Brevet FR2673984A1 — publié le 19920918

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 déformables 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 EPA-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 d'embrayage qui ne présente pas les inconvénients ci-dessus. Un disque de friction progressif d'embrayage à sec, comportant deux garnitures de friction en forme de couronnes est, selon l'invention, caractérisé par une couronne réalisée en matériau cellulaire, insérée entre lesdites garnitures. Selon l'invention, ledit matériau cellulaire est un matériau déformable possédant des cellules ou alvéoles ouverts et/ou fermés qui permettent, sous l'effet de contraintes de compression, de provoquer la diminution d'épaisseur du matériau, et, lorsque cessent de telles contraintes, de provoquer un retour à l'épaisseur d'origine. Plus particulièrement, et selon l'invention, ledit matériau cellulaire est formé à partir des matériaux appartenant au groupe comprenant les mousses d'élastomères, telles que mousses de silicone, mousses de caoutchoucs fluorés, les matières thermoplastiques moulées avec insuflation de gaz pour créer une porosité, telles que les polyamides, les polyéther-cétones, les mousses de résines thermodurcissables possédant une souplesse suffisante telles que les résines epoxy modifiées. Selon une première forme de réalisation de l'invention, ladite couronne en matériau cellulaire 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 cellulaire. Selon une autre forme de réalisation de l'invention, ladite couronne en matériau cellulaire est disposée entre deux supports métalliques ou voiles, solidaires 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 cellulaire est collée, de part et d'autre, sur les éléments, voile ou garniture, avec lesquels elle est en contact. L'invention permet d'obtenir un disque de friction pour embrayage à frottement à sec, qui présente des caractéristiques de progressivité améliorées et ajustables dans de grandes proportions. En effet, et selon un autre aspect de l'invention, il est possible en dosant la proportion d'alvéoles à cellules ouvertes par rapport aux alvéoles à cellules fermées, de faire varier les caractéristiques de compressibilité et, par conséquent, de progressivité, dudit disque de friction. En permettant un contact continu sur un support plan, les garnitures peuvent être fixées sur ledit disque 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 l'embrayage. L'invention permet également d'améliorer les caractéristiques de progressivité d'un disque de friction d'embrayage à sec. Le matériau cellulaire utilisé selon l'invention, permet une autoadaptation, 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, et la figure 3 représente, en coupe, un sous- ensemble de disque de friction d'embrayage selon un troisième exemple de réalisation de l'invention, en cours d'élaboration dans un moule. 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 cellulaire 2,4 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 contrevoiles 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 cellulaire 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 mm et de diamètre intérieur de 137 mm; leur épaisseur est de 1,6 mm. Elles sont réalisées en matériau commercialisé sous la référence F 202 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 XC 70. Les couronnes en matériau cellulaire 2,4 présentent un diamètre extérieur de 200 mm et un diamètre intérieur de 137 mm avec une épaisseur de 2 mm. Elles sont réalisées en mousses de silicone commercialisées sous la référence RTF 762 par la société GENERAL ELECTRIC. Le taux de cellules ou alvéoles fermés de cette mousse est d'environ 60 % du total des alvéoles. L'élaboration du sous-ensemble précédent 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. Un primaire d'accrochage pour silicone, tel que commercialisé sous la référence A 4094 par la société RHONE-POULENC est appliqué, à l'aide d'un rouleau en feutre, sur le voile 3 ainsi que sur chacune des faces des garnitures de frottement 1,5 destinées à venir en contact avec les couronnes de matériau cellulaire 2,4. Après séchage du primaire d'accrochage pendant une durée d'environ 30 minutes, les différentes faces ayant reçu ledit primaire d'accrochage, sont enduites d'un adhésif du type silicone tel que celui commercialisé sous la référence CAF 4 par la société RHONE POULENC. L'assemblage final du sous-ensemble se fait ensuite de la manière suivante. 