Brevet FR2638214A1 — publié le 19900427

La présente invention concerne un frein automatique à disque. Historiquement, aux Etats-Unis d'Amérique, l'emploi des freins à disque a été avant tout limité aux roues avant, le système de freins à tambour étant employé sur les roues arrière. Cependant, on a porté de plus en plus d'intérêt aux freins à disque pour les roues arrière. L'utilisation des freins à disque sur les roues arrière nécessite un système de frein mécanique d'immobilisation convenable et sûr, de préférence, en une pièce avec le frein à disque. Un tel système en une pièce comporte de préférence un mécanisme de réglage grâce auquel le jeu entre le patin de friction et le rotor est maintenu et ajusté automatiquement pour tenir compte de l'usure du patin. Selon la présente invention, on propose un ensemble à frein mécanique d'immobilisation, en une pièce avec le mécanisme de frein à disque et présentant des caractéristiques de réglage automatique de l'usure. Le mécanisme nouveau de réglage comporte une vis axiale de poussée soumise à une pression différentielle axiale.Un écrou de réglage est reçu par vissage dans la vis de poussée et fixé en rotation au piston d'actionnement hydraulique de sorte que l'écrou de réglage peut tourner librement par rapport à la vis de poussée et au piston. La pression hydraulique agissant sur la vis de poussée crée des forces opposées, dont la résultante est appliquée à un ressort mécanique résistant. Tant que la pression hydraulique est inférieure à une valeur prédéterminée, approximativement 1,4 MPa pour un frein typique d'automobile, la force hydraulique résultante agissant sur la vis de poussée est insuffisante pour surmonter la force résistante donnée exercée par le ressort, et la vis de poussée reste stationnaire. Alors que le piston hydraulique se déplace lors de l'actionnement hydraulique du frein, l'écrou de réglage est entraîné et avance en tournant par rapport à la vis de poussée, d'o un réglage pour tenir compte de l'usure du patin de friction.Alors que la résistance entre le disque et les patins de friction augmente, il se produit un accroissement proportionnel de la pression hydraulique. Lorsque la force hydraulique résultante qui agit sur la vis de poussée est suffisante pour vaincre le ressort mécanique résistant, la vis en combinaison avec l'écrou de réglage est animée d'un mouvement de translation vers le piston, provoquant la venue en contact par frottement de l'écrou de réglage et du piston et empêchant toute nouvelle avance de l'écrou par rapport à la vis, d'o l'achèvement du cycle de réglage. Bien que le mécanisme de réglage soit décrit en combinaison avec un frein mécanique d'immobilisation, il peut être adapté pour être employé dans un mécanisme de frein hydraulique à disque. La présente invention sera bien comprise lors de la description suivante faite en liaison avec les dessins ci-joints dans lesquels: La figure 1 est une vue d'artiste d'un ensemble à frein à disque selon la présente invention; La figure 2 est une vue en coupe prise le long de la ligne 2-2 de la figure 1, et représentant les éléments d'un mode de réalisation préféré de l'invention; La figure 3 est une vue d'artiste éclatée des éléments du dispositif de réglage représentés en figure 2; La figure 4 est une vue d'artiste isolée, représentant la plaque à came du rotor et l'ensemble à chemins de roulement des roulements à billes; La figure 5 est une vue en coupe prise le long de la ligne 5-5 de la figure 2; La figure 6 est une vue d'artiste isolée, représentant des détails de la construction du levier excentrique à axes; La figure 7 est une vue en coupe prise le long de la ligne 7-7 de la figure 5. En figure 1, on a représenté un ensemble typique de frein à disque à étrier flottant. L'étrier 11 est supporté en coulissement sur des ensembles 12L et 12R à axe de guidage de l'étrier. Les axes 12L et 12R sont fixés à une plaque d'ancrage 13 qui supporte à son tour des ensembles à patins de friction intérieur