Brevet FR2697306A1 — publié le 19940429

La présente invention concerne les disques de friction d'embrayage, notamment pour véhicule automobile, du genre comportant au moins une garniture de frottement montée sur un disque de support avec intervention d'un dispositif de progressivité entre ladite garniture et ledit disque de support. Elle s'applique, notamment, aux disques de friction fonctionnant à sec ou dans l'huile et comportant deux garnitures de friction montées de part et d'autre d'un disque de support avec intervention d'un dispositif de progressivité entre lesdites garnitures et le disque de support. Ainsi qu'on le sait, dans un embrayage, par exemple du type monodisque, les garnitures du disque de friction sont destinées à être serrées entre les plateaux de pression et de réaction de l'embrayage pour transmission du couple de l'arbre menant à l'arbre mené lesdits plateaux étant solidaires en rotation de l'arbre menant, tandis que le disque de friction est solidaire en rotation de l'arbre mené, comme visible par exemple dans le document US-A-4,436 193. Pour notamment des raisons de confort, de ménagement des pièces et éviter tout embrayage brutal, on prévoit un dispositif de progressivité au sein du disque de friction. Ce dispositif est élastique axialement et permet un serrage progressif des garnitures entre lesdits plateaux, ainsi que de compenser les défauts géométriques des pièces de l'embrayage et d'épouser la forme, notamment du plateau de pression, lorsque celui-ci se déforme sous l'effet des sollicitations thermiques. Ainsi dans le document US-A-2,253,316, on a proposé de découper le disque de support pour former des bras à la périphérie externe de ce disque. Entre les bras, on vient insérer circonférentiellement des secteurs en matière élastique formant le dispositif de progressivité. Ces secteurs relient entre elles les garnitures de friction en étant fixés sur la tranche des bras du disque. La résistance du disque de support est ainsi réduite au niveau de sa périphérie externe. Un problème de transmission de couple se pose alors, car le couple est transmis des garnitures au disque par les secteurs élastiques et par les bras du disque. Ces secteurs élastiques n'ont pas la résistance mécanique nécessaire pour passer un fort couple. En effet, dans la forme préférentielle de réalisation de ce document, les secteurs en matière élastique sont à base de néoprène et l'on utilise une colle à base de caoutchouc chloré pour réaliser la liaison entre les garnitures et ledit secteur. Ce collage est coûteux et a une mauvaise tenue en température. D'une manière générale, la tenue à la force centrifuge de ce disque de friction n'est pas excellente. Pour renforcer le disque, on peut songer à faire appel à la disposition décrite dans le document US-A-4,529,079. Dans celui-ci, le disque est continu et les garnitures de friction sont montées de part et d'autre du disque avec interposition d'une sous-couche en matière élastique entre chaque garniture et la face concernée du disque. Dans ce brevet, la sous-couche en matière élastique est réalisée par dépôt discontinu de plots en caoutchouc du type RTV, c'est-à-dire à l'aide d'une colle réticulante à froid. On obtient une bonne progressivité avec un bon écrasement du caoutchouc (plus 30% sous 4 à 5 bars) dû notamment à la forme des dépôts de caoutchouc. En outre, les valeurs de cisaillement sont relativement faibles et sont données en statique en étant de l'odre de 4,6 DaN/cm2 à une température de 2600. Aucune indication n'est donnée sur les couples transmissibles et la tenue à la centrifugation. Un problème de tenue à la température se pose également. On peut songer alors à augmenter la surface de la sous-couche en matière élastique comme décrit dans le susmentionné document US-A-4,436,193. Dans celui-ci les sous-couches en matière élastique ont une épaisseur double de celle des garnitures de frottement, ladite matière étant à base de liège et de néoprène. Le couple transmissible est assez faible 6Nm et en outre il est nécessaire de réaliser un réseau de rainures dans les garnitures et les sous-couches, l'embrayage étant du