Brevet FR2634842A1 — publié le 19900202

1. 2634842 ROTOR DE FREIN A DISQUE Cette invention concerne le domaine des rotors composites destinés à des ensembles de freins à disque pour automobiles ayant une portion en chapeau amé- liorée. Jusqu'ici, les rotors composites ont été produits commercialement en formant une portion en chapeau com- portant un bord périphérique plan, en traitant la surface de la portion en chapeau pour faciliter l'adhésion de métal fondu à celle-ci et en coulant un discorde de rotor autour de la périphérie de la portion en chapeau de manière à ce que le discorde de rotor chevauche le bord de la portion en chapeau et y adhère. Les portions en chapeau de l'art antérieur comportaient en général des saillies coplanaires s'étendant radialement vers l'extérieur depuis le bord pour faciliter le verrouillage mécanique entre la por- tion en chapeau et le discolde de rotor coulé autour. La présente invention est basée sur la découverte 2. 2634842 d'un rotor composite amélioré et d'une structure formant une portion en chapeau améliorée pour celui-ci. La portion en chapeau est formée pour comporter un bord ayant une périphérie non plane s'engageant avec le rotor. Un discoide de rotor est alors coulé autour de la portion en chapeau, de sorte qu'une partie du discoide de rotor entoure ou couvre au moins la périphérie non plane du bord et y adhere. Il s'est avéré que les rotors composites ainsi formés présentaient une répartition des contraintes exceptionnellement uniforme durant le freinage du véhicule. Dans ces conditions, un rotor composite selon la présente invention peut résister à des contraintes thermiques et mécaniques extrêmes. La figure 1 est une vue en perspective d'un rotor composite selon la présente invention. La figure 2 est une vue en coupe prise selon les lignes 2 - 2 de la figure 1. La figure 3 est une vue en plan d'une forme d'exécution d'une portion en chapeau améliorée avant son incorporation dans un rotor composite selon la présente invention. La figure 4 est une vue en coupe prise selon la ligne 4 - 4 de la figure 3. La figure 5 est une vue latérale d'une autre forme d'exécution d'une portion en chapeau améliorée selon la présente invention. Lorsqu'on se reporte à la figure 1, un rotor composite selon la présente invention est indiqué dans son ensemble par le chiffre 20. Le rotor 20 est composite en ce sens qu'il comprend une portion en chapeau 22, formée par exemple par emboutissage, et un discoide de rotor 24 formé par moulage autour de la portion en chapeau 22 préalablement formée. Ainsi, le rotor composite 20 ne doit pas être confondu avec d'autres types de rotors, o la portion en chapeau et le discorde de rotor ne forment qu'une pièce obtenue par un procédé de moulage et qui sont désignés dans l'industrie par le terme de "tout moulé" ou "moulé en bloc". La portion en chapeau 22 comprend une bride de montage 26 orientée radialement et présentant un certain nombre d'ouvertures traversantes 28 pour recevoir les boulons (non représentés) pour la fixation de la roue. Une ouverture pilote centrale 30 est aménagée dans la bride de montage 26. Une partie cylindrique 32 formant un tambour orienté axialement s'étend conventionnelle- ment entre la bride de montage 26 et la bride de bord 34 en les connectant. Le discoide de rotor 24 comprend une plaque de friction intérieure 36A et une plaque de friction extérieure 36B, conventionnellement tenues ensemble toute en étant espacées, grâce à des ailettes de refroidissement adjacentes 38. Le discoide de rotor 24 représenté sur la figure 1 est ventilé, du fait des ouvertures entre les ailettes de refroidissement adja- centes 38. Les ouvertures partent de la périphérie du discorde de rotor 24 et elles s'étendent radialement vers l'intérieur jusqu'aux l'épaulements internes 40 prévus sur les plaques de friction 36A et 36B. Ainsi, de l'air de refroidissement peut circuler entre les plaques de friction 36A et 36B pour évacuer la chaleur produite par la friction des patins de freinage d'un système d'étrier associé (non représenté) et des surfaces de friction 42 prévues sur l'extérieur des plaques de friction 36A et 36B. L'invention n'est toutefois pas limitée aux rotors ventilés, et le terme de discoide de rotor est utilisé ici pour désigner l'ensemble des structures de type rotor, ce qui englobe les variétés avec et sans ventilation. Comme représenté sur la figure 2, une partie péri- phérique de la bride de bord 34 de la portion en 4. 