Brevet FR2590342A1 — publié le 19870522

La présente invention concerne un frein à disque à étrier flottant, comportant un support de frein placé dans une position fixe sur un côté d'un disque de frein tournant, deux mâchoires de frein respectivement adjacentes à un côté du disque de frein, qui sont dépla- sables par translation dans la direction de l'axe du disque de frein et qui sont soutenues, dans une direction périphérique du disque, en vue de transmettre le couple de freinage au support de frein, ainsi qu'un étrier flot- tant, s'accrochant sur le disque de frein, guidé sur le support de frein par translation dans la direction de l'axe de disque, portant un piston de frein soutenant une mâchoire de frein, et s'appuyant contre l'autre mâchoire de frein, cet étrier flottant étant moins rigide à la flexion sur le côté de la sortie de sa partie s'appuyant contre une mâchoire de frein que sur le côté de l'entrée (en se référant au sens de rotation). Dans de tels freins à disques à étrier flottant, dont l'étrier flottant est agencé comme un chevalet s'accrochant sur le disque de frein, il se produit, notam- ment lorsque ces freins sont installés dans des véhicules lourds et sont fortement sollicités, une usure non uni- forme des garnitures de frein des deux mâchoires au bout d'un temps relativement court, et notamment de telle sorte que la garniture de la mâchoire qui est appliquée par le piston contre le disque de frein s'use plus fortement sur le côté d'entrée du disque, en considérant le sens de rotation vers l'avant du disque de frein, tandis que la garniture de frein de la mâchoire de frein pouvant être appliquée par l'étrier flottant contre le disque s'use tangentiellement plus fortement sur le côté sortie du disque. Les garnitures de frein s'usent ainsi dans des directions obliques mutuellement opposées par rapport au plan dans lequel se trouve la surface frontale, qui leur est adjacente, du disque de frein. Cette usure oblique tangentielle des deux garnitures de frein est produite principalement par une déformation élastique du support de frein engendrée par des forces périphériques (forces de freinage), de sorte que l'étrier monté sur le support de frein-est orienté en oblique par rapport au disque de frein et amplifie ainsi l'usure tangentielle des garnitures. En même temps que cette usure oblique tangen- tielle, il se produit, dans le cas d'un frein à disque équipé d'un étrier, également une usure oblique radiale des garnitures. Celle-ci résulte du fait que le dispositif de serrage constitué par l'étrier et le piston de frein se déforme élastiquement sous l'action des forces de serrage. En conséquence les garnitures de frein ne sont pas appliquées en direction radiale avec une pression uniforme contre les surfaces du disque de frein. Les deux types d'usure oblique (usure tangen- tielle par suite de la déformation du support de frein sous l'effet des forces périphériques; usure radiale sous l'effet d'une déformation de l'étrier par les forces de serrage) se traduisent finalement par une application non uniforme des garnitures lors du freinage et produisent ainsi une augmentation des courses d'actionnement de frein. Pour réduire ou pour éviter une usure oblique tangentielle, il est déjà connu des freins à disque à étrier flottant dans lesquels il est prévu à cet effet un guidage spécial de l'étrier flottant sur le support de frein, ce problème ayant été ainsi résolu par des moyens purement mécaniques (voir par exemple la demande de brevet allemand n 29 07 517, le brevet britannique n 1 112 989 et la demande de brevet allemand n 34 11 600). En outre, il est connu de réaliser des freins à disque à étrier flottant dans lesquels l'étrier flot- tant comporte, dans des zones localisées sur la direction périphérique du disque, une plus faible rigidité à la flexion (voir par exemple la demande de brevet allemand N 28 31 643 et le brevet allemand N 31 21 186). Dans ces réalisations, l'étrier flottant s'appuie contre une des mâchoires de frein par deux griffes placées à distance l'une de l'autre dans la direction périphérique du disque. Dans le cas de la structure de frein conforme à la demande de brevet allemand n 28 31 643, la griffe d'é- trier flottant placée du côté de la sortie, en considérant la direction de rotation vers l'avant du disque e- frein, présente une plus faible