Brevet FR2680215A1 — publié le 19930212

La présente invention concerne un frein à disque à garnitures partielles et à cadre flottant, pour véhicule à moteur, qui est conçu pour une puissance élevée de freinage, ce frein à disque étant du type comprenant un support de frein, fixé rigidement sur la fusée d'essieu du véhicule, un cadre flottant, qui s'étend au-dessus du bord extérieur d'un disque de frein et est guidé de façon à pouvoir se déplacer axiale- ment en translation sur le support de frein, des plaquettes de frein, qui sont disposées de part et d'autre du disque de frein et sont entou- rées par le cadre flottant et dont deux sont disposées sur le côté axialement intérieur du disque de frein, tandis que, sur son côté axia- lement intérieur, le cadre flottant comporte deux cylindres de frein et deux pistons de frein qui agissent sur les deux plaquettes de frein axialement intérieures. Les véhicules à moteur, qui sont conçus pour des vitesses élevées de déplacement, ont besoin de freins de plus en plus puissants. Les freins à puissance élevée rendent entre autre nécessaire un diamètre de disque de frein qui soit le plus grand possible Par ailleurs, les diamètres des roues de véhicule ne peuvent pas être augmentés Du fait de ces deux conditions, l'espace de montage disponible pour les freins entre le bord extérieur du disque de frein et la jante de la roue est extrêmement étroit Habituellement l'étrier de frein d'un frein à disque chevauche le bord extérieur du disque de frein, de sorte que les dimen- sions radiales du pont de l'étrier de frein qui est disposé dans l'espa- ce mentionné de montage limitent le diamètre maximal du disque de frein. Par ailleurs, le pont de l'étrier doit posséder une certaine épaisseur minimale, étant donné qu'il transmet les forces qu'il est nécessaire d'appliquer pour le freinage. Dans une solution différente, connue par exemple par le docu- ment DE-OS-3 508 039, le disque de frein est remplacé par un disque annulaire dont l'étrier de frein entoure le bord radialement intérieur (frein à disque à chevauchement intérieur) Le bord radialement exté- rieur du disque annulaire s'étend pratiquement jusqu'à la jante de la roue, le diamètre maximal possible étant ainsi atteint Ce frein à puissance élevée a toutefois l'inconvénient que la fabrication et l'agencement du disque annulaire sur la roue du véhicule sont complexes 2- et onéreux. Par EP O 412 541, on connatt un frein à disque, pouvant four- nir une puissance élevée de freinage, dont l'étrier de frein est réalisé sous la forme d'un cadre flottant qui est guidé de façon à pouvoir se déplacer en translation axiale sur un support de frein monté fixe sur la fusée d'essieu du véhicule et qui s'étend dans la direction axiale au- dessus du bord extérieur du disque de frein Ce cadre flottant contient quatre plaquettes de frein qui sont disposées de part et d'autre du disque-de frein et il transmet la force d'application du frein Les forces circonférentielles sont transmises au support de frein par les plaquettes de frein Le support de frein est monté sur le véhicule sur le côté axialement intérieur de la roue Afin de pouvoir absorber aussi les forces circonférentielles des deux plaquettes de frein situées axialement à l'extérieur, le support de frein comporte un bras de sup- port qui chevauche le bord extérieur du disque de frein Ce bras de support passe par le milieu de l'espace entouré par le cadre flottant. Les freins à puissance élevée rendent nécessaires des surfa- ces de friction importantes des plaquettes de frein Toutefois, une augmentation des dimensions des plaquettes de frein, notamment dans la direction circonférentielle du disque de frein, a comme inconvénient le fait que la surface de friction n'est plus appliquée d'une manière uniforme, même si, au lieu d'un cylindre de frein, on en utilise deux disposés l'un à côté de l'autre C'est pourquoi on utilise