Brevet FR2549921A1 — publié le 19850201

L'invention concerne un frein de roue actionné hydrauliquement, dans lequel la pression de freinage est transmise, par l'intermédiaire de pistons mobiles dans au moins un cylindre, à des mâchoires pourvues de garnitures de friction qui, pour convertir en 5 chaleur l'énergie cinétique du véhicule, sont applicables contre des surfaces de friction correspondantes de la roue, par exemple contre au moins un disque ou un tambour de frein. Dans les freins de roue connus appartenant à ce type, les pistons qui déplacent les machoires sont guidés dans les cylindres du frein et sont en communication avec les chambres de travail correspondantes dans le maître-cylindre, cette communication, qui est directe, étant établie par un liquide appelé "fluide de frein" Il faut donc que ce fluide présente toutes les caractéristiques indispensables au bon fonctionnement du système de freinage en satisfaisant 15 aux impératifs les plus divers, aussi bien ceux propres au maîtrecylindre que ceux propres au cylindre de frein de roue, aux conduites de liaison et aux modules supplémentaires éventuels tels que les modulateurs de pression Si l'on considère en outre que la sécurité d'un véhicule dépend de l'état du système de freinage, et par consé20 quent aussi du comportement physique du fluide de freins, il s'avère donc que ce fluide doit satisfaire à de sévères impératifs de fiabilité, ce qui implique la stabilité à long terme des caractéristiques requises, même en présence de conditions adverses. Les impératifs auxquels un liquide propre à servir de flui25 de de freins doit satisfaire pour ce qui est du maître-cylindre, du frein et de la stabilité à long terme, concernent en premier lieu le point d'ébullition, le comportement à l'eau, la compressibilité, le comportement de corrosion, l'agressivité vis-à-vis des organes d'étanchéité en caoutchouc, la viscosité dans toute la plage de tempé30 ratures, et le pouvoir lubrifiant, qui sont spécifiés et contr 1 lés. Tenter de satisfaire à tous les impératifs concernant ces points équivaut à rechercher des résultats contradictoires Par exemple, la solubilité de l'eau constituerait un avantage puisqu'en cas d'infiltration d'eau cause de corrosion dans le système, cette eau se35 rait alors rendue inoffensive Or, l'absorption d'eau a pour effet d'abaisser le point d'ébullition à des valeurs inadmissiblement basses Le caractère hygroscopique des fluides à base de glycol habituellement utilisés pour les freins implique l'obligation de remplacer ces fluides à intervalles relativement courts, parce que l'ab5 sorption d'eau a pour effet d'abaisser le point d'ébullition à une valeur si basse que le fort développement de chaleur engendrée dans le frein provoque la naissance dans le fluide, de bulles de vapeur qui, du fait de leur grande compressibilité, compromettent dangereusement le fonctionnement du frein. Le point d'ébullition des fluides hygroscopiques couramment utilisés pour les freins dépend de la teneur en eau et, par conséquent du vieillissement Ce critère (le point d'ébullition) devient maintenant de plus en plus important car le refroidissement du frein, donc du fluide contenu dans celui-ci, est devenu plus difficilement réa15 lisable Par exemple, l'évolution vers des carrosseries aérodymamiques conduit à des constructions qui rendent plus difficile l'amenée d'air de refroidissement au frein Les garnitures en matières exemptes d'amiante sont de plus en plus demandées, mais leur conductibilité thermique est, par rapport à celle des garnitures contenant de 20 l'amiante, sensiblement plus élevée, de sorte que le fluide est échauffé davantage Ces données, et d'autres, aboutissent à ceci que de très hautes températures surviennent, au moins localement, dans de nombreuses constructions de freins, le fluide pouvant alors être chauffé jusqu'à son point d'ébullition. L'invention a donc pour but de surmonter les problèmes précités, et de proposer un frein de roues dans lequel les températures de fluide admissible seront plus élevées que dans les freins actuels, sans qu'il y ait production de bulles de vapeur, et sans que le fonctionnement du frein soit compromis Cela pour un coût 30 supplémentaire infime. Ceci étant, il s'avère que ce but peut être atteint, avec une simplicité surprenante, d'une manière constituant un progrès technique sensible, grace à un développement du frein mentionné au début, consistant en ce que le fluide hydraulique contenu dans le 35 cylindre de frein, ou au voisinage immédiat d'un tel cylindre, et agissant sur les pistons est séparé de manière étanche du fluide hydraulique transmettant la pression de freinage au