Brevet FR2559563A1 — publié le 19850816

1. La présente invention concerne les freins à dis- que et des systèmes de freins à disque. Historiquement, aux Etats-Unis d'Amérique, l'utilisation de freins à disque a été limitée avant tout aux roues avant avec le système typique de freins à tambour sur les roues arrière. Cepen- dant, on assite à un intérêt grandissant pour le montage de freins à disque sur les roues arrière. L'utilisation de freins à disque sur les roues arrière nécessite un système de freins mécanique de sta- tionnement qui soit adéquate et fiable, de préférence soli- daire du frein à disque. Un système solidaire de cette na- ture comprend de préférence un mécanisme de réglage grace auquel le jeu entre le patin à friction et le disque est maintenu et réglé automatiquement pour tenir compte de l'usure du patin. Dans la présente invention, on décrit un frein mécanique de stationnement, solidaire du mécanisme de frein à disque et présentant une possibilité de réglage automa- tique de l'usure. Deux modes de réalisation sont enseignés, qui comportent des mécanismes similaires de réglage mais 2. utilisent néanmoins des mécanismes d'actionnement mécani- que différents. Le mécanisme de réglage de base convient quelles que soient les techniques d'actionnement comme cela apparaîtra ci-après. Le mécanisme de réglage perfectionné comprend une vis de poussée ayant deux zones ayant des surfaces en cou- pe différentes qui sont axialement séparées et exposées chacune à la pression hydraulique d'actionnement en prove- nance du maître-cylindre du véhicule. Un écrou de réglage est reçu par vissage sur la vis de poussée et lié par ro- tation au piston hydraulique d'actionnement de sorte qu'il peut tourner librement par rapport à la vis de poussée et au piston. La pression hydraulique agissant sur la vis de poussée créée des forces en opposition, dont la résultante est appliquée à un ressort mécanique résistant. Tant que la pression hydraulique est inférieure à une valeur prédé- terminée,d'environ 1,4 MPa pour un système typique de frein d'automobile, la force hydraulique résultante agissant sur la vis de poussée est insuffisante pour vaincre la force donnée qui est exercée par le ressort résistant, et la vis de poussée reste stationnaire. Cependant, pendant le dé- placement du piston, l'écrou de réglage est entraîné et avance en rotation par rapport à la vis de poussée, ce qui provoque un ajustement pour tenir compte de l'usure du pa- tin de friction. Avec la croissance de la résistance entre le disque et les patins de friction,il se produit une aug- mentation proportionnelle de la pression hydraulique. Lors- que la force hydraulique résultante agissant sur la vis de poussée est suffisante pour vaincre le ressort mécanique résistant, la vis de poussée en combinaison avec l'écrou de réglage subit une translation vers le piston, ce qui provoque un contact par friction de l'écrou de réglage avec le piston et évite toute nouvelle avance de l'écrou de ré- glage par rapport à la vis de poussée, d'o il résulte 3, l'achèvement du cycle de réglage. Bien que le mécanisme de réglage soit décrit en combinaison avec un frein mécanique de stationnement, il peut être également adapté à tout mécanisme de frein hydraulique à disque. La présente invention sera bien comprise lors de la description suivante faite en liaison avec les dessins ci-joints dans lesquels: La figure 1 représente une vue d'un ensemble constitué d'un frein à disque selon la présente invention; La figure 2 est une vue en coupe prise le long de la ligne 2-2 de la figure 1, représentant les éléments du mode de réalisation préféré de la présente invention; La figure 3 est une vue éclatée des éléments du dispositif de réglage de la figure 2; La figure 4 est une vue en coupe prise le long de la ligne 4-4 de la figure 2; La figure 5 est une vue en coupe semblable à celle de la figure 2, représentant un autre mode de réali- sation de la présente invention; La figure 6 est une vue schématique représentant les