Brevet FR2687441A1 — publié le 19930820

"Frein à disque pour véhicule ferroviaire à garnitures amovibles maintenues en place par un verrou perfectionné" L'invention se rapporte à un frein à disque pour véhicule ferroviaire comportant deux porte-garniture, chacun équipé d'une garniture plate, de part et d'autre d'un disque calé sur un essieu et aptes à être sollicités l'un vers l'autre par un vérin par l'intermédiaire d'un étrier articulé, la garniture présentant, à l'opposé d'une face d'appui sur le disque, un dos avec une saillie allongée profilée en queue d'aronde engagée longitudinalement dans une glissière ménagée dans le portegarniture respectif. Les freins à disque de ce type se généralisent sur les véhicules ferroviaires prévus pour de grandes vitesses, en raison de l'efficacité supérieure de ce type de freins par rapport aux freins antérieurs à sabot portant sur la jante des roues, et de leur refroidissement par ventilation meilleur. Toutefois l'usure des garnitures exige leur remplacement périodique ; pour éviter, lors de cette opération, une immobilisation trop longue du véhicule, -les garnitures sont amovibles, sans démontage du frein autre que le dégagement du verrou qui barre l'extrémité ouverte de la glissière de porte-garniture. Couramment le verrou est pour l'essentiel une tige enfoncée dans un logement transversal à la glissière pour barrer l'extrémité ouverte de celle-ci, à l'arrière de la saillie du dos de garniture, pour interdire le dégagement de cette garniture. Une autre solution connue consiste à constituer le verrou en forme de pêne maintenu élastiquement en position de barrage de l'extrémité ouverte de glissière et en position éclipsée. L'éclipsage du pêne par traction permet le dégagement d'une garniture usée et son remplacement par une garniture neuve, après quoi le pêne est replacé en position de barrage. La contrepartie du démontage aisé des garnitures est que les pièces de verrou sont susceptibles de quitter relativement aisément leur position de barrage de l'extrémité ouverte de la glissière de porte-garniture sous l'influence des chocs et vibrations supportés par les éléments de frein, au roulage et au freinage. Il en résulte alors à plus ou moins brève échéance un dégagement de la garniture hors du porte-garniture, et de ce fait la mise hors service du frein. Ce genre d'incident est malheureusement trop fréquent, même si la mise hors service d'un frein n'affecte pas sensiblement la sécurité. Les verrous étant des pièces peu apparentes, et les amorces de malfonctionnement encore bien moins, ces amorces de malfonctionnement peuvent échapper aux contrôles de routine. L'invention a pour objectif un frein à disque pour véhicule ferroviaire du type décrit ci-avant, avec un verrou de maintien des garnitures à sécurité très augmentée. L'invention propose donc un frein à disque pour véhicule ferroviaire comportant deux porte-garniture, chacun équipé d'une garniture plate, de part et d'autre d'un disque calé sur un essieu et aptes à être sollicités l'un vers l'autre par un vérin par l'intermédiaire d'un étrier articulé, la garniture présentant à l'opposé d'une face d'appui sur le disque un dos avec une saillie allongée profilée en queue d'aronde engagée longitudinalement dans une glissière ménagée dans le porte-garniture respectif, avec une extrémité fermée où bute un avant de la saillie et une extrémité ouverte où s'engage la saillie et qui est barrée à l'arrière de celle-ci par un verrou en vue d'interdire un dégagement accidentel de la garniture, frein caractérisé en ce que le verrou est constitué d'un cliquet tourillonnant transversalement à la glissière, avec un bec en appui sur le dos de garniture sous l'effet d'un ressort et dirigé vers l'avant de saillie, en sorte de s'effacer à l'engagement de la saillie dans la glissière et de se loger dans une encoche ménagée à l'arrière de la saillie et telle que le bec s'y coince en réponse à une poussée de la garniture en sens de dégagement. Grâce à ces dispositions, alors que les opérations de changement de garniture sont plutôt simplifiées par rapport aux freins connus, le coincement du bec de cliquet dans l'encoche à l'arrière de la saillie de garniture lorsque la garniture est sollicitée en échappement maintient le verrou en position de barrage même si le ressort d'appui est défaillant. En outre le ressort ne subit pas d'effort lorsque la garniture