et extérieur 14a et 14b de façon que le couple de freinage soit transmis directement à la plaque 13. Les figures 2 et 3 sont une vue en coupe et une vue éclatée de la combinaison perfectionnée d'un frein mécanique d'immobilisation et d'un mécanisme de réglage de l'usure des patins. L'étrier 11 comporte un alésage 21 pour cylindre de piston et deux alésages à gradin 22a et 22b pour actionneur à came. A l'intérieur de l'alésage 21 se trouve un piston hydraulique 30 formant un joint hydraulique avec l'alésage au moyen d'un joint de piston 18. Le piston 30 comporte un alésage interne à trois gradins comprenant un alésage d'extrémité 31, un alésage 32 pour écrou de réglage et un alésage 33 d'accès à l'ensemble. A l'intérieur du piston 30 sont montés un écrou de réglage 35, un ensemble 36 & roulement à billes, une rondelle plate 34, une rondelle ondulée 37 et une bague de blocage 38. L'écrou de réglage 35 et l'alésage 32 sont représentés comme comportant des surfaces coniques appariées; cependant, on peut utiliser n'importe quel autre jeu de surfaces appariées comme cela apparaItra lors de la compréhension de la relation fonctionnelle entre ces surfaces que l'on décrira ci-dessous. Il peut s'avérer souhaitable, dans certaines conditions de fonctionnement, de fournir des stries appariées ou autres moyens d'engagement par frottement à ces surfaces appariées. Une vis de poussée 40 s'étend axialement à partir d'une plaque à came 51, en engagement fileté avec l'écrou de réglage 35. Les filets 41 de la vis de poussée et les filets appariés de l'écrou de réglage 35 sont d'un pas tel que l'écrou 35 subira une translation par rotation le long de la vis 40 en réponse à l'application & l'écrou 35 d'une force donnée. Par exemple, un filet en dents de scie à trois départs, ayant dix filets par pouce (25,4 mm) s'est - avéré donné satisfaction. Cependant, tout filet hélicoïdal à départs multiples peut être utilisé. Une tige anti-rotation 53 s'engage dans une fente 48 ménagée dans la plaque à came 51, empêchant la rotation de la plaque 51 et de la vis de poussée 40. La tige antirotation 53 est scellée hydrauliquement par un joint torique 29 et maintenue en place par un bouchon fileté 55 et une entretoise 28.Vissé dans la vis de poussée 40, en étant axialement opposé à la plaque à came 51, un bouchon d'extrémité 42 forme un joint hydraulique avec l'alésage d'extrémité 21 au moyen d'un joint torique 44 de sorte que la pression d'actionnement hydraulique agit sur la surface intérieure du bouchon 42 et la pression atmosphérique sur la surface extérieure au moyen d'un évent atmosphérique 26. Dans le mode dans lequel le frein n'est pas appliqué (position de repos), la rondelle ondulée 37 exerce une force axiale suffisante, dirigée vers l'extérieur, sur l'écrou de réglage 35, agissant par l'intermédiaire de l'ensemble 36 à roulement à billes, pour amener l'écrou 35 en contact par frottement avec le piston 30, comme cela est représenté en figure 2. Entre l'alésage 21 du piston et l'alésage d'actionnement 22a se trouve une plaque 45 d'aboutement avec un ressort, ayant une ouverture centrale 43 par l'intermédiaire de laquelle s'étend la vis de poussée 40 et qui permet le passage du fluide hydraulique entre les alésages 21 et 22a. La plaque 45 est maintenue en position par un circlip 46 et par la compression d'un ressort conique 47 entre elle-même et la plaque à came 51. A l'intérieur de l'alésage 22a de l'actionneur à came se trouve un mécanisme rotatif d'actionnement à bille comprenant la plaque à came stationnaire 51, une plaque à came rotative 50, un ensemble 60 à chemin de roulement pour roulement à billes, et un palier de butée 57. Un arbre rotatif 56 s'étend à travers l'alésage 22b et forme un joint hydraulique au moyen d'un joint torique 49 et vient s'engager dans le levier 19 d'actionnement du frein d'immobilisation. L'ensemble 60 à chemin de roulement comprend un chemin 62, des billes 61, un levier excentrique 70 à axes. Le levier excentrique 70 