type lubrifié. Les garnitures sont collées sur le disque. Une autre solution consiste à faire appel à un collage tel que décrit dans le document EP-B-0 390 797. Dans celui-ci on extrude une matière élastomère adhésive (du caoutchouc silicone RTV de nature élastique) sur la garniture de friction, et on applique la garniture ainsi garnie contre le support, en sorte que la matière adhésive vient se mettre en contact uniquement avec le côté adjacent du support pour faire adhérer la garniture au support. Ainsi la matière élastique vulcanise à froid. Il se pose alors un problème de tenue à la température et de recyclage. En effet, lors du recyclage on est amené à broyer la sous-couche et la garniture pour utilisation comme matière première de matériaux composites, notamment dans les matériaux de frottement. Il se pose un problème de réutilisation, car toutes garnitures de frottement comportent un liant, qui mouille mal au contact du silicone broyé. Pour augmenter la transmission de couple, on peut faire appel aux dispositions décrites dans le document FR-A-2 673 984. Dans ce document, la sous-couche en matière élastique assurant la progressivité est du type cellulaire avec nécessité d'effectuer un collage avec les éléments en contact disque - garnitures. Cette opération de collage est coûteuse et il est souhaitable de l'éliminer. Pour transmettre un couple important, on voit qu'il faut utiliser un disque support en deux parties avec interposition de la sous-couche en matière élastique entre les deux parties du disque. Ces parties sont fixées mutuellement, par exemple, à l'aide de rivets pour transmission du couple. Une autre solution, pour transmettre un couple important, tout en ayant une bonne tenue à la force centrifuge, est d'utiliser les dispositions décrites dans le document US-A-4,022,310. Dans celui-ci la progressivité est obtenue en ondulant le disque de support à sa périphérie externe et en fixant les garnitures par rivetage et collage à des plages planes dudit support. Une telle solution complique le disque et augmente l'épaisseur des garnitures de friction du fait qu'il faut prévoir dans celle-ci une partie de fixation s'étendant jusqu'à la tête des rivets et non utile pour le frottement. On augmente ainsi l'inertie du disque de friction, ce qui n'est pas souhaité notamment pour avoir une bonne synchronisation au niveau des pignons de la boîte de vitesses. La présente invention a pour objet de répondre à tous ces souhaits et donc de créer une nouvelle matière élastique progressive permettant de transmettre un fort couple, résistante à la température et à la centrifugation tout en étant recyclable, et en ne nécessitant pas d'opération supplémentaire de collage. Suivant l'invention, un disque de friction d'embrayage, notamment pour véhicule automobile, du genre comportant au moins une garniture de friction montée sur un disque de support avec interposition à solidarisaton, pour formation d'un dispositif de progressivité à action axiale, d'une sous-couche élastique entre ledit disque et ladite garniture de friction, est caractérisé en ce que la sous-couche élastique est poreuse et en ce qu'elle comporte, choisis pour résister à la température dans le domaine d'utilisation de l'embrayage, d'une part, une matrice liante et adhésive comprenant au moins une résine thermodurcissable modifiée et, d'autre part, un renfort imprégné par ladite résine. Ainsi grâce à l'invention, la sous-couche, par sa matrice, a des propriétés adhésives pour sa liaison avec le disque et la garniture concernée et, grâce à son renfort, a des propriétés mécaniques suffisantes pour transmettre un couple important. Aucune opération de collage supplémentaire n'est à effectuer, en sorte que les coûts de fabrication sont abaissés. La tenue en température est également bonne. En outre le disque de support est simplifié et n'a pas besoin d'être ondulé, il peut être doté d'un cambrage préalable. Ce disque unique peut avoir une épaisseur de 6 à 8/10mm avec une nuance d'acier XC 68 ou 70 trempé revenu. Il est possible d'obtenir une progressivité de 0,4 à 0,5mm (variation d'épaisseur) pour un diamètre de 215mm. Ainsi