s'appuie sur le bec du cliquet et fatigue moins du fait du roulage et du freinage que si le bec de cliquet n'était pas coincé dans l'encoche. En réalisation préférée, le bec de cliquet est conformé en angle aigu et l'encoche prend la forme d'un gradin à angle droit, avec un flanc transversal à la saillie. En coincement l'arête du bec à angle aigu porte dans l'angle droit rentrant du gradin, au raccordement du flanc au fond de l'encoche. Ainsi la position du cliquet en coincement est précise et invariable. De préférence la glissière est rectiligne, et une médiatrice de cette glissière passe sensiblement par l'axe de l'essieu. Ainsi les réactions de la garniture dans la glissière au freinage seront sensiblement symétriques pour les deux sens de rotation du disque. En complément préféré la face d'appui de la garniture est en forme générale de croissant avec sa concavité tournée vers l'essieu, et est généralement symétrique par rapport à la médiatrice de glissière. De préférence encore, le ressort de cliquet est une lame élastique tenue dans le cliquet par une extrémité et portant par l'autre extrémité sur une butée ménagée dans le porte-garniture. Selon une particularité préférée, le cliquet tourillonne dans une chape, et dans cette chape est ménagé un trou parallèle à l'axe de tourillonnement et apte à recevoir une goupille en sorte d'interdire l'effacement du cliquet. Cette goupille est avantageusement une goupille fendue, maintenue en place par déformation des jambes de goupille vers l'extérieur, de façon usuelle. Ainsi la rupture du ressort coïncidant avec un manque d'appui de la garniture sur le bec de cliquet n'est pas susceptible d'entraîner l'effacement du cliquet. La pose et la dépose de la goupille n'entraînent pas d'allongement sensible de la durée de changement de garniture. Des caractéristiques secondaires et des avantages de l'invention ressortiront d'ailleurs de la description qui va suivre à titre d'exemple, en référence aux dessins annexés dans lesquels la figure 1 représente un bogie de véhicule ferroviaire à grande vitesse, équipé de freins à disques susceptibles d'incorporer l'invention la figure 2 est une élévation de la partie inférieure d'un porte-garniture de frein selon l'invention ; la figure 3 est une vue en coupe suivant le plan III III de la figure 2 la figure 4 est une vue en coupe suivant le plan IV-IV de la figure 2. Selon la représentation de la figure 1, qui correspond à l'état de la technique antérieure, un bogie 1 d'un véhicule ferroviaire prévu pour circuler à grande vitesse, comporte deux essieux 2 et 2' reliant chacun une paire de roues, dont une seule 4, 4' par essieu est représentée. Sur ces essieux 2, 2' sont calés à proximité des roues telles que 4, 4', et entre les roues, des disques de freins 3, 3'. A ces disques 3, 3' (ainsi qu'aux disques non représentés) solidaires en rotation des roues sont associés des freins 5, 5', de même structure ; aussi se contentera-t-on de décrire un seul, 5, de ces freins. Le frein 5 comporte, de part et d'autre du disque 3, une-paire de porte-garniture 10, dont un seul est visible et sera décrit, l'autre porte-garniture étant en tout symétrique du porte-garniture 10 par rapport au plan du disque 3. Le porte-garniture 10 est équipé d'une garniture 9 ayant une face d'appui sur le disque 3 ; la liaison mécanique entre porte-garniture 10 et garniture 9 sera décrite en référence aux figures 2 à 4 plus loin. Le porte-garniture 10 est suspendu sensiblement verticalement à un élément de châssis de bogie 1 par une biellette 8. Pour le freinage, les deux porte-garniture du frein 5 (10 seul est visible) sont sollicités l'un vers l'autre, en appui par les garnitures 9 sur les deux faces du disque 3, par un vérin pneumatique 7 transversal, par l'intermédiaire d'un étrier articulé 6, comprenant deux branches articulées chacune sur un porte-garniture 10. Ces branches, dont une seule est visible, comprennent deux leviers 6b pivotant autour d'un axe vertical 6a fixé à l'élément de châssis du bogie 1, et articulés à une extrémité sur le vérin 7 et à l'autre sur le portegarniture 10. On notera que le porte-garniture 10 est disposé avec sa grande dimension sensiblement verticale et symétrique par rapport à une horizontale passant par l'axe de l'essieu 2, cette horizontale formant ainsi médiatrice de la grande dimension du porte-garniture 10. On notera également que la