comprend des axes 71 et 72 s'étendant dans des directions opposées qui sont fixés aux extrémités opposées d'une plaque de pivotement 73. Comme on le voit le mieux en figures 6 et 7, un axe de pivotement 74 est reçu en rotation dans une encoche 64 du chemin 62 de sorte que l'axe 71 s'étend axialement vers l'extérieur du chemin 62 et l'axe 72 s'étend à l'intérieur du chemin 62. L'ensemble 60 à chemin de roulement est placé entre la plaque à came fixe 51 et la plaque à came rotative 50 de sorte que son pivot 63 est reçu dans le trou 54 de la plaque à came 51 et les axes 71 et 72 du levier excentrique 70 s'engagent dans un trou 58 de la plaque à came fixe 51 et une fente 59 de la plaque à came rotative 50, respectivement, d'o la mise en place des billes 61 à un endroit contigu à leurs surfaces respectives 52 de la plaque à came. Les plaques 51 et 50 comportent toutes deux des surfaces 52. On décrira maintenant le fonctionnement mécanique du dispositif. Pour obtenir la caractéristique de frein mécanique d'immobilisation, le levier mécanique d'actionnement 19 est amené à tourner sous l'effet du câble de frein 17. Ainsi, la plaque & came 50 tourne, provoquant une translation axiale de la plaque à came stationnaire 51 qui se traduit par l'application d'une force axiale à la vis de poussée 40. Lorsque la force axiale est suffisante pour comprimer le ressort conique 47, la vis de poussée 40 est animée d'un mouvement de translation axiale dans la direction du rotor 15, ce qui a pour effet d'entraîner l'écrou de réglage 35 en aboutement avec le piston hydraulique 30 et de solliciter le piston 30 pour l'amener en contact avec l'ensemble intérieur 14a à patin de friction; la force de réaction agissant sur l'étrier 11 a pour effet que celui-ci est animé d'un mouvement de translation dans la direction de l'intérieur, d'o la sollicitation de la branche extérieure 16 de l'étrier, pour l'amener en contact avec l'ensemble extérieur 14b à patin de friction. Ainsi, les deux ensembles 14a et 14b sont amenés à venir en contact par frottement avec le rotor 15. Lors de la libération du frein mécanique d'immobilisation, le levier 19 est amené à revenir à sa position de non-application, ce qui permet à l'énergie emmagasinée dans le ressort conique 47, lors de sa compression pendant l'application du frein mécanique, de provoquer le retrait de la vis de poussée 40, de l'écrou de réglage 35, du piston 30 et de l'ensemble 14a. Alors que la came 50 tourne par rapport à la came stationnaire 51, le chemin 62 suit avec les billes 61 sous l'effet de pivotement de la plaque 73 autour de l'axe 74.Bien que le levier 70 n'ait pas une fonction indispensable pendant le fonctionnement mécanique du frein, on appréciera son utilité lors du fonctionnement hydraulique du frein comme on le décrit ci-dessous. Les pressions du fluide hydraulique et d'actionnement hydraulique sont fournies par le maître- cylindre (non représenté) du véhicule à un orifice d'admission 24, d'o la pressurisation hydraulique du volume combiné de l'alésage 21 et des alésages 22a et 22b. L'alésage d'extrémité 31 est également pressurisé par l'écoulement du fluide hydraulique au droit de l'écrou de réglage 35 par l'intermédiaire de passages axiaux 39 ménagés dans le piston 30. Lors de l'actionnement hydraulique, le piston 30 est sollicité vers le rotor 15 de manière à provoquer un contact par frottement entre les ensembles 14a et 14b à patins de friction et le rotor 15. Alors que le piston 30 se déplace vers le rotor 15, au-delà du jeu entre l'écrou de réglage 35 et les filets 41 de la vis de poussée, il se produit une séparation entre la partie conique de l'écrou 35 et de l'alésage 32 par compression de la rondelle ondulée 37.Lorsqu'il se produit une séparation suffisante qui élimine le contact par frottement entre l'écrou 35 et l'alésage 32, situation qui résulte de l'usure par frottement de l'ensemble 14a,1'énergie emmagasinée dans la rondelle ondulée 37, par suite de sa compression, provoquera l'application