Brevet FR2615259A1 — publié le 19881118

DISQUE PERFECTIONNE POUR FREIN A DISQUE La présente invention concerne les freins du type à disque, mis en oeuvre pour freiner et/ou arrêter La rotation d'une pièce tournante par rapport à un environnement fixe portant une contrepartie coopérant avec le disque. Le domaine technique concerné est, plus spécifiquement, les freins mono ou multi-disques réalisés en carbone-carbone et mis en oeuvre pour freiner et/ou arrêter, spécifiquement mais non Limitativement, la rotation d'organes tournants appartenant à des véhicules terrestres. Dans les domaines techniques ci-dessus, il est fréquent de mettre en oeuvre des freins du type carbone-carbone, comportant au moins un disque rotor entraîné par la pièce tournante et coopérant avec, soit au moins un disque stator, soit des plaquettes de frottement portées par l'environnement fixe de la pièce tournante. Selon les énergies devant être contrôlées, il est fréquent de réaliser le disque rotor en carbone-carbone et de lui faire comporter des moyens de ventilation destinés à permettre une régulation de la température de fonctionnement. A cette fin, il est, généralement, prévu de conférer au disque rotor une forte épaisseur et de ménager, dans cette épaisseur, des canaux ou conduits d'orientation sensiblement radiale. De tels canaux permettent une circulation centrifuge d'air, constituant un véhicule d'échange thermique régulant la température de fonctionnement. L'épaisseur nominale d'un tel disque tient, également, compte de la nécessité de transmettre le couple de freinage, ce qui conduit à réaliser les disques rotor en carbone-carbone sous une épaisseur notable. Les impératifs ci-dessus ne permettent pas de produire et d'utiliser, à un prix de revient intéressant, des freins du type ci-dessus dont les disques exigent, de surcroît, un changement total dès que les épaisseurs des faces latérales ont subi un pourcentage d'usure tel qu'elles ne sont plus à même de transmettre le couple d'entraînement. Le coût élevé de production et d'utilisation limite, notablement, l'application de tels freins dont les caractéristiques de freinage sont, par ailleurs, intéressantes. L'objet de l'invention est de remédier aux inconvénients ci-dessus en proposant un disque perfectionné pour frein à disque, réalisé de manière à permettre la mise en oeuvre d'une matière noble de frottement, telle que le carbone-carbone ou autre matériau analogue, uniquement dans les parties actives du disque de frottement. Un autre objectif est de proposer un disque perfectionné, conçu de manière à permettre une réalisation plus simple et moins coûteuse. Un autre objectif de l'invention est de proposer un disque perfectionné dont les caractéristiques d'échange thermique peuvent être adaptées en fonction de l'application prévue. Un objectif supplémentaire de l'invention est de proposer un disque perfectionné, notamment du type en carbone-carbone, offrant une possibilité de réutilisation et, par conséquent, d'abaissement du coût de fabrication et de mise en service. Pour atteindre les objectifs ci-dessus, le disque perfectionné pour frein à disque, conforme à l'invention, est caractérisé en ce qu'il est composé d'une âme centrale de ventilation, montée flottante sur un tambour d'entraînement en rotation fixé sur la pièce tournante et de deux joues ou parements d'usure montés libres et flottants, de part et d'autre de l'âme sur le même tambour d'entraînement. Diverses autres caractéristiques ressortent de la description faite ci-dessous en référence aux dessins annexés qui montrent, à titre d'exemples non limitatifs, des formes de réalisation de l'objet de l'invention. La fig. 1 est une demi-coupe élévation d'un frein comportant un disque perfectionné conforme à l'invention. La fig. 2 est une demi-élévation correspondant à la ligne II-II de la fig. 1. La fig. 3 est une perspective partielle illustrant une forme de réalisation de l'un des éléments constitutifs de l'objet de l'invention. La fig. 4 est une perspective partielle montrant une variante de réalisation de l'éLément constitutif selon la fig. 3. S05 Selon les fig. 1 et 2, le disque perfectionné est illustré dans une application au freinage et à l'immobilisation d'une pièce tournante constituée par un arbre ou moyeu 1 monté dans un porte-moyeu fixe 2. L'arbre 1 peut être de toute nature, en fonction de l'application envisagée et constituer, par exemple, le moyeu d'une roue de véhicule, par rapport auquel le porte-moyeu 2 fait partie de la structure porteuse. Il doit être considéré que l'invention pourrait, également, s'appliquer à une disposition inverse dans un domaine d'application autre. La fig. I montre un exemple