on obtient un gain substantiel sur l'encombrement, le disque de friction selon l'invention pouvant avoir une épaisseur de 4,5 à 5mm au lieu de 8mm comme dans l'art antérieur. Avantageusement pour une épaisseur donnée de sous-couche et de garniture de friction, on peut avoir de 1/4 d'épaisseur de sous-couche et 3/4 d'épaisseur de garniture à 3/4 d'épaisseur de sous-couche et un 1/4 d'épaisseur de garniture suivant la résistance à l'usure de ladite garniture, pour avoir dans tous les cas une progressivité satisfaisante. Ce disque de friction présente également une plus grande facilité de recyclage. En effet, les sous-couches et les garnitures seront très facilement désolidarisées du disque de support acier par chauffage par induction. La garniture et la sous-couche pourront être aisément utilisées, par exemple après broyage, en totalité comme matière première, par exemple de remplissage, de matériau composite, dont les matériaux de frottement. On notera que les garnitures et les sous-couches recyclées se marient bien avec le liant d'une garniture de frottement classique, ledit liant ayant une bonne propriété de mouillage au contact de ce matériau composite. Certes, il est connu de par le document FR 91 07052 déposé le 11 juin 1991 et non publié à ce jour, de créer un disque de friction avec une sous-couche fibreuse élastique pour assurer la progressivité. En pratique dans ce document, on fait appel à un matériau appelé communément TRE (thermoplastique renforcé estampable) par exemple réalisé en un mélange de fibres de verre et de fibres fusible type polyamide. Dans ce document, on effectue, après encollage préalable, une première compression pour lier la sous-couche au disque de support et l'on fait fondre la fibre de polyamide venant lier très solidement les fibres de verre pour avoir la porosité souhaitée. Après on utilise une colle pour réaliser l'assemblage des sous-couches avec les garnitures de friction. Dans la présente invention, il nty a pas besoin d'utiliser de colle compte tenu que la matrice a des propriétés adhésives. L'invention sera mieux comprise en regard de la description qui va suivre-et des dessins annexés dans lesquels - la figure 1 est une vue en coupe axiale d'un disque de friction selon l'invention - la figure 2 est une vue analogue à la figure 1 avant assemblage des sous-couches au disque et aux garnitures de friction - la figure 3 est une vue en élévation d'un disque de support selon l'invention. Dans la figure 1 est illustré un disque de friction d'embrayage, dit disque de friction à sec, comportant deux garnitures de friction 1,5 montées de part et d'autre d'un disque de support 3 avec intervention à solidarisation d'un dispositif de progressivité 2,4 entre lesdites garnitures et ledit support. Ici les garnitures de friction 1,5 se présentent sous la forme de couronnes et sont réalisées en matériau, commercialisées sous la référence F202 par la Société VALEO. Le dispositif de progressivité 2,4 est à action axiale et comporte une sous-couche en matière élastique 2,4 interposée entre la face concernée du disque 3 et respectivement la garniture 1 et la garniture 5. De manière connue en soi, ces garnitures 1,5 sont destinées à être serrées entre les plateaux de pression et de réaction de l'embrayage calés en rotation sur le vilebrequin du moteur à combustion interne, tandis que le disque de support 3 est destiné à être calé en rotation sur l'arbre d'entrée de la boîte de vitesses. Le disque de support est ici métallique. Suivant l'invention, un disque de friction du type sus-indiqué est caractérisé en ce que la sous-couche élastique 2,4 est poreuse et en ce qu'elle comporte, choisis pour résister à la température dans le domaine d'utilisation de l'embrayage, d'une part, une matrice liante et adhésive comprenant au moins une résine thermodurcissable modifiée, et, d'autre part, un renfort imprégné par ladite résine. Plus précisément, le disque 3 est d'une nuance d'acier XC 68 ou 70 trempé revenu et ici chaque garniture de frottement 1 et 5 est solidarisée audit disque 3, par la sous-couche élastique 2,4 concernée, en forme de couronne. Ainsi chaque