d'une force axiale à l'écrou de réglage 35 dirigée vers l'extérieur, et agissant par l'intermédiaire de l'ensemble 36 à roulement, provoquant la translation rotationnelle vers l'extérieur de l'écrou de réglage 35 le long de la vis de poussée 44 jusqu'à ce que l'écrou de réglage 35 soit ramené au contact par frottement avec l'alésage 32, ajustant ainsi la position axiale du piston hydraulique 30 par rapport à la vis 40, pour l'usure des ensembles 14a et 14b. Pendant le commencement de l'actionnement du frein hydraulique, la plaque à came 51 et la vis de poussée sont fixées en place, comme représenté en figure 2, par l'action du ressort conique 47 qui surmonte la pression hydraulique différentielle agissant sur la plaque 51. Cependant, alors que la pression d'actionnement hydraulique continue à augmenter (généralement au-delà de 1,4 MPa), la force axiale résultante qui est dirigée vers l'extérieur et agit sur la section transversale du bouchon d'extrémité 42, vaincra la force du ressort conique 47, ce qui aura pour effet que la plaque 51, la vis de poussée 40 et l'écrou de réglage se déplaceront axialement vers l'extérieur, amenant l'écrou 35 en contact ferme par frottement avec l'alésage 32 dans le piston 30 et empêchant une translation rotationnelle vers l'extérieur de l'écrou 35 par rapport à la vis 40.Cela empêche un sur-réglage du piston 30 dû au fléchissement de l'étrier et à la compression du matériau de frottement des ensembles à patins de friction 14a et 14b. On remarquera que lors de l'actionnement hydraulique du frein venant d'être décrit, la plaque à came 51 se déplacera axialement vers l'extérieur et se séparera de la plaque à came 50. Dans cette situation, le levier 70 agit pour maintenir l'orientation de l'ensemble 60 à chemin de roulement par rapport à la plaque 50 et à la plaque 51. Lorsque les plaques 50 et 51 sont séparées et que la plaque est amenée par rotation jusqu'à la plaque 51, l'action rotationnelle du levier 70 autour de 74 provoque une translation circonférentielle du piston 74, d'o la rotation de l'ensemble 60 proportionnellement à la rotation angulaire de la plaque 50 de manière à maintenir le déplacement angulaire des billes 61 par rapport à la surface 52 de la plaque à came. Lors des opérations d'entretien du frein, il peut s'avérer nécessaire de pousser le piston d'actionnement pour le ramener dans l'alésage 21 et séparer suffisamment l'ensemble à patins de friction 14a et le rotor 15 pour permettre l'enlèvement de l'étrier 11. On effectue cela en désengageant la tige anti-rotation 53 de la plaque à came 51 et en faisant tourner le levier d'actionnement 19 dans le sens des aiguilles d'une montre, d'o le retrait de l'écrou de réglage 35 qui permet de pousser le piston 30 vers l'arrière. La tige 53 est désengagée de la plaque 51 en enlevant le bouchon fileté 55 et l'entretoise 28, opération qu'on fait suivre de la remise en place du bouchon 55 et de l'actionnement hydraulique du frein; la pression hydraulique régnant dans l'alésage 22a désengagera alors la tige 53 de la plaque 51 sans que le système hydraulique débouche dans l'atmosphère. La présente invention n'est pas limitée aux exemples de réalisation qui viennent d'être décrits, elle es au contraire susceptible de modifications et de variantes qui apparaîtront à l'homme de l'art. REVENDICATIONS 1 - Mécanisme de réglage automatique pour un ensemble (10) à freins à disque à étrier (15) comportant des première et seconde branches d'étrier, la première branche définissant un cylindre (21), un piston (30) actionné hydrauliquement reçu en coulissement et de manière étanche à l'intérieur du cylindre, un moyen pour pressuriser hydrauliquement le cylindre, ce qui a pour effet de provoquer le déplacement axial vers l'extérieur du piston par rapport à la première branche de l'étrier et l'actionnement du frein, caractérisé en ce qu'il comprend: - un moyen de vis de réglage (40) ayant le même axe que le piston, ce moyen de vis étant mobile axialement