Brevet FR2613008A1 — publié le 19880930

La présente invention se rapporte en général à des structures d'embrayage à friction et de transmission pour véhicule et en particulier à un frein perfectionné d'embrayage qui est adapté à une utilisation dans une telle structure. La présente invention se rapporte égale- ment à un procédé perfectionné de fabrication du frein d'embrayage. Dans des trains de transmission de véhicule, on sait bien utiliser un embrayage à friction pour déconnecter temporairement un moteur d'une transmission afin de per- mettre à la transmission d'accomplir une opération de changement de vitesse. Avant une telle opération de changement de vitesse, les pignons devant se conjuguer dans la transmission sont entraînés par le moteur à des vitesses différentes de rotation. L'embrayage est dégagé donc les pignons conjugués ne continuent pas à être entraînés par le moteur et par conséquent peuvent s'aligner avec un autre avant l'opération de changement de vitesse. L'alignement pré-changement empêche un choc non souhaitable des dents des pignons. Cependant, dans une transmission non synchronisée, l'arbre d'entrée de la transmission (qui est l'arbre de sortie de l'embrayage) continue à tourner pendant une certaine période de temps après dégagement de l'embrayage, à cause du moment. En conséquence, dans de telles transmissions non synchronisées, il est nécessaire de prévoir un certain moyen pour ralentir ou arrêter la rotation de l'arbre d'entrée vers la transmission lorsque l'embrayage est dégagé pour permettre l'alignement des pignons comme on l'a décrit ci-dessus. Le frein d'embrayage est un dispositif qui est bien connu pour ralentir ou arrêter la rotation de l'arbre d'entrée vers la transmission lorsque l'embrayage est dégagé. Le frein d'embrayage est disposé autour de l'arbre d'entrée entre l'extrémité arrière de l'embrayage et l'extrémité avant de la transmission. Le frein d'embrayage est monté sur l'arbre d'entrée pour une rotation avec lui. Un mouvement axial limité du frein d'embrayage le long de l'arbre d'entrée est cependant permis. Un mécanisme de dégagement de l'embrayage est également monté coulissant autour de l'arbre d'entrée pour un mouvement axial limité. Le mécanisme de dégagement est mobile entre des positions embrayée et débrayée pour sélectivement connecter et déconnecter l'arbre d'entrée au moteur. Lors d'un déplace- ment à la position débrayée, le mécanisme de dégagement glisse vers l'arrière, vers l'extrémité avant de la trans- mission. Ce mouvement force le frein d'embrayage à venir en engagement de friction entre le mécanisme de dégagement de l'embrayage et l'extrémité avant de la transmission. Par suite, la rotation du frein d'embrayage ainsi que de l'arbre d'entrée vers la transmission est ralentie ou arrêtée. Dans le passé, des freins d'embrayage du type décrit ci-dessus étaient formés avec deux couvercles métalliques opposés,adaptés à engager respectivement le mécanisme de dégagement de l'embrayage et l'extrémité avant de la transmission. Chacun des couvercles comprenait une bande annulaire en un matériau fibreux de garniture de friction qui lui adhérait. Ces garnitures de friction étaient soumises à une usure résultant de l'accumulation de chaleur et d'un usage répétitif pendant l'engagement de friction décrit ci-dessus. En conséquence, il serait souhaitable de prévoir un frein perfectionné d'embrayage surmontant ces inconvénients. La présente invention se rapporte à une structure perfectionnée pour un frein d'embrayage ainsi qu'à un procédé de fabrication d'un tel frein d'embrayage. Un métal en poudre, tel que de l'acier en poudre, est initiale- ment pressé en une préforme ayant une configuration souhaitée pour chacun d'une paire de couvercles opposés pour le frein d'embrayage. La configuration de la surface externe de chacune des préformes comprend un certain nombre de segments bosselés arrangés en un agencement annulaire. Les segments bosselés des couvercles sont les parties qui viennent en engagement de friction pendant l'utilisation. Chacun des segments est défini par des côtés interne et externe s'étendant circonférentiellement, qui sont connectés par une paire d'extrémités s'étendant généralement radialement. Les parties intermédiaires des deux extrémités peuvent être circonférentiellement courbées vers l'intérieur, l'une vers l'autre, pour former une région concave. Chaque préforme est placée dans un four de frittage