des charges spéciales additionnelles qui pourront être très efficaces pour des usages occasionnels mais ne soutiendraient pas un usage répété normal, la charge influant sur le couple résiduel. En ce qui concerne les matériaux constitutifs des disques, ils seront choisis de façon à assurer un bon "collage" avec l'agent de couple visqueux. Les disques liés au bottier sercnt de préférence constitués en un matériau métallique bon conducteur de la chaleur tel qu'acier ou aluminium, de façon à assurer une bonne dissipation de la chaleur vers l'extérieur. Au contraire, les disques solidaires du moyeu pourront être constitués en un matériau peu conducteur de la chaleur, par exemple une matière plastique de qualité appropriée ou un acier revêtu d'un isolant thermique de façon à réduirel'élévation de température du moyeu dont le refroidissement peut poser des problèmes.Eventuellement, le refroidissement peut être assuré cependant par une circulation de fluide et par exemple d'un liquide tel que de l'eau de refroidissement qui pourrait circuler dans des passages ménagés dans le moyeu et/ou le bottier extérieur du dispositif. En ce qui concerne la pression de l'agent de couple, les essais ont montré qu'elle a très peu d'influence sur la valeur du couple résistant. En conséquence, on préfère limiter cette pression pour faciliter la construction, notamment des joints tournants, et réduire l'épaisseur de la paroi enveloppe, et l'on prévoit, comme décrit précédemment, au moins une chambre de compensation pour absorber les variations de volume de l'agent de couple en fonction de sa température, ces chambres de compensation pouvant revêtir la forme des chambres à soupapes tarées à ressorts ou toute autre forme, telle par exemple qu'un accumulateur sous pression gazeuse communiquant avec le volume du dispositif. Les domaines d'application du dispositif de l'invention sont très divers et nombreux. Par exemple, il peut s'agir de freins de secours ou de ralentisseurs pour toutes sortes d'appareils tels que véhicules automobiles, ascenseurs, rotors d'éoliennes, etc. il peut s'agir de ralentisseurs occasionnels tels que dispositifs pour ceintures de sécurité d'automobiles, bites d'amarrage tournantes de gros navires, etc. il peut également s'agir de freinage en fin de course de toutes sortes de dispositifs tels que cabines de téléphérique arrivant à la station, heurtoirs glissants d'arrêt de wagons ferroviaires, ralentisseurs de basculement d'objets tournants, etc. On comprend qu'en fonction des applications, le dispositif pourra revêtir des configùrations et aspects différents dépendant notamment de son implantation et de son usage, soit fréquent, soit occasionnel. Au lieu de disques tournants freinés dans un boitier fixe, on pourra adopter la construction inverse du boîtier tournant autour d'un moyeu fixe, ou encore utiliser des surfaces rectilignes glissantes en regard, par exemple pour freiner un mouvement rectiligne le long d'un rail rectiligne. Dans tous les cas, ce qui est essentiel est que la force à freiner soit amortie par frottements visqueux d'un agent de couple d'épaisseur réduite maintenu entre deux surfaces glissant à faible distance l'une par rapport à l'autre. REVENDICATIONS 1. Dispositif ralentisseur permettant de dissiper sous forme de chaleur de l'énergie dépensée entre au moins deux surfaces disposées au voisinage l'une de l'autre et mobiles relativement l'une par rapport à l'autre, caractérisé en ce qu'il comporte en combinaison - au moins une première surface (1-4) entrainée en déplacement relatif par rapport à une deuxième surface (9-13) sous l'action d'une force appliquée que l'on veut ralentir ou amortir - au moins une deuxième surface (9-13) disposée au voisinage immédiat de la première surface (1-4) et sur laquelle est appliquée une force de réaction tendant à immobiliser ladite deuxième surface par rapport à la première - et au moins un agent de couple visqueux (26) disposé entre lesdites deux surfaces tendant à y adhérer. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que la distance séparant lesdites surfaces (1-4 à 9-13) et qui est occupée par ledit agent (26) est comprise entre quelques dixièmes der:millimètres et quelques millimètres, avantageusement de l'ordre de 1 à 2 millimètres. 3. Dispositif selon la revendication 1 ou la revendication 2, caract8risé en ce que lesdites surfaces (1-4, 9-13) ont la forme de disques circulaires coaxiaux arrangés en deux familles, celui où ceux de la première famille (1-4) étant solidaire(s) d'un moyeu central (5) et celui ou ceux de la seconde famille (9-13) étant solidaire(s) d'un bottier extérieur, ledit moyeu et ledit boîtier pouvant tourner en mouvement relatif l'un par rapport à l'autre, la force à amortir ou ralentir étant appliquée aux disques de lune des deux familles, et la force de réaction aux disques de l'autre famille 4.Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce que les disques de l'une des familles sont immobilisés par rapport au châssis porteur du dispositif, tandis que les autres disques reçoivent le couple d'entratnement en rotation de la force à ralentir ou amortir. 5. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'on utilise comme agent de couple visqueux des gommes de silicone chargées ou non. 6. Dispositif selon l'une des revendications 3 à 5, caractérisé en ce que l'agent de couple 26 est enfermé de façon étanche dans ledit boîtier et il est prévu des moyens de compensations hydrauliques de volume telles qu'au moins une chambre de compensation (38-41) chargée par un ressort absorbant les modifications de volume de l'agent de couple en fonction de sa température. 7. Dispositif selon l'une des revendications 3 à 6, caractbrisé en ce qu'il est prévu des moyens de refroidissement tels queues ailettes de ventilation (36, 37) et des échangeurs à liquide pour extraire la chaleur à la périphérie dudit bottier et/ou sur ledit moyeu. 8. Dispositif selon l'une des revendications 3 à 7, caractérisé en ce que des trous (35) d'équilibrage de pression sont formés à travers certains au moins desdits disques (10,11, 12). 9. Dispositif selon l'une des revendications 3 à 8, caractérisé en ce que plusieurs disques (1-4) formant ladite première famille sont montés sur un même moyeu (5) à l'intérieur d'un bottier comportant des cloisons transversales formant les disques parallèles (9-13) de la seconde famille, présentant un orifice central (14) pour le passage du moyeu (5), lesdites cloisons transversales (9-13) étant entretoisées par des segments annulaires (15-18) entourant les disques (1-4) de la première famille et d'épaisseur supérieure à eux, l'ensemble étant maintenu assemblé par des tirants (20) traversant lesdites cloisons transversales (9-13) et lesdits segments (15-18). 10. Dispositif selon la revendication 6 ou la revendication 9, caractérisé en ce que les chambres de compensation précitées (38-41) sont prévues dans au moins une cloison transversale précitée (9,13) située à une extrémité axiale du dispositif.