Brevet FR2655397A1 — publié le 19910607

La présente invention concerne un frein à disque notamment pour véhicule automobile, du type comportant un disque solidaire de la roue, et deux garnitures de frein portées par un support de garnitures solidaire du moyeu du véhicule, lesdites garnitures étant disposées de part et d'autre du disque et présentant des surfaces de frottement susceptibles d'exercer des forces de serrage sur ledit disque sous l'action de moyens de commande. Ce type de frein connu est couramment employé dans les véhicules automobiles Le disque est généralement en fonte et les garnitures réalisées en une matière de friction, sont montées sur des étriers Lors d'un freinage, la variation de l'énergie cinétique du véhicule est transformée en chaleur Le disque s'échauffe et peut atteindre une température élevée voisine de 6001 C Il est connu que les qualités de freinage des matériaux se dégradent rapidement à des températures plus élevées, c'est pourquoi, pour faciliter le refroidissement par air du disque, les garnitures ne recouvrent qu'un secteur du disque En contrepartie, le diamètre du disque est relativement important de façon à ce que les surfaces de frottement des garnitures soient suffisantes Mais le disque n'étant pas totalement protégé par les garnitures, il peut se former sur sa surface une pellicule d'eau ou d'huile, par suite d'éclaboussures Cette pellicule détériore fortement les qualités du frein De plus, l'utilisation répétée du frein, en particulier en montagne, entraîne un échauffement excessif du disque et une dégradation notoire des capacités de freinage du véhicule. Il est connu d'utiliser, dans les aéronefs, des freins à disque réalisés dans un matériau résistant à haute température notamment du carbone/carbone et coopérant avec des garnitures réalisées dans le même matériau Ces freins peuvent être constitués par des empilages de rotors et de stators constituant un "puits de chaleur" dont la capacité thermique permet de supporter l'ensemble de l'énergie développée lors du freinage sans rechercher un refroidissement intense du fait que le freinage ne s'effectue qu'à chaque atterrissage. Le but de la présente invention est de proposer un frein, notamment pour véhicule automobile, du type mentionné, qui conserve ses qualités de freinage à des températures élevées dans lequel les surfaces de freinage sont protégées des projections d'eau et d'huile, et dans lequel une ventilation très efficace est assurée. Le but est atteint selon l'invention par le fait que le disque est constitué de deux parties annulaires concentriques, l'une de celles-ci, dite partie interne, étant située près de l'axe de la roue et étant solidaire de cette dernière, et l'autre partie, dite partie externe, étant montée axialement mobile sur ladite partie interne et de manière à délimiter entre les deux parties annulaires, des ouvertures axiales, par le fait que chaque garniture de frein a la configuration d'un anneau coaxial audit disque, et est dimensionnée de telle manière que sa face axiale interne formant surface de frottement recouvre totalement la face axiale adjacente de ladite partie externe du disque, et par le fait que ladite partie externe du disque et lesdites garnitures sont réalisées dans un matériau résistant à haute température, notamment le carbone/carbone, présentent une pluralité de conduits radiaux ouverts à leurs extrémités et destinés à leur refroidissement par air, et sont recouvertes sur toutes leurs surfaces, à l'exception des surfaces de frottement, par un produit de protection contre l'oxydation. Grâce à cette disposition, les pièces de freinage sont protégées de l'oxydation par ledit produit de protection Seule une mince pellicule d'air est susceptible de se trouver entre les surfaces de frottement des garnitures et du disque, limitant ainsi l'oxydation possible de ces surfaces et, par le fait même, l'usure des pièces au freinage Les températures admises dans les garnitures et le disque peuvent être notablement supérieures aux températures admises aujourd'hui, sans altération des qualités de freinage de l'ensemble Cette élévation de température autorisée favorise l'échange naturel de chaleur avec l'air ambiant Le refroidissement des pièces coopérant au freinage est amélioré par la présence des conduits radiaux dans lesquels circule l'air par suite de la rotation de la roue et par les ouvertures axiales