garniture 9, qui déborde à peine du portegarniture 10, mais que l'on verra mieux en traits interrompus sur la figure 2, présente une forme générale de croissant avec sa concavité tournée vers l'essieu 2, et est disposée symétriquement par rapport à l'horizontale passant par cet essieu (médiatrice de la grande dimension du portegarniture). Il en résulte que les forces de freinage appliquées à la garniture 9 sont égales pour les deux moitiés de garniture de part et d'autre de l'horizontale passant par l'essieu 2 et se composent, rapportées au barycentre de la face d'appui de garniture, d'une force verticale et donc suivant la grande dimension du portegarniture 10, et d'un couple tendant à faire pivoter la garniture 9 autour du barycentre de sa face d'appui. On notera encore, comme on le verra plus en détail en référence aux figures 2 à 4, que la garniture 9 présente, à l'opposé de sa face d'appui 9a sur le disque 3 un dos 9b qui s'applique sur le porte-garniture 10 et présente une saillie 9c à profil à queue d'aronde qui a été engagée par le bas (partie représentée du porte-garniture 10 aux figures 2 et 3) dans une glissière rectiligne 10a à profil complémentaire ménagée dans le porte-garniture 10 et étendue suivant la grande dimension de celui-ci, de sorte que leurs médiatrices sont pratiquement confondues. La glissière 10a est fermée à son extrémité supérieure (non représentée) et forme ainsi butée pour l'avant de la saillie 9c (par rapport au sens d'engagement) lorsque celle-ci est engagée à fond dans la glissière 10a après avoir été introduite par l'extrémité ouverte inférieure de cette glissière 10a. Cette extrémité ouverte inférieure de la glissière 10a doit être obturée par un verrou pour interdire le dégagement de la garniture 9. Selon l'état de la technique représenté figure 1, le verrou 11 se présente sous la forme d'un barreau engagé dans un logement horizontal parallèle au plan du disque 3, et donc transversal à la glissière 10a, puis goupillé sur le porte-garniture 10. Incidemment on remarquera que la direction verticale de la glissière rectiligne 10a, et l'engagement par le bas de la saillie 9c de garniture 9 ont été choisis en raison des dégagements disponibles pour apporter et présenter les garnitures. Selon la forme de réalisation de l'invention choisie et représentée figures 2 à 4, qui se distingue de l'état de la technique avec un verrou 11 selon la figure 1 par le mode d'exécution du verrou 12, celui-ci est constitué par un cliquet 13 qui tourillonne autour d'un axe 16, transversal à la direction de la glissière 10a et qui passe à travers deux oreilles 17 et 17' saillant du portegarniture 10 du côté opposé à la garniture 9, et formant chape de part et d'autre du cliquet 13. Cet axe 16 présente à une extrémité une tête élargie 16a, et est maintenu à l'autre extrémité émergeant de la chape 17, 17' par une goupille fendue 16b traversant l'axe 16, avec interposition d'une rondelle 16c. Comme on le voit mieux à la figure 3, le diamètre de l'axe 16 est notablement inférieur à celui du passage dans le cliquet 13. Le porte-garniture 10 présente, en dessous de l'axe 16, une traverse 10c qui relie les oreilles 17 et 17'. Le cliquet 13, grâce au jeu autour de l'axe 16, porte sur cette traverse 10c. Le cliquet 13 possède un bec 14 en angle aigu dirigé vers l'avant de la saillie 9c, sollicité en appui sur le dos 9b de la garniture 9 par une lame élastique 15, en acier à ressort, tenue dans le corps de cliquet 13 sensiblement verticalement par une première extrémité et portant par son autre extrémité sur une butée 10b en crochet saillant du porte-garniture 10. Le cliquet 13 s'efface lorsqu'on engage la saillie dorsale 9c par le bas dans la glissière 10a, pour tomber dans un fond d'encoche 9e ménagée dans la partie arrière 9d de la garniture 9, lorsque l'avant de la saillie 9c, dans le sens d'engagement, vient en butée sur l'extrémité fermée de la glissière 10a. L'encoche à fond 9e est taillée en gradin à angles droits, avec un flanc 9f transversal à la saillie 9c. Le fond d'encoche 9e, parallèle au dos 9b, forme avec le flanc 9f un angle droit rentrant qui vient porter sur l'arête du bec 14, lorsque la garniture 9 esquisse un dégagement. L'angle du bec 14 est tel que sa face en regard du flanc de gradin 9f forme avec ce flanc un faible dièdre d'arête confondue avec celle du bec. On comprend que, lorsque la garniture 9 vient