rigidité à la flexion. Pour cette raison, lorsque le support de frein pivote vers l'intérieur, sous l'effet de la déformation et sous l'influence des forces de freinage, l'étrier flottant s'écarte élastiquement du côté de sortie, et on évite ainsi une usure tangentielle en oblique. L'usure radiale en oblique n'est cependant pas empêchée, et elle est même encore augmentée sous l'effet de l'écartement de la griffe de l'étrier flottant. Dans la structure de frein conforme au brevet allemand 31 21 186, la griffe d'étrier flottant placée du côté de l'entrée possède par contre une plus faible résistance à la flexion. En fait, on obtient ainsi seule- ment que les oscillations produites par le frottement soient empêchées ou tout au moins fortement réduites sur le bord avant de la garniture extérieur du frein. Une usure en oblique des mâchoires de frein n'est ainsi nullement empêchée par une telle structure. Enfin, on connait déjà un frein à disque à étrier flottant ayant les particularités du préambule de la revendication 1 (demande de brevet allemand N 33 47 387). Dans ce frein, l'étrier flottant présente du côté- entrée une plus faible rigidité à la flexion, en vue de réduire l'usure oblique tangentielle des mâchoires de frein dans la zone de l'âme d'étrier s'accrochant sur le disque de frein. Le problème à résoudre par l'invention consiste, dans le cas d'un disque de frein à étrier flottant ayant les particularités précitées, à éviter aussi bien une usure oblique tangentielle qu'une usure oblique radiale des garnitures de frein, notamment lors d'une grande solli- citation des freins. Ce problème est résolu selon l'invention en ce que l'étrier flottant forme un chassis, qui est moins résistant à la flexion dans une zone de transition entre la branche transversale de chassis placée du côté sortie et s'étendant dans la direction de l'axe de disque et la branche longitudinale de chassis, s'appuyant contre une des mâchoires de frein, que dans la zone de transition entre cette branche longitudinale et la branche transver- sale de châssis placée du côté - entrée, en ce que le piston de frein est disposé dans le chassis en étant décalé vers l'avant en se référant au sens de rotation du disque de frein, par rapport au centre de gravité sur- facique de la mâchoire de frein actionnée par ce piston, et en ce que la branche longitudinale de chassis, s'appu- yant contre une des mâchoires de frein, s'étend à hauteur du piston de frein. L'agencement conforme à l'invention de l'étrier flottant sous la forme d'un chassis et l'adaptation particulière de sa résistance dans la zone de jonction entre les deux branches transversales du chassis avec la branche longitudinale de chassis s'appuyant sur une des mâchoires de frein offrent l'avantage que l'étrier flottant possède une flexibilité élastique parti- culière dans la zone de jonction placée du côté de la sortie, sous l'influence des forces de serrage appliquant les mâchoires de frein contre le disque. Il est ainsi possible d'obtenir une application asymétrique des forces de serrage exercées par la branche longitudinale de châssis sur la mâchoire de frein s'appuyant contre celle-ci, de telle sorte que cette force est plus petite du côté- sortie que du côté-entrée. Cela compense l'usure tangen- tielle de cette mâchoire de frein, produite du côté- sortie par la déformation du support de frein, de sorte qu'il se produit une usure par plans parallèles. L'élimination de l'usure oblique tangentielle de la mâchoire de frein coopérant directement avec le piston de frein résulte ainsi du fait que le décalage du point d'action du piston de frein sur la mâchoire en direction du côté-sortie du support de frein provoque une application asymétrique de force, par laquelle l'u- sure tangentielle du côté-entrée, de cette mâchoire de frein, peut également être compensée. Il s'ajoute à cela que, grâce à la disposition de la branche longitudinale de châssis, s'appuyant contre une des mâchoires de frein, à hauteur du piston de frein, il en résulte une plus grande surface d'appui de la garniture de frein placée du côté du châssis, qui conserve dans une large mesure, lorsqu'elle est sollicitée par une force de serrage, une planéité parallèle à la surface du disque de frein et qui s'oppose ainsi à la pro- duction d'une usure oblique radiale de la mâchoire de frein. Selon