prévues entre les deux parties du disque Les surfaces de freinage sont protégées des projections éventuelles d'huile ou d'eau et conservent leurs qualités de freinage La surface de freinage s'étend sur une couronne dont la largeur annulaire peut être relativement petite par rapport à son diamètre Le diamètre de cette couronne peut être diminué par rapport au diamètre du disque en fonte de l'art antérieur. Avantageusement, l'une desdites garnitures, dite garniture fixe, est solidaire du moyeu du véhicule. Le support de garnitures est constitué par un premier flasque annulaire rigide coaxial audit disque, disposé devant la face axiale externe de l'autre garniture, dite garniture mobile, et relié à la garniture fixe par une pluralité de pontets répartis sur la périphérie du support de garniture La garniture mobile comporte des moyens coopérant avec lesdits pontets pour empêcher sa rotation, et les moyens de commande sont prévus entre ledit premier flasque et ladite garniture mobile et sont isolés thermiquement de celle-ci par interposition de moyens de protection thermique entre eux et ladite garniture mobile. Avantageusement, le support de garnitures comporte un deuxième flasque annulaire rigide coaxial au disque, qui est disposé devant la face axiale externe de ladite garniture fixe et est relié au premier flasque par lesdits pontets, et des moyens de protection thermique sont interposés entre ledit deuxième flasque et la garniture fixe. Avantageusement, les moyens de commande comprennent une pluralité de vérins hydrauliques, chaque vérin étant disposé au voisinage d'un pontet. Chaque vérin comporte une chambre, ménagée dans ledit flasque et ouverte du côté de la garniture mobile, et un piston monté coulissant dans ladite chambre et prenant appui sur la face axiale externe de la garniture mobile, avec interposition d'un radiateur servant de moyen de protection thermique, lesdites chambres étant reliées entre elles par des conduits d'alimentation d'huile disposés de manière à permettre un dégazage du circuit hydraulique. Avantageusement, les conduits d'alimentation d'huile sont noyés dans la masse du flasque. D'autres avantages et caractéristiques de l'invention apparaîtront à la lecture de la description suivante, faite à titre d'exemple non limitatif et en référence au dessin annexé, dans lequel: la figure 1 est une coupe axiale d'un frein selon l'invention monté sur une roue de véhicule automobile, la figure 2 est une vue de côté du même frein dans laquelle la partie externe du disque est montrée en coupe, la figure 3 est une coupe partielle selon la ligne III-III de la figure 2, la figure 4 montre en détail un pontet reliant les flasques du frein. Comme on le voit sur le dessin, la roue 1 est tenue sur une fusée 2 d'axe 3 à l'aide de doigts de guidage 4 parallèles à l'axe 3 et s'étendant vers l'extérieur du véhicule à partir d'une face externe 5 d'un épaulement annulaire 6 prévu à la périphérie de la fusée 2 Les doigts de guidage 4 pénètrent dans des ouvertures prévues en correspondance dans le moyeu 7 de la roue 1 et celle-ci est bloquée sur la fusée 2 à l'aide d'un écrou 8 fixé à l'extrémité externe de la fusée 2 La fusée 2 est montée par l'intermédiaire d'un roulement 9 sur un moyeu 10 relié aux organes de suspension du véhicule Le roulement 9 est fixé par des vis 9 a sur le moyeu Le moyeu 10 est immobilisé en rotation mais il peut pivoter autour d'un axe vertical lorsque la roue 1 qu'il porte est directrice. Un frein Il est interposé entre la roue 1 et le moyeu 10 Ce frein comporte un disque 12 dont la partie interne 13 est munie d'ouvertures 14 pour le passage des doigts de guidage 4 et est interposée entre l'épaulement annulaire 6 de la fusée 2 et le moyeu 7 de la roue 1 Cette partie interne de disque 13 est fixée sur l'épaulement annulaire 6 par des vis de fixation 15, et elle comporte, sur sa périphérie, une pluralité d'ailettes 16 qui s'étendent vers l'extérieur et qui sont en butée contre les parois axiales 17 de tenons 18 qui s'étendent vers l'intérieur à partir de la paroi interne 19 d'un anneau formant la partie externe 20 du disque 12 Il est à noter qu'il y a une ouverture axiale entre deux tenons consécutifs, lesdites ouvertures axiales étant destinées à la circulation de l'air pour la ventilation du frein. Les tenons 18 sont interposés entre les ailettes 16 de telle manière que la partie externe 20 du disque 12 