Brevet FR2553712A1 — publié le 19850426

La présente invention concerne de façon générale des rubans, bandes ou garnitures de freins Plus particulièrement, l'invention concerne la fabrication d'une bande composite, à armature de fibres ou de filaments, pour freins et mécanismes de transmission, ainsi que les bandes composites pour freins et mécanismes de transmission ainsi fabriqués. Les bandes pour mécanismes de transmission et freins que l'on utilise actuellement sont presque entière10 ment formées d'éléments en acier avec fixation de la matière de garniture de friction habituelle à la surface interne de la bande La fabrication de bandes de freins en acier exige de nombreuses opérations, ce qui comprend du soudage et de la fixation mécanique, à la fois pour la fabrication 15 des éléments et pour l'assemblage final. La bande de friction de la présente invention est constituée d'une longueur ou d'un ruban de matière composite à armature de filaments contenant plusieurs filaments continusjen longues mèches de verre ou d'une matière analogue) 20 enrobés ou encapsulés dans une matrice résineuse de matière plastique comme une résine époxyde De préférence, les extrémités de la bande composite à armature de filaments sont doublées sur les pattes d'application et de réaction, ce qui donne une liaison solide dans laquelle le transfert 25 de charge(s)des pattes à la bande se distribue de manière régulière Dans des modèles classiques, la charge est transmise par l'intermédiaire de soudures ou de rivets, qui constituent des points faibles. On fabrique la bande en faisant durcir la matrice 30 de matière plastique pendant qu'elle est enroulée autour d'un mandrin cylindrique afin de lui donner sa forme finale, et en maintenant en même temps les filaments sous tension mécanique de manière que, dans le produit final, les filaments soient droits et parallèles les uns aux autres Si les filaments ne sont pas maintenus sous tension mécanique pendant le moulage, ils tendent à transmettre irrégulièrement des forces quand la bande est en service, ce qui crée 2 2553712 une possibilité de craquement de la matrice de matière plastique de la bande et de création d'une séparation transversale. De préférence, une longueur de matière fibreuse d'armature est interposée entre la bande composite et la garniture de friction La matière d'armature renforce encore davantage la bande, notamment dans une direction transversale. Il a été trouvé qu'au cours du moulage, la matrice 10 de matière plastique devient quasi fluide ou liquide à mesure que sa température augmente jusqu'à atteindre la température nécessaire pour le durcissement, et la coulée de matière plastique peut atteindre la garniture de friction, ce qui, bien entendu, est indésirable Cependant, la matière 15 fibreuse d'armature est capable d'absorber la matière qui a coulé La matière plastique qui a été absorbée par la matière fibreuse d'armature et imprègne celle-ci présente l'avantage de la renforcer encore plus. L'invention sera maintenant décrite, à titre d'exemple nullement limitatif, en regard des dessins annexés sur lesquels: la figure 1 est une élévation de face, avec arrachement de certaines parties, d'une bande de friction réalisée selon l'invention, la figure 2 est une vue en plan ou de dessus de la structure représentée sur la figure 1; la figure 3 est une coupe le long de la ligne 33 de la figure 1; la figure 4 est une vue en plan d'un dispositif 30 utilisé pour la fabrication de la bande de frein la figure 5 est une élévation de face, avec arrachement partiel de certaine parties, de la structure représentée sur la figure 4; la figure 6 est une coupe le long de la ligne 635 6 de la figure 5; et la figure 7 est une coupe le long de la ligne 77 de la figure 5. 