deux plaquet- tes de frein de faible longueur qui sont appliquées sur le disque de frein, en étant séparées l'une de l'autre, par deux pistons de frein disposés l'un à côté de l'autre. Une autre condition exigée des freins à puissance élevée est que leur poids doit être aussi faible que possible En effet, des freins lourds posent un problème particulier, étant donné qu'ils accroissent les masses non suspendues chargeant les roues du véhicule Cela a, là encore, des effets négatifs sur le comportement routier du véhicule. C'est pour cette raison que la puissance du frein ne peut pas être accrue d'une manière simple en augmentant les dimensions du frein. L'invention a pour but d'accrottre la puissance de freinage d'un frein à disque du type générique conforme à l'invention, tandis -3 - qu'on vise à obtenir un faible poids. A cet effet, l'invention a pour objet un frein à disque à garnitures partielles, pour véhicule à moteur, du type considéré, qui est caractérisé en ce que le support de frein est disposé entièrement sur le côté axialement intérieur du disque de frein et ne chevauche par aucune de ses parties le bord de ce disque de frein, en ce que le diamè- tre maximal du disque de frein n'est limité que par l'épaisseur du cadre flottant et en ce que la force circonférentielle apparaissant lors du freinage du fait d'une plaquette de frein axialement extérieure est transmise au cadre flottant et, de ce dernier, au support de frein. La solution conforme à l'invention a l'avantage que le diamè- tre maximal du disque de frein n'est limité que par l'épaisseur du cadre flottant Les parties du cadre flottant qui s'étendant au-dessus du bord du disque de frein peuvent être extrêmement étroites, étant donné qu'elles doivent transmettre essentiellement des forces de traction et pratiquement aucun couple de flexion Un autre avantage réside dans le gain de poids résultant de l'absence du bras de support. L'espace entouré par le cadre flottant peut étre utilisé d'une manière optimale, au sens d'une surface importante de friction des plaquettes de frein, en prévoyant que les deux plaquettes de frein axialement intérieures sont étroitement voisines l'une de l'autre dans la direction circonférentielle du disque de frein et ne sont séparées que par un doigt étroit du support de frein qui s'étend dans la direc- tion radiale entre ces plaquettes de frein et sert à supporter une force circonférentielle Etant donné qu'aucun bras de support ne restreint l'espace disponible, les plaquettes de frein peuvent par exemple être plus étroitement adjacentes Ainsi, pour des dimensions identiques du cadre flottant, on peut obtenir une surface plus importante de friction ou, pour une surface identique de friction, on réduit les dimensions et donc le poids du frein. D'une manière avantageuse, en vue de son renforcement sur un côté axialement extérieur, le cadre flottant peut comporter une âme qui présente une courbure pratiquement identique à celle du bord du disque de frein On perfectionne ainsi une Ame de renfort du cadre flottant qui est connue en soi, le renforcement étant accru sans augmentation de - 4poids. Suivant un autre mode d'exécution de l'invention, il est pré- vu uniquement une plaquette de frein qui est disposée sur le côté axia- lement extérieur du disque de frein et dont la surface de friction est essentiellement égale à la somme des surfaces de friction des plaquettes de frein disposées du côté opposé Ce mode d'exécution tient compte du fait que, dans le cas de la réalisation du support de frein qui est conforme à l'invention, une division de la plaquette de frein axialement extérieure en deux plaquettes de frein plus petites n'est pas absolument nécessaire Un agencement comportant trois plaquettes de frein en tout permet, suivant les circonstances, d'améliorer le comportement sonore du frein. Dans les freins à disque à cadre flottant qui sont connus, les