puisse coulisser axialement sur la partie interne 13 et soit immobilisée en rotation sur cette dernière. Des garnitures de frein 21 a et 21 b, immobilisées en rotation, sont disposées de part et d'autre du disque 12 Ces garnitures de frein 21 a et 21 b ont une forme annulaire et un gabarit identique au gabarit de la partie externe de disque 20 et elles sont disposées coaxialement au disque 12, de telle manière que leurs surfaces axiales internes respectives 22 a et 22 b qui forment les surfaces de freinage recouvrent totalement les faces axiales adjacentes 20 a et 20 b de la partie externe de disque 20. Les garnitures de frein 21 a et 21 b sont portées par un support de garnitures 23 solidaire du moyeu 10 Le support de garnitures 23 a la forme d'une cage d'écureuil et il comporte un premier flasque annulaire rigide 24 b coaxial à l'axe de rotation 3 et disposé devant la face axiale externe 25 b de la garniture 21 b et un deuxième flasque annulaire rigide 24 a disposé devant la face axiale externe 25 a de la garniture 21 a. Les deux flasques annulaires 24 a et 24 b sont reliés entre eux par une pluralité de pontets 26, au nombre de cinq sur le dessin, interposés entre leurs faces internes et fixés par une pluralité de vis 27 Les vis 27 empêchent les deux flasques annulaires 24 a et 24 b de s'écarter l'un de l'autre et les pontets 26 les empêchent de se rapprocher Chaque pontet 26 comporte deux entretoises 26 a et 26 b parallèles à l'axe de rotation 3 reliées entre elles par des croisillons 28 a et 28 b et des traverses 29 a et 29 b Les vis 27 traversent les entretoises 26 a et 26 b Les garnitures de frein 21 a et 21 b présentent sur leur périphérie externe des tenons 30 qui s'étendent vers l'extérieur et qui coopèrent avec les entretoises 26 a et 26 b pour immobiliser en rotation les garnitures de frein 21 a et 21 b par rapport au support de garnitures 23 tout en permettant leur déplacement axial. Le premier flasque 24 b est fixé au moyeu 10 par une pluralité de vis de fixation 31, et il porte les moyens de commande du frein Il qui sont constitués par une pluralité de vérins hydrauliques 33 interposés entre le premier flasque 24 b et la garniture voisine 21 b, dite garniture mobile. A cet effet le premier flasque 24 b présente au voisinage de chaque pontet 26 une cavité cylindrique 34 ouverte du côté de la garniture mobile 21 b, en face de la paroi axiale externe 25 b de celle-ci, dans laquelle est monté coulissant un piston 35 avec interposition d'un joint d'étanchéité 36 de manière à délimiter du côté du fond de la cavité 34 une chambre étanche 37 alimentée en huile par un conduit d'alimentation L'huile est mise sous pression par actionnement de la pédale de frein Ce conduit d'alimentation est noyé dans la masse du premier flasque 24 b, et toutes les chambres 37 sont reliées entre elles par ce conduit d'alimentation d'huile de telle manière qu'il soit aisé de purger le circuit à l'aide d'une vis de purge 38 prévue dans la partie supérieure du premier flasque 24 b Chaque piston 35 est protégé de la chaleur dégagée au freinage par la garniture mobile 21 b par un radiateur 39 b interposé entre le piston 35 et la garniture 21 b et sur lequel la jupe externe du piston 35 est en appui. De la même manière un radiateur 39 a est interposé entre le deuxième flasque 24 a et la garniture voisine 21 a dite garniture fixe, au voisinage de chaque pontet 26 A cet effet, le flasque 24 a présente également des cavités 34 destinées à loger en partie les radiateurs 39 a. La longueur des pontets 26 est calculée de telle manière que les radiateurs 39 b et 39 a sont situés en partie dans leur cavité respective 34 quelle que soit la force exercée sur les pistons 35 De plus, les faces axiales externes 25 a et 25 b des garnitures 21 a et 21 b sont toujours maintenues éloignées des flasques voisins 24 a et 24 b grâce à un dimensionnement approprié des radiateurs 39 a et 39 b Ces derniers sont réalisés dans un matériau résistant à des températures élevées et ils comportent une pluralité de conduits axiaux destinés à faciliter leur refroidissement par air. La partie externe 20 du disque 12 ainsi que les garnitures de frein 21 a et 21 b sont réalisées dans un matériau résistant à haute température, et de préférence en carbone/carbone, et elles comportent une pluralité de conduits radiaux 40 destinés à leur refroidissement par air Les conduits radiaux 40 sont