éléments principaux d'actionnement de la variante de réalisation représentée en figure 5; et Les figures 7 et 8 sont des représentations sché- matiques des éléments d'actionnement illustrés en figure 6, à l'état non actionné et à l'état actionné, respectivement. La figure 1 représente un ensemble 10 compor- tant un frein à disque muni d'un étrier flottant, o l'étrier 11 est supporté en coulissement sur des ensembles 12L et 12R constitués d'un axe de guidage d'étrier. Les axes 12L et 12R sont fixes à une plaque d'ancrage 13 qui supporte à son tour dans des patins à friction intérieur et extérieur assemblés 14a et 14b d'une façon telle que le couple de freinage est transmis directement à la pla- que 13. 4. Les figures 2 à 4 représentent une vue en coupe et une vue éclatée d'une combinaison perfectionnée d'un frein mécanique de stationnement et d'un mécanisme de réglage de l'usure des patins à friction. L'étrier 10 comporte un alésage 21 de cylindre pour piston, un alésa- ge 22a et 22b pour vis de poussée à deux gradins, un alé- sage 23a pour actionneur à came et un alésage 24 pour cha- peau fileté d'extrémité. L'alésage 22b pour vis de poussée débouche dans l'atmosphère par l'intermédiaire d'un trou d'évent 27; et l'alésage 21 de cylindre pour piston commu- nique hydrauliquement avec l'alésage 23a pour actionneur à came par l'intermédiaire d'un canal 28. Placé à l'intérieur du cylindre 21 se trouve un piston hydraulique.Le piston 30 comprend un alésage interne en trois gradins constitué d'un alésage extrême 31, d'un alésage 32 pour écrou de réglage et d'un alésage 33 d'ac- cès. A l'intérieur du piston 30 sont montés un écrou de réglage 35, un roulement à bille assemblé 36, une rondelle ondulée 37 et une bague de blocage 38. L'écrou de réglage 35 et l'alésage 32 sont re- présentés comme ayant des surfaces tronconiques appariées; cependant tout autre jeu de surfaces appariées peut être utilisé comme cela apparaîtra lorsqu'on aura compris la relation fonctionnelle entre ces surfaces, relation décri- te ci-après. Il peut être souhaitable, dans certaines conditions de fonctionnement, de prévoir des dentures appa- riées ou autres surfaces de contact par frottement sur ces surfaces s'accouplant. La vis de poussée 40 comporte une extrémité file- tée 41, une tête 45 et un tourillon 42 s'étendant entre elles. Le tourillon 42 comporte une rainure circonférentiel- le 43 pour la réception d'un joint torique 44. La tête comporte une rainure circonférentielle 46 pour la récep- tion d'un joint torique 47 et desméplats anti-couple 48. La vis de poussée 40 s'étend axialement à partir 5. de l'alésage 22b, traverse l'alésage 22a, pour déboucher dans l'alésage 21 et s'engager par vissage dans l'écrou de réglage 35. Comme on le voit en figure 2, un joint hydrau- lique est réalisé entre la tête 45 de la vis de poussée et l'alésage 22b au moyen du joint torique 47 et d'une manière similaire un joint hydraulique est réalisé entre le tourillon 42 de la vis de poussée et l'alésage 22a grâce au joint torique 44. Un empilage de rondelles Bel- leville 49 est monté entre la tête 45 et le gradin 25 de l'alésage pour fournir une force axiale agissant sur la vis de poussée 40. Les filets 41 de la vis de poussée et les filets appariés de l'écrou de réglage 35 ont un pas tel que l'écrou 35 tournera pour être animé d'un mouve- ment de translation sur la vis 40 en réponse à une force axiale donnée lorsque celle-ci est appliquée à l'écrou 35. Par exemple,un filet en arc-boutant ayant trois départs avec 10 filets par 25 mm a donné entière satisfaction. Cependant, tout fileté hélicoïdal multi-départ peut être utilisé. Une rondelle anti-rotation 53 entoure la tête 45 de la vis de poussée et vient en contact avec les méplats 48, ce qui a pour effet d'empêcher la rotation de la vis de poussée 40. Vissé dans l'alésage 24 pour bouchon fileté se trouve un chapeau d'extrémité 60 qui comporte un joint torique d'étanchéité hydraulique 61. Le chapeau 60 compor- te un alésage 23b qui forme dans ce