Brevet FR2701523A1 — publié le 19940819

"Frein à disque industriel à manque d'énergie" La présente invention concerne d'une manière générale les freins à disque industriels à manque d'énergie, c'est-à-dire les freins à disque qui, destinés à l'industrie, constituent par exemple des freins de secours sur de quelconques engins appelés à contrôler de quelconques charges. Ces freins à disque comportent, globalement, un disque monté rotatif, deux sabots de freinage disposés chacun respectivement de part et d'autre de ce disque, des moyens de serrage qui sollicitent en permanence les sabots de freinage en direction du disque, et des moyens de déblocage aptes à agir sur les sabots de freinage pour le desserrage de celui-ci. En service, ces moyens de déblocage, dûment alimentés, sont normalement actifs, ce qui neutralise les moyens de serrage, et le frein est donc normalement ouvert, c'est-à-dire desserré. Si, à la suite par exemple d'un incident, l'alimentation de ces moyens de déblocage est interrompue, les moyens de serrage, alors ainsi dûment libérés, entrent d'eux-mêmes systématiquement en action, ce qui assure immédiatement le serrage du disque par les sabots de freinage, et, donc, le freinage, éventuellement jusqu'à l'arrêt, de l'engin ou de la charge concernée. La présente invention a d'une manière générale pour objet une réalisation particulièrement simple et efficace de ces moyens de serrage. De manière plus précise, elle a pour objet un frein à disque industriel à manque d'énergie du genre comportant un disque monté rotatif, deux sabots de freinage disposés chacun respectivement de part et d'autre du disque, des moyens de serrage qui sollicitent en permanence les sabots de freinage en direction du disque, et des moyens de déblocage aptes à agir sur les sabots de freinage pour le desserrage de celui-ci, ce frein à disque étant d'une manière générale caractérisé en ce que, pour l'un au moins des sabots de freinage, et en pratique pour chacun de ceux-ci, les moyens de serrage comportent au moins une barre de torsion, sur laquelle est calé en rotation un levier portant ce sabot de freinage, et qui, à distance de ce levier, est elle-même calée en rotation sur une pièce de maintien. En pratique, la ou les barres de torsion ainsi mises en oeuvre sont sous précontrainte de torsion au repos, frein serré, et c'est de cette précontrainte de torsion que résultent très simplement, en cas de nécessité, l'effort de serrage auquel est alors soumis le disque, et donc le couple de freinage ainsi développé par celui-ci. Grâce à ces barres de torsion, le frein à disque suivant l'invention ne présente avantageusement qu'un encombrement réduit à proximité du disque, ce qui peut en faciliter l'implantation. Il relève en outre d'une grande simplicité générale de réalisation. En particulier, le nombre d'articulations qu'il comporte est limité, ce qui en facilite et en allège la maintenance. En pratique, ces articulations se limitent à deux paliers fixes dans lesquels les barres de torsion sont chacune respectivement montées pivotantes au voisinage des leviers portant les sabots de freinage. Par ailleurs, l'effort de serrage dû aux barres de torsion se développe avantageusement avec une grande souplesse, et le couple de freinage qui en résulte est particulièrement stable. Enfin, tout réglage d'usure destiné à tenir compte de l'usure des garnitures de frottement portées par les sabots de freinage peut avantageusement être évité, si l'effort résultant après variation de l'angle de torsion des barres de torsion n'est pas trop important. Il suffit en effet pour cela que la précontrainte initiale des barres de torsion soit suffisante pour que, en fin d'usure des garnitures de frottement, il subsiste un résiduel de précontrainte de torsion susceptible de permettre une variation de moment de torsion utile de l'ordre de 10 % par rapport à un moment de torsion nominal dûment choisi. Le réglage de l'ensemble s'en trouve simplifié. Mais, si désiré, il peut cependant être mis en oeuvre un compensateur d'usure. Les caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront d'ailleurs de la description qui va suivre, à titre d'exemple, en référence aux dessins schématiques annexés sur lesquels: la figure 1 est, avec des arrachements locaux, une vue partielle en élévation du frein à disque suivant l'invention; la figure 2 en est une vue partielle en coupe longitudinale, suivant la ligne II- II de la figure 1; la figure 3 en est une vue partielle en plan, suivant la flèche III de la figure 1; la figure 4 en est, avec un arrachement local, et disque ôté, une vue partielle en coupe transversale, suivant la ligne brisée IV-IV de la figure 1; la figure 5 en est une autre vue partielle en coupe transversale, suivant la ligne V- V de la figure 2; les figures 6 et 7 sont des vues partielles en élévation qui, analogues à celle de la