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 cellulaire 4, le voile 3, une seconde couronne en matériau cellulaire 2, une seconde garniture de frottement 1. Le cylindre est ensuite fermé au moyen d'un piston sur lequel est appliquée une pression de 1 bar à la température ambiante pendant une durée correspondant à la réticulation de l'adhésif. On a pu déterminer que le sous-ensemble obtenu ainsi possède une progressivité de 0,8 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 o les garnitures sont fixées à l'aide de rivets sur des supports métalliques ondulés, est réduite de 20 %. Des tests de frottement et d'usure sur bancs d'essais et sur véhicules ont en outre montré une amélioration 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 couronnes. Au moins un voile 8 ou 9, et de préférence, comme représenté, chacun des voiles 8,9 présente une partie centrale plane 8 a,9 a et une partie périphérique plane 8 b,9 b sur lesquelles sont fixées les garnitures 6,10. La partie périphérique 8 b,9 b de chacun des voiles 8,9 est axialement décalée par rapport à la partie centrale correspondante 8 a,9 a à la faveur d'un décrochement respectivement 8 c,9 c. Les voiles 8 a et 9 a sont placés de telle manière que leur partie centrale 8 a,9 a soit en contact et que les décrochements 8 c et 9 c soient placés en opposition, en sorte que les parties périphériques 8 b et 9 b se trouvent écartées en ménageant entre elles un espacement en forme de couronnes. Selon l'invention, ledit espacement en forme de couronnes est rempli d'un matériau cellulaire 7 conformé en couronnes et adhérisé au moins partiellement à au moins un des voiles 8,9, sur la partie périphérique 8 b,9 b desdits voiles, sur une face opposée à celle sur laquelle est fixée une garniture respectivement 6,10. Dans cet exemple de réalisation, la dimension radiale de la couronne en matériau cellulaire 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 8 b,9 b des voiles 8,9 est prévue vide de matériau cellulaire 7. Comme dans le cas de la figure 1, les garnitures de frottement 6,10 se trouvent au droit de la couronne en matériau cellulaire 7. En variante, et comme représenté sur la figure 3, o le sous- ensemble présente la même forme que sur la figure 2, le matériau cellulaire en forme de couronne 12 remplit tout l'espace ménagé entre lesdites parties périphériques 13 b,14 b des voiles métalliques 13 et 14, en sorte que la couronne de matériau cellulaire 12 occupe, au droit des garnitures de frottement en forme de couronnes 16,17, une étendue radiale plus importante que celles-ci. 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 cellulaire. 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 F 202 par la société VALEO. Les voiles 8 et 9 sont chacun réalisés en acier du type XC 70, et présentent une épaisseur de 0,3 mm et un diamètre extérieur de 200 mm. Le matériau cellulaire 7 se présente sous la forme d'une couronne dont le diamètre extérieur est de mm et le diamètre intérieur de 127 mm, avec une épaisseur de 4 mm. Cette couronne de matériau cellulaire est formée de 20 g de mousse de type silicone telle que la mousse commercialisée sous la référence RTV 1525 par la société RHONE-POULENC. Les éléments du sous-ensemble montré à la figure 3, présentent les mêmes caractéristiques et dimensions, sauf en ce qui concerne le diamètre intérieur de la couronne en matériau cellulaire 12 qui est de 115 mm, pour correspondre au diamètre sur lequel se trouvent des décrochements 13 c et 14 c desdits voiles 13,14. 