3 2553712 En se référant plus particulièrement aux dessins et notamment aux figures 1 à 3, on voit une bande de friction composée d'une courroie 10 incurvée, comportant à ses extrémités adjacentes des pattes 11 et 12 d'application et de réaction, en acier ou en une matière analogue, pour recevoir la force d'actionnement, un ruban ou lisière 13 de matière de garniture de friction le long de la surface radialement interne de la courroie, et une longueur d'une matière 14 fibreuse d'armature interposée entre la courroie 10 10 et le ruban 13 de garniture de friction La longueur, ou le morceau, de matière 14 d'armature et le ruban 13 de garniture de friction ont la même longueur et ils sont représentés comme ayant la même longueur que la courroie bien qu'ils puissent se terminer près de l'extrémité 15 comportant la patte de réaction, si on le désire. La courroie 10 a une forme pratiquement cylindrique s'étendant sur presque 360 , sauf l'intervalle entre les extrémités adjacentes La courroie est continue et ininterrompue entre ses extrémités, les parties arrachées et non représentées sur la figure 1 étant analogues aux parties qui y sont montrées. La courroie 10 est en une matière plastique résineuse à armature de filaments, consistant en une matrice 18 de matière plastique dans laquelle sont enrobes plusieurs 25 filaments 20 en longues mèches qui ont la même longueur que la matrice de matière plastique et sont disposées parallèlement à la longueur de celles-ci De préférence, la matière plastique de la matrice 18 est une résine époxyde thermodurcissable, bien qu'on puisse utiliser d'autres matières 30 plastiques thermodurcissables Il existe sans aucun doute aussi des matières thermoplastiques qui pourraient convenir, à condition de ne pas se ramollir, sous l'effet de la chaleur engendrée dans une application particulière quand} en service, la bande est appliquée pour serrage de frein. 35 Les filaments d'armature ou de renfort peuvent être en de nombreuses matières différentes, à condition d'avoir la résistance nécessaire Bien que le verre soit 4 2553712 la matière préférée pour la fabrication de ces filaments, on peut également citer comme exemples d'autres matières appropriées comme le bore, le graphite, le "Kevlar" (marque de la société Du Pont), ou une combinaison de ces matières. Les filaments sont des mèches ou éléments très fins, analogues à des brins flexibles, et ils peuvent prendre des formes comme, par exemple, celles de mèches continues, de mèches tissées, d'étoffes tissées, de brins hachés et de fibres moulues. Le ruban ou morceau de la matière fibreuse d'armature est constitué de multiples fibres liées ensemble de manière à former une étoffe mince, flexible, non tissée, appelée parfois étoffe absorbante Le produit peut être obtenu par exemple chez West Coast Paper Company, Seattle, 15 Washington (Etats-Unis d'Amérique) sous le nom d Oétoffe absorbante "Mochburg Grade CW 1850 " Les fibres de l'étoffe absorbante sont de préférence thermoplastiques et soudées à chaud ensemble De préférence, elles sont en une matière choisie dans l'ensemble constitué par la famille des vinyli20 ques, la famille des polyesters, la famille des polyoléfines, la famille des polyamides, et n'importe quelle combinaison physique ou chimique de ces familles Des exemples de polyoléfines sont du polyéthylène et du polypropylène Un exemple de polyamide est du "Nylon" Des exemples de viny25 liques sont du "Saran", du "Vinyon" et du poly(chlorure de vinyle) (PCV) Le "Saran" est un polymère composé d'au moins % en poids de chlorure de vinylidène Selon la règlementation américaine dite "Textile Products Identification Act" (règlement sur l'identification des produits textiles), n'importe quelle fibre contenant au moins 85 % de chlorure de vinyle peut être appelée "Vinyon", et cela comprend de la fibre de PCV à 100 % La matière d'armature ou étoffe absorbante 14 a de préférence une épaisseur de l'ordre de 0,25 mm, elle est très souple et peut absorber la matière 35 plastique formant la matrice de la courroie 10 (ou peut s imprégner de cette matière plastique, ainsi que cela apparaîtra davantage à la poursuite de la lecture de la présente -2553712 description. La courroie 10 peut consister en, ou comprendre, une ou plusieurs couches ou un ou plusieurs plis de la matière plastique à armature de filaments Dans la forme de réalisation représentée, il y a deux couches a et b de ce genre formées d'une seule longueur de matière, qui est repliée aux extrémités de la bande de frein puis repliée sur elle-même le long de la surface interne de la bande, les extrémités des parties repliées se terminant au centre de la bande en un seul recouvrement 16 clairement représenté sur la figure 1 Les pattes 11 et 12 comportent des parties plates qui sont ancrées dans les plis de la courroie 10 aux extrémités de la bande de frein Les parties extrêmes pliées de la matière plastique à armature de filaments formant la 15 courroie sont évidées ou écartées en c et d, sans découpage de l'un quelconque des filaments, et déplacées vers l'un et l'autre côté des parties 22 et 23 de support de charge des pattes Les parties plates des pattes sont ainsi maintenues en toute sécurité dans les parties extrêmes repliées. 