figure 1, et avec un arrachement local pour la figure 7, concernent chacune respectivement une variante de réalisation; la figure 8 est, avec des arrachements locaux, une vue partielle en plan qui, analogue à celle de la figure 3, se rapporte à une autre variante de réalisation. Tel qu'illustré sur ces figures, et de manière connue en soi, le frein à disque suivant l'invention est un frein à disque industriel à manque d'énergie comportant, globalement, un disque 10, qui est monté rotatif autour de son axe, et qui, de forme annulaire dans les formes de réalisation représentées, n'est que partiellement visible sur les figures, deux sabots de freinage 11, qui sont disposés chacun respectivement de part et d'autre du disque 10, et qui sont en pratique identiques l'un à l'autre, et, suivant des dispositions décrites plus en détail ultérieurement, d'une part, des moyens de serrage 12, qui sollicitent en permanence les sabots de freinage 11 en direction du disque 10, et, d'autre part, des moyens de déblocage 13, qui sont aptes à agir sur les sabots de freinage il pour le desserrage du disque 10. De manière également connue en soi, les sabots de freinage 11 comportent chacun une semelle 14, sur laquelle agissent les moyens de serrage 12, du côté opposé au disque 10, et, du côté du disque 10, pour contact avec celui-ci, une garniture de frottement 15, communément appelée plaquette de frein. Suivant l'invention, les moyens de serrage 12 comportent, pour l'un au moins des sabots de freinage 11, et, en pratique, pour chacun de ceux-ci dans les formes de réalisation représentées, au moins une barre de torsion 16, sur laquelle est calé en rotation un levier 18 portant un tel sabot de freinage 11, et qui, à distance de ce levier 18, est elle-même calée en rotation sur une pièce de maintien 19. Dans les formes de réalisation représentées sur les figures 1 à 6, il n'est prévu en pratique qu'une seule barre de torsion 16 par sabot de freinage 11. Il y a donc globalement dans ce cas deux barres de torsion 16 et l'une et l'autre de celles-ci ont sensiblement les mêmes caractéristiques. Dans la forme de réalisation plus particulièrement représentée sur les figures 1 à 5, ces deux barres de torsion 16 s'étendent sensiblement parallèlement au rayon du disque 10 correspondant à la zone médiane des sabots de freinage 11, et les leviers 18 correspondants s'étendent chacun respectivement sensiblement tangentiellement à une circonférence concentrique du disque 10. Plus précisément, dans cette forme de réalisation, les barres de torsion 16 s'étendent parallèlement l'une à l'autre dans le même sens, et elles ont en commun la pièce de maintien 19. Par exemple, cette pièce de maintien 19 est fixe. Elle présente, à cet effet, dans la forme de réalisation représentée, un perçage 20, pour le passage d'un quelconque moyen de fixation, non représenté, propre à son assujettissement à un quelconque support, également non représenté. En variante, la pièce de maintien 19 peut être en l'air. Quoi qu'il en soit, elle présente, parallèlement l'un à l'autre, dans la forme de réalisation représentée, deux perçages cannelés 22, avec lesquels sont chacune respectivement en prise les deux barres de torsion 16. Les leviers 18 sont chacun respectivement calés en rotation sur les barres de torsion 16 à l'extrémité de celles-ci opposée à la pièce de maintien 19. Au voisinage de ces leviers 18, les barres de torsion 16 sont chacune individuellement montées pivotantes dans des paliers 23 que porte, transversalement côte à côte, suivant un même plan, une semelle 24, et, destinée à être rapportée sur le support associé, par exemple par des vis 25, cette semelle 24 forme elle-même un support pour l'ensemble. Les paliers 23 sont donc des paliers fixes. Ils servent au guidage des barres de torsion 16. Dans la forme de réalisation représentée, la semelle 24 présente une échancrure 26 du côté du disque 10 pour le passage de celui-ci. Bien entendu, la partie 28, au moins, des barres de torsion 16 par laquelle celles-ci sont engagées à tourillonnement dans les paliers 23, et qui, dans les formes de réalisation représentées, est formée en pratique d'un élargissement local de ces barres de torsion 16, a en section transversale un contour circulaire. Dans les formes de réalisation représentées, il en est de même pour la partie courante 29 des barres de torsion 16, sur toute la longueur de celle-ci, entre les paliers 23 et la pièce de maintien 19. Soit D le diamètre de cette partie courante 29, et soit Li la longueur utile des barres de torsion 16 entre les leviers 18 et la pièce de maintien 19. Les leviers 18 peuvent par exemple être engagés à force sur les barres de torsion 16, tel que représenté. Ils peuvent également être serrés sur celles-ci. En variante, ils peuvent également être d'un seul tenant avec ces barres de torsion 16, à la manière de vilebrