Brevet FR2677721A1 — publié le 19921218

L'invention concerne un disque de friction pour embrayage à frottement à sec. Un tel disque est, généralement, formé d'un voile métallique comprenant des parties défodmables axialement, qui forment un dispositif de progressivité, sur lesquelles sont rapportées, de part et d'autre, deux garnitures de friction en forme de couronnes. Le rôle du dispositif de progressivité est, d'une part, de permettre la transmission progressive et sans à-coup du couple moteur lors d'une opération d'embrayage et, d'autre part, de compenser des défauts géométriques des surfaces de l'embrayage. La fixation des garnitures de friction sur ledit voile est, de manière usuelle, réalisée par rivetage. Il en résulte que l'épaisseur utile de chaque garniture est limitée à sa portion qui se trouve au-dessus des têtes de rivets de fixation. De ce fait, le disque de friction est inutilement alourdi et son inertie en est augmentée. Ceci entraîne des difficultés à réaliser un synchronisme lors des opérations de débrayage et de changement de rapport de vitesse. Afin de supprimer la fixation des garnitures par rivetage, on a déjà proposé de coller lesdites garnitures sur des plaquettes métalliques planes, avec interposition, en des zones discrètes, de bras élastiques réalisés en matériau élastomère. Une telle construction est par exemple décrite dans les brevets US-A-2,253,316, FR-B-2 450 977. Dans un autre type de construction, décrit dans la demande de brevet EP-A-0252583, les garnitures de friction sont fixées sur un voile métallique plan, par l'intermédiaire de bourrelets circulaires concentriques réalisés en matériau élastomère. Ces solutions connues utilisant des bras ou cordons en matériau élastomère présentent cependant l'inconvénient d'une répartition non homogène de l'élastomère qui entraîne un défaut dans l'uniformité de la progressivité au niveau des garnitures de friction. La présente invention a pour objet de réaliser un disque de friction progressif exempt des inconvénients précités. Selon l'invention, un disque de friction progressif d'embrayage à sec comporte deux garnitures de friction et est caractérisé par au moins un dispositif de progressivité réalisé en matériau fibreux déformable. Ledit matériau fibreux déformable présente selon l'invention une porosité comprise entre 20 % et 95 %. Un tel dispositif de progressivité selon l'invention est inséré entre lesdites garnitures pour assurer une certaine déformabilité, en diminuant d'épaisseur, sous l'effet de contraintes de compression, et, en retrouvant son épaisseur d'origine, lorsque cessent de telles contraintes. Le matériau fibreux comporte des fibres minérales et/ou des fibres organiques. Il peut également comprendre un liant. Les fibres minérales sont avantageusement choisies parmi le groupe formé par les fibres de verre, les fibres de céramique, les fibres de carbone. Les fibres organiques sont avantageusement choisies parmi le groupe formé par les fibres aramides, les fibres thermoplastiques, telles que les fibres de polyester, les fibres de polyamide et les fibres de polyétheréthercétone. Des fibres continues et/ou des fibres courtes, par exemple inférieures au millimètre, peuvent être utilisées. Les fibres peuvent se présenter soit sous une forme ordonnée telle qu'un tissé, et/ou sous une forme désordonnée, telle qu'un mat, feutre, papier ou nappe. A l'état libre, c'est-à-dire en l'absence de contraintes de compression les matériaux selon l'invention présentent un taux minimal de porosité, tel qu'indiqué ci-dessus. Lorsque ces matériaux sont soumis à des contraintes de compression, grâce à la porosité présente, on constate une diminution d'épaisseur desdits matériaux. Dans des variantes préférentielles, le matériau fibreux est utilisé sous forme de couronnes continues pour assurer au mieux l'uniformité de la déformation du disque de friction. Cependant on peut utiliser des formes discontinues, telles que des étoiles ou des couronnes ajourées par exemple. Selon une première forme de réalisation de l'invention, ladite couronne en matériau fibreux est placée entre une garniture et un support métallique ou voile. En variante, entre