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 chlorhydrique, des voiles 8 et 9 ou 13,14, puis à une passivation à la soude suivie d'un séchage. Les garnitures 6,10 ou 16,17 sont ensuite enduites d'une colle à base de résine phénolique. Les garnitures de frottement 6,10 ou 16,17 sont ensuite collées sur leur voile respectif formant support 8,9 ou 13,14, par pressage à chaud à une température de l'ordre de 1800 C. Les faces des voiles 8,9 ou 13,14 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 trichloréthylène, avant d'être enduites d'un primaire d'accrochage pour silicone, tel que commercialisé sous la référence A 4094 par la société RHONE-POULENC Il est ensuite procédé à un séchage pendant une trentaine de minutes. A l'aide d'une machine appropriée, il est formé un jonc circulaire avec une quantité dosée à 20 g d'une composition à base de silicone contenant des agents moussants, commercialisée sous la référence RTV 1525 par la société RHONE-POULENC sur le primaire d'accrochage d'un des voiles 8, 9 ou 13,14 Ce dernier est ensuite disposé dans un moule 11 (figure 3) de telle sorte que la garniture se trouve placée au fond du moule et le cordon déposé précédemment disposé sur le dessus Un autre voile 9,8 ou 14,13 est ensuite placé au-dessus du précédent de telle sorte que le primaire d'accrochage déposé précédemment vienne au contact dudit cordon, et que la garniture correspondante soit disposée au-dessus du moule Le moule est ensuite fermé à l'aide d'un piston 15 puis disposé dans un four tunnel de manière à être porté à une température de 180 'C pendant une durée suffisante pour permettre le moussage du matériau silicone et sa réticulation. Pendant cette phase la mousse se développe et remplit l'espacement en forme de couronnes tout en adhérant aux parties périphériques 8 b,9 b ou 13 b,14 b des voiles 8,9 ou 13,14. A l'aide du moule 11 et du piston 15, l'écartement final des voiles 13,14 peut être contrôlé. On obtient ainsi un sous-ensemble de disques de friction d'embrayages qui présente une inertie réduite de % par rapport à une solution standard à pales cambrées et garnitures rivetées. On a pu mesurer que la progressivité de la friction est de 0,9 mm sous une charge de 3500 N correspondant au tarage d'un mécanisme d'embrayage. Des résultats d'essais effectués aux bancs et sur véhicules montrent des niveaux de frottement équivalents ou même supérieurs à des solutions standard utilisant les mêmes garnitures de friction; on constate en outre que l'usure des garnitures s'effectue de manière plus régulière que dans les solutions standard En particulier on a pu constater qu'à conditions égales, la différence d'épaisseur d'usure entre diamètre intérieur et diamètre extérieur de chacune des garnitures était inférieure à 0,05 mm avec le sous-ensemble selon l'invention, alors qu'avec des sous-ensembles à pales progressives et garnitures rivetées l'écart d'usure d'un diamètre à l'autre pouvait atteindre des valeurs comprises entre 0,08 mm et 0,1 mm. En variante, la couronne en matériau cellulaire 7 de la figure 2 peut être préalablement réalisée, comme décrit au sujet du mode de réalisation de la figure 1, puis adhérisée aux voiles 8,9 de la même manière que cette dernière. Dans un autre type de variante de réalisation du sous-ensemble décrit aux figures 2 et 3, deux voiles métalliques plans sont utilisés, maintenus écartés l'un de l'autre au moyen d'un anneau qui peut être ôté après insertion ou moulage du matériau cellulaire. En variante non représentée, la couronne en matériau cellulaire 2 et/ou 4; 7; 12 est constituée d'un ensemble de sous-couches élémentaires empilées et avantageusement solidarisées entre elles. Il est possible, lors de la réalisation du matériau cellulaire, de doser et d'ajuster la proportion globale d'alvéoles, ainsi que les proportions relatives d'alvéoles fermés et d'alvéoles ouverts, ce qui permet d'ajuster les caractéristiques de progressivité du disque de friction équipé d'un tel sous-ensemble. De même, les cellules ou alvéoles, fermés ou ouverts, peuvent présenter des formes diverses telles que, notamment, sphéroïdales, tubulaires, Ceci constitue encore un avantage considérable par rapport aux dispositions connues à pales élastiques ou à bras ou cordons en matériau élastomère. On