pendant une période prédéterminée de temps. Le processus de frittage force les particules du métal en poudre pressé à se fusionner, durcissant ainsi la préforme. Pendant le processus de frittage, un matériau différent peut être imprégné dans la préforme relativement poreuse pour modifier le coefficient de frottement des segments bosselés de la surface externe. Pour accomplir cela, un morceau d'un autre matériau, comme du cuivre ou du bronze,est disposé sur la préforme à proximité de chacun des segments bosselés. Tandis que la préforme est frittée, le morceau du matériau différent fond et s'écoule dans la préforme relativement poreuse. Lorsque le processus de frittage est terminé, la préforme a été durcie pour former le couvercle du frein d'embrayage et les segments du couvercle comprennent le matériau différent qui l'imprègne. La présente invention a pour objet une structure perfectionnée pour un frein d'embrayage ayant un certain nombre de segments bosselés faisant corps avec elle. La présente invention a pour autre objet un procédé perfectionné de fabrication d'une telle structure de frein d'embrayage. La présente invention a pour autre objet une structure de frein d'embrayage comprenant des régions localisées en un matériau différent,imprégnant les seg- ments bosselés. L'invention sera mieux comprise, et d'autres buts, caractéristiques, détails et avantages de celle-ci apparaitront plus clairement au cours de la description explicative qui va suivre faite en référence aux dessins schématiques annexés donnés uniquement à titre d'exemple illustrant plusieurs modes de réalisation de l'invention et dans lesquels: - la figure 1 est une vue en perspective éclatée d'un frein perfectionné d'embrayage selon la présente invention; - la figure 2 est une vue en élévation extrême de la surface externe de l'un des couvercles du frein d'embrayage illustré à la figure 1; - la figure 3 est une vue en élévation et en coupe faite suivant la ligne 3-3 de la figure 2; et - la figure 4 est une vue en élévation et en coupe, partiellement arrachée, d'une préforme et d'un morceau d'un matériau différent dans un four de frittage,avant frittage pour former le couvercle illustré à la figure 2. En se référant maintenant aux dessins, la figure 1 illustre une vue éclatée d'un frein d'embrayage, générale- ment indiqué en 10, selon la présente invention. Le frein d'embrayage 10 comprend une paire de couvercles opposés, généralement indiqués en 12 et 14, qui sont adaptés à entourer et à enfermer une rondelle interne de frein 16, une rondelle externe de frein 18 et une rondelle ondulée 20. Les couvercles 12 et 14 comprennent des bords externes respectifs en biseau 12a et 14a qui permettent à une bande de serrage 22 d'être sertie sur eux pour fixer les couvercles 12 et 14 l'un à l'autre d'une manière connue. Les couvercles externes 12 et 14 comprennent de plus des paires respectives de fentes opposées 12b et 14b qui sont formées dans les bords externes en biseau 12a et 14a. Lorsque les couvercles 12 et 14 sont fixés l'un à l'autre, les fentes 12b et 14b définissent des espaces opposés pour la réception de pattes respectives 20a s'étendant radiale- ment vers l'extérieur,qui sont formées sur la rondelle ondulée 20. La coopération des pattes 20a dans les espaces définis par les fentes 12b et 14b empêche la rondelle ondulée 20 de tourner relativement aux couvercles 12 et 14. La demande de brevet US N 785 915,déposée le 9 Octobre 1985, au nom de la demanderesse de la présente invention, révèle la structure de base et le fonctionnement du frein d'embrayage 10 et sa divulgation est incorporée ici à titre de référence. En se référant maintenant aux figures 2 et 3, la structure du couvercle 12 y est illustrée en détail. La structure et la construction du couvercle 14 sont identi- ques à celle du couvercle 12 et par conséquent ne sont ni illustrées ni décrites pour la rapidité. La partie majeure du couvercle 12 est généralement de forme annulaire, ayant une ouverture centrale 24 relativement grande qui la traverse. Le couvercle 12 a une surface de garniture externe 26 qui est adaptée à venir en engagement de friction pendant l'utilisation,comme on le décrira ci- dessous, et une surface de garniture interne évidée 28. Lorsque les couvercles 12 et 14 sont fixés l'un à l'autre, les surfaces de garniture interne 28 définissent une cavité annulaire interne qui enferme la rondelle interne de frein 16, la rondelle