sous-couche permet de réaliser un collage pour l'assemblage garnitures 1,5 - disque de support 3 et apporte également la progressivité nécessaire pour transmission en douceur du couple de l'arbre menant (le moteur à combustion interne) à l'arbre mené (l'arbre d'entrée de la boite de vitesses). Chaque sous-couche est ainsi liée au disque 3 et à la garniture 1,5 concernée. Ces sous-couches 2,4, de même diamètre interne et externe que les garnitures 1,5 (figure 2), transmettent donc le couple de transmission aussi bien lorsque l'embrayage fonctionne à sec ou lorsque l'embrayage fonctionnne dans l'huile, ces garnitures de friction étant lubrifiées comme mentionné dans le susmentionné document US-A-4,436,193. Bien entendu, en variante, la sous-couche peut avoir une autre forme que la garniture de friction et ne pas épouser complètement la forme de celle-ci en ayant une taille plus petite que celle-ci. Il n'y a pas besoin de colle classique du fait de la nature de ladite matrice liante, en sorte que les phénomènes de broutement sont également évités. Ces souscouches résistent également bien à la centrifugation en sorte que le moteur thermique peut effectuer un grand nombre de tours par minute. Ceci étant dû notamment grâce au renfort. On obtient également une bonne tenue en température, même en cas de fortes sollicitations de l'embrayage (démarrage en côte par exemple). L'épaisseur de la sous-couche dépend de la garniture de frottement, notamment la résistance à l'usure de celle-ci. Ainsi pour une épaisseur donnée garniture - sous-couche, on peut avoir la variation d'épaisseur suivant de 1/4 de sous-couche, 3/4 de garniture à 1/4 de garniture, 3/4 de sous-couche. Ces sous-couches assurant la progressivité de l'ensemble, le disque de support peut avoir ou ne pas avoir un cambrage préalable et aura une épaisseur réduite par rapport au disque de support employé usuellement. Avantageusement (figure 3) ce disque sera doté de fentes radiales 6 à sa périphérie externe pour tenir compte des phénomènes de dilatation ainsi que de fentes circonférentielles 9 alternant avec les fentes 6. Ces fentes permettent un fluage des sous-couches à l'intérieur des fentes 9 et favorisent la déformation des sous-couches 2,4, tout en accroissant sous charge (garnitures de frottement serrées) par coopération de formes la tenue à la force centrifuge et la transmission du couple. Ces fentes 6,9 assouplissent le disque 3. Sur la figure 3, on a repéré par les références R3,R4.... les différents rayons. Ainsi la fente 9 a une forme oblongue en étant délimitée par deux circonférences de rayon R5 et R6. Ainsi qu'on le sait ce disque de support est destiné soit à être monté sur les rondelles de guidage ou le voile de l'amortisseur de torsion selon les cas. Ce disque 3 sera préparé comme pour un collage classique c'est-à-dire - dégraissage puis corindonnage ou grenaillage des deux faces, - ou décapage chimique, - ou dégraissage et application d'un primaire. La progressivité de la sous-couche est fonction de sa composition de son renfort de sa matrice et de sa porosité. Ainsi le liant ou matrice de la sous-couche est une résine thermodurcissable choisie dans la famille des phénoliques, époxy, polyester, alkydes polyuréthanes, polyestaramides, modifiées. Les modifiants de la résine peuvent être des polymères vinyliques (acétals, alcools...) ou des caoutchoucs ou des gommes type gomme guar, gomme arabique. Grâce à cette disposition, on obtient la résistance thermique et la pégosité nécessaires pour que l'assemblage résiste à la centrifugation à chaud. Le renfort peut être un tissu de verre ou organique ou mixte avec d'autres fibres organiques et/ou céramiques. Ce renfort peut consister en un mat aiguilleté ou non aiguilleté constitué de fibres minérales (verre, céramiques) organiques. En variante, on peut utiliser un renfort vendu sous la marque "COTECH" par la Société "TECH TEXTILES LTD" avec des couches de fils continues, chaque couche ayant, par exemple, une orientation différente de la couche adjacente, avec suturation des couches, par exemple, par un support fibreux. Dans tous les cas les caractéristiques restent