d'autres particularités de l'invention, concernant la disposition et une structure optimale, en ce qui concerne la rigidité, du support de frein: le châssis entouré, en vue en plan, le support de frein, et ledit support de frein en considérant le sens de rotation vers l'avant du disque de frein, comporte un bras porteur d'entrée et un bras porteur de sortie s'étendant respectivement dans la direction de l'axe de disque, entre lesquels les mâchoires de frein se déplacent par translation et sont soutenues respectivement par le même bras de support pour une transmission du cou- ple de freinage. - Le bras de support de frein, placé sur la partie portante de sortie, en considérant le sens de rotation vers l'avant du disque de frein, présente une plus grande rigidité à la flexion dans la direction périphérique du disque. - Les bras de support s'accrochent sur le bord du disque de frein, et la dimension de section droite de la partie du bras de sortie du support de frein, s'accro- chant sur le bord de disque, est plus grande dans la di- rection périphérique du disque que transversalement à celle-ci et perpendiculairement à la direction longitudi- nale du bras. - Les bras du support de frein sont reliés rigidement entre eux, à leur extrémité opposée à la partie portante les supportant, par un pontet de liaison qui est adjacent, dans une direction radiale, au bord longitudinal extérieur de la branche longitudinale de châssis. Grâce à un tel agencement du support de frein, il est possible de ré- duire sa déformation élastique, de réduire en correspon- dance l'asymétrie, prévue conformément à l'invention, en ce qui concerne le soutien des mâchoires de frein (résul- tant d'une part de la souplesse du châssis et d'autre part du décalage du piston de frein) et en outre de pou- voir adapter mutuellement les composants du frein en ce qui concerne leur comportement à la déformation. Ainsi, en exploitant les moyens proposés, il est possible de concevoir un support de frein et un étrier flottant en vue d'adapter mutuellement ces composants pour pouvoir obtenir, avec un poids minimal des composants, un comportement optimal à l'usure des mâchoires de frein. D'autres caractéristiques et avantages de l'in- vention seront mis en évidence dans la suite de la description, donnée à titre d'exemple non limitatif, en référence aux dessins annexés dans lesquels: - la figure 1 représente une -ue en plan du frein conforme à l'invention; - la figure 2 représente une vue en élévation du frein, faite dans la direction de la flèche A de la figure 1 et dont la moitié de gauche est une vue en coupe; - la figure 3 est une vue en coupe du frein, faite selon la ligne III-III de la figure 2. Le frein représenté comporte un support, désigné dans son ensemble par 10 et qui, comme le montre la figure 3, a une section droite en forme de L. Une de ses branches verticales 12 peut être fixée, à l'aide de boulons, non représentés, qui traversent les trous 14, sur une partie non tournante d'un véhicule. L'autre branche 16 du support de frein 10 s'étend dans la direc- tion axiale d'un disque de frein tournant 18, sur lequel elle s'accroche sur sa partie périphérique supérieure. La branche 16 est traversée par une ouverture de forme rectangulaire 20, de manière à former, dans le sens de rotation indiqué par une flèche, du disque de frein et dans la direction périphérique de ce dernier, deux bras de support espacés l'un de l'autre et dont l'un, désigné par 22 et correspondant au sens de rotation vers l'avant du disque de frein 18, est placé sur la par- tie d'entrée du support de frein 10, tandis que celui qui est désigné par 24 est placé sur sa partie de sortie. On a désigné par 26 un pontet qui relie les deux bras de support 22 et 24 rigidement l'un avec l'autre par leurs extrémités opposées à la branche verticale 12. Chaque bras de support 22 et 24 est associé, à l'intérieur de l'ouverture 20 et avec espacement laté- ral, à une tige de guidage 28, 30 parallèle à l'axe du disque de frein 18, lesdites tiges de guidage étant dis- posées de façon à pouvoir se déplacer axialement et à être bloquées par leurs extrémités à l'intérieur du pontet 26 et d'un voile de liaison 34 s'étendant entre les deux bras-de support 22 et 24 et délimitant supérieurement une ouverture 32 traversant la branche verticale 12. Sur ces tiges de guidage 28, 