ouverts à leurs deux extrémités Ceux des garnitures 21 a et 21 b débouchent, d'une part, sur la périphérie externe du frein et, d'autre part, du câté de la fusée 2 dans l'espace annulaire séparant les garnitures 21 a et 21 b de la fusée 2 Les conduits radiaux 40 de la partie externe 20 du disque 12 débouchent, d'une part, sur la périphérie du frein et, d'autre part, dans les ouvertures axiales séparant les deux parties 13 et 20 du disque 12. Des déflecteurs d'air sont montés sur le support de garnitures 23 et des ouvertures de passage d'air 41 sont prévues sur le moyeu 10, au droit des tenons 18 et des ailettes 16 de préférence, de manière à favoriser la ventilation du frein 11 lors de la rotation de la roue 1. Les surfaces externes des pièces de freinage, c'est-à-dire la partie externe 20 du disque 12 et les garnitures de frein 21 a et 21 b, sont recouvertes par un produit de protection contre l'oxydation Il en est de même des parois des conduits radiaux 40 Seules les surfaces de freinage de ces pièces ne sont pas recouvertes de ce produit de protection. Le fonctionnement du frein Il se comprend aisément Sous l'action de la pédale de frein, l'huile est mise sous pression dans les chambres 37 et agit sur les pistons 35 qui, par l'intermédiaire des radiateurs 39 b, repoussent la garniture mobile 21 b contre la partie externe 20 du disque 12 Celle-ci coulisse à son tour sur la partie interne 13 et vient en appui sur la garniture fixe 21 a La partie externe 20 est ainsi serrée entre les deux garnitures 21 a et 21 b qui sont immobilisées en rotation par les tenons 30 qui sont en butée contre les pontets 26. La chaleur dégagée par le serrage du frein se répartit dans les pièces de freinage Celles-ci ont des surfaces de contact limitées avec respectivement la partie interne 13 du disque 12, et le support de garnitures 23 Cette énergie thermique est évacuée par l'air ambiant qui circule dans les conduits 40 et dans les conduits des radiateurs 39 a et 39 b. Les forces de réaction au freinage sont supportées par les tenons 30 des garnitures 21 a et 21 b, en appui sur les pontets 26, et les tenons internes 18 de la partie externe 20 du disque en appui sur les ailettes 16 Ces forces, étant fonction de la vitesse du véhicule en mouvement, sont en général nettement plus grandes lors d'un freinage du véhicule en marche avant que lors d'un freinage du véhicule en marche arrière C'est pourquoi, comme on le voit clairement sur la figure 2, les ailettes 16 en appui sur les parois 17 situées en arrière des tenons 18, dans le sens de la marche avant du véhicule, sont plus nombreuses que les ailettes en appui sur les autres parois 17. De nombreuses modifications peuvent être apportées par l'homme de métier à la description faite ci-dessus En particulier, le deuxième flasque 24 a peut être supprimé Dans ce cas le premier flasque 24 b servant d'appui aux vérins 33 est relié directement par les pontets 26 à la garniture fixe 21 a Le mode de blocage de la roue 1 peut également être réalisé par des écrous coopérant avec les doigts de guidage 4 qui sont alors filetés. La structure de frein proposé permet sous un volume réduit de réaliser un frein puissant dans lequel la température des pièces de freinage, qui sont de préférence en carbone/carbone, peut être supérieure à la température admise dans les freins de l'art antérieur Le recouvrement des pièces de freinage par le produit de protection contre l'oxydation évite la combustion de ces pièces à haute température Les conduits d'aération radiaux 40 ménagés dans ces pièces permettent un échange de chaleur rapide avec l'air ambiant La présence des radiateurs 39 a et 39 b, et les faibles surfaces de contact des pièces chaudes avec les pièces métalliques évitent une montée exagérée de la température des éléments voisins des pièces de freinage Ce type de frein est particulièrement adapté à tout type de véhicule soumis à des freinages fréquents et puissants et, en particulier, à des véhicules automobiles de course. REVENDICATIONS 1 Frein à disque notamment pour véhicule automobile, du type comportant: un disque solidaire ( 12) de la roue ( 1) et deux garnitures de frein ( 21 a, 21 b) portées par un support de garnitures ( 23) solidaire d'un moyeu ( 10) du véhicule, lesdites garnitures ( 21 a, 21 b) étant disposées de part et d'autre du disque ( 12) et présentant des surfaces de frottement susceptibles d'exercer