plaquettes de frein sont habituellement montées sur des broches de fixation qui s'étendent dans la direction axiale, dans la zone située entre la jante de la roue et le bord radialement extérieur du disque de frein Toutefois, suivant les circonstances, le diamètre maximal possi- ble du disque de frein se trouve de ce fait limité. C'est pourquoi il est avantageusement prévu un développement de l'invention suivant lequel: -au moins une plaquette de frein comporte, sur son côté oppo- sé à la garniture de friction, au moins une broche, fixée sur la plaque de support, ou au moins une saillie constituée d'une partie repoussée, l'extrémité de cette broche qui fait saillie par rapport à la plaque de support, ou de cette saillie, est évasée et s'engage dans un évidement ou une gorge située à l'intérieur d'un piston creux de frein ou dans un perçage du cadre flottant, et la plaquette de frein est soumise, dans la direction radiale, à la précontrainte d'au moins un ressort de maintien fixé sur le cadre flottant ou sur le support de frein, de sorte que l'extrémi-té de la broche est en appui radial dans la gorge ou l'évide- ment et s'y trouve enclenchée, -l'extrémité de la broche ou de la saillie est conique, -la broche est fixée par soudage sur la plaque de support, -la broche est embottée à force dans un perçage de la plaque de support, - -un ressort de maintien, fixé sur le support de frein, com- porte au moins deux pattes d'ancrage servant à sa fixation et entourant le support de frein et ce ressort de maintien est pourvu d'une patte élastique qui fait un angle faible par rapport à la direction axiale et qui prend appui élastiquement, suivant la direction radiale, sur le petit côté radialement intérieur de la plaque de support d'une plaquette de frein. Suivant ce développement de l'invention, les moyens de fixa- tion sont disposés sur la face arrière des plaquettes de frein et dans la zone intérieure du frein Cette fixation perfectionnée ne limite pas le diamètre du disque de frein et autorise un montage à la main particu- lièrement simple et sûr des plaquettes de frein A cet effet, on intro- duit une plaquette de frein, de l'extérieur, par l'ouverture entourée par le cadre flottant, on l'applique radialement en appui sur un ressort de maintien et on l'enclenche au moyen d'une broche sur le cadre flot- tant. L'invention a aussi pour objet une plaquette de frein qui est destinée à être utilisée dans un frein à disque à garnitures partielles et qui comporte l'une des différentes combinaisons possibles des parti- cularités précédemment mentionnées au sujet de la plaquette de frein. L'invention a encore pour objet un ressort qui est destiné à être utilisé dans un frein à disque à garnitures partielles et qui comporte l'une des différentes combinaisons possibles des particularités précédemment mentionnées au sujet du ressort. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressor- tiront de la description qui va suivre à titre d'exemples non limitatifs et en regard des dessins annexés sur lesquels - la figure 1 est une vue en perspective d'un premier mode d'exécution d'un frein à cadre flottant conforme à l'invention, la figure 2 est une vue en perspective et partielle, sans le cadre flottant, du support de frein de la figure 1 pourvu de ses pla- quettes de frein, la figure 3 est une vue d'ensemble analogue à celle de la figure 1, mais prise dans le sens opposé, la figure 4 est une vue de côté, avec arrachement partiel, 6 - suivant la direction de la flèche A de la figure 3, la figure 5 est une vue en perspective d'ensemble d'un second mode d'exécution d'un cadre flottant, la figure 6 est une vue de détail, en coupe suivant la ligne B-B de la figure 4, d'une plaquette de frein comportant une broche embottée à force dans un perçage, la figure 7 est une vue de détail analogue à celle de la fi- gure 6, mais avec une broche fixée par soudage, et la figure 