Brevet FR2563594A1 — publié le 19851031

- 1 - 2563594 FREIN A DISQUE A ETRIER COULISSANT. La présente invention a pour objet un frein à disque com- portant un étrier coulissant sur un support fixe au moyen d'au moins une colonnette axiale. La demande de brevet européen publiée sous le N 0 080 950 représente et décrit un frein à disque comportant un étrier monté coulissant sur un support fixe au travers d'une colonnette axiale unique. Ce frein comporte deux éléments de friction décalés tangen- tiellement de part et d'autre d'un plan radial passant par l'axe du moteur de frein permettant ainsi de corriger l'usure différentielle sur les éléments de friction internes et externes. Un décalage judi- cieux des éléments de friction permet lors d'un freinage en marche avant du véhicule de ne faire supporter à la colonnette axiale qu'un effort tangentiel correspondant à la traînée engendrée par l'élément de friction externe, la réaction à la rotation de l'étrier dans le plan tangent lorsque celui-ci est sollicité par l'élément de friction externe et supporté par le disque de freinage. Si cette structure donne satisfaction dans la plupart des cas, il a été néanmoins constaté que lors des freinages à haute vitesse et d'intensité faible à moyenne, les défauts géométriques du disque sont susceptibles d'engendrer une pulsation du couple de freinage perceptible au niveau du confort de conduite. Les défauts géométriques du disque sont soit ceux inhérants à la fabrication de celui-ci, soit dans le cadre des disques ventilés les défauts géométriques pouvant apparaître du fait des dilatations différentes au droit des ailettes de refroidissement.Ces pulsations de couple, et plus particulièrement celles engendrées par l'élément de friction externe sont alors transmises par l'intermédiaire de l'étrier à la colonnette et donc au support fixe, ce qui engendre une vibration au niveau du train avant du véhicule et se répercute sur le volant, si le frein en question est monté sur l'essieu avant du véhicule. L'invention a pour but de proposer un frein à disque pré- sentant tous les avantages des patins décalés et dans lequel pour une plage prédéterminée du couple de freinage, les pulsations de couple ne sont pas transmises au support fixe. Dans ce but, l'invention pro- pose un frein à disque du type comportant un étrier coulissant sur un support fixe au moyen d'au moins une colonnette axiale s'étendant parallèlement à l'axe du disque, un moteur de frein agissant directement sur un élément de friction interne et, par réaction au travers de - 2 -2563594 l'étrier sur un élément de friction externe, lesdits éléments de fric- tion étant décalés tangentiellement de part et d'autre d'un plan radial passant par l'axe du moteur de frein, l'élément de friction interne étant ancré sur le support fixe, l'élément externe étant ancré sur l'étrier, ledit décalage tangentiel des éléments de friction étant tel que lors d'un freinage en marche avant l'étrier est soumis à un effort tangentiel engendré par l'élément de friction externe caractérisé en ce que ledit étrier comporte un dispositif de positionnement dudit étrier par rapport audit support fixe, ledit dispositif de positionne- ment étant progressif et asservi audit effort tangentiel sur une plage prédéterminée dudit effort. On comprend que grâce à une telle structure, le dispositif de positionnement découple l'étrier du support fixe sur la plage du couple pour laquelle apparaissent les pulsations, le dispositif de positionnement étant asservi à l'effort tangentiel engendré par l'élément de friction interne, ce qui permet un déplacement progressif de l'étrier par rapport au support fixe. Selon une autre caractéristique de l'invention, le dispo- sitif de positionnement comporte des moyens de butée limitant le dé- placement de l'étrier par rapport au support fixe au-delà de la plage prédéterminée, permettant ainsi un ancrage franc de l'étrier sur le support fixe pour des valeurs de couple pour lesquelles les pulsations n'apparaissent plus. Selon une autre caractéristique de l'invention, le dispo- sitif de positionnement incorpore un dispositif d'amortissement limi- tant les pulsations de couple. D'autres caractéristiques et avantages du frein à disque objet de la présente invention apparaîtront à la lecture de la descrip- tion détaillée qui se réfère aux dessins annexés dans lesquels: - la Fig. 1 est une vue de face d'un frein à disque réali- sé conformément aux enseignements de la présente invention; - la Fig. 2 est une vue de dessus du frein à disque de la Fig. 1 et comportant des portions représentées en coupe; - la Fig. 3 est une vue en coupe selon la ligne III-III de la Fig. 2; agrandie - la Fig. 4 est une vue partielle/en