frein. L'invention prévoit en outre les possibilités suivantes: les fluides hydrauliques sont séparés par une membrane agencée dans 5 une chambre interposée sur la conduite transmettant la pression de freinage au frein; la membrane est agencée dans le cylindre de frein de roue; les fluides hydrauliques sont séparés l'un de l'autre par des moyens séparateurs constitués, pour l'essentiel, par un piston auxiliaire coulissant avec étanchéité dans un cylindre; les moyens séparateurs sont intégrés au frein; le piston auxiliaire est agencé dans le cylindre de frein; le frein est du type à disque, étrier flottant et garnitures partielles, et les moyens de séparation des fluides hydrauliques sont disposés dans le carter à bride de ce frein; le fluide hydraulique transmettant la pression de freinage 15 au frein est un fluide d'un type courant, par exemple un fluide à base de glycol, tandis que le fluide hydraulique agissant sur les pistons du frein est un fluide spécial, en particulier un fluide à point d'ébullition élevé, par exemple un fluide à base de silicone on utilise des fluides à base de glycol pour le fluide hydraulique transmettant la pression de freinage au frein, et pour le fluide hydraulique agissant sur les pistons. La séparation des fluides hydrauliques prévue par l'invention, très simplement réalisable au moyen d'une membrane ou d'un piston auxiliaire, permet de satisfaire aux impératifs différents qui 25 sont imposés au fluide hydraulique dans le frein, autrement dit dans le cylindre de frein, d'une part, et dans les autres modules du système, notamment dans le maître-cylindre, d'autre part Dans le cylindre de roue, thermiquement beaucoup plus sollicité que les autres parties, il s'agit avant tout de ne pas atteindre le point d'ébulli30 tion du fluide Dans de nombreux cas, cet impératif peut être satisfait par la seule préservation de la pureté et de l'anhydricité d'un fluide de freins hygroscopique habituel Le pouvoir lubrifiant et l'agressivité du fluide hydraulique constituent par contre des impératifs relativement moins importants dans le cylindre de frein, 35 parce que le piston n'y accomplit que de faibles déplacements, et parce que les pièces et parties en cet endroit, dans la mesure o elles sont exposées au fluide, peuvent être réalisées de manière à résister à la corrosion par le fluide On peut donc utiliser comme fluide de pression un liquide spécial ayant un point d'ébullition particulièrement élevé mais, par contre, des caractéristiques de lubrification, corrosion, viscosité, etc, relativement moins bonnes Quant au deuxième fluide hydraulique, celui qui transmet la pression de freinage-du maître-cylindre jusqu'au frein, il peut alors présenter un point d'ébullition plus bas, en contrepartie de meilleures valeurs des autres caractéristiques déjà mentionnées. Les avantages du frein de roue selon l'invention sont particulièrement sensibles dans le cas d'un frein à disque, garnitures partielles et étrier fixe En effet, avec un tel frein, des températures particulièrement élevées peuvent survenir dans le carter à couvercle, agencé dans la cavité de roue et donc difficilement accessible pour l'air de refroidissement, et dans les trous et alésages qui transmettent la pression de freinage du c 6 té bride au côté couvercle. Les différents objets et caractéristiques de l'invention 20 seront maintenant détaillés dans la description qui va suivre, faite à titre d'exemple non limitatif, en se reportant aux figures annexées qui représentent, de manière schématique: la figure 1, une vue en coupe passant par un plan parallèle à l'essieu du véhicule d'une forme de réalisation d'un frein de 25 roue selon l'invention, avec disque et cuvette de roue, et la figure 2, un autre mode de réalisation de l'invention, considéré selon le même point de vue qu'à la figure 1. L'exemple de réalisation de l'invention selon la figure 1 concerne un frein à disque, à étrier fixe et garnitures partielles, 30 désigné dans son ensemble par la référence 1 Ce frein possède un carter à bride 2, et un carter à couvercle 3, qui, dans cet exemple est agencé dans la cuvette 4 de la roue et se trouve, par rapport au véhicule, du côté extérieur, tandis que le carter a bride est monté du côté intérieur La partie 5 de la jante recevant le pneumatique 35 est également représentée. Le frein à disque 1 est fixé à l'essieu du véhicule, par exemple au logement de roue, au moyen d'au moins deux trous de montage 6 dont un seul est visible sur les figures Cela correspond à une disposition usuelle et n'a donc pas a etre représenté en détail. 