8 est une vue de détail analogue à celle de la fi- gure 6, mais avec une plaque de support comportant une partie repoussée. Un premier exemple de réalisation d'un frein à cadre flottant conforme à l'invention comportant quatre plaquettes de frein est repré- senté aux figures 1 à 4 Un cadre flottant l est pourvu d'un dispositif d'actionnement hydraulique qui comprend deux cylindres de frein 2, 3, disposés l'un à côté de l'autre, et deux pistons de frein 4, 5 coulis- sant dans ces cylindres de frein Lors d'un actionnement du dispositif d'actionnement hydraulique, les pistons de frein 4, 5 appliquent deux plaquettes de frein 6, 7 directement sur un disque de frein 15 (repré- senté en trait mixte), tandis que les deux autres plaquettes de frein 8, 9 sont ancrées sur le cadre flottant 1 et sont appliquées indirectement par l'intermédiaire de ce dernier Au moyen de deux guides à colonnettes cylindriques 10, 11, le cadre flottant t est monté de façon à pouvoir se déplacer en translation axiale sur un support de frein 12 Pour permet- tre un ancrage solide de ce support de frein 12 sur une fusée d'essieu du véhicule qui n'est pas représentée, il est prévu deux perçages 13, 14 destinés au passage de deux vis de fixation. Ainsi que la figure 2 le montre mieux, le support de frein 12 est disposé entièrement du côté axial intérieur du disque de frein 15. Il comporte trois doigts 16, 17, 18 entre lesquels les plaquettes de frein 6, 7 sont guidées de façon à pouvoir se déplacer en translation axiale Les doigts 16, 17, 18 permettent de transmettre directement au support de frein 12 les forces circonférentielles apparaissant lors du freinage du fait des plaquettes de frein 6, 7 situées à l'intérieur dans la direction axiale La division de la surface totale de friction en deux petites plaquettes de frein 6, 7 et leur actionnement indépendant au moyen de deux pistons de frein 4, 5 permettent d'obtenir une applica- tion uniforme et un meilleur comportement sonore Les deux plaquettes de frein 8, 9 du côté axial extérieur sont fixées à demeure sur le cadre flottant 1, de sorte que les forces circonférentielles apparaissant de leur fait sont transmises au support de frein 12 par l'intermédiaire du cadre flottant 1 et par l'intermédiaire du guide à colonnette cylindri- que 10 Ce dernier est particulièrement fortement dimensionné afin de transmettre les forces circonférentielles L'autre guide à colonnette cylindrique 11, plus faiblement dimensionné, ne sert qu'au guidage du cadre flottant 1 Afin de compenser les tolérances dues à la technique de fabrication, le guide à colonnette cylindrique 11 est en outre pourvu d'un montage élastique. Grâce à cet agencement, dans lequel les forces circonféren- tielles apparaissant du fait des plaquettes de frein extérieures 8, 9 sont transmises par l'intermédiaire du cadre flottant 1 au support de frein 12 situé vers l'intérieur dans la direction axiale, la réalisation du support de frein 12 peut être légère et très d'un faible encombre- ment Il n'existe dans le cas présent aucun bras de support de frein qui chevauche le bord extérieur du disque de frein 15 Ainsi que la figure 4 le montre mieux, dans la zone située entre le bord extérieur du disque de frein 15 et la jante de la roue qui est représentée par le trait mixte 19, le cadre flottant 1 est extrêmement peu épais, de sorte que le diamètre maximal du disque de frein aussi peu limité que possible. Ainsi que la figure 3 le montre mieux, sur son côté axial extérieur, le cadre flottant 1 est renforcé par une Ame 20 présentant sur ses côtés une courbure qui épouse essentiellement celle du bord du disque de frein. La figure 5 représente un second mode d'exécution d'un étrier ou cadre de frein 21 conforme à l'invention sur le côté axial extérieur duquel il n'est disposé qu'une seule plaquette de frein 22 La surface de friction 23 de cette plaquette de frein 22 est sensiblement