chapeau un prolonge- ment de l'alésage 23a pour actionneur à came. A l'inté- rieur de l'alésage pour actionneur à came se trouve un mécanisme d'actionnement à came avec bille rotative, comportant une plaque à came fixe 51, une plaque à came rotative 50, et des billes 54 placées entre les plaques et à l'intérieur d'évidements 58. La plaque 51 est en contact en aboutement avec la tête 48 de la vis de poussée et est empêchée d'être animée d'un mouvement de rotation par un axe anti-couple 55 placé à l'intérieur du trou formé mu- 6. tuellement par l'alignement d'un évidement 16a, & l'in- térieur de l'alésage 23a pour actionneur à came, et d'un évidement 16b pratiqué dans la périphérie extérieure de la plaque A came 51. Un axe similaire 55 empêche la rota- tion de la rondelle anti-couple 53. La rondelle élastique 52 sert à solliciter la rondelle anti-couple 53 contre la paroi extrême de l'alésage 23a. Un palier de butée 57 est monté entre la plaque 50 et la paroi extrême de l'alésa- ge 23b. Un autre joint hydraulique est réalisé entre l'extrémité 56 de l'arbre de la plaque 50 et le chapeau d'extrémité 60 par un joint torique 63. Ainsi, on peut voir que grace à la structure décrite ci-dessus, on a créé deux chambres hydrauliques distinctes. Une chambre 39 d'actionnement hydraulique pour piston est définie entre le joint de piston 18 et le joint torique 44 du tourillon de la vis de poussée. La chambre 39 communique par fluide, via le canal 28, avec la chambre hydraulique 59 pour came d'actionnement. La cham- bre 59 est définie entre le joint torique 47 de la tête de la vis de poussée et les joints toriques 61 et 63 du chapeau d'extrémité. Une chambre non hydraulique 29 pour vis de poussée est ainsi définie entre le joint torique 47 de la tète de la vis de poussée et le joint torique 44 du tourillon de la vis de poussée. La chambre 29 débouche dans l'atmosphère via le trou d'évent 27. On décrira maintenant le fonctionnement mécanique de l'invention. Pour actionner le frein mécanique de sta- tionnement, un levier d'actionnement mécanique 19 est ame- né & tourner sous l'effet d'un cible de frein 7. Ainsi, la plaque à came rotative 50 tourne, provoquant une transla- tion axiale de la plaque à came fixe 51, ce qui se traduit par l'application d'une force axiale à la vis de poussée 40. Lorsque la force axiale est suffisante pour comprimer l'empilage 49 de rondelles Belleville, et la rondelle élastique 52, la vis de poussée 40 est amenée à se déplacer 7. axialement vers le rotor 15. L'écrou de réglage 35 est ainsi amené à venir en contact par friction avec le pis- ton d'actionnement 30, sollicitant ce piston pour l'ame- ner en contact avec le patin à friction intérieur 14a; la force de réaction agissant sur l'étrier 10 provoque une translation de cet étrier vers l'intérieur, d'o une sollicitation de la patte extérieure 17 de l'étrier pour la mettre en contact en aboutement avec le patin de fric- tion extérieur 14b. Ainsi, les deux patins de friction intérieur et extérieur 14a et 14b sont amenés à venir en contact par friction avec le rotor 15. Lors de la libération du frein mécanique de stationnement,le levier mécanique d'actionnement 19 est amené à revenir à sa position approximative de non-appli- cation, d'o il résulte que l'énergie stockée dans l'empila- ge de rondelles Belleville due à sa compression lors de l'application des freins provoque un retour en arrière de la vis de poussée 40. On procèdera maintenant à une description du o20 fonctionnement hydraulique. Lors de l'application du mécanisme de frein hy- draulique, la chambre hydraulique 39 du piston est pressu- risée par le fluide hydraulique provenant du maître-cylin- dre (non représenté) du véhicule. Le piston 30 est sollici- té vers le rotor 15 de façon à effectuer un contact par frottement entre les patins de friction 14a et 14b et le rotor 15. Dans le cas o il existe un jeu réglable entre les patins de friction et le rotor, le piston 30 se déplace- ra dans le sens axial pour fermer ce jeu. Cependant, comme