peut, avantageusement, obtenir la fixation d'une couronne en matériau cellulaire par simple adhérisation sur un voile et/ou sur une garniture de frottement, lors de l'élaboration du matériau cellulaire, en particulier lors d'une phase de réticulation de ce dernier. En outre, grâce aux matériaux cellulaires choisis, qui présentent des caractéristiques d'amortissement, on peut obtenir qu'au desserrage un disque de friction progressif ne reprenne pas immédiatement son épaisseur initiale, ce qui est favorable pour l'obtention d'un débrayage franc. Les différents voiles métalliques 3; 8,9; 13,14 peuvent avantageusement présenter des découpes destinées à les allèger, 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; 16,17) en forme de couronnes, caractérisé par une couronne réalisée en matériau cellulaire ( 2,4; 7; 12), insérée entre lesdites garnitures ( 1,5; 6,10; 16,17). 2) Disque de friction progressif selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit matériau cellulaire est un matériau déformable possédant des cellules ou alvéoles ouverts et/ou fermés qui permettent, sous l'effet de contraintes de compression, de provoquer la diminution d'épaisseur du matériau, et, lorsque cessent de telles contraintes, de provoquer un retour à l'épaisseur d'origine. 3) Disque de friction progressif selon la revendication 2, caractérisé en ce que ledit matériau cellulaire est formé à partir des matériaux appartenant au groupe comprenant les mousses d'élastomères, telles que mousses de silicone, mousses de caoutchoucs fluorés, les matières thermoplastiques moulées avec insuflation de gaz pour créer une porosité, telles que les polyamides, les polyéther-cétones, les mousses de résines thermodurcissables possédant une souplesse suffisante telles que les résines epoxy modifiées. 4) Disque de friction progressif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que ladite couronne en matériau cellulaire ( 2,4) est placée entre une garnitures ( 1,5) et un support métallique ou voile ( 3). ) Disque de friction progressif selon la revendication 4, caractérisé en ce que entre chaque garniture ( 1,5) et voile ( 3) est placée une telle couronne en matériau cellulaire ( 2,4). 6) Disque de friction progressif selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que ladite couronne en matériau cellulaire ( 7,12) est disposée entre deux supports métalliques ou voiles ( 8,9; 13,14) solidaires entre eux, sur chacun desquels est rapportée, notamment par collage, une garniture de frottement ( 6,10; 16,17). 7) Disque de friction progressif selon l'une quelconque des revendications 4 à 6, caractérisé en ce que ladite couronne en matériau cellulaire ( 2,4; 7; 12) est collée, de part et d'autre, sur les éléments, voile ( 3; 8,9; 13,14) ou garniture ( 1,5; 6,10; 16,17; 3; 8,9; 13,14), avec lesquels elle est en contact. 8) Disque de friction progressif selon l'une des revendications 6 ou 7, caractérisé en ce que chaque support métallique ou voile ( 8,9; 13,14) présente une partie centrale plane ( 8 a,9 a; 13 a,14 a) et une partie périphérique plane ( 8 b,9 b; 13 b,14 b) sur lesquelles sont fixées lesdites garnitures ( 6, 10; 16,17), et en ce que pour l'un au moins desdits voiles ( 8,9; 13,14) ladite partie périphérique ( 8 b,9 b; 13 b,14 b) est axialement décalée pour former entre les deux voiles ( 8,9; 13,14) accolés par leurs parties centrales ( 8 a,9 a; 13 a,14 a) un espacement en forme de couronne à l'intérieur duquel est disposée ladite couronne en matériau cellulaire ( 7; 12). 9) Disque de friction progressif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que ladite couronne en matériau cellulaire ( 2,4; 7) présente une dimension radiale identique à celle d'une garniture de frottement ( 1,5; 6,10; 16,17) et se trouve disposée au droit d'une telle garniture de frottement ( 1,5; 6,10; 16,17). ) Disque de friction progressif selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que ladite couronne en matériau cellulaire ( 12) occupe une dimension radiale plus importante que celle des garnitures de frottement ( 16, 17) en étant au droit de celles-ci.