30 sont emmanchées avec possibi- lité de translation, deux mâchoires de frein 36 et 38 par leur plaque d'appui 42 portant la garniture de frein 44 lesdites mâchoires étant respectivement adjacentes à une des deux surfaces frontales 44 et 46 du disque de frein 18. On a désigné par 48, dans son ensemble, un châssis flottant guidé en translation sur le support de frein 10 dans la direction axiale du disque de frein 18. Ce châssis comporte, du côté d'entrée, en considérant le sens de rotation vers l'avant du disque de frein 18, une branche transversale avant de châssis 50 et, en consi- dérant la direction périphérique du disque et la distance de celui-ci, une branche transversale arrière de châssis 52, lesdites branches s'étendant dans la direction de l'axe du disque et s'accrochant également sur le disque de frein 18. Les branches transversales 50, 52 du châssis sont reliées entre elles à leurs deux extrémités respecti- vement par une branche longitudinale de châssis 54, 56. Le guidage du châssis flottant 48 sur le support de frein 10 est assuré à l'aide d'une paire de tiges de guidage 58 et 60, qui sont déplaçables chacune par translation dans un trou de guidage 62, 64, du support de frein 10. Les tiges de guidage 58 et 60 sont fixées sur la branche longitudinale de châssis 54, et les trous de guidage 62 et 64 les recevant s'étendent à partir du côté du voile de liaison 34 du support de frein 10 respec- tivement dans chaque bras de support 22, 24. Sur les tiges de guidage 58 et 60 sont montés des chapeaux protecteurs 66 et 68 qui empêchent la pénétration d'eau et de poussière ou de particules de crasse dans l'ensemble de guidage. La branche longitudinale 54 du chassis flottant 48 comporte un cylindre de guidage 72 associé à un piston 74 pouvant coulisser dans celui-ci et sortant du cylindre par une de ses extrémités, ledit piston étant engagé dans l'ouverture 32 de la branche verticale 12 du support de frein et s'appuyant contre la plaque d'appui 42 de la mâ- choire de frein 36. Un chapeau protecteur 76 empêche la pénétration d'eau et de poussière ou analogue dans le cylindre 72. La plaque d'appui 42 de la mâchoire de frein 38 s'appuie contre le côté longitudinal intérieur de la branche longitudinale 56 du châssis. Le bord longitudinal inférieur, désigné par 78, des deux bras porteurs 22 et 24 ainsi que le bord longitudinal inférieur 80 des branches transversales de châssis 50, 52 sont placés à une plus grande profondeur que la partie périphérique supérieure, accrochée par le frein, du disque de frein 18. En correspondance, les bras de support 22 et 24 sont évidés pour permettre le passage du disque de frein 18. Les bras de support 22, 24 et les branches transversales de châssis 50, 52 s'accrochent ainsi sur la partie marginale du disque de frein 18. Comme le montre la figure 1, les plaques d'appui 42 des mâchoires de frein 36, 38 couvrent l'espacement entre les deux bras de support 22, 24 et s'appuient par leurs extrémités frontales respectivement contre une surface d'appui verticale plane 82 desdits bras. Pour le freinage d'une roue de véhicule se déplaçant en marche avant, la mâchoire de frein 36 est sollicitée par le piston 74 de façon à s'appliquer contre la surface frontale adjacente du disque de frein tournant 18. Sous l'effet de la force de réaction ainsi engendrée, le châssis flottant 48 est déplacé dans la direction oppo- sée au sens de déplacement du piston 74, de sorte que simultanément la branche longitudinale 56 du châssis flot- tant 48 applique la mâchoire de frein 58 contre l'autre surface frontale du disque de frein 18. Ainsi les forces périphériques ou de freinage du bras de support 24 sont appliquées en 85 et 86 (figures 1 et 2). Pour empêcher une usure oblique aussi bien tan- gentielle que radiale des garnitures de frein 40, égale- ment dans le cas d'une forte sollicitation des freins ou bien pour obtenir un comportement optimal à l'usure, le châssis flottant 48 entourant le support de frein 10 pré- sente dans la zone de transition 84 (figure 1) existant, du côté de sortie, entre la branche transversale 52 et la branche longitudinale 56 du châssis, d'une élasticité en flexion plus grande que dans la zone de transition 86 existant, du côté d'entrée, entre la branche transver- sale 50 et la branche longitudinale 56 du châssis, ce résultat étant obtenu en établissant