la force nécessaire à la compression de l'empilage de ron- delles BRelleville 49 est supérieure à la force nécessai- re à la compression de la rondelle ondulée 37,la vis de poussée 40 restera stationnaire et par compression de la rondelle ondulée 37, le contact par frottement entre l'écrou de réglage 35 et l'alésage 32 est diminuée au point 8. que l'écrou 35 peut tourner librement. Ainsi, par trans- lation du piston 30,1'écrou de réglage 30 est amené aus- si à se déplacer par rotation vers le rotor 15. Lors de la fermeture du jeu séparant les patins de friction 14a et 14b et le rotor 15, la pression hydrau- lique à l'intérieur de la chambre 39 augmentera propor- tionnellement à la quantité du freinage appliqué comme le fera la pression hydraulique à l'intérieur de la chambre 59 pour actionneur à came à cause du canal hydraulique 28. Alors que la pression hydraulique dans les chambres 39 et 59 augmente dans une plage préférée allant de 0,7 à 1,4 MPa, la force hydraulique agissant sur la surface expo- sée de la tête 45 de la vis de poussée devient suffisan- te pour vaincre la force nécessaire à la compression de l'empilage de rondelles Belleville 49 plus la force hydrau- lique opposée agissant sur la section exposée du touril- lon42 de la vis de poussée à l'intérieur de la chambre 39. Ainsi, la vis de poussée 40 est amenée à se déplacer dans la direction du rotor 15, amenant l'écrou de réglage 35 en contact par frottement avec le piston 30 et empê- chant une nouvelle avance de l'écrou 35 sur les filets 41 de la vis de poussée. Lors du désactionnement du frein hydraulique, le piston 30, l'écrou de réglage 35 et la vis de poussée 40 reviennent en arrière comme un même ensem- ble avec l'écrou de réglage 35 en contact par frottement avec le piston 30. Un jeu souhaitable entre les patins de friction et le rotor peut être maintenu par contrôle de l'écart entre les filets 41 de la vis de poussée et les filets appariés de l'écrou de réglage 35. On décrira maintenant un autre mode de réalisa- tion de la présente invention. La figure 5 représente une vue en coupe d'une patte d'étrier selon une variante de mécanisme d'action- nement mécanique. Alors que le mécanisme de réglage de 9. piston est semblable à celui décrit en figure 2, le mécanisme d'actionnement mécanique des figures 5 à 8 est très différent comme cela apparaîtra dans la description suivante. Un étrier 110 comprend un alésage 121 de cylin- dre pour piston, un alésage à deux gradins 122a et 122b pour vis de poussée,un alésage 123 pour actionneur à ca- me,et un alésage fileté 124 pour chapeau d'extrémité. L'alésage 122b de la vis de poussée débouche dans l'atmos- phère par un trou d'évent 127 et l'alésage 121 de cylin- dre pour piston communique hydrauliquement avec l'alésage 123 pour actionneur à came par l'intermédiaire d'un canal 128. Placé à l'intérieur du cylindre 121 se trouve un piston hydraulique 130. Le piston 130 comporte un alé- sage interne à trois gradins constitué d'un alésage extrême 131,d'un alésage 132 pour écrou de réglage, et d'un alé- sage 133 d'accès. A l'intérieur du piston 130 sont montés un écrou de réglage 135, un roulement à bille oesemblé 136, 0 une rondelle ondulée 137, une rondelle plate 134 et une bague de blocage 138. L'écrou de réglage 135 et l'alésage 132 sont re- présentés comme comportant des surfaces tronconiques appa- riées; cependant, tout autre jeu de surfaces appariées peut être utilisé comme cela apparaîtra lors de la compréhen- sion de la relation fonctionnelle entre ces surfaces, cette relation étant décrite ci-après. Il peut être souhai- table, dans certaines conditions de fonctionnement, de prévoir des dentelures d'accouplement ou autres moyens de contact par friction sur ces surfaces appariées. La vis de poussée 140 comporte de préférence une extrémité filetée 141, une tête 145, et un tourillon 142 s'étendant entre elles.