égale à la somme des surfaces de friction des plaquettes de frein 6, 7 (non représentées à la figure 5) qui sont situées du côté opposé Une divi- sion de la surface de friction 23 en deux plaquettes de frein plus petites n'est pas aussi impérativement nécessaire de ce côté axial du 8 - cadre flottant 1 que du côté axial opposé, étant donné que la plaquette de frein 22 est fixée à demeure sur le cadre flottant 1 et s'applique d'une manière uniforme sur une surface intérieure importante Une appli- cation uniforme de l'importante surface de friction 23 sur le disque de frein est par conséquent assurée. Ainsi que les figures 6 à 8 le montrent mieux, chaque pla- quette de frein est pourvue d'une broche 25 qui est fixée sur sa plaque de support 24 et dont l'extrémité libre 28 est évasée d'une manière conique La broche 25 est embottée à force dans un perçage de la plaque de support 24 En variante, ainsi que la figure 7 le montre, une broche 26, d'un type modifié, est fixée aussi sur la plaque de support 24 par soudage, de la manière la plus simple par soudage par friction Dans une forme de réalisation représentée à la figure 8, on renonce à utiliser une broche distincte et sa fixation Dans ce cas, la plaque de support 24 est pourvue d'une partie repoussée 27 dont l'extrémité la plus avan- cée 28 est façonnée d'une manière conique. Les pistons de frein 4, 5 sont creux et sont pourvus, sur leur face intérieure, d'une gorge annulaire 29 qui en fait le tour Par son extrémité conique 28, la broche 25 de l'une des plaquettes de frein 6, 7 appliquées sur le piston de frein 4, 5 s'engage dans la gorge annulaire 29 Les plaquettes de frein 6, 7 sont appliquées radialement vers l'extérieur (vers le haut sur les figures) au moyen de deux res- sorts de maintien 30 fixés sur le support de frein 12, de sorte que les broches 25 s'enclenchent d'une manière sure dans les gorges annulaires 29 Les plaquettes de frein 6, 7 sont ainsi à la fois fixées radialement et appliquées axialement contre les pistons de frein 4, 5. Les ressorts de maintien 30, obtenus par découpage en une seule pièce à l'emporte-pièce et pliés comportent chacun trois pattes d'ancrage 31, 32, 33 et une patte élastique 34 Les pattes d'ancrage 31, 32, 33 entourent les deux côtés axiaux d'une âme du support de frein 12 et s'enclenchent sur cette dernière (figures 2, 4) La patte élastique 34 s'appuie sur le petit côté radialement intérieur de la plaque de support 24 des plaquettes de frein 6, 7 Etant donné que la patte élas- tique 34 est légèrement coudée par rapport à la direction axiale, elle applique les plaquettes de frein 6, 7 non seulement radialement vers 9 l'extérieur (vers le haut), mais aussi axialement en appui contre les pistons de frein 4, 5. Les plaques de support 24 des plaquettes de frein 6, 7, 8, 9, 22 sont pourvues d'une partie en forme d'oeil sur leur petit côté radia- lement extérieur Ces parties en forme d'oeil servent non seulement au passage de tiges de maintien, mais sont aussi prévues pour faciliter l'extraction des plaquettes de frein. - REVENDICATIONS 1 Frein à disque à garnitures partielles, pour véhicule à moteur, du type comprenant un support de frein ( 12), fixé rigidement sur la fusée d'essieu du véhicule, un cadre flottant ( 1), qui s'étend au- dessus du bord extérieur d'un disque de frein ( 15) et est guidé de façon à pouvoir se déplacer axialement en translation sur le support de frein ( 12), des plaquettes de frein ( 6, 7, 8, 9, 22), qui sont disposées de part et d'autre du disque de frein ( 15) et sont entourées par le cadre flottant ( 1) et dont deux sont disposées sur le côté axial intérieur du disque de frein ( 15), tandis que, sur son côté axial intérieur, le cadre flottant ( 1) comporte deux cylindres de frein ( 2, 3) et deux pistons de frein ( 4, 5) qui agissent sur les deux plaquettes de frein ( 6, 7) inté- rieures, caractérisé en ce que le support de frein ( 12) est disposé entièrement sur le côté axial intérieur du disque de frein ( 15) et ne chevauche par aucune de ses parties le bord de ce disque de frein ( 15), en ce que le diamètre maximal du disque de frein ( 15) n'est limité que par l'épaisseur du cadre flottant ( 1) et en ce que la force circonféren- tielle apparaissant lors du freinage du fait d'une plaquette de frein axial extérieure ( 8, 9, 22) est transmise au cadre flottant ( 1) et, de ce dernier, au support de frein ( 12). 