chaque garniture et un support métallique ou voile est placée une telle couronne en matériau fibreux. Selon une autre forme de réalisation de l'invention, ladite couronne en matériau fibreux est disposée entre deux supports métalliques ou voiles, solidarisés entre eux, sur chacun desquels est rapportée, notamment par collage, une garniture de frottement. Selon une disposition avantageuse de l'invention, ladite couronne en matériau fibreux est collée, de part et d'autre, sur les éléments, voile ou garniture, avec lesquels elle est en contact. En permettant un contact continu sur un support plan, les garnitures peuvent elles-mêmes être fixées par collage. Il en résulte que l'épaisseur utile desdites garnitures, c'est-à-dire celle qui peut être usée en fonctionnement, est pratiquement constituée par l'épaisseur elle-même de la garniture. De ce fait, il est possible, grâce à l'invention, d'utiliser des garnitures dont l'épaisseur est limitée vis-à-vis d'une garniture qui serait fixée par rivets, pour une même épaisseur d'usure possible. En réduisant l'épaisseur des garnitures de frottement, on diminue la masse du disque de friction et, par conséquent, son inertie. Cela améliore sensiblement les conditions de fonctionnement de la chaîne de transmission qu'équipe 1' embrayage. L'invention permet également d'améliorer les caractéristiques de progressivité d'un disque de friction d'embrayage à sec. Le matériau fibreux utilisé selon l'invention, permet une auto-adaptation, quasiment point par point, aux différences locales de serrage du disque de friction d'embrayage entre un plateau de pression et un plateau de réaction. Les garnitures de frottement peuvent ainsi plus facilement s'adapter et compenser les irrégularités de planéité de tels plateaux de pression et de réaction, en particulier lorsque ceux-ci sont amenés à se déformer sous l'effet, notamment, d'un échauffement. Il en résulte que la surface utile de contact des garnitures avec lesdits plateaux de pression et de réaction est pratiquement identique à la surface totale desdites garnitures, ce qui permet une répartition homogène de l'usure des garnitures et, ainsi, d'améliorer la longévité de celles-ci. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description d'exemples de réalisation de l'invention, en regard des dessins annexés dans lesquels - la figure 1 représente, en coupe, un sous-ensemble de disque de friction d'embrayage selon un premier exemple de réalisation de l'invention ; - la figure 2 représente, en coupe, un sous-ensemble de disque de friction d'embrayage selon un second exemple de réalisation de l'invention - la figure 3 représente, en coupe, un sous-ensemble de disque de friction d'embrayage selon un troisième exemple de réalisation de l'invention. Le sous-ensemble de disque de friction d'embrayage représenté sur la figure 1, comprend un voile métallique 3 formant support pour un ensemble de deux garnitures de frottement 1 et 5, en forme de couronnes, rapportées de part et d'autre dudit voile 3. Selon l'invention, chaque garniture de frottement 1 et 5 est solidarisée audit voile 3 avec interposition d'une couronne en matériau fibreux déformable 2,4, formant dispositif de progressivité, adhérisée par tout moyen approprié audit voile 3, d'une part, et à la garniture correspondante 1,5, d'autre part. Un tel sous-ensemble est destiné à être associé avec un moyeu intérieurement cannelé, destiné à venir en prise sur un arbre cannelé, en pratique un arbre d'entrée de boîte de vitesses de véhicule automobile. L'association dudit sous-ensemble audit moyeu pouvant se faire par l'intermédiaire du voile métallique 3, soit directement comme décrit par exemple dans le brevet FR-849.990, soit par l'intermédiaire d'un dispositif amortisseur de torsion comprenant des moyens élastiques interposés en rotation entre ledit voile 3 et un ou plusieurs contre-voiles solidaires du moyeu, comme décrit par exemple dans la demande de brevet FR-2.624.237. On renvoit, pour plus de détails, à la description figurant dans les documents précités. Ces dispositions bien connues ne seront pas décrites ci-après. En variante, non représentée, l'une des garnitures de