2634842 chapeau 22 déborde bien sur la plaque de friction extérieure 36B. L'épaulement interne 40 de la plaque de friction extérieure 36B est généralement plus épais que l'épaulement correspondant interne 40 sur la plaque de friction intérieure 36A pour augmenter la rigidité mécanique dans la région de l'interface entre la bride de bord 34 et la plaque de friction 36B. La bride de bord 34 a une configuration complexe comprenant des régions distinctes comportant deux rai- nures circonférentielles. Près de la partie en tambour 32, il y a une région de transition plane 44. Radiale- ment à l'extérieur par rapport à la région de transition plane 44, il y a une région extérieure en couronne 46 faisant face à une première rainure et radialement à l'extérieur par rapport à celle-ci une région intérieure en couronne 48 faisant face à une seconde rainure. Radialement à l'extérieur par rapport à la région intérieure en couronne 48, il y a une extrémité libre de la bride de bord 34. Du fait des régions en couronne 46 et 48 et des rainures correspondantes, la bride de bord 34 est non plane. Des essais dynamométriques ont été effectués sur les rotors composites selon la présente invention et sur des rotors composites de l'art antérieur avec des portions en chapeau comportant des brides de bord planes. Il est à noter, que les essais n'ont pas été conçus pour simuler les conditions de fonctionnement normal, mais plutôt pour évaluer les limites supérieures de la durabilité des rotors, car on pense que les efforts visant à diminuer le poids *otal des véhicules automobiles vont se poursuivre. Il y a deux raisons pour améliorer la durabilité des rotors composites, en l'occurrence le fait qu'actuellement le poids des auto- mobiles augmente à nouveau et que la place disponible pour les rotors diminue. Ainsi, les rotors de la 5. 2634842 prochaine génération devront être plus petits, plus légers et plus durables. Les rotors selon la présente invention répondent aux deux besoins, comme cela est démontré par les essais dynamométriques évoqués ci- dessus et qui seront décrits plus loin. Les rotors composites de la présente invention ont été fabriqués avec des discoides de rotor moulés en fonte grise habituellement utilisée pour la fabrication d'e tels rotors. Les structures en chapeau pour les rotors composi- tes ont été fabriquées par emboutissage à partir d'un acier HSLA 950X. Les rotors composites ont été montés sur un dynamomètre muni d'un étrier de frein à disque conventionnel et soumis d'une manière répétée aux opéra- tions suivantes: quatre cycles (1) accélération à 1456 tours/min; (2) décélération par freinage à la vitesse de 5 pieds par seconde jusqu'à l'arrêt complet, et quatre cycles (1) accélération à 1456 tours/min; (2) décélération par freinage à la vitesse de 20 pieds par seconde jusqu'à l'arrêt complet. Les rotors composites selon la présente invention résistent tous sans exception à 57 répétitions de la séquence d'essai ci-dessus. Ces essais ont également prouvé que les rotors composites selon la présente invention sont moins sen- sibles aux imperfections dans l'adhésion entre le por- tion en chapeau et la portion de discorde moulée que les rotors composites de l'art antérieur. La solidité du rotor composite selon la présente invention est moins dépendante de l'adhésion du discoide moulé sur la bride de bord que dans le cas de rotors composites de l'art antérieur. Un autre avantage encore de la présente 6. 