de réalisation d'un frein du type monodisque. Les dispositions de l'invention pourraient être mises en oeuvre, également, dans un frein du type multi-disque. Dans l'exemple selon la fig. 1, le frein comprend un disque 3 dénommé rotor, destiné à coopérer avec au moins un organe fixe 4 de frottement. L'organe fixe 4 peut être un disque stator ou, comme illustré à la fig. 1, un étrier monté sur le porte-moyeu 2 pour chevaucher le disque 3, de part et d'autre duquel il porte des plaquettes de frottement 5 actionnées en pincement du disque 3 par l'intermédiaire de tous moyens connus dans la technique du freinage. Le disque rotor 3 comprend, selon l'invention, un tambour d'entraînement 6 qui est fixé par des boulons 7 sur un flasque 8 solidaire de la piècetournante 1. Le tambour d'entrainement 6 forme, à sa périphérie, une paroi cylindrique 9 comportant, de place en place, des dents 10 équidistantes angulairement, saillant vers l'extérieur. Les dents 10 sont destinées au montage des éléments constitutifs du disque 3 au sens de l'invention. Le disque 3 comprend, tout d'abord, une âme centrale 11 réalisée en toute matière appropriée, capable de présenter des 26 15 2 5 9 caractéristiques de résistance mécanique convenables en relation avec l'application visée et, notamment, le couple à transmettre. Le choix de la matière constitutive de l'âme centrale 1 est, également, effectué pour tenir compte d'une capacité d'échange thermique. L'âme centrale 1 peut, ainsi, être réalisée en fonte, en acier, en titane, en aluminium, voire en un matériau composite, le cas échéant aussi en carbone-carbone. L'âme centrale 11 est réalisée de manière à comporter, sur son bord périphérique intérieur, des crans ou des encoches 12 destinés à permettre un montage flottant sur le tambour 6 en coopérant avec les dents 10. L'âme centrale 11 est réalisée, par tout moyen de fabrication approprié à la nature de la matière constitutive choisie, de manière à ménager, dans son épaisseur, des canaux 13 établis entre les bords périphériques intérieur et extérieur au niveau desquels ils s'ouvrent. Les canaux 13 sont équidistants angulairement et présentent, dans l'exemple de réalisation selon la fig. 3, une disposition radiale. Selon une disposition préférée, les canaux 13 sont, alternativement, ouverts sur l'une et l'autre des faces latérales de l'âme 11. Les canaux 13 peuvent résulter d'usinage ou d'un mode de fabrication approprié de l'âme 11, tel qu'emboutissage, matriçage, moulage, etc... Le disque 3 est, également, composé de deux joues ou parements de frottement et d'usure 14 qui sont, de préférence, réalisés en carbonecarbone ou autres matériaux de frottement. Les joues ou parements 14 sont massifs et monoblocs et présentent une épaisseur constante. Les joues ou parements 14 sont usinés ou réalisés, de manière à comporter, sur leur chant périphérique intérieur, des encoches ou crans 15 permettant le montage flottant sur les dents 10 du tambour 6. Les joues ou parements 14 sont montés sur le tambour d'entraînement 6, de part et d'autre de l'âme 11 vis-à-vis de laquelle ils sont libres et flottants par rapport au disque. Les joues ou parements 14 contribuent à fermer latéralement les canaux 13 s'ouvrant, successivement, sur l'une et l'autre des faces latérales de l'âme 11. Les joues ou parements 14 représentent les pièces de frottement destinées à coopérer avec les parties fixes 5 réalisées en forme de plaquettes ou de disques stator. Le tambour d'entraînement 6 est, par ailleurs, réalisé de manière à présenter, dans la partie centrale de sa paroi périphérique 9, des ouvertures ou lumières 16 ménagées de place en place ou, de préférence, en coïncidence avec certains au moins des canaux 13. La rotation du disque 3 permet, ainsi, d'entretenir une circulation d'air, de type centrifuge, empruntant les trous 16 puis les différents canaux 13 pour assurer un prélèvement des calories qui sont transmises à l'âme 11 par les joues ou parements 14 lors de leur coopération avec les organes de frottement 5, lorsqu'il convient de ralentir, voire d'arrêter la rotation de la pièce tournante 1. L'âme 11 constitue, ainsi, une pièce, mécaniquement résistante, supportant les contraintes de pression appliquées sur les joues ou parements 14 par les pièces de frottement 5. L'âme 11 constitue, aussi, un échangeur thermique permettant de maintenir le disque 3 à une température favorable au bon fonctionnement du frein. A cette fin, l'architecture ou la structure de l'âme 11 peut donc être déterminée pour ajuster la fonction d'échange thermique, en fonction de l'application visée. Le disque selon l'invention comprend, ainsi, trois pièces élémentaires, qui sont montées sur