5 Un disque de frein 7 est fixé au moyeu de roue, de manière également classique, à l'aide de vis 8, de sorte qu'il tourne en synchronisme avec la jante 4, 5, autrement dit avec la roue. Dar un frein à étrier fixe 1 du genre représenté, le carter à bride 2 et le carter à couvercle 3 comportent chacun au moins 10 un cylindre de frein de roue, 9, 10 avec un piston 11, 12. En outre, le frein à disque 1 comporte des mâchoires déplaçables axialement, composées chacune d'une garniture de friction 13, 14 et d'une plaque dorsale ou support de garnitures, 159 16. Pendant le freinage, les garnitures de friction 13 et 14 15 sont pressées contre le disque 7, par les pistons 11 et 12 des deux cotés, de sorte qu'à cet endroit l'énergie cinétique de la roue, donc du véhicule, se trouve transformée en chaleur par le frottement. Un ressort expanseur 17 fournit aux mâchoires 13,15 et 14,16, par l'intermédiaire des plaques-supports 15 et 16, la force 20 de rappel nécessaire pour obtenir un petit jeu entre, d'une part, les garnitures 13 et 14 et, d'autre part, le disque 7 du frein, lorsque le freinage est terminé, c'est-à-dire après disparition de la pression de freinage. Sur le coté arrière des pistons 1 11 et 12 se trouvent à l'intérieur des cylindres 9 et 10, des chambres de travail 18 et 19 dans lesquelles une pression hydraulique est établie lors du freinage Les deux chambres de travail 18 et 19 sont mutuellement raccordées par un canal 20, représenté ici en tireté, passant à l'intérieur du frein 1 La pression est donc constamment la même dans 30 les deux chambres de travail Une admission 21 est prévue pour raccorder le frein 1, par l'intermédiaire d'une conduite de fluide hydraulique 26 indiquée en tireté, à un maître-cylindre L'admission 21 débouche ici dans une autre chambre de travail 22, à l'intérieur du carter à bride 2 et, par conséquent, à l'intérieur du cylindre 9 35 qui, par rapport au véhicule, est situé du c 8 té intérieur du frein à disque 1. Constituant l'essentiel de l'invention, la séparation des fluides hydrauliques est obtenue, selon la figure 1, à l'aide d'une membrane 23 qui peut être réalisée et fixée par des moyens et une 5 méthode analogues à ceux utilisés pour la membrane séparatrice de fluides dans des accumulateurs hydrauliques connus Cette membrane 23 permet d'obtenir d'une façon très simple, d'une part une transmission non gênée de la pression hydraulique de la chambre de travail 22 aux chambres de travail 18 et 19 et, d'autre part, une sé10 paration complète des fluides hydrauliques Lors d'un freinage, le frottement entre le disque de frein 7 et les garnitures 13, 14 sans amiante, à grande conductibilité thermique, provoque un fort échauffement du fluide hydraulique, en premier lieu dans la chambre de travail 19 qui se trouve dans la cuvette de roue 4, à l'abri de 15 l'air de refroidissement, et dans le canal de liaison 20 Aux endroits particulièrement défavorisés du point de vue de l'évacuation de chaleur, à l'intérieur de la chambre 19 et du canal 20, il peut y avoir, si l'on utilise des fluides de freinage classiques, et notamment si leur point d'ébullition a déjà été abaissé par absorp20 tion d'eau, un dépassement local du point d'ébullition et, par suite, une dangereuse formation de bulles La température du fluide hydraulique dans la zone d'admission du frein, autrement dit du côté bride, est par contre moindre et plus facilement maîtrisable Dans le cas o un refroidissement est nécessaire, il est plus simple d'a25 mener de l'air réfrigérant au coté bride qu'au coté couvercle et aux canaux de liaison 20 qui, en de nombreux endroits, sont très proches de la source de chaleur Il suffit donc de veiller à ce que le fluide hydraulique dans les chambres 18 qui sont en communication mutuelle, et dans le canal 20 ainsi que dans la chambre de travail 19, présente un point d'ébullition suffisamment élevé pour que la température d'ébullition ne soit pas atteinte à l'intérieur du frein. Le fluide hydraulique transmettant la pression de freinage du maîtrecylindre (non représenté) au frein 1 peut par contre avoir un point d'ébullition plus bas, puisqu'il n'est chargé autrement 35 dit échauffé qu'indirectement par la chaleur due au frottement. 