20 Pour fabriquer la bande de friction, on replie la courroie 10 sur les pattes, de la manière décrite au paragraphe précédent, pendant que la matrice 18 de matière plastique se trouve à un état non durci ou partiellement durci dans lequel elle est molle et pliable et un peu 25 collante, ce qui permet de plier les couches et de les presser facilement ensemble à la main On applique ensuite les bandes de garniture de friction 13 et d'étoffe absorbante 14 sur la surface interne de la courroie pliée, l'étoffe absorbante étant disposée entre la garniture de 30 friction 13 et la courroie 10 De préférence, on applique un film d'adhésif entre les rubans 13 à 14 L'adhésif peut, par exemple, être un adhésif à base phénolique pour ruban synthétique qui durcit à environ 163 C La pégosité de la matière 18 de matrice de la courroie 10 fait coller l'étoffe absorbante en contact superficiel avec le ruban. Les parties extrêmes pliées de la courroie 10 recouvrant les pattes sont fendues et écartées longitudinalement entre les filaments 20 et étalées vers l'un et l'autre côté des parties 22 et 23 de support de charge. On donne ensuite à la bande de friction assemblée, consistant en la courroie 10 repliée, les pattes 11 et 12 et les rubans 13 et 14, une forme cylindrique par exemple en enroulant la bande autour d'un mandrin cylindrique et en la plaçant dans un four pour faire durcir ou polymériser la matière plastique 18, faire durcir l'adhésif entre l'étoffe absorbante et la garniture de friction et fixer la bande de friction en la forme représentée Un dispositif convenable, comportant une forme, un moule ou mandrin) autour duquel la bande peut être enroulée pendant qu'elle durcit dans le four, est représenté sur les figures 4 à 7. En se référant plus particulièrement aux figures 15 4 à 7, on voit que le dispositif qui y est représentécomprend une forme ou mandrin 50, qui est cylindrique et comporte le long de chaque côté latéral un rebord 52 s'étendant radialement vers l'extérieur La bande de friction assemblée, consistant en la courroie 10, les pattes 11 et 12 et les rubans 13 et 14, est destinée à être enroulée -autour du mandrin ou forme 50, ses bords latéraux étant confinés entre les rebords 52 La partie 23, à rôle de support de charge, de la patte de réaction 12 présente un trou 54 dans lequel s'engage une goupille ou tige 56 25 d'ancrage s'étendant radialement et pouvant coulisser axialement dans un passage formé dans un bras 58 d'un bloc d'ancrage 60 monté sur le mandrin, vers la patte 12 d'ancrage La goupille 56 est poussée radialement vers l'intérieur, pour pénétrer dans le trou 54, par un ressort 30 hélicoïdal 62 qui encercle la goupille et est comprimé entre un collet 64 de la goupille et le bras 58 On peut rétracter radialement vers l'extérieur, à la main, la goupille en tirant sur un élément transversal 66, disposé à l'autre extrémité de la goupille, pour libérer la patte. 35 La patte 11 d'application comporte une partie 22 de support de charge Une extrémité de tige 70 peut venir au contact de la partie 22 de support et y appliquer une 7 2553712 force tangentielle dans une direction assurant la mise sous tension mécanique de la bande Comme on le voit sur la figure 5, la tige est montée dans un support 72 de manière à pouvoir coulisser axialement sur une ligne s'étendant le long de la ligne de force tangentielle La tige est normalement poussée vers la gauche sur la figure 2, dans une direction permettant de mettre la bande sous tension mécanique, par un ressort hélicoïdal 74 qui encercle la tige et est comprimé entre un collet 76 de la tige et l'extrémité