externe de frein 18 et la rondelle ondulée 20 à l'orientation illustrée à la figure 1. Un certain nombre de relativement petites ouvertures 30 peuvent également être formées à travers le couvercle 12 à proximité de l'ouverture centrale 24. Un certain nombre de segments bosselés 32 sont formés sur la surface de garniture externe 26 du couvercle 12. Les segments 32 définissent des zones surélevées individuelles sur cette surface de garniture externe 26, qui sont séparées par les zones non surélevées s'étendant radialement entre elles. Le nombre de ces segments bosse- lés 32, ainsi que leur taille relative, leur forme et leur emplacement, peuvent être changés selon les applications spécifiques du frein d'embrayage 10. Dans le mode de réalisation illustrée, quatre segments 32 sont formés de manière équidistante en un agencement annulaire sur la surface externe 26 du couvercle 12. Chacun des segments 32 a généralement la forme d'un secteur tronqué, défini par un côté interne 32a s'étendant circonférentiellement, 2613008- un côté externe 32b s'étendant circonférentiellement et deux extrémités 32c et 32d s'étendant généralement radialement. Les extrémités 32c et 32d sont contiguës avec la paroi circonférentielle interne 32a et la paroi circonférentielle externe 32b au moyen de coins 34 de forme convexe. Les deux coins convexes 34 associés à chacune des extrémités 32c et 32d définissent un rayon s'étendant d'un axe de rotation 36 du frein d'embrayage 10. Les deux rayons associés à chacun des segments 32 peuvent être 'orientés à un angle de 45 l'un relativement à l'autre, et le rayon associé à l'extrémité 32c de l'un des segments 32 peut être orienté à un angle de 45 relativement au rayon associé à l'extrémité adjacente 32d du segment adjacent 32. Entre les deux coins convexes 34 associés à chacune des extrémités 32c et 32d, est définie une partie intermédiaire 36 pour chacune des extrémités 32c et 32d. Les parties intermédiaires 36 de chacune des extrémités 32c et 32d peuvent être circonférentiellement courbées vers l'intérieur, l'une vers l'autre,pour former une région concave. Les régions intermédiaires concaves 36 sont par conséquent disposées entre les paires respectives de coins convexes 34 associés à chacune des extrémités 32c et 32d. Les régions intermédiaires concaves 36 peuvent être formées symétriquement autour d'une ligne centrale circonférentielle traversant le segment 32, qui est disposée concentriquement relativement aux côtés circonférentiels interne et externe 32a et 32b respecti- vement et se trouve radialement équidistante entre eux. En formant les segments 32 de cette manière, une distribution plus uniforme de température est obtenue dans tous les segments 32 lorsqu'ils sont en engagement de friction pendant l'utilisation. Lorsque le mécanisme de dégagement de l'embrayage est déplacé à la position débrayée, il exerce une quantité prédéterminée de force axialement contre le frein d'embrayage 10. Par suite, le frein d'embrayage 10 est comprimé entre le mécanisme de dégagement de l'embrayage et l'extrémité avant de la transmission. Grâce à la formation bosselée ou surélevée, les segments 32 sont les seules parties des couvercles 12 et 14 qui sont en engagement de frottement entre le mécanisme de dégagement et la transmission. En conséquence, les forces axiales produites par le mécanisme de dégagement et la transmission forcent des pressions à se développer sur les segments 32 des surfaces externes de garniture 26, lesquelles pressions sont dirigées axialement vers l'intérieur. La pression unitaire développée sur toute partie des segments 32 est plus importante que celle qui serait autrement développée si les segments 32 étaient remplacés par une bande annulaire continue s'étendant autour du frein d'embrayage 10. Cela est dû au fait que les segments 32 définissent une plus petite surface effective des couvercles 12 et 14 contre laquelle sont appliquées les forces axiales, qu'une bande annulaire continue définirait. Comme la pression est fonction de la force par unité de surface et que les forces axiales elles-mêmes restent constantes tandis que la surface diminue, les pressions unitaires (ainsi que la pression totale) qui se développent sur les segments 32 sont plus importantes que les pressions unitaires qui se seraient autrement développées sur une bande annulaire continue. Ainsi, la structure de la présente invention permet le développement de pressions unitaires