frottement est directement adhérisée sur ledit voile métallique 3, alors que, conformément à l'invention, une couronne en matériau fibreux est interposée entre l'autre garniture et ledit voile. La réalisation du sous-ensemble décrit ci-dessus en référence à la figure 1 est effectuée à partir des composants ci-après. Les garnitures de frottement 1,5 se présentent sous la forme de couronnes de diamètre extérieur de 200 mm et de diamètre intérieur de 137 mm ; leur épaisseur est de 1,6 mm. Elles sont réalisées en matériau commercialisé sous la référence F202 par la société VALEO. Le voile 3 se présente sous la forme d'un disque de diamètre de 200 mm et d'épaisseur de 0,6 mm, en acier XC70. Les couronnes en matériau fibreux déformable 2,4 présentent un diamètre extérieur de 200 mm et un diamètre intérieur de 137 mm avec une épaisseur de 1,5 mm. Elles sont réalisées en un mélange de fibres de verre et de fibres fusibles type polyamide. Ce type de matériau est appelé communément T.R.E. (thermo plastique renforcé estampable). Les couronnes en matériau fibreux déformable 2,4 sont réalisées par exemple de la manière suivante - le mélange fibres de verre et fibres polyamide se présente sous forme de voiles que l'on superpose. L'empilage de ces voiles est chauffé jusqu'à la température de fusion des fibres polyamide. Ensuite on presse les voiles entre les plateaux. On vient ainsi compacter les voiles, les plateaux de presse étant à température ambiante, le refroidissement du polyamide vient lier très solidement les fibres de verre. On obtient ainsi une feuille. Conformément à l'invention, on limite le compactage du matériau en limitant la course des plateaux de presse pour obtenir une porosité comprise entre 20 et 95 %, grâce à laquelle le matériau fibreux est déformable. Par la suite, dans les feuilles de matériaux fibreux ainsi réalisées, on découpe des pièces en forme de couronnes. Dans cet exemple, la composition du matériau TRE est en masse, 40% de fibres de verre, 60% de fibres polyamide. L'épaisseur après compactage est de 1,5 mm avec un taux de porosité de 60%. La porosité étant définie par le taux de vide, c'est-à-dire le rapport du volume de vide occupé par l'air dans le matériau, au volume total de ce matériau. L'élaboration du sous-ensemble comporte les étapes décrites ci-après. Il est tout d'abord procédé à un nettoyage du voile 3 par abrasion puis dégraissage à l'aide d'un solvant chloré tel que le trichloréthylène. Les faces arrières d'accrochage des garnitures de friction 1,5 sont enduites d'adhésif à base de résine phénolique. Les faces des couronnes en matériaux fibreux TRE 2,4 venant en contact avec le voile 3 sont également enduites avec le même adhésif. A l'intérieur d'un cylindre dont le diamètre intérieur correspond au diamètre extérieur des différents éléments du sous-ensemble, sont disposés successivement une première garniture 5, une couronne en matériau fibreux 4, le voile 3, une seconde couronne en matériau fibreux 2, une seconde garniture de frottement 1. Le cylindre est ensuite fermé au moyen d'un piston sur lequel est appliquée une pression de 2 bar. L'ensemble est ensuite porté à une température de 1800C pour assurer la polymérisation de la colle. On a pu déterminer que le sous-ensemble ainsi obtenu possède une capacité de déformation de 0,5 mm sous une charge de 3500 N correspondant au tarage d'un mécanisme d'embrayage. On a également déterminé que l'inertie, par rapport à une réalisation standard où les garnitures sont fixées à l'aide de rivets sur des supports métalliques ondulés, est réduite de 18%. Des essais bancs ont montré des résultats comparables, dans les niveaux de frottement et d'usure, par rapport à un disque de friction standard. Le sous-ensemble représenté sur la figure 2, est formé de deux voiles métalliques adjacents 8,9, sur une face externe de chacun desquels est solidarisée par adhérisation une garniture de frottement 6,10 en forme de couronne. Au moins un voile 8 ou 9, et de préférence, comme représenté, chacun des voiles 8,9 présente une partie centrale plane 8a,9a et une partie périphérique plane 8b,9b sur lesquelles sont fixées les garnitures 6,10. La partie