par rapport à la première branche de l'étrier et comportant une extrémité accouplée à cette première branche et exposée à la pression hydraulique régnant dans le cylindre, et comprenant une extrémité opposée filetée (41) s'étendant jusqu'à une cavité s'étendant axialement et formée dans l'extrémité intérieure du piston et ayant une surface d'extrémité en regard de l'extérieur qui est exposée à la pression atmosphérique, d'o la soumission du moyen de vis de réglage à une force hydraulique extérieure axiale résultante qui est proportionnelle à la pression hydraulique dans le cylindre; - un moyen d'écrou (35) ayant le même axe que l'extrémité filetée opposée du moyen de vis de réglage et s'engageant par vissage dans cette extrémité, ce moyen d'écrou étant mobile axialement le long du moyen de vis de réglage de manière à faire varier la position non activée du piston par rapport à la première branche de l'étrier, d'o le réglage du frein; - un moyen de ressorts de compression pour exercer une force extérieure axiale prédéterminée sur le moyen d'écrou par rapport au piston; - un moyen de friction interposé entre le moyen d'écrou et le moyen de piston, le moyen de friction pouvant fonctionner dans une première situation dans laquelle le contact par frottement entre le moyen d'écrou et le piston est tel que la force axiale exercée sur le moyen d'écrou par le moyen de ressorts est suffisante pour provoquer la rotation du moyen d'écrou et le faire avancer axialement le long du moyen de vis de réglage pour ajuster le frein, et une seconde situation dans laquelle il y a un engagement suffisant par frottement entre le moyen d'écrou et le piston pour que la force axiale exercée sur le moyen d'écrou par le moyen de ressorts ne fasse tourner ni ne fasse avancer axialement l'écrou et n'ajuste le frein; - le moyen de vis de réglage répondant à une pression hydraulique dans le cylindre inférieure ou égale à une valeur prédéterminée pour faire fonctionner le moyen de friction dans la première situation après l'activation hydraulique initiale et le déplacement extérieur du piston, et répondant à une pression hydraulique dans le cylindre supérieure à la valeur prédéterminée pour faire fonctionner le moyen de friction dans la seconde situation. 2 - Mécanisme selon la revendication 1, caractérisé en ce que le moyen de ressorts de compression est un premier moyen de ressort, et comporte une second moyen de ressort pour exercer une seconde force intérieure axiale sur le moyen de vis de réglage par rapport à la première branche de l'étrier, cette seconde force élastique qui agit sur le moyen de vis de réglage étant supérieure à la force hydraulique opposée résultante agissant sur le moyen de vis de réglage lorsque la pression hydraulique dans le cylindre est inférieure ou égale à la valeur prédéterminée pour solliciter le moyen de vis de réglage dans la direction de l'intérieur et maintenir le moyen de friction dans la première situation et permettre le réglage. du frein, et en ce que la force hydraulique opposée résultante qui agit sur le moyen de vis de réglage est supérieure à la seconde force élastique lorsque la pression hydraulique dans le cylindre est supérieure à la valeur prédéterminée afin de solliciter le moyen de vis de réglage vers l'extérieur pour maintenir le moyen de friction dans la seconde situation et empêcher le réglage du frein. 3 - Mécanisme selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'extrémité extérieure du moyen de vis de réglage (40) est en contact par coulissement et de façon étanche avec l'extrémité extérieure de la cavité. 4 - Mécanisme selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend un moyen de roulements (36) entre le moyen de ressorts et le moyen d'écrou (35) pour permettre la rotation libre du moyen d'écrou par rapport au piston. 