des dimensions corres- pondantes de sections droites dans lesdites zones. En outre, la branche longitudinale 56 du châssis est placée, dans une direction radiale, en dessous du pontet 26 assu- rant la liaison mutuelle des bras de support 22 et 24, en particulier à hauteur du piston 74. En outre, le point d'attaque 88 (figure 1) du piston 74, considéré dans le sens de rotation du disque de frein 18 vers l'avant est décalé à partir du point cen- tral 90 de la mâchoire de frein 36 en direction du côté de sortie du support de frein 10 selon une distance L4. Avec cet agencement du châssis flottant 48, on obtient que, lors de l'actionnement du piston de frein 74, et par conséquent lors de l'application, produite par le mouvement de réaction du châssis flottant 48, de la mâchoire de frein 38 contre le disque de frein 18, la branche longitudinale de châssis 56, transmettant la force de compression à la mâchoire de frein 38, soit solli- citée à la flexion dans la direction de la force de compres- sion engendrée par le piston 74 et agissant sur la mâchoi- re de frein 36, tandis que les deux branches transversales de châssis 50, 52 sont sollicitées en traction. Dans les zones de transition 84 et 86 placées respectivement du côté d'entrée et du côté de sortie, le châssis flottant 48 est ainsi soumis à une contrainte combinée de traction et de flexion. Du fait que la section de sollicitation princi- pale pour le châssis a un dimensionnement supérieur du côté d'entrée, dans la zone de transition 86, par rapport à la zone de transition 84, le châssis flottant 48 se dé- 1 1 forme élastiquement plus fortement dans la zone de transition 84 lors d'un freinage et sous l'effet de la sollicitation en flexion de la branche longitudinale de châssis 56, avec pour conséquence que la mâchoire de frein 38 est appliquée contre le disque de frein 18 du côté d'entrée avec une plus grande force que du côté de sortie et qu'ainsi la plus forte usure de garnitures se produisant classiquement du côté de sortie est compen- sée en correspondance. Le même résultat est obtenu pour la mâchoire de frein 36 grâce au décalage du piston de frein 74 en direction du côté de sortie, de sorte qu'ainsi cette m&- choire de frein est appliquée contre le disque de frein 18 du côté de sortie avec une plus grande force que du côté d'entrée. On obtient ainsi également une compensa- tion correspondante de l'usure des garnitures du côté d'entrée. L'usure oblique radiale des garnitures de frein 40 est évitée grâce à l'association de la branche longitudinale de châssis 56 avec le piston de frein 74, grâce au fait que, lors du freinage, la mâchoire de frein 38 est soutenue sur une plus grande surface grâce à cette branche longitudinale de châssis 56, ce qui donne lieu à une application de sa garniture de frein 40 contre le disque de frein 18 pratiquement dans une condition de planéité parallèle. En outre le support de frein 10 est agencé de telle sorte qu'on puisse empêcher, comme cela est envisagé, une usure oblique aussi bien tangentielle que radiale, tout en réduisant le coût de matière pour le châssis flottant 48 et le support de frein 10. La figure 1 montre que le point d'appui 85 de la plaque d'appui 42 de la mâchoire de frein 36 est placé à une distance L1, et le point d'appui 87 de la plaque d'appui 42 de la mâchoire de frein 38 à une distance L2, par rapport au plan de fixation a-a du support de or frein 10. Du fait de ces espacements, il se produit d'une manière classique lors du freinage, deux couples de fle- xion sollicitant le bras de support 24 et s'additionnant. En outre, les points d'appui 85 et 87 des deux mâchoires de frein 36 et 38 sont placés, comme le montre la figure 2, à une distance L3 de l'axe de la tige de guidage 60. Il résulte ainsi de cet espacement, lors du freinage, également un couple de torsion agissant sur le bras porteur 24. Le bras de support 24 est maintenant agencé de telle sorte que, pour une très faible dépense de matière concernant l'ensemble du support de frein 10, il soit en mesure de contrebalancer à chaque fois par un couple résistant suffisamment grand les contraintes de flexion et de torsion, résultant des couples en présence, auxquelles il est soumis et qui produiraient normalement une mise en oblique du châssis flottant et des garnitures de frein 40 par rapport au disque de frein 