2634842 invention est le fait que la portion en chapeau selon la présente invention assure une meilleure adhésion entre la bride de bord et le discoide de rotor que les portions en chapeau de l'art antérieur. Dans une méthode de fabrication d'un rotor compo- site selon la présente invention, une portion en chapeau 22 est obtenue par exemple par emboutissage et elle est placée dans un moule adéquat. Le matériau en fusion, par exemple une fonte grise, est alors introduit dans le moule pour former un discoide de rotor 24 comprenant une plaque de friction extérieure 36B entourant au moins la partie complexe de la bride de bord 34. Diverses fontes alliées grises peuvent être utilisées pour le moulage du discoide de rotor. On considère que le choix de la fonte alliée grise particulière est du ressort de ceux versés dans l'art et ne constitue en aucune manière une partie de la présente invention. De même, le choix du matériau particulier pour la portion en chapeau est aussi consi- déré comme étant une décision tout à fait à la portée de ceux versés dans l'art. L'adhésion entre le discoide de rotor et la bride périphérique assure une résistance suffisante contre une rotation de l'un par rapport à l'autre. On peut conférer une résistance additionnelle contre la rotation entre le discoide de rotor et la bride de bord en aménageant des parties plates 51 sur la périphérie de la bride de bord 34, comme représenté sur la figure 3. Bien que quatre parties plates aient été représentées, on peut prévoir plus de quatre parties plates ou moins lorsque cela est souhaité, la gamme allant d'une partie plate jusqu'à un maximum de 24 parties plates. D'autres détails relatifs à la configuration de la bride de bord 34 sont visibles sur la figure 4. Une ligne de référence R est représentée partant à la perpendiculaire de l'axe (non représenté) de la portion 7. 2634842 en chapeau 22. La portion de transition plane 44 est de préférence parallèle à la ligne de référence R. Dans la région de la couronne extérieure 46, la bride de bord 34 s'écarte de la ligne de référence R d'une valeur correspondant à l'angle A. L'angle A, c'est-à-dire l'écartement de la bride de bord 34 par rapport à la o o ligne de référence R, se situe entre 5 et 45 et de préférence, il est d'environ 20. Au niveau de la couronne intérieure 48, la bride de bord 34 s'écarte dans la direction opposée, de préférence avec un écarte- ment supérieur à l'angle A, si bien que la partie de la bride de bord 34 entre la couronne intérieure 48 et l'extrémité libre 50 forme un angle B par rapport à la o o ligne de référence R. L'angle B se situe entre 5 et 45 o et de préférence, il est d'environ 20. L'écartement de la bride de bord 34 par rapport à la couronne intérieure 48 correspond à l'angle C. Comme représenté sur la figure 4, l'angle C est supérieur à l'angle A, et la somme des angles A et B est égale à l'angle C. La configuration de la bride de bord 34 représen- tée en coupe sur la figure 4 est celle que l'on préfère, mais d'autres configurations non planes sont considérées comme étant du domaine de la présente invention. Lorsqu'on se reporte à la figure 4, une seconde forme d'exécution d'une portion en chapeau selon la présente invention est indiquée dans son ensemble par le chiffre 52. La portion en chapeau 52 comprend une bride de montage 26 qui correspond à la bride de montage 26 de la portion en chapeau 22 et une ouverture centrale correspondante 30. Une région cylindrique 32 connecte la bride de montage 26 à une bride de bord 54. Pour empêcher la rotation de la portion en chapeau 52 par rapport à un discolde de rotor moulé associé, la bride périphérique 54 est ondulé sur son bord périphérique. Le nombre d'ondulations dépend de plusieurs paramètres du 8. 2634842 rotor, par exemple du diamètre du rotor. Ce nombre peut aller de trois ondulations jusqu'à un maximum de 60. Le nombre préféré d'ondulations est quatre. La bride péri- phérique 54 est également pourvue d'une couronne extér- ieure 58 et d'une couronne intérieure 60 correspondant respectivement à la couronne extérieure 46 et à la couronne intérieure 48 de la portion en chapeau 22. La description qui précède décrit la meilleure manière de réaliser la présente invention et elle est destinée à permettre à ceux versés dans l'art de la mettre en application. Des modifications et des change- ments peuvent venir à l'esprit de l'homme de l'art, mais elles sont néanmoins du domaine des revendications jointes et conformes à leur esprit. 