- Le tourillon de la vis de poussée comprend une rainure circonférentielle 143 pour la récep- tion d'un joint torique 144. La tête 145 de la vis de pous- 10. sée comprend une rainure circonférentielle 146 pour la réception d'un joint torique 147. La vis de poussée 140 s'étend axialement à partir de l'alésage 122b, traverse l'alésage 122a, pour entrer dans l'alésage 131 et venir s'engager par vissage dans l'écrou de réglage 135. Commeon le voit en figure 5, un joint hydraulique est réalisé entre la tête 145 de la vis de poussée et l'alésage 122b par un joint torique 147 et, de même,un joint hydraulique est réalisé entre le tourillon 142 de la vis de poussée et l'alésage 122a par un joint torique 144. Un empilage de rondelles Belleville 149 est prévu entre la tête 145 de la vis de poussée et le gradin de l'alésage pour fournir une force axiale agissant sur la vis de poussée 140. Les filets 141 de la vis de poussée et les filets appariés de l'écrou de réglage 135 ont un pas tel que l'écrou 135 se déplace par rotation sur la vis 140 en réponse à l'application à l'écrou 135 d'une force axiale donnée. Vissé dans l'alésage 124 un chapeau d'extrémité 160- comporte un joint d'étanchéité hydraulique 161. Placé en rotation à l'intérieur de l'alésage 123 d'actionnement par came un axe 150 est généralement per- pendiculaire à la vis de poussée 145 d'une manière telle que l'axe de cet axe 150 coupe celui de la vis de poussée 145. L'axe 150 comporte des rainures 151 et 153 ayant des joints toriques 152 et 154 et fournissant un joint hydrau- lique autour de l'axe 150. L'axe 150 et la tête 145 de la vis de poussée comportent des rainures complémentaires à effet de came 155 et 156 qui sont configurées et orien- tées comme représenté en figures 5-8. Comme on peut le voir en figure 5, trois chambres séparées et distinctes sont définies. Une chambre 139 d'actionnement hydraulique à piston est formée entre le joint de piston 118 et le joint 144 du tourillon de la vis de poussée. La chambre 139 communique hydrauliquement, via 11. un canal 128, avec une chambre hydraulique 159 pour axe agissant en came, formée par le joint torique 147 de la tête de la vis de poussée, le joint torique 161 du chapeau d'extrémité et les joints toriques 152 et 154 de l'axe agissant en came. Une chambre non hydraulique 129 pour vis de poussée est définie en joint torique 147 de la tête de la vis de poussée et le joint torique 144 du tourillon de la vis de poussée. La chambre 129 débouche dans l'atmos- phère via un trou d'évent 127. On procèdera maintenant à la description du fonctionnement mécanique de ce mode de réalisation. Pour actionner le frein mécanique de stationnement du mode de réalisation représenté en figure 5, on fait tourner un levier d'actionnement 119. La rotation du levier 119 provo- que à son tour la rotation de l'axe agissant en came entre sa position non activée,telle qu'elle est représentée en figure 7, et sa position d'actionnement représentée en fi- gure 8. Sous l'effet de roulement d'un rouleau à came 158, une force axiale est appliquée à la vis de poussée 140. Lorsque la force axiale est suffisante pour comprimer l'empilement de rondelles Belleville 149, la vis de poussée est amenée à se déplacer axialement vers le patin à friction 114. L'écrou de réglage 135 est ainsi amené à venir en contact par frottement avec le piston d'actionnement 130, sollicitant celui-ci pour l'amener en contact d'abou- tement avec le patin de friction intérieur 114. Ainsi, les patins intérieur et extérieur sont amenés en contact par frottement avec le rotor (non représenté). Lors de la libération du frein mécanique de sta- tionnement, le levier mécanique d'actionnement 119 est ame- né à revenir à sa position de non application, ce qui per- met à l'énergie stockée dans l'empilage de rondelles Bel- leville 149 lors de sa compression pendant l'application des freins,de provoquer un retour en arrière de la vis de poussée 140 et du piston 130. 