peser sur le cliquet 13, le bec 14 se coince dans l'angle rentrant entre le fond d'encoche 9e et le flanc de gradin 9f, toute force tendant à dégager la garniture 9 du portegarniture 10 dans la direction de la glissière 10a venant accentuer ce coincement. Comme signalé précédemment, le cliquet porte sur la traverse 10c, de sorte que la force exercée par la garniture 9 sur le bec 14 de cliquet 13 est transmise au porte-garniture 10 par l'appui du cliquet 13 sur la traverse 10c, et non par l'intermédiaire de l'axe 16. Dans un souci de sécurité complémentaire, on a ménagé dans les oreilles 17, 17' formant chape pour l'axe 16 de cliquet un trou 19 parallèle à cet axe, au-dessus de celui-ci, le cliquet 13 présentant une encoche 13a telle qu'elle dégage le prolongement des trous 19 lorsque le bec de cliquet 14 porte sur le fond d'encoche 9e, mais masque le prolongement de ce trou 19 lorsque le cliquet 13 commence à s'effacer. La mise en place dans le trou 19 d'une goupille fendue 18, maintenue en place par déformation des parties saillantes 18a, empêche que, en cas de défaillance de la lame élastique 15, le cliquet s'échappe de l'encoche 9e, 9f en l'absence d'appui de la garniture sur le bec. On notera que, dès lors que la lame élastique 15 joue correctement son rôle, la goupille 18 ne subit aucune sollicitation du cliquet 13, et ne risque pas de tomber en défaillance en même temps que la lame élastique 15. Bien entendu l'invention n'est pas limitée à l'exemple décrit, mais en embrasse toutes les variantes d'exécution, dans le cadre des revendications. Notamment la grande dimension des porte-garniture peut n'être pas verticale. Les glissières pourraient être en arc, et non pas rectilignes pour réduire la tendance à l'entraînement des garnitures par les disques lors du freinage. REVENDICATIONS 1. Frein à disque pour véhicule ferroviaire comportant deux porte-garniture (10), chacun équipé d'une garniture plate (9), de part et d'autre d'un disque (3) calé sur un essieu (2) et aptes à être sollicités l'un vers l'autre par un vérin (7) par l'intermédiaire d'un étrier articulé (6), la garniture (9) présentant à l'opposé d'une face d'appui (9a) sur le disque (3) un dos (9b) avec une saillie (9c) allongée profilée en queue d'aronde engagée longitudinalement dans une glissière (10a) ménagée dans le porte-garniture (10) respectif, avec une extrémité fermée où bute un avant de la saillie (9c) et une extrémité ouverte où s'engage la saillie (9c) et qui est barrée à l'arrière de celle-ci par un verrou (11) en vue d'interdire un dégagement accidentel de la garniture (9), frein (5) caractérisé en ce que le verrou (12) est constitué d'un cliquet (13) tourillonnant transversalement à la glissière (1Oa), avec un bec (14) en appui sur le dos de garniture (9b) sous l'effet d'un ressort (15) et dirigé vers l'avant de saillie (9c), en sorte de s'effacer à l'engagement de la saillie (9c) dans la glissière (10a) et de se loger dans une encoche (9e, 9f) ménagée à l'arrière (9d) de la saillie (9c) et telle que le bec (14) s'y coince en réponse à une poussée de la garniture (9) en sens de dégagement. 2. Frein selon la revendication 1, caractérisé en ce que le bec (14) étant conformé en angle aigu, l'encoche est en forme d'un gradin à angles droits, avec un flanc transversal (9f) à la saillie (9c). 3. Frein selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que, la glissière (10a) étant rectiligne, une médiatrice de glissière passe sensiblement par l'axe d'essieu (2). 4. Frein selon la revendication 3, caractérisé en ce que la face d'appui (9a) de la garniture présente une forme générale de croissant de concavité tournée vers l'essieu (2), et est généralement symétrique par rapport à la médiatrice de glissière (loua). 5. Frein selon une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le ressort de cliquet (13) est formé en lame élastique (15) tenue dans le cliquet (13) par une extrémité et portant par l'autre extrémité sur une butée (lOb) ménagée dans le porte-garniture (10). 6. Frein selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que, dans une chape (17, 17') où tourillonne le cliquet (13) est ménagé un trou (19) parallèle à l'axe (16) de tourillonnement et apte à recevoir une goupille (18) en sorte d'interdire l'effacement du cliquet (13). 7. Frein selon la revendication 6, caractérisé en ce que la goupille (18) est du type goupille fendue.