18. Dans ce but, le bras de support 24 présente une plus grande résistance à la flexion et à la torsion que son autre bras 22. Dans la zone de sa partie de bras 24' s'accrochant sur la périphérie du disque, le renforcement de bras, nécessaire à cet effet, est produit à l'aide d'une faible dépense de matière correspondante par le fait que le dimensionnement de la section 24" (figure 2) de cette partie de bras 24' est plus grand dans la direc- tion périphérique du disque que dans une direction trans- versale et une direction perpendiculaire à l'orientation longitudinale du bras. Grâce à la liaison mutuelle des bras de support 22 et 24 par le pontet 26, il est possible de réduire encore en correspondance la section droite du bras de support 24 étant donné que les forces de freinage sont absorbées en partie également par le bras de support 22. REVENDICATIONS I - Frein à disque à étrier flottant, compor- tant un support de frein placé dans une position fixe sur un côté d'un disque de frein tournant, deux mAchoires de frein respectivement adjacentes à un côté du disque de frein, qui sont déplaçables par translation dans la direction de l'axe du disque de frein et qui sont soute- nues, dans une direction périphérique du disque, en vue de transmettre le couple de freinage au support de frein, ainsi qu'un étrier flottant, s'accrochant sur le disque de frein, guidé sur le support de frein par translation dans la direction de l'axe de disque, portant un piston de frein soutenant une mâchoire de frein, et s'appuyant contre l'autre mâchoire de frein, cet étrier flottant étant moins rigide à la flexion sur le côté de la sortie de sa partie s'appuyant contre une mâchoire de frein que sur le côté de l'entrée, caractérisé en ce que l'étrier flottant forme un châssis (48), qui est moins résistant à la flexion dans une zone de transition (84) entre la branche transversale de châssis (52) placée du côté de la sortie et s'étendant dans la direction de l'axe de disque et la branche longitudinale de châssis (56), s'appu- yant contre une des mâchoires de frein (38), que dans la zone de transition (86) entre cette branche longitudinale et la branche transversale de châssis (50) placée du côté de l'entrée, en ce que le piston de frein (74) est disposé dans le châssis (48) en étant décalé vers l'avant, en se référant au sens de rotation du disque de frein, par rapport au centre de gravité surfacique de la mâchoire de frein (36) actionnée par ce piston, et en ce que la branche longitudinale de châssis (56), s'appuyant contre une des mâchoires de frein (38), s'étend à hauteur du pis- ton de frein (74). 2 - Frein à disque à étrier flottant selon la revendication 1, caractérisé en ce que le châssis (48) entoure, en vue en plan, le support de frein (10), et que ledit support de frein, en considérant la direction de rotation vers l'avant du disque de frein (18), comporte un bras d'entrée (22) et un bras de sortie (24) s'éten- dant respectivement dans la direction de l'axe de disque, entre lesquels les mâchoires de frein (36; 38) se dé- placent par translation et sont soutenues respectivement par le même bras de support (22 ou 24) pour une transmis- sion du couple de freinage. 3 - Frein à disque à étrier flottant selon la revendication 2, caractérisé en ce que le bras de support de frein (24), placé sur la partie portante de sortie, en considérant le sens de rotation vers l'avant du dis- que de frein (18), présente une plus grande rigidité à la flexion dans la direction périphérique du disque. 4 - Frein à disque à étrier flottant selon la revendication 3, caractérisé en ce que les bras de support (22; 24) s'accrochent sur le bord du disque de frein (18) et en ce que la dimension de section droite (24") de la partie (24') du bras de sortie (24) du support de frein, s'accrochant sur le bord de disque, est plus grande dans la direction périphérique du disque que transversale- ment à celle-ci et perpendiculairement à la direction longitudinale du bras. 5 - Frein à disque à étrier flottant selon la revendication 4, caractérisé en ce que les bras de support de frein (22; 24) sont reliés rigidement entre eux, à leur extrémité opposée à la partie portante les suppor- tant, par un pontet de liaison (26) qui est adjacent, dans une direction radiale, au bord longitudinal extérieur de la branche longitudinale de châssis (56).