périphérique 8b,9b de chacun des voiles 8,9 est axialement décalée par rapport à la partie centrale correspondante 8a,9a à la faveur d'un décrochement respectivement 8c,9c. Les voiles 8a et 9a sont placés de telle manière que leur partie centrale 8a,9a soit en contact et que les décrochements 8c et 9c soient placés en opposition, en sorte que les parties périphériques 8b et 9b se trouvent écartées en ménageant entre elles un espacement en forme de couronne. Selon l'invention, ledit espacement en forme de couronne est rempli d'un matériau fibreux déformable 7 conformé en couronne et adhérisé au moins partiellement à au moins un des voiles 8,9, sur la partie périphérique 8b,9b desdits voiles, sur une face opposée à celle sur laquelle est fixée une garniture respectivement 6,10, formant dispositif de progressivité. Dans cet exemple de réalisation, la dimension radiale de la couronne en matériau fibreux déformable 7 est identique à la dimension radiale correspondante des garnitures de frottement 6,10, et une portion radialement interne de l'espace compris entre lesdites parties périphériques 8b,9b des voiles 8,9 est prévue vide de matériau fibreux déformable 7. Comme dans le cas de la figure 1, les garnitures de frottement 6,10 se trouvent au droit de la couronne en matériau fibreux déformable 7. En variante, non représentée où le sous-ensemble présente la même forme que la figure 2, le matériau fibreux déformable en forme de couronne peut être d'une dimension radiale différente de celle des garnitures de frottement. On notera que selon les exemples de réalisation des figures 2 et 3, le couple est transmis lors d'une manoeuvre de l'embrayage, directement d'une garniture au voile adjacent, ce qui évite toute sollicitation en cisaillement de ladite couronne en matériau fibreux. Les éléments composant le sous-ensemble décrit en référence à la figure 2, présentent les caractéristiques décrites ci-après. Les garnitures de frottement 6,10 se présentent chacune sous la forme d'une couronne dont le diamètre extérieur est de 200 mm et le diamètre intérieur de 137 mm, avec une épaisseur de 1,6 mm. Elles sont réalisées avec un matériau commercialisé sous la référence F202 par la société VALSE. Les voiles 8 et 9 sont chacun réalisés en acier du type XC70, et présentent une épaisseur de 0,3 mm et un diamètre extérieur de 200 mm. Le matériau fibreux déformable 7 se présente sous la forme d'une couronne dont le diamètre extérieur est de 200 mm et le diamètre intérieur de 137 mm, avec une épaisseur de 2 mm. Cette couronne de matériau fibreux est découpée dans un papier de fibres céramiques tel que le papier commercialisé sous la référence K60 par la Société Kerlane, présentant une porosité de 90%, définie comme ci-dessus. L'élaboration du sous-ensemble à partir des éléments ci-dessus est réalisée comme indiqué ci-après. Il est tout d'abord procédé à un décapage chimique, par exemple à l'aide d'acide, des voiles 8,9, puis à une passivation suivie d'un séchage. Les garnitures 6,10 sont ensuite enduites d'une colle à base de résine phénolique. Les garnitures de frottement 6,10 sont ensuite collées sur leur voile respectif formant support 8,9, par pressage à chaud à une température de 1800C. Les faces des voiles 8,9 opposées à celles sur lesquelles ont été collées les garnitures de frottement, sont abrasées à l'aide d'un disque émeri, puis nettoyées avec un solvant chloré comme du trichlorethylène. On enduit les deux faces de la couronne en matériau fibreux 7 avec une colle à base de résine phénolique. Dans un montage approprié non représenté, on vient positionner successivement les différents éléments 9 et 10, 7, 6 et 8. Le sous-ensemble 9 et 10 est tout d'abord déposé au fond du montage qui comprend un cylindre dont le diamètre intérieur correspond au diamètre extérieur de 9 et 10, et de la couronne 7 qui est ainsi positionnée correctement. Le centrage du sous-ensemble 6,8 par rapport au sous-ensemble 9 et 10 est réalisé par une partie cylindrique dont le diamètre extérieur correspond aux diamètres intérieurs 8d et 9d des éléments 8 et 9. Les éléments du disque de friction sont pressés sous 2 bars et l'ensemble est chauffé à une