inchangées dans le domaine d'utilisation de l'embrayage, c'est-à-dire de l'ordre de 2500C au niveau des souscouches 2,4 pour un disque de friction fonctionnant à sec. On peut citer par exemple le verre E, C, R, le verre Tel de St Gobain, les céramiques telles le "Kerlane" ou la "Fiberfrax". Les fibres organiques sont choisies dans la famille des polynosiques, du PAN préoxydé (Polyacrylonitrile), des polyaramides, des PPS (Polysulfure de phénylène), PEEC... (Polyetherethercétones) des polymères à cristaux liquides, des fibres de carbone. Le renfort peut être à la dimension finale : rondelle découpée. La réalisation de la sous-couche peut se faire par trempage, par calandrage, par "rideau d'eau" ou par tout procédé permettant d'avoir la composition voulue, du mat (ou tissu) dans la résine (ou mélange de résine). La composition retenue en volume est de 70% de renfort, 30% de matrice, à 30% de matrice, 70% de renfort. L'imprégnation peut être, si besoin est lorsque la résine comporte un solvant, suivie d'un séchage permettant la manipulation aisée des préformes ou des imprégnés en rouleaux ou nappes. Dans ce cas, la découpe sera faite à la dimension et à la forme souhaitées. L'assemblage garniture 1, sous-couche 2, disque 3, sous-couche 4, garniture 5 (figure 2) sera réalisé sous presse avec des températures et des pressions variables suivant la nature de la matrice. La porosité de la sous-couche peut être, de manière connue en soi, obtenue en faisant varier la pression et la température. En variante, la sous-couche peut comporter des charges, notamment des fibres thermodégradables pour obtenir la porosité par surcuisson et disparition des fibres thermodégradables selon les dispositions décrites dans le document EP-B-0 202 145. Une presse du type Pinette avec contrôle rigoureux de la pression de la matière conviendra. En variante, on peut utiliser un procédé d'assemblage par induction plus rapide que le procédé à la presse. Quoiqu'il en soit, grâce à la composition de la matrice adhésive on aura une fixation des garnitures et du disque sur les sous-couches. Avantageusement la porosité sera de l'ordre de 5 à 60% en volume. Par exemple une réalisation est effectuée avec une garniture de 1,6mm d'épaisseur, des sous-couches 0,5mm d'épaisseur et d'un disque de 0,7mm d'épaisseur soit un encombrement total axial de 4,9mm permettant de réaliser un gain substantiel sur l'encombrement axial d'une garniture de friction classique d'encombrement usuel de 8mm. Avec une garniture de friction d'usure moindre, on peut augmenter l'épaisseur de la sous-couche et diminuer celle de la garniture. Le disque 3 a également une épaisseur moindre que les disques classiques et la densité de la sous-couche est inférieure à 1,6 sans avoir recours à un clinquant supplémentaire, en sorte que l'on obtient un gain en matière et en inertie par rapport à une friction classique. On appréciera que le recyclage est également très aisé car les sous-couches et les garnitures seront très facilement désolidarisées du disque 3 en acier par chauffage par induction, la ferraille étant chauffée très rapidement et l'interface sous-couche 2,4, disque 3 facilement détruite. La partie métallique sera facilement recyclée et les garnitures et les sous-couches pourront être utilisées en totalité comme matière première de matériaux composites, dont les matériaux de frottement. Plusieurs exemples de réalisation ont été effectués avec respectivement des mats et des tissus. CAS 1 - MAT A = Verre polyaramide ; MATRICE a = résine phénolique modifiée nitrile Composition MAT A/Matrice a : 40/60 en volume * compressibilité 30% sous 3 bars * résistance au cisaillement (caractérisant l'adhésion/acier XC 70 et/garniture) 20 DaN/cm2 250C * contrainte à la rupture en traction de la souscouche seule 250 DaN/cm2. CAS 2 - Tissu B = organique verre Composition Tissu B / Matrice a : 40/60 en volume * Compressibilité 38% sous 3 bars * Contrainte à la rupture (traction) 18 DaN/mm2 CAS 3 - MAT C = verre polynosique céramique ; Matrice b = phénolique modifiée nitrile. Composition Mat C/Matrice b : 50/50 en volume Porosité = 11% * Compressibilité 64% sous 