9 2634842 REVENDICATIONS 1. Ensemble de rotor composite de frein à disque comprenant une portion en chapeau ayant un axe de rotation, une bride centrale de montage et une bride de bord présentant une partie non plane, ladite bride de bord étant çonnectée à ladite bride de montage et s'étendant d'une manière générale radialement vers l'extérieur par rapport audit axe et un discorde de rotor moulé coaxialement autour de ladite portion en chapeau en enveloppant la partie non plane de ladite bride de bord, si bien que les forces de freinage appliquées au rotor sont transmises à ladite portion en chapeau. 2. Rotor composite selon la revendication 1, présen- tant au moins une partie plate sur la périphérie de ladite bride de bord. 3. Rotor composite selon la revendication 1, o la bride de bord non plane a au moins une couronne circonférentielle et o une partie de la bride s'étend dans une direction non radiale. 4. Rotor composite selon la revendication 1, o ladite bride de bord comprend deux couronnes circonférentielles opposées. 5. Section en chapeau destinée à un ensemble de rotor composite de frein à disque, ladite portion en chapeau présentant un axe de rotation et comprenant une bride centrale de montage ainsi qu'une bride de bord circonfé- rentielle connectée à ladite bride de montage, ladite bride de bord s'étendant d'une manière générale radia- lement vers l'extérieur depuis ledit axe et comprenant au moins une ondulation axiale s'étendant circonféren- tiellement autour dudit axe. 6. Section en chapeau destinée à un ensemble de rotor composite de frein à disque, ladite portion en chapeau présentant un axe de rotation et comprenant une bride 10. Z634842 centrale de montage ainsi qu'une bride de bord circonfé- rentielle non plane entourant ladite bride de montage et connectée à celle-ci, ladite bride de bord s'étendant d'une manière générale radialement vers l'extérieur depuis ledit axe et présentant au moins une partie plate sur sa périphérie. 7. Section en chapeau selon la revendication 6, o ladite bride de bord non plane présente au moins une couronne circonférentielle et o une partie de ladite bride s'étend dans une direction non radiale. 8. Section en chapeau selon la revendication 6, o ladite bride de bord comporte deux couronnes circonfé- rentielles opposées. 9. Ensemble de rotor composite de frein à disque comprenant une portion en chapeau présentant un axe de rotation, une bride de montage et une partie en bride de bord non plane connectée à ladite bride de montage, ladite bride de bord s'étendant d'une manière générale radialement vers l'extérieur par rapport audit axe, ladite bride de bord non plane présentant une section transversale sensiblement uniforme sur toute sa circonférence et comportant une couronne intérieure et une couronne extérieure, un discoide de rotor étant moulé coaxialement autour de ladite portion en chapeau en enveloppant ladite partie en bride de bord non plane radialement à l'extérieur par rapport à ladite couronne intérieure, grâce à quoi les forces de freinage appliquées audit discoide sont transmises à ladite portion en chapeau. lu. Dans un ensemble de rotor composite de frein à disque présentant une portion en chapeau en métal embouti, o ladite portion en chapeau comporte une bride centrale de montage présentant un axe transversal de rotation, une bride de bord entourant ladite bride de montage, un moyen pour tenir ladite bride de bord sur 11. 2634842 ladite bride de montage et un discoidè en métal moulé entourant et enveloppant une partie de ladite bride de montage, l'amélioration consistant en ce qu'une partie de ladite bride de bord enveloppée par ledit discorde comporte au moins une ondulation axiale s'étendant radialement vers l'extérieur depuis ledit axe. 11. Amélioration selon la revendication 10, o ladite bride de bord comporte en outre au moins une partie plate sur sa périphérie. 12. Amélioration selon la revendication 10, o ladite bride de bord comporte au moins une ondulation circonférentielle. 13. Dans un rotor composite de frein à disque présentant une portion en chapeau en métal embouti, ladite portion en chapeau comporte une bride centrale de montage présentant un axe transversal de rotation et une bride de bord entourant et enveloppant ladite bride centrale de montage, l'amélioration consistant en ce. que ladite bride de bord comporte au moins une ondulation circonférentielle.