relative- ment plus importantes contre des zones superficielles relativement plus petites des segments 32 des couvercles 12 et 14, en opposition aux pression unitaires relative- ment moindres qui sont développées contre des zones superficielles relativement plus grandes des couvercles des freins d'embrayage de l'art antérieur. Une telle structure a pour résultat plusieurs avantages distincts. D'abord, en réduisant les zones des couvercles 12 et 14 qui sont soumises à un engagement de frottement à des régions distinctes, les segments 32 ont tendance à s'user plus régulièrement. Il serait difficile et coûteux de fabriquer un frein d'embrayage o les bandes annulaires de friction seraient suffisamment exactes sur toute leur étendue pour définir des surfaces planes s'usant régulièrement. En réduisant l'aire totale exposée à l'engagement de friction et en divisant cette aire réduite en segments distincts 32, les effets non souhaitables des imprécisions de fabrication sont réduits et les surfaces des segments 32 auront tendance à s'user plus régulièrement pendant l'utilisation. De même, les régions o l'usure se produira sont précisément et facilement définies par la forme des segments 32. Un second avantage de la structure de la présente invention se rapporte à la dissipation de la chaleur produite par l'engagement de friction du frein d'em- brayage 10. Comme on peut s'y attendre, de la chaleur est produite dans les segments 32 lorsqu'ils sont en engage- ment de friction entre le mécanisme de dégagement et la transmission. Les portions de la surface externe 26 du couvercle 12 qui s'étendent radialement entre les segments 32 servent de radiateurs de chaleur pour attirer la chaleur au loin des segments 32. Dans des freins d'embrayage ayant une bande annulaire de friction, il n'y a pas de parties s'étendant radialement qui ne sont pas elles-mêmes en engagement de friction et par conséquent ne produisent pas de chaleur additionnelle. Ainsi, même si la quantité de chaleur qui est produite dans des zones localisées (c'est-àdire les segments 32) du frein d'embrayage 10 de la présente invention peut être un peu plus importante que celle qui serait produite dans une bande annulaire de friction (du fait des moindres pressions totales qui y sont produites), la présente invention offre une structure supérieure parce qu'elle permet de dissiper cette chaleur bien plus efficacement que le frein d'embrayage ayant une telle bande annulaire de friction. En conséquence, le frein d'embrayage 10 de la présente invention permet d'absorber en toute sécurité et de dissiper plus de chaleur qu'un tel frein d'embrayage avec pour résultat un dispositif plus durable et plus fiable. Un troisième avantage de la présente invention découle du second avantage décrit ci-dessus. Comme les portions de la surface de garniture externe 26 du couvercle 12 qui s'étendent entre les segments 32 ne sont pas en engagement de friction, toute chaleur n'y provient que de la dissipation de la chaleur produite dans les segments 32. En circonstances normales, cette chaleur dissipée sera plus faible que celle qui se produirait normalement dans des freins d'embrayage ayant des bandes annulaires de friction, o toute la circonférence de la bande est en engagement de friction. Lorsque le frein d'embrayage 10 est assemblé, la rondelle ondulée 20 est en aboutement contre la surface de garniture interne 28 du couvercle 12,uniquement à certains points prédéterminés sur sa circonférence. Comme cela est mieux illustré à la figure 1, la rondelle ondulée 20 peut être formée avec quatre ondes de manière que chacune des ondes soit en aboutement contre la surface de garniture interne 28 du couvercle 12 en un point qui est placé entre les segments 32. Comme la quantité de chaleur à ces points est relativement faible, le fonctionnement de la rondelle ondulée 20 n'est pas sensiblement affecté par la chaleur. Dans des freins d'embrayage ayant des bandes annulaires de friction, la flexibilité de la rondelle ondulée 20 peut changer tandis que la quantité de chaleur produite dans la surface de garniture interne 28 du couvercle 12 augmente au point d'aboutement. Si la flexibilité de la rondelle ondulée 20 est affectée, cela peut avoir pour résultat des variations non souhaitables de la quantité de force produite par la rondelle ondulée 20. Comme les points d'aboutement du frein d'embrayage 10 de la présente invention ne sont pas placés dans des