4 bars * Energie absorbée 10,7mJ CAS 4 MAT D = mat Verre polyaramide aiguilleté Matrice c = phénolique mod. phénols supérieurs Composition en volume 40 Mat D/60 Matrice b * Résistance à la flexion (3 points) : pas de rupture, pliage * Module 3700 MPa - Même composition avec matrice C * Résistance à la flexion : 124 MPa * Module 5500 MPa CAS 5 Composition en volume 60 Mat D/40 de Matrice a ( sous-couche I) ou Matrice b (sous-couche II) porosité :I = 50% ; II = 25% Assemblage d'une friction diamètre 215 mm sous-couche I sous-couche II Ecrasement sous 4 bars 20% 10% Résistance à centrifugation 2000C 8500 tours/mn 14000 tours/mn Energie de décollement 0,46 KJ 1.26 KJ Bien entendu la présente invention n'est pas limitée aux exemples de réalisation décrits. En particulier le disque de friction peut équiper un embrayage à friction multidisque fonctionnant dans l'huile, une seule sous-couche et une seule garniture de frottement peuvent être prévues. Dans ce cas, la garniture de friction avec sa couche-couche peuvent appartenir à un embrayage de verrouillage, dit "Lock-Up" dont la garniture de frottement est propre à venir frotter et être serrée au contact d'une paroi transversale du carter de l'appareil d'accouplement hydrocinétique, comme décrit par exemple dans le document US-A-4,987,981. Enfin la matrice liante et adhésive peut consister en un mélange de résines modifiées, sachant qu'ici on recherche à donner de la souplesse à la souscouche contrairement aux sous-couches utilisées dans les freins et servant à isoler thermiquement la garniture de son patin pour éviter les phénomènes de "vapeur lock" au niveau du piston. REVENDICATIONS 1) Disque de friction d'embrayage, notamment pour véhicule automobile, du genre comportant au moins une garniture de friction (5,1) montée sur un disque de support (3) avec interposition à solidarisation, pour formation d'un dispositif de progressivité à action axiale, d'une sous-couche élastique (2,4) entre ledit disque et ladite garniture de friction, caractérisé en ce que la sous-couche élastique est poreuse et en ce qu'elle comporte, choisis pour résister à la température dans le domaine d'utilisation de l'embrayage, d'une part, une matrice liante et adhésive comprenant au moins une résine thermodurcissable modifiée et, d'autre part, un renfort imprégné par ladite résine. 2) Disque de friction selon la revendication 1, caractérisé en ce que la porosité de la sous-couche est comprise entre 5 et 60% en volume. 3) Disque de friction selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que ladite sous-couche en matière élastique comprend une résine thermodurcissable modifiée choisie dans la famille des phénoliques, époxy, polyester, alkydes polyuréthanes, polyersteramides. 4) Disque de friction selon la revendication 3, caractérisé en ce que les modifiants de la résine sont choisis parmi les polymères vinyliques. 5) Disque de friction selon la revendication 3, caractérisé en ce que les modifiants de la résine sont des caoutchoucs ou des gommes guar, gomme arabique. 6) Disque de friction selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que ledit renfort est un tissu de verre ou organique et/ou mixte avec d'autres fibres organiques et/ou céramiques. 7) Disque de friction selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que ledit renfort est un mat aiguilleté ou non aiguilleté constitué de fibres minérales, telles que des fibres de verre ou des fibres céramiques, ou organiques, dont les caractéristiques restent inchangées dans le domaine de l'utilisation de l'embrayage. 8) Disque de friction selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce qu'il comporte deux garnitures de friction (1,5) montées de part et d'autre d'un disque de support (3) avec interposition d'une sous-couche en matière élastique entre ledit disque de support (3) et chaque garniture de friction (1,5). 9) Disque de friction selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que, pour une épaisseur donnée garniture de friction (1,5) - souscouche (2,4), les épaisseurs varient de 1/4 de souscouche - 3/4 de garniture à 3/4 de sous-couche - 1/4 de garniture.