du support 72 La tige 70 peut être rétractée, contre l'action du ressort 74, par un levier 78 articulé sur l'extrémité opposée de la tige et qui comporte une surface de came pouvant venir au contact d'une butée 80 ménagée sur le support La butée 80 est un écrou vissé sur 15 le support et dont la position est réglable sur l'axe de ce support La tige 70 est rétractée quand le levier 78 est pivoté, de la position indiquée en trait plein à la position indiquée par du trait interrompu sur la figure 2, par l'interaction de la surface 79 de came sur le levier 20 et sur la butée 80 Il convient de noter que le support 72 de la tige 70 comporte un filetage externe et est vissé dans un passage ménagé dans un bras 82 du bloc de support 84 articulé Ainsi, le support 72 peut être ajusté le long de la tige 70. Le bloc de support 84 articulé est relié au bloc d'ancrage par un axe 85 permettant un mouvement de pivotement de la position efficace ou de travail représentée en trait plein sur la figure 5 à une position rétractée, représentée par des traits interrompus, dans laquelle la 30 tige 70 est rétractée loin du mandrin pour permettre de charger et d'enlever un assemblage de bande de frein Des éléments de verrouillage, ou gaches, 88, articulés sur le bloc 84 de support peuvent venir au contact de tiges 90 du mandrin pour verrouiller, de manière décliquetable, le 35 bloc de support articulé dans la position efficace représentée par des traits pleins sur la figure 5 et pour empêcher le bloc 84 de basculer à sa position rétractée. 8 2553712 Après chargement d'un assemblage de bandes de freins sur le dispositif de fixation, de la manière représentée sur les figures 4 à 7 des dessins, la goupille d'ancrage 56 coopère avec le trou 54 de la patte 12 et avec le bras 58 du bloc 60 pour placer et maintenir cette patte 12 en position fixe sur le mandrin 50 Le support 72 peut être ajusté pour tenir compte de variations de la longueur de la bandepuis l'on fait basculer le levier 78 jusqu'à la position représentée en trait plein pour dégager la tige 10 70 et lui permettre d'appliquer une force tangentielle sur la partie 22 de support de la patte 11 De préférence, on applique ainsi environ 45,4 kg, soit 445 N, de force ou tension à la bande de frein Cette valeur de la tension mécanique est considérée comme suffisante pour tendre suffisamment les filaments 20, en les maintenant droits et parallèles à l'axe longitudinal central de la courroie et en un état bandé pendant le durcissement de la matrice 18. On place ensuite le dispositif de fixation, sur 20 lequel l'assemblage de bande est ainsi monté et qui comporte la courroie maintenue sous tension mécanique, dans un four pour provoquer le durcissement ou la polymérisation de la matière plastique de la matrice 18 de la courroie, ce qui durcit la matrice et fixe la courroie 10 en la forme 25 représentée, et provoque également le durcissement de l'adhésif entre l'étoffe absorbante et la garniture de friction afin de les relier ensemble par collage permanent. Quand la matière plastique 18 est un époxyde thermodurcissable, la température du four sera d'environ 163 C, ce qui 30 suffit aussi pour durcir l'adhésif Le temps de durcissement peut varier d'une à plusieurs heures, selon les désirs. Le durcissement de la matrice plastique 18 pendant son contact avec les pattes 11 et 12 provoque l'ancrage sûr et permanent des pattes ou leur adhérence dans les plis aux extrémités de-la courroie A mesure que la température de l'assemblage de bande s'élève et avant qu'elle n'atteigne la température du four de 163 C, la matière plastique 9 2553712 de la matrice de courroie passe par un état ou phase de fluidité ou une phase liquide Dans cette phase liquide, une partie de la matière de la matrice plastique est absorbée par l'étoffe absorbante 14 qu'elle imprègne, cette étoffe jouant un peu le rôle d'une éponge Il en résulte un durcissement réglé de la matrice 18 sans débordement dans la matière de garniture du ruban 13 de friction En outre, l'étoffe absorbante elle- même se lie à la courroie 10 et devient ainsi plus résistante, ce qui confère un renforce10 ment supplémentaire de la bande achevée, notamment dans un sens transversal. Les