254992 '1 Ainsi, pour ce qui est de la qualité et de l'état du fluide hydraulique se trouvant à l'entrée et à l'extérieur du frein de roue 1, ce qui importe le plus c'est non pas le point d'ébullition mais avant tout l'effet de corrosion, le pouvoir lubrifiant, la vis5 cosité, etc, aux températures extérieures rencontrées La séparation des fluides hydrauliques prévue par l'invention permet donc d'adaptater les caractéristiques du fluide hydraulique, mieux qu'auparavant, aux divers impératifs des systèmes de freinage, et de réduire le risque de surchauffe, donc de formation de-bulles, en cas 10 de trop forte sollicitation du frein. Dans une variante du frein à étrier fixe décrit, cette variante correspondant au mode de réalisation selon la figure 2, c'est un piston auxiliaire 24 qui, au lieu d'une membrane, est placé dans le cylindre 9 ', du c 8 té bride du frein Un organe d'étan15 chéité annulaire 25 empêche le transfert de fluide hydraulique de la chambre de travail 22 ' à la chambre 18 ', ou inversement Pour le reste, les formes de réalisation de l'invention selon les figures 1 et 2 sont identiques, de sorte que les chiffres de référence utilisés sont identiques. Si, dans des cas particuliers, le transfert de chaleur par la paroi du carter à bride 2, 2 ' et/ou par la membrane 23 ou par le piston 24, était encore trop important, on pourrait alors, selon un autre mode de réalisation de l'invention, non représentée ici, séparer les fluides à l'extérieur du frein, toutefois à proximité immé25 diate de celui-ci Pour cela, on peut utiliser par exemple un piston auxiliaire coulissant dans un cylindre correspondant, similaire à la partie de droite du cylindre 9 ' du frein selon la figure 2, ou bien un corps creux qu'une membrane subdivise en deux chambres de travail. La séparation des fluides hydrauliques prévue par l'inven30 tion peut toujours être utilisée avec avantage lorsque le recours à un seul fluide hydraulique ne permet pas de satisfaire à tous les impératifs concernant l'intérieur du frein, les autres modules et les conduites de liaison, ou lorsque ces impératifs ne peuvent être satisfaits qu'au prix d'inconvénients (par exemple: remplacement 35 fréquent du fluide). Afin de préserver la clarté du dessin, les ouvertures pour remplissage, vidange et purge d'air des volumes constitués par les deux chambres de travail 18 et 19 ainsi que par les canaux de liaison, et d'autres détails de construction, n'ont pas été re5 présentés sur les figures. Il est bien évident que les descriptions qui précèdent ont été données qu'à titre d'exemple non limitatif et que de nombreuses variantes peuvent être envisagées sans sortir pour autant du cadre de l'invention. REVENDICATIONS 1 Frein de roue actionné hydrauliquement, dans lequel la pression de freinage est transmise, par l'intermédiaire de pistons ( 11, 12) mobiles dans au moins un cylindre ( 9, 10), à des mâchoires pourvues de garnitures de friction qui, pour convertir en chaleur l'énergie cinétique du véhicule, sont applicables contre des surfaces de friction correspondantes de la roue, par exemple contre au moins un disque ( 7) ou un tambour de frein, caractérisé en ce que le fluide hydraulique contenu dans le cylindre de frein, ou au voisinage immé10 diat d'un tel cylindre et agissant sur les pistons ( 11, 12) est séparé de manière étanche du fluide hydraulique transmettant la pression de freinage au frein ( 1). 2 Frein selon la revendication 1, caractérisé en ce que les fluides hydrauliques sent séparés par une membrane ( 23) agencée 15 dans une chambre interposée sur la conduite ( 26) transmettant la pression de freinage au frein ( 1). 3 Frein selon la revendication 2, caractérisé en ce que la membrane ( 23) est agencée dans le-cylindre de frein de roue ( 9). 4 Frein selon la revendication 1, caractérisé en ce que les 20 fluides hydrauliques sont séparés l'un de l'autre par des moyens séparateurs constitués, pour l'essentiel, par un piston auxiliaire ( 24) coulissant avec étanchéité dans un cylindre ( 9 '). Frein selon la revendication 4, caractérisé en ce que les moyens séparateurs ( 9 ', 24) sont intégrés au frein ( 1). 6 Frein selon la revendication 5, caractérisé en ce que le piston auxiliaire ( 24) est agencé dans le cylindre de frein ( 1 '). 7 Frein selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce qu'il est du type à disque, étrier flottant et garnitures partielles, et en ce que les moyens ( 23, 24) de sépara30 tion des fluides hydrauliques sont disposés dans le carter à bride ( 2) de ce frein. 8 Frein selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que le fluide hydraulique transmettant la pression de freinage au frein ( 1) est un fluide d'un type courant, par 35 exemple un fluide à base de glycol, tandis que le fluide hydrauli- 2549921 10 que agissant sur les pistons ( 11,12) du frein est un fluide spécial, en particulier un fluide à point d'ébullition élevé, par exemple un fluide à base de silicone. 9 Fluide selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé par l'utilisation de fluides à base de glycol pour le fluide hydraulique transmettant la pression de freinage au frein ( 1) et pour le fluide hydraulique agissant sur les pistons ( 11,12).