2 Frein à disque à garnitures partielles suivant la revendi- cation 1, caractérisé en ce que les deux plaquettes de frein intérieures ( 6, 7) sont étroitement voisines l'une de l'autre dans la direction circonférentielle du disque de frein ( 15) et ne sont séparées que par un doigt étroit ( 17) du support de frein ( 12) qui s'étend dans la direction radiale entre ces plaquettes de frein ( 6, 7) et sert à encaisser une force circonférentielle. 3 Frein à disque à garnitures partielles suivant la revendi- cation 1 ou 2, caractérisé en ce qu'en vue de son renforcement sur un côté extérieur, le cadre flottant ( 1) comporte une âme ( 20) qui présente une courbure pratiquement identique à celle du bord du disque de frein ( 15). 4 Frein à disque à garnitures partielles suivant l'une des il - revendications précédentes, caractérisé en ce qu'une plaquette de frein ( 22) unique est disposée sur le côté axialement extérieur du disque de frein ( 15), sa surface de friction ( 23) étant essentiellement égale à la somme des surfaces de friction des plaquettes de frein ( 6, 7) disposées du côté opposé du disque. Frein à disque à garnitures partielles suivant l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'au moins une plaquette de frein ( 6, 7, 8, 9, 22) comporte, sur son côté opposé à la garniture de friction, au moins une broche ( 25, 26), fixée sur la plaque de sup- port ( 24), ou au moins une saillie ( 27) constituée d'une partie repous- sée, en ce que l'extrémité ( 28) de cette broche ( 25, 26) qui fait sail- lie par rapport à la plaque de support, ou de cette saillie ( 27), est évasée et s'engage dans un évidement ou une gorge ( 29) située à l'inté- rieur d'un piston creux de frein ( 4, 5) ou dans un perçage du cadre flottant ( 1) et en ce que la plaquette de frein ( 6, 7, 8, 9, 22) est soumise, dans la direction radiale, à la précontrainte d'au moins un ressort de maintien ( 30) fixé sur le cadre flottant ( 1) ou sur le sup- port de frein ( 12), de sorte que l'extrémité ( 28) de la broche est appuyée radialement dans la gorge ( 29) ou l'évidement et s'y trouve enclenchée. 6 Frein à disque à garnitures partielles suivant la revendi- cation 5, caractérisé en ce que l'extrémité ( 28) de la broche ou de la saillie est conique. 7 Frein à disque à garnitures partielles suivant la revendi- cation 5 ou 6, caractérisé en ce que la broche ( 26) est fixée par souda- ge sur la plaque de support ( 24). 8 Frein à disque à garnitures partielles suivant la revendi- cation 5 ou 6, caractérisé en ce que la broche ( 25) est emboltée à force dans un perçage de la plaque de support ( 24). 9 Frein à disque à garnitures partielles suivant l'une des revendications 5 à 8, caractérisé en ce qu'un ressort de maintien ( 30), fixé sur le support de frein ( 12), comporte au moins deux pattes d'an- crage ( 31, 32, 33) servant à sa fixation et entourant le support de frein ( 12) et en ce que ce ressort de maintien ( 30) est pourvu d'une patte élastique ( 34) qui fait un angle faible par rapport à la direction 12 axiale et qui prend appui élastiquement, suivant la direction radiale, sur le petit côté radialement intérieur de la plaque de support ( 24) d'une plaquette de frein ( 6, 7). Plaquette de frein pour frein à disque à garnitures par- tielles pour un frein à disque selon l'une quelconque des revendications à 8. 11 Ressort pour un frein à disque à garnitures partielles selon la revendication 9.