zones de production de chaleur, le fonctionnement de la rondelle ondulée 20 n'est pas sensiblement affecté. La présente invention se rapporte également à un procédé perfectionné de formation des couvercles 12 et 14 décrits ci-dessus. Initialement, une préforme 40 (voir figure 4) est formée ayant une forme qui est identique, par sa configuration, à la forme du couvercle 12 illustré aux figures 1, 2 et 3. La préforme 40 est formée en un matériau de métal en poudre, comme de l'acier en poudre ou du fer en poudre. Ce métal en poudre est couramment disponible de sources commerciales. Pour former la préforme 40, on place une certaine quantité de ce métal en poudre dans une matrice conventionnelle (non repré- sentée) et on soumet à une relativement forte pression par une presse conventionnelle ou machine similaire. La quantité de pression requise pour former la préforme 40 variera selon le type de la matière métallique en poudre utilisée et la géométrie de la préforme 40. Par exemple, une force de trois cent cinquante tonnes s'est révélée être acceptable pour former une préforme 40 à partir d'acier en poudre qui a à peu près 100 mm de diamètre. La préforme 40 formée par le processus est relativement poreuse et un peu fragile mais elle se conforme à la configuration des couvercles 12 et 14. Lorsque la préforme 40 a été fabriquée, elle est placée dans un four conventionnel de frittage 42 pendant une période prédéterminée de temps. Comme pour ce qui précède, la température et le temps du processus de frittage varieront avec le type de la matière métal- lique en poudre utilisée et avec la géométrie de la préforme 40. Pour la préforme 40 décrite ci-dessus, le processus de frittage peut être accompli à une température d'environ 1093 C pendant environ vingt minutes. Le processus de frittage force les particules du métal en poudre pressé de la préforme 40 à se fusionner, durcissant ainsi la préforme 40 dans le couvercle 12. Le coefficient de friction des segments 32 déterminera la quantité de force de friction produite par cet engagement, en supposant que les autres facteurs mis 11. en cause (comme les coefficients de friction pour les faces d'engagement du mécanisme de dégagement et la transmission et la grandeur des forces axiales sollicitant les composants ensemble) restent constants. Le coefficient de friction des segments 32 est déterminé en grande part par la composition du métal en poudre utilisé pour former les segments 32. Ainsi, en faisant varier cette composition, le coefficient de friction des segments 32 peut être altéré pour obtenir des résultats souhaités. Cependant, comme seuls les segments 32 eux-mêmes sont mis en cause dans l'engagement de friction, il peut être souhaitable de ne faire varier que la composition des segments 32 en opposition à la variation de la composition de toute la préforme 40 et ainsi du couvercle 12. Afin de faire cela, la présente invention envisage qu'un matériau différent, tel qu'un métal ou une huile,soit imprégné dans les segments 32 pendant ou après le processus de frittage. Pour accomplir cela, un morceau 44 de ce matériau différent (cuivre, par exemple) est disposé sur la préforme 40 dans le four de frittage 42, comme cela est illustré à la figure 4. Typiquement, le morceau 44 a une température de fusion qui est plus faible que ou égale à la température à laquelle la préforme 40 sera frittée. Tandis que la température de la préforme 40 augmente, le morceau 44 fond en une forme liquide, lui permettant de s'écouler et de s'infiltrer dans la matière relativement poreuse constituant la préforme 40. Lorsque du cuivre est utilisé pour former le morceau 44 et que de l'acier en poudre est utilisé pour former la préforme 40, le morceau 44 peut être disposé sur la préforme 40 dès que la préforme 40 est insérée dans le four de frittage 42 et peut être fritté pendant toute la période de vingt minutes décrite ci-dessus. Cela est dO à ce que la température de fusion du cuivre est à peu près égale à la température de frittage de l'acier en poudre. Lorsque l'on utiliser du bronze pour former le morceau 44, la préforme 40 peut être frittée d'abord comme décrit ci-dessus sans le morceau 44. Lorsque la préforme 40 a été frittée, on l'enlève du four de frittage 42 et on la refroidit. Subséquemment, le morceau est disposé sur la préforme frittée 40 comme le montre la figure 4 pour une réinsertion dans le four de frittage 42. La préforme 40 et le morceau 