12. On procèdera maintenant à une description du fonctionnement hydraulique de ce mode de réalisation de l'invention.Lors de l'application du mécanisme de frein hydraulique, la chambre hydraulique 139 pour piston est pressurisée par le fluide hydraulique provenant du maitre- cylindre (non représenté) du véhicule. Le piston 130 est sollicité vers le patin de friction 114 de manière à ef- fectuer un contact par frottement entre les patins de friction et le rotor (non représenté). Dans le cas o il existe un jeu réglable entre les patins de friction et le rotor, le piston 130 se déplacera axialement pour fermer ce jeu. Cependant, comme la force nécessaire pour comprimer l'empilage de rondelles Belleville 149 est supérieure à la force nécessaire pour comprimer la rondelle ondulée 137,1a vis de poussée 140 restera stationnaire et par compression de la rondelle ondulée 137,le contact par frottement entre l'écrou de réglage 135 est diminué au point que cet écrou peut tourner librement. Ainsi, par translation du piston , l'écrou de réglage 135 est amené à se déplacer par ro- tation vers le patin de friction 114. Lors de la fermeture du jeu réglable entre les patins de friction et le rotor, la pression hydraulique à l'intérieur de la chambre 139 croîtra proportionnellement à la quantité du freinage appliqué comme le fera la pression hydraulique à l'intérieur de la chambre 159 de l'actionneur à came par suite de la présence du canal hydraulique 128. Pendant l'augmentation de la pression hydraulique dans les chambres 139 et 159 jusqu'à une valeur comprise entre 0,7 et 1,4 MPa,la force hydraulique agissant sur la surface ex- posée de la tête 145 de la vis de poussée devient suffisan- te pour triompher de la force nécessaire pour comprimer l'empilage de rondelles Belleville 149 plus la force hydrau- lique opposée agissant sur la section en coupe exposée du tourillon 142 de la vis de poussée à l'intérieur de la cham- bre 139. Ainsi, la vis de poussée 140 est amenée à se dé- 13. placer dans le sens du rotor 115, amenant l'écrou de ré- glage 135 en contact par frottement avec le piston 130 et évitant une nouvelle avance de l'écrou 135 le long des filets 141 de la vis de poussée. Lors du désactionnement du frein hydraulique, le piston 130, 1'écrou de réglage et la vis de poussée 140 reviennent en arrière en for- mant un même ensemble avec l'écrou de réglage 135 en con- tact par frottement avec le piston 130. L'appréciation de certaines des valeurs de mesures indiquées ci-dessus doit tenir compte du fait qu'elles pro- viennent de la conversion d'unités anglo-saxonnes en uni- tés métriques. La présente invention n'est pas limitée aux exem- ples 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. 14. REVENDICATION 1 - Frein à disque et étrier, comportant une pre- mière et une seconde pattes d'étrier,. la première patte comportant un cylindre (21), un piston (30) actionné hydrau- liquement reçu en coulissement à l'intérieur du cylindre, un moyen pour pressuriser hydrauliquement le cylindre afin de provoquer un déplacement axial du piston et l'actionne- ment du frein, caractérisé en ce qu'il comprend une chambre hydraulique (39) pouvant communiquer hydrauliquement avec le moyen de pressurisation hydraulique, un moyen de vis de réglage (40) coaxial au piston et s'étendant de la chambre pour entrer dans le cylindre à piston, cette vis de réglage ayant une première surface en coupe sur laquelle agit la pression du fluide hydraulique à l'intérieur de la chambre, d'o l'application d'une première force à la vis de réglage qui sollicite la vis vers le piston, et une seconde surfa- ce en coupe sur laquelle agit la pression du fluide hydrau- lique à l'intérieur du cylindre à piston, d'o l'applica- tion d'une seconde force à la vis de réglage s'opposant à la première force, un moyen d'écrou (35) vissé sur la par- tie de la vis de réglage s'étendant dans le cylindre, un moyen de contact par frottement entre l'écrou et le piston, d'o il résulte qu'un mouvement d'actionnement de frein pré- déterminé du piston a un effet sur le désengagement par frot- tement entre l'écrou et le piston, provoquant un avance- ment axial de l'écrou par rapport à la vis de réglage.