coupe selon la ligne IV-IV de la Fig. 1; - la Fig. 5 est une vue similaire à la Fig. 1 pour un - 3 - 2563594 deuxième mode de réalisation de l'invention; - la Fig. 6 est une vue de dessus du frein de la Fig.5; agrandie - la Fig. 7 est une vue en coupe partielle/selon la ligne VII-VII de la Fig. 5; et agrandie - la Fig. 8 est une vue en coupe partielle/selon la ligne IV-IV d'une variante du frein de la Fig. 5. Le frein à disque représenté sur les Fig. 1 à 4 comprend un étrier mobile 10 monté coulissant sur un support fixe 12. L'étrier estaMig coulissant sur le support fixe 12 au moyen d'une colon- nette/14 s'étendant parallèlement à l'axe de rotation d'un disque tournant 16. Comme le montre plus particulièrement la Fig. 4, la colonnette axiale 14 est fixée au support fixe 12 par une liaison filetée. La colonnette axiale 14 est reçue en coulissement dans un alésage cylindrique 18 formé dans un bras 20 de l'étrier 10. Des capuchons de protection sont prévus entre le bras 20 et les extrémités de la colonnette 14 pour protéger les surfaces de coulissement. D'une façon conventionnelle comme représenté sur la Fig. 3, l'étrier 10 comporte un moteur de frein désigné dans son ensemble par la référence 22, ce moteur de frein comporte un piston 24 susceptible d'être solli- cité dans le sens de la flèche A lorsque du fluide sous pression est introduit dans une chambre 26 du moteur de frein à partir d'une source de pression (non représentée). Le piston 24 est susceptible d'agir directement sur un élément de friction interne 28 et par réaction au travers de l'étrier coulissant sur un élément de friction externe 30 pour provoquer un engagement de friction des éléments 28 et 30 sur les faces opposées du disque 16. En désignant par Pr le plan radial passant par le centre du moteur de frein 22 et par la flèche B le sens de rotation du disque 16 lorsque le véhicule est en marche avant, on voit que le centre de l'élément de friction externe 30 est décalé vers la droite par rapport au plan radial et que le centre de l'élément de friction interne 28 est décalé vers la gauche du plan Pr toujours en se référant à la Fig. 2. On comprend que l'engagement de friction des deux éléments de friction 28 et 30 avec le disque tournant crée un couple dans le sens de la flèche C de la Fig. 2 corrigeant ainsi l'usure différentielle pour chacun des éléments de friction, et pour un décalage judicieusement choisi, permet de ne faire supporter à la colonnette 14 que l'effort tangentiel Ft engendré par l'élément de friction externe 30. Ce phénomène de correction est largement expliqué 4 - dans la demande de brevet européen précitée et'ne sera pas développé davantage présentement. Conformément à l'invention, le frein représenté sur les Fig. 1 à 4 comporte un dispositif de positionnement désigné dans son ensemble par la référence 32. Dans ce mode de réalisation, le dispositif de positionnement 32 est formé d'une part par la colonnette 14, et d'autre part par des moyens de butée 34 comme on le verra dans la description qui va suivre. En se reportant à la Fig. 4, on voit que la colonnette 14 est formée par un tube extérieur 36 sur lequel est sus- ceptible de coulisser l'étrier 10 au moyen de l'alésage 18 formé dans le bras 20, d'un deuxième tube intérieur 38 fixé sur le support fixe 12 au moyen d'un système fileté désigné dans son ensemble par la référence 40 et enfin, un manchon élastique 42 monté entre les deux tubes 36 et 38 et solidaire de ceux-ci. Le manchon élastique 42 formant comme on le verra plus tard un élément progressivement effaçable et formant également un dispositif d'amortissement. En se reportant aux Fig. 1 et 2, on voit que le dispositif de positionnement 32 comporte des moyens de butée 34 formés par une surface convexe 44 formée sur une barrette 46 de l'étrier 10 et coopérant avec une surface concave 48 formée sur un bras 50 du support fixe 12. Comme on le voit plus particulièrement sur la Fig. 1, les deux surfaces convexes et concaves sont séparées circonférentiellement d'une distance d. On notera que le rayon de courbure de la surface convexe 44 est inférieur au rayon de courbure de la surface concave 48. Un ressort 52 solidaire du bras 50 du support fixe 12 sollicite radialement vers l'extérieur la barrette 46 et donc l'étrier 10 et maintient élastiquement les surfaces con- vexes 44 et concaves 48 en contact. On notera que la distance d au repos des surfaces 44 et 48 est nettement inférieure à l'épaisseur du manchon élastique 42. Le frein qui vient d'être décrit à l'aide des Fig. 1 à 4 fonctionne de la manière suivante: Au repos, les différents éléments occupent les positions représentées sur les Figures. Lorsque du fluide sous pression est admis