le même tambour d'entraînement, en étant flottantes par rapport à ce dernier et libres relativement. Cette structure est particulièrement adaptée à la compensation des dilatations différentielles résultant de la mise en oeuvre de matériaux différents pour la constitution des trois parties élémentaires ou, encore, résultant de l'imposition de températures différentes, en fonction des conditions d'utilisation. Outre les avantages ci-dessus, il convient de noter que la structure du disque selon l'invention permet de réutiliser, à volonté, l'âme 11, tout en mettant en oeuvre des joues ou parements d'usure 14 susceptibles d'être réalisés en des matériaux présentant de grandes caractéristiques de frottement. Un disque 3 selon l'invention peut, ainsi, présenter des caractéristiques de freinage optimales, tout en étant d'un prix de fabrication et d'entretien inférieur aux disques réalisés de façon monobloc en une même matière. Un autre objet de l'invention réside dans la possibilité de réaliser l'âme centrale 11 en un matériau, plus spécifiquement choisi en fonction de l'échange thermique, tout en réservant le choix d'un matériau adapté à la fonction de frottement, uniquement pour la constitution des joues ou parements d'usure 14. Dans l'exemple de réalisation selon la fig. 3, les canaux 13 possèdent une orientation sensiblement radiale. Il peut être prévu de réaliser l'âme 11 pour conférer à ces canaux une orientation inclinée dans le sens de rotation du disque 3. Une telle orientation favorise, encore, la circulation centrifuge et contribue à améliorer les performances d'échanges thermiques de l'âme 11. Dans ce qui précède, il est indiqué que certains au moins des canaux 13 sont en relation avec des lumières ou des trous 16 du tambour 6. Il peut être prévu de réaliser l'âme 11 de manière que les différents canaux 13 débouchent dans un dégagement inférieur ménagé dans le bord périphérique intérieur de l'âme 11. Un tel dégagement, désigné par la référence 17, permet une circulation périphérique à partir des trous 16 et un écoulement centrifuge dans les différents canaux 13. La fig. 4 illustre une variante de réalisation selon laquelle l'âme 11 comporte, à sa périphérie, des ailettes 18 équidistantes angulairement, de disposition radiale ou non, contribuant à délimiter les canaux 13 en coopération avec les faces en vis-à-vis des joues ou parements d'usure 14 disposés de part et d'autre d'une telle âme. Dans un tel cas, les ailettes 18 s'étendent à partir d'une couronne 19 dans laquelle sont ménagés les crans ou encoches 12, ainsi que des ouvertures 20 pratiquées entre les différentes ailettes 18 pour permettre une admission d'air de refroidissement à partir des trous 16. L'invention n'est pas timitée aux exemples décrits et représentés, car diverses modifications peuvent y être apportées sans sortir de son cadre. 2615 2 5 9 REVENDICATIONS: 1 - Disque perfectionné, pour frein à disque du type comprenant au moins un disque rotor (3) monté sur une pièce tournante (1) pour coopérer avec au moins un organe fixe de frottement (4) pourvu de moyens (5) pouvant être commandés en course de pincement du disque rotor, caractérisé en ce que le disque rotor est composé d'une âme centrale (11) de ventilation, montée flottante sur un tambour (6) d'entraînement en rotation fixé sur la pièce tournante (1) et de deux joues ou parements d'usure (14) montés libres et flottants de part et d'autre de l'âme sur le même tambour d'entraînement. 2 - Disque perfectionné selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'âme centrale (11) délimite des canaux (13) en relation, pour certains au moins, avec des trous (16) ménagés dans le tambour d'entraînement. 3 - Disque perfectionné selon la revendication 2, caractérisé en ce que les canaux (13) présentent une orientation radiale. 4 - Disque perfectionné selon la revendication 2, caractérisé en ce que les canaux (13) sont inclinés dans le sens de rotation du tambour d'entraînement. - Disque perfectionné selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que les canaux sont, alternativement, ouverts sur l'une et l'autre face latérale de l'âme. 6 - Disque perfectionné selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que les canaux sont délimités par des ailettes successives (18) formées par l'âme et par les faces en vis-à-vis des deux joues ou parements. 7 - Disque perfectionné selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que l'âme centrale et les joues ou parements sont montés sur le tambour par des crans ou encoches (12) coopérant avec des dents (10) saillant à la périphérie du tambour. 8 - Frein à disque comportant un disque rotor selon l'une des revendications 1 à 7.