filaments 20 ne sont pas affectés par l'opération de durcissement et de moulage. Puisque les filaments 20 sont maintenus tendus 15 pendant le durcissement et le moulage dans le four, ces filaments seront maintenus sous forme linéaire par la matrice 18 qui a durci et fait prise Ainsi, les filaments sont linéaires et parallèles et ils vont transmettre uniformément un couple, ce qui élimine ou tout au moins diminue 20 sensiblement la tendance de la courroie à se craqueler ou se casser. Dans la bande moulée achevée, la bosse représentée au niveau du recouvrement 16 sur la figure 1 disparaît virtuellement car les couches en recouvrement subissent une 25 fusion partielle qui les réunit De même, on doit comprendre que la bosse est fortement exagérée sur la figure 1 pour mieux la faire ressortir. Les bandes résultantes ont un meilleur comportement et des avantages de fabrication par rapport aux bandes 3 b en acier soudées et rivetées que l'on utilise traditionnellement dans des mécanismes de transmission et des freins. Les matières utilisées permettent une forte diminution de poids et en même temps elles confèrent une grande résistance à la fatigue et une forte augmentation de flexibilité La 35 courroie 10, une fois fixée et durcie par son traitement dans le four, est exceptionnellement flexible et souple, ce qui lui permet de bien épouser une surface de freinage. l O 25 2553712 L'augmentation de flexibilité de la bande de frein, en comparaison des bandes classiques en acier, est importante car elle permet un contact meilleur et plus uniforme entre bande et tambour, une augmentation de la possibilité éner5 gétique de la garniture de friction et une diminution de l'usure et des dégâts thermiques du tambour correspondant. Le matériau composite utilisé pour fabriquer ces bandes présente d'autres avantages par rapport aux aciers au carbone et aux aciers alliés utilisés traditionnelle10 ment pour réaliser ces pièces L'armature en fibres de verre donne des propriétés de solidité unidirectionnelles, qui se situent dans la direction de chargement Ces propriétés unidirectionnelles comprennent une grande résistance spécifique à la traction et une grande rigidité élastique La résistance à la traction de la bande représente plusieurs fois celle de l'acier doux La bande peut être très mince en raison de la grande rigidité élastique des filaments de verre dans la direction de chargement et de la flexibilité de la matrice plastique dans la direction 20 axiale Pris ensemble, ces facteurs'procurent de fortes améliorations de la flexibilité et de la conformabilité de la bande, en assurant un contact uniforme entre bande et tambour et en réduisant ainsi à son minimum l'usure de la bande et du tambour et en éliminant les points chauds 25 risquant, sinon, de se produire pendant un contact résultant d'un mauvais fonctionnement des éléments de frein ou du mécanisme de transmission Ces points chauds résultent souvent d'un gauchissement du tambour. Il va de soi que, sans sortir du cadre de l'inven30 tion, de nombreuses modifications peuvent être apportées au procédé de fabrication d'une bande de friction à armature de filaments et au dispositif de fixation destiné à servir à la fabrication d'une bande de friction, décrits et représentés. 1 2553712 REVENDICATIONS 1 Procédé pour fabriquer une bande de friction à armature de filaments, caractérisé en ce qu'on met sous tension mécanique une longueur de matière plastique rési5 neuse dans laquelle sont enrobés plusieurs filaments allongés d'armature disposés dans le sens de la longueur de cette matière plastique, on maintient les filaments sous tension mécanique et pendant qu'ils sont ainsi maintenus sous tension, on provoque la fixation et le durcissement 10 de la matière plastique résineuse. 2 Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'on provoque la prise de fixation et le durcissement de la matière plastique résineuse par un traitement par chauffage. 