dans la chambre 26 du moteur de frein 22, le piston 24 est sol- licité dans le sens de la flèche A de la Fig. 3 et applique l'élément de friction interne 28 sur une première face du disque 16. Par réaction, l'étrier 10 coulisse sur la colonnette 14 et plus précisément, l'alé- sage 18 du bras 20 coulisse sur la surface extérieure du tube 36. _R 2563594 L'étrier 10 s'étant déplacé dans le sens inverse de la flèche A, l'élément de friction externe 30 est appliqué sur l'autre face du disque 16. L'élément de friction 30 engendre un effort tangentiel Ft du fait de la friction entre cet élément 30 et le disque 16, effort Ft est intégralement transmis au bras 20 de l'étrier 10 du fait du décalage circonférentiel des éléments de friction 28 et 30. Cet effort Ft appliqué au bras 20 sollicite la colonnette 14 dans la même direc- tion et plus précisément, sollicite le manchon élastique 42 au travers du tube extérieur 36. Sous l'effet de cet effort Ft, le manchon 42 par compression du caoutchouc, s'efface progressivement en fonction de l'effort Ft appliqué; pendant cette phase de fonctionnement, la surface convexe 44 progresse le long de la surface concave 48, et la distance d qui sépare ces deux surfaces dans le sens circonférentiel diminue à l'encontre du ressort 52. Lorsque l'effort Ft est tel que le manchon 42 s'est effacé suffisamment pour que la distance d devienne nulle, l'étrier 10 est en butée franche sur le support fixe 12. Pour toute augmentation de l'effort Ft, l'étrier reste en butée sur le support fixe 12 et le déplacement de l'étrier est limité au déplacement prédéterminé d. Comme on le voit, le choix de la dureté du manchon 42 et du jeu d au niveau des moyens de butée 34 permet de définir avec pré- cision la plage de l'effort tangentiel Ft pour laquelle l'étrier 10 est suspendu élastiquement par rapport au support fixe 12 et ne trans- met pas à celui-ci les pulsations de Ft, le manchon élastique 42 jouant également le rôle d'un dispositif d'amortissement de ces pul- sations. Par contre, au-delà de la plage pour laquelle ces pulsations fixe peuvent apparaître l'étrier est ancré positivement sur le support/pour supporter les efforts tangentiels de valeur élevée. Ainsi le frein comporte un dispositif de positionnement de l'étrier par rapport au support fixe asservi à l'effort tangentiel Ft qui permet un déplacement progressif de l'étrier 10 sur une plage prédéterminée de l'effort Ft, plage au-delà de laquelle l'étrier 10 retrouve une butée franche sur le support fixe 12. Sur les Fig. 5, 6 et 7 on a représenté un deuxième mode de réalisation de l'invention, o les mêmes éléments portent les mêmes références. Dans ce mode de réalisation, une deuxième colonnettte 54 de coulissement est placée entre le support fixe 12 et l'étrier 10. Cette colonnette est formée par un axe 56 solidaire du support fixe 12 - 6 - -6- 2563594 et coulissant dans un manchon 58 élastique, solidaire de l'étrier 10, le coulissement se produisant entre l'axe 56 et le manche en caout- chouc 58. Le manchon élastique 58 assure le contact élastique entre les surfaces convexes 44 et concaves 48 formées respectivement sur l'étrier 10 et le support-fixe 12 comme dans le premier mode de réalisation, à la différence que dans ce mode de réalisation, le man- chon élastique 58 jouant le rôle de l'élément élastique 52 du premier mode de réalisation sollicite radialement vers l'intérieur l'étrier 10 par rapport au support fixe 12. Le fonctionnement de ce deuxième mode de réalisation est identique à celui du premier mode de réalisation et ne sera pas décrit davantage. On a représenté sur la Fig. 8 une variante du deuxième mode de réalisation dans laquelle les moyens de butée 34-sont assurés par la colonnette 14. Dans cette-variante, le support fixe ne comporte pas le bras 50 et l'étrier 10 est dépourvu de la barrette 46 et de la surface convexe 44. La fonction butée 34 est réalisée au moyen de - deux bagues rigides 60 placées aux deux extrémités du manchon élasti- que 42 de manière à définir entre ces bagues 60 et le tube extérieur 36 un jeu radial d identique ou similaire au jeu circonférentiel qui existait entre les deux surfaces convexes et concaves des deux modes de réalisation précédents. Ces bagues rigides peuvent soit être inter- calées entre les deux tubes intérieur 38 et extérieur 36 en laissant le jeu d ou bien être placées à même la vis 40 et limitant l'écrase- ment du manchon 42 par la venue en butée du tube extérieur 36 sur les- dites bagues rigides 60. Le fonctionnement est alors identique aux deux modes de réalisation précédents, lorsque l'effort tangentiel Ft atteint la valeur prédéterminée, le dispositif de positionnement 32 empêche tout déplacement supplémentaire