44 sont chauffés à une température d'environ 815 C pendant environ cinq minutes. Cette température est à peu près le point de fusion du morceau de bronze 44. Lorsque le morceau de bronze 44 fond, il s'écoule dans la préforme 40 relativement poreuse comme on l'a décrit ci-dessus. Si l'on souhaite imprégner une matière liquide telle que de l'huile dans la préforme 40, on l'ajoute simplement à la préforme 40 dans les régions souhaitées après avoir fritté la préforme 40 comme on l'a décrit ci-dessus. Le procédé de réchauffage est inutile parce que la matière liquide n'a bien entendu pas à être fondue. Ainsi, on peut voir que le coefficient de friction des segments 32 des couvercles 12 et 14 peut être changé en changeant le type et la quantité du matériau différent qui les imprègne. Les températures et les temps décrits ci-dessus varieront selon le type du matériau différent utilisé, le degré d'infiltration du matériau différent qu'il faut obtenir et le coefficient ultime de frottement que l'on souhaite. R E VE N D I C A T I ON S 1.- Couvercle pour un frein d'embrayage,caractérisé en ce qu'il comprend: une partie majeure (26) qui est généralement de forme annulaire, ladite partie majeure comprenant une surface de garniture externe; et un certain nombre de segments bosselés (32) formés sur ladite surface de garniture externe, chacun desdits segments faisant corps avec ladite partie majeure dudit couvercle. 2.- Couvercle selon la revendication 1, caractérisé en ce que la partie majeure (26) et les segments (32) sont formés en un métal en poudre fritté. 3.- Couvercle selon la revendication 1, caractérisé en ce que chaque segment est défini par un côté circonfé- rentiel interne (32a), un côté circonférentiel externe (32b) et deux extrémités (32c, 32d) s'étendant généralement radialement. 4.- Couvercle selon la revendication 3, caractérisé en ce que chacune des extrémités comprend de plus une partie intermédiaire concave disposée entre ses coins respectifs (34). 5.- Couvercle selon la revendication 1, caractérisé en ce que la partie majeure et chaque segment sont formés d'une préforme. 6.- Procédé de fabrication d'un couvercle pour un frein d'embrayage, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes de: (a) former une préforme ayant au moins une surface adaptée à un engagement de friction pendant l'utilisation; et (b) imprégner un matériau différent dans ladite surface de friction de ladite préforme pour changer son coefficient de frottement. 7.- Procédé selon la revendication 6, caractérisé en ce que l'étape (a) précitée comprend les étapes de prévoir une matrice ayant une configuration souhaitée pour la préforme, d'insérer une quantité d'une matière métallique en poudre dans la matrice et de presser la matière métallique en poudre dans la matrice pour former la préforme. 8.- Procédé selon la revendication 7, caractérisé en ce que l'étape (b) comprend les étapes d'insérer la préforme dans un four de frittage, de placer un morceau d'un matériau métallique différent à proximité de la surface de friction, de chauffer la préforme et le maté- riau métallique différent dans le four de frittage à une température qui est suffisante pour fritter la préforme et fondre le matériau différent, pour qu'ainsi le matériau différent fondu s'infiltre dans la préforme. 9.- Procédé selon la revendication 7, caractérisé en ce que l'étape (b) comprend les étapes d'insérer la préforme dans un four de frittage, et de chauffer la pré- forme dans le four de frittage à une température qui est suffisante pour fritter la préforme. 10.- Frein d'embrayage caractérisé en ce qu'il comprend: une paire de couvercles opposés (12, 14), dont chacun comprend une surface de garniture externe et une surface de garniture interne, chacune desdites surfaces de garniture externe comprenant un certain nombre de segments bosselés séparés par des zones non surélevées, chacune desdites surfaces de garniture interne comprenant une partie évidée, lesdits couvercles étant maintenus ensemble de manière que lesdites surfaces de garniture interne définissent une cavité interne; des rondelles interne et externe de frein (16, 18) disposées dans ladite cavité; et une rondelle ondulée(20)disposée dans ladite cavité, ladite rondelle ondulée ayant au moins une onde qui est en aboutement contre l'une des surfaces de garniture interne en étant simplement adjacente à l'une des zones non surélevées de la surface de garniture externe.