3 Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'on maintient les filaments sous tension mécanique tout en maintenant la matière plastique résineuse molle et pliable, de sorte que les filaments seront étirés par cette tension mécanique parallèlement à l'axe longitudinal 20 central de la longueur de matière plastique résineuse, et l'on provoque ensuite la prise de durcissement de la matière plastique résineuse pour maintenir parallèles les filaments, en chauffant tout d'abord puis en refroidissant la matière plastique résineuse. 4 Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce que la matière plastique est une résine thermodurcissable que l'on traite par application de la chaleur pour en provoquer la prise et le durcissement. Procédé selon la revendication 4, dans lequel 30 la matière plastique résineuse devient fluide et coulable, quand elle est chauffée, avant d'atteindre sa température de durcissement, procédé caractérisé en ce qu'on place une longueur de matière ( 13) de friction le long d'un côté de la longueur de matière plastique résineuse ( 18), on 35 place une troisième longueur d'une matière ( 14) qui peut s'imprégner de la matière plastique et est disposée entre la longueur de matière plastique résineuse ( 18) et la longueur de matière de garniture de friction ( 13), cette troisième longueur de matière ( 14) s'imprégnant de la matière plastique résineuse quand cette dernière devient fluide sous l'effet du chauffage, ce qui lie ladite longueur de matière de garniture de friction ( 13) à ladite troisième longueur de matière ( 14). 6 Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce que la résine thermodurcissable est soumise à durcissement pendant que ladite longueur de matière plastique 10 résineuse ( 18) est maintenue sous forme incurvée. 7 Procédé selon la revendication 5, caractérisé en ce que la résine thermodurcissable est soumise à durcissement pendant que les trois longueurs de matière ( 13,14, 18) sont maintenues sous forme incurvée. 8 Dispositif de fixation destiné à servir à la fabrication d'une bande ( 10) de friction comportant une longueur de matière plastique résineuse ( 18) dans laquelle sont enrobés plusieurs filaments allongés ( 14) disposés dans le sens de la longueur de la matière ( 18) ainsi que 20 des pattes ( 11,12) aux extrémités de cette longueur ( 18) pour recevoir la force d'actionnement, ce dispositif de fixation étant caractérisé en ce qu'il comprend un mandrin ( 50) de forme incurvée autour duquel la bande ( 10) de friction est destinée à s'enrouler, un premier ensemble d'1 éléments ( 56,58,60,62,64,66) pouvant venir au contact de l'une ( 12,23) des pattes pour placer cette patte en position fixe sur le mandrin ( 50), et un second ensemble d'élérents pouvant venir au contact de l'autre patte ( 22,11) et lui appliquer une force tangentielle s'exerçant dans une direction permettant de mettre et de maintenir la bande ( 10) sous tension mécanique. 9 Dispositif de fixation selon la revendication 8, caractérisé en ce que le second ensemble d'éléments comprend une tige ( 70) ayant une extrémité destinée à venir 35 au contact de l'autre patte ( 22,11) et s'étendant le long de la ligne d'action de la force tangentielle, ainsi qu'un élément élastique ( 74) qui pousse la tige ( 70) dans ladite 13 2553712 direction afin de mettre et maintenir sous tension mécanique la bande ( 10). Dispositif de fixation selon la revendication 9, caractérisé en ce que la tige ( 70) est montée dans un support de façon à pouvoir y exercer un mouvement axial de coulissement, et l'élément élastique ( 74) exerce son action entre un collet ( 76) de la tige ( 70) et le support ( 72). 11 Dispositif de fixation selon la revendication , caractérisé en ce qu'il comprend un bloc de montage ou 10 support ( 84) et des éléments ( 74,76,80,82; 78,79) pour le montage du support ( 72) sur le bloc ( 84) en des positions de la tige ( 70) ajustées le long de l'axe de cette tige ( 70). 12 Dispositif de fixation selon la revendication 11, caractérisé en ce que le bloc de montage ou de support ( 84) est articulé ( 85,60) sur le mandrin ( 50) pour permettre le basculement de ce bloc ( 84) et de la tige ( 70) vers une position rétractée dans laquelle la tige ( 70) est écartée de la ligne d'action de la force tangentielle, et en ce que le dispositif comprend également des éléments de verrouil20 lage ( 88,90) destinés à empêcher le basculement du bloc ( 84) à sa position rétractée.