5 - Mécanisme selon la revendication 1, caractérisé en ce que ladite extrémité du moyen de vis de réglage (40) est accouplée à la première branche de l'étrier par un moyen de came actionné mécaniquement afin de solliciter mécaniquement le moyen de vis de réglage (40), le moyen d'écrou (35), et le piston (30) dans la direction axiale extérieure pour actionner mécaniquement le frein. - 6 - Mécanisme selon la revendication 5, caractérisé en ce que le moyen de came est un mécanisme d'actionnement rotatif à billes (61) comprenant une première plaque à came (51) fixée à l'extrémité intérieure du moyen de vis de réglage et une seconde plaque à came (50) opposée axialement fixe par rapport à la première branche de l'étrier, chaque plaque à came ayant une multitude de surfaces en rampe correspondantes, en étant opposées pour billes,un nombre correspondant de billes (61) placées entre et reçues dans les surfaces en rampe, d'o il résulte que la rotation de la première plaque à came a pour effet que les billes roulent le long des surfaces en rampe pour effectuer la séparation axiale des plaques à came suivant une quantité proportionnelle à la rotation annulaire de la première plaque, un moyen de chemin (60) placé entre les première et seconde plaques à came fixant l'orientation annulaire des billes les unes par rapport aux autres, ce moyen de chemin comportant un moyen de manivelle (70) communiquant avec les première et seconde plaques à came, d'o il résulte que la rotation de la première plaque à came par rapport à la seconde plaque à came a pour effet que le moyen de manivelle positionne le moyen de chemin de roulement de façon que les billes suivent les rampes suivant un trajet prédéterminé. 7 - Mécanisme selon la revendication 6, caractérisé en ce qu'il comprend un moyen (53, 59) pour éviter la rotation de la première plaque à came par rapport à la première branche de l'étrier, et un moyen pour supporter en rotation la seconde plaque à came par rapport à la première branche de l'étrier. 8 - Mécanisme selon la revendication 7, caractérisé en ce qu'il comprend une partie d'arbre (56) fixée à un côté intérieur de la seconde plaque à came (50) et s'étendant à travers, en étant supportée en rotation, un alésage ménagé dans l'extrémité intérieure de la premiere branche d'étrier et un moyen de joint (49) entourant l'alésage en étant en contact étanche avec celui-ci, les première et seconde plaques à came étant situées à l'intérieur du cylindre et exposées à la pression hydraulique régnant dans celui-ci. 9 - Mécanisme selon la revendication 7, caractérisé en ce que le moyen (53) empêchant la rotation de la première plaque à came comprend une fente (59) s'étendant axialement qui est formée dans la périphérie extérieure de la première plaque à came, et un axe amovible (53) ayant une partie extérieure fixe par rapport à la première branche de l'étrier et une partie intérieure qui s'étend vers l'intérieur pour entrer dans la fente. - Mécanisme de réglage automatique selon la revendication 5, ayant un mécanisme d'actionnement à came à billes rotatif comportant une première plaque à came (51) et une seconde plaque à came (50) opposée, chaque plaque présentant une multitude de surfaces en rampe opposées, un nombre correspondant de billes (61) placées entre les surfaces en rampe et reçues à l'intérieur d'elles, d'o il résulte que la rotation de la première plaque à came provoque le roulement des billes le long des surfaces en rampe, d'o la séparation axiale des plaques à came suivant une quantité proportionnelle à la rotation angulaire de la première plaque à came, caractérisé en ce qu'il comprend un moyen de chemin de roulement (60> placé entre les première et seconde plaques à came fixant l'orientation annulaire des billes les unes par rapport aux autres, ce moyen de chemin comportant un moyen de manivelle (70) communiquant avec les première et seconde plaques à came, d'o il résulte que la rotation de la première plaque à came par rapport à la seconde plaque a pour effet que le moyen de manivelle positionne de façon correspondante le moyen de chemin pour que les billes suivent les rampes suivant un trajet prédéterminé.