de l'étrier par rapport au support fixe au-delà du déplacement maximal d prédéterminé. Comme dans les deux modes de réalisation précédents, la raideur du caoutchouc du-manchon 42 et la'distance d entre les bagues et le tube extérieur 36 définissent la plage pour laquelle le dispositif de positionnement est asservi à l'effort tangentiel de l'élément de friction externe 30. Il est bien entendu que l'invention n'est pas limité aux modes de réalisation qui viennent d'être décrits, en particulier les - 7 - surfaces de butée peuvent être rectilignes et non convexes et concaves, de même l'agencement de la colonnette 14 peut être modifié sans sortir du cadre de la présente invention. - 8 - REVENDICATIONS 1. Frein à disque du type comportant un étrier (10) cou- lissant sur un support fixe (12) au moyen d'au moins une colonnette axiale (14) s'étendant parallèlement à l'axe du disque (16), un moteur de frein (22) agissant directement sur un élément de friction interne (28) et, par réaction au travers de l'étrier (10) sur un élément de friction externe (30), lesdits éléments de friction (28, 30) étant décalés tangentiellement de part et d'autre d'un plan radial (Pr) passant par l'axe du moteur de frein (22), l'élément de friction interne (28) étant ancré sur le support fixe (12), l'élément de fric- tion externe (30) étant ancré sur l'étrier (10), ledit décalage tan- gentiel des éléments de friction (28, 30) étant tel que lors d'un freinage en marche avant (B) l'étrier est soumis à un effort tangentiel (Ft) engendré par l'élément de friction externe (30) caractérisé en ce que ledit étrier (10) comporte un dispositif de positionnement (32) dudit étrier par rapport audit support fixe, ledit dispositif de po- sitionnement (32) étant progressif et asservi audit effort tangentiel (Ft) sur une plage prédéterminée dudit effort (Ft). 2. Frein à disque selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit dispositif de positionnement (32) incorpore un dis- positif d'amortissement de vibrations (42) de l'étrier (10). 3. Frein à disque selon la revendication 1 ou la reven- dication 2, caractérisé en ce que ladite colonnette (14) comporte un élément progressivement effaçable (42) sous l'effet dudit effort tangentiel (Ft) assurant un déplacement circonférentiel de l'étrier (10) par rapport au support fixe (12). 4. Frein à disque selon la revendication 3, caractérisé en ce que ledit dispositif de positionnement (32) comporte des moyens de butée (34) limitant ledit déplacement au-delà de ladite plage prédéterminée. 5. Frein à disque selon la revendication 4, caractérisé en ce que lesdits moyens de butée (34) sont formés par des surfaces convexes (44) maintenues élastiquement en contact avec des surfaces concaves (48), le rayon de courbure des surfaces concaves (48) étant supérieur à celui des surfaces convexes (44) et en ce que au repos les deux dites surfaces (44, 48) sont séparées circonférentiellement d'une distance (d) correspondant à un déplacement maximum prédéterminé. 6. Frein à disque selon la revendication 5, caractérisé en ce que la surface convexe (44) est formée sur l'étrier (10), la surface concave (48) étant formée sur le support fixe (12) et en ce qu'un élément élastique (52, 58) sollicite sensiblement radialement l'étrier (10) maintenant en contact lesdites deux surfaces (44, 48). 7. Frein à disque selon la revendication 4, caractérisé en ce que lesdits moyens de butée (34) sont solidaires de ladite colonnette (14) et limitent l'effacement de l'élément progressivement effaçable (42). 8. Frein à disque selon l'une des revendications 6 ou 7, caractérisé en ce que ladite colonnette (14) est formée d'un manchon élastique (42) placé sans jeu entre deux tubes concentriques (36, 38), le tube intérieur (38) étant fixé au support fixe (12) au moyen d'un système fileté le traversant (40), le tube extérieur (36) passant dans un alésage (18) formé sur l'étrier (10), ledit étrier étant susceptible de coulisser par rapport audit tube extérieur (36). 9. Frein à disque-selon les revendications 7 et 8 prises en combinaison, caractérisé en ce que deux bagues rigides (60) sont placées avec un jeu radial (d) aux extrémités des tubes (36, 38) et et entre ceux-ci/Aimitent l'effacement dudit manchon élastique (42) audit jeu radial correspondant au déplacement maximum prédéterminé (d). 10. Frein à disque selon les revendications 7 et 8 prises en combinaison, caractérisé en ce que deux bagues rigides (60) soli- daires du tube intérieur (38) sont placées aux extrémités dudit tube intérieur et présentent une distance radiale (d) entre la surface extérieure des bagues et la surface intérieure du tube extérieur (36) correspondant au déplacement maximum prédéterminé.