température de 1800C pour réaliser l'assemblage du sous-ensemble par collage. Ce sous-ensemble ainsi obtenu présente une inertie réduite de 26% par rapport à une solution standard à pales cambrées et garnitures rivetées. Avec ce type matériaux réfractaires, la stabilité des propriétés physiques et mécaniques, sous de fortes élévations de température, est particulièrement remarquable. D'autre part des essais de gymnastiquage axial du sous-ensemble, simulant les opérations successives de levée et de descente du plateau de pression de l'embrayage en fonctionnement font apparaîtrent une très bonne résistance à la fatigue du matériau après plus de 5 X 105 cycles (compression et retour à l'état libre). Ce nombre de cycles est représentatif du nombre d'opérations d'embrayage réalisé au cours de la durée de vie totale d'un véhicule courant. Des essais bancs et véhicules montrent des niveaux de frottements équivalents à une solution classique et des usures inférieures et plus homogènes dans des hauts niveaux d'énergie toujours en comparaison avec une solution classique. En variante, comme représenté à la figure 3, les deux voiles métalliques utilisés sont plans, souples et sont maintenus écartés l'un de l'autre notamment par une entretoise rigide 11. En variante non représentée, la couronne en matériau fibreux 2 et/ou 4,7 est constituée d'un ensemble de sous-couches élémentaires empilées et avantageusement solidarisées entre elles. De plus avec des matériaux fibreux qui présentent des caractéristiques d'amortissement suivant les natures de liants et/ou de fibres utilisées, on peut obtenir qu'au desserrage le disque de friction ne reprenne pas immédiatement son épaisseur initiale, ce qui est favorable à un débrayage franc. Les différents voiles métalliques 3 ; 8 et 9 peuvent avantageusement présenter des découpes destinées à les alléger, à augmenter leur flexibilité ou éviter des contraintes et déformations dues à un éventuel échauffement en service. REVENDICATIONS 1) Disque de friction progressif d'embrayage à sec, comportant deux garnitures de friction (1,5 ; 6,10), caractérisé par au moins un dispositif de progressivité (2,4 ; 7) formé en un matériau fibreux déformable. 2) Disque de friction selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit matériau fibreux déformable présente, à l'état libre, une porosité comprise entre 20% et 95%. 3) Disque de friction selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que ledit matériau fibreux déformable comprend des fibres minérales. 4) Disque de friction selon la revendication 3, caractérisé en ce que lesdites fibres minérales sont choisies parmi le groupe formé par les fibres de verre, les fibres de céramique, les fibres de carbone. 5) Disque de friction selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que ledit matériau fibreux déformable comprend des fibres organiques. 6) Disque de friction selon la revendication 5, caractérisé en ce que lesdites fibres organiques sont choisies parmi le groupe formé par les fibres aramides, les fibres thermoplastiques, telles que les fibres de polyester, les fibres de polyamide et les fibres de polyéther-éthercétone. 7) Disque de friction selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que ledit matériau fibreux déformable se présente sous une forme ordonnée telle qu'un tissé. 8) Disque de friction selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que ledit matériau fibreux déformable se présente sous une forme désordonnée telle qu'un mat, feutre, papier ou nappe. 9) Disque de friction selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que ledit dispositif de progressivité (2,4) est collé entre une garniture (1,5) et un support métallique ou voile (3). 10) Disque de friction selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que ledit dispositif de progressivité (7) est disposé entre deux supports ou voiles (8,9) solidaires entre eux, sur chacun desquels est rapportée, notamment par collage, une garniture de frottement (6,10). 11) Disque de friction selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que ledit dispositif de progressivité (2,4 ; 7) se présente sous la forme d'une couronne.