des forces de serrage sur ledit disque ( 12) sous l'action de moyens de commande, caractérisé en ce que le disque ( 12) est constitué de deux parties annulaires concentriques ( 13, 20), l'une de celles-ci, dite partie interne ( 13), étant située près de l'axe ( 3) de la roue ( 1) et étant solidaire de cette dernière, et l'autre partie, dite partie externe ( 20), étant montée axialement mobile sur ladite partie interne ( 13) et de manière à délimiter entre les deux parties annulaires du disque des ouvertures axiales en ce que chaque garniture de frein ( 21 a, 21 b) a la configuration d'un anneau coaxial audit disque ( 12), et est dimensionnée de telle manière que sa face axiale interne ( 22 a, 22 b) formant surface de frottement recouvre totalement la face axiale adjacente ( 20 a, 20 b) de ladite partie externe ( 20) du disque ( 12), et en ce que ladite partie externe ( 20) du disque et lesdites garnitures ( 21 a, 21 b) sont réalisées dans un matériau résistant à haute température, notamment le carbone/carbone, présentent une pluralité de conduits radiaux ( 40) ouverts à leurs deux extrémités destinés à leur refroidissement par air et sont recouvertes sur toutes leurs surfaces, à l'exception des surfaces de frottement, par un produit de protection contre l'oxydation. 2 Frein selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'une desdites garnitures, dite garniture fixe ( 21 a), est solidaire du moyeu ( 10) du véhicule, en ce que le support de garnitures ( 23) est constitué par un premier flasque annulaire rigide ( 24 b) coaxial audit disque ( 12) il disposé devant la face axiale externe ( 25 b) de l'autre garniture, dite garniture mobile ( 21 b), et relié à la garniture fixe ( 21 a) par une pluralité de pontets ( 26) répartis sur la périphérie du support de garniture ( 23), en ce que la garniture mobile ( 21 b) comporte des moyens ( 30) coopérant avec lesdits pontets ( 26) pour empêcher sa rotation, et en ce que les moyens de commande sont prévus entre ledit premier flasque ( 24 b) et ladite garniture mobile ( 21 b) et sont isolés thermiquement de celle-ci par interposition de moyens de protection thermique ( 39 b) entre eux et ladite garniture mobile ( 21 b). 3 Frein selon la revendication 2 caractérisé en ce que le support de garnitures ( 23) comporte un deuxième flasque annulaire rigide ( 24 a) coaxial au disque ( 12), qui est disposé devant la face axiale externe ( 25 a) de ladite garniture fixe ( 21 a) et est relié au premier flasque ( 24 b) par lesdits pontets ( 16), et en ce que des moyens de protection thermique ( 39 a) sont interposés entre ledit deuxième flasque ( 24 a) et la garniture fixe ( 21 a). 4 Frein selon l'une quelconque des revendications 2 et 3, caractérisé en ce que les moyens de commande comprennent une pluralité de vérins hydrauliques ( 33), chaque vérin ( 33) étant disposé au voisinage d'un pontet ( 26). Frein selon la revendication 4 caractérisé en ce que chaque vérin ( 33) comporte une chambre ( 37) ménagée dans ledit premier flasque ( 24 b) et ouverte du côté de la garniture mobile ( 21 b), et un piston ( 35) monté coulissant dans ladite chambre ( 37) et prenant appui sur la face axiale externe ( 25 b) de la garniture mobile ( 21 b) avec interposition d'un radiateur ( 39 b) servant de moyen de protection thermique, lesdites chambres ( 37) étant reliées entre elles par des conduits d'alimentation d'huile disposés de manière à permettre un dégazage du circuit hydraulique. 6 Frein selon la revendication 5 caractérisé en ce que les conduits d'alimentation sont prévus dans la masse du premier flasque ( 24 b). 7 Frein selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que la partie externe ( 20) du disque ( 12) présente une pluralité de tenons ( 18) qui s'étendent vers l'intérieur à partir de sa paroi annulaire interne ( 19), en ce que la partie interne ( 13) du disque ( 12) présente une pluralité d'ailettes ( 16) qui s'étend vers l'extérieur à partir de sa périphérie, lesdites ailettes ( 16) coopérant avec les parois radiales ( 17) desdits tenons ( 18) pour empêcher la rotation relative de la partie interne ( 13) par rapport à la partie externe ( 20). 8 Frein selon la revendication 7 caractérisé en ce que le nombre d'ailettes ( 16) supportant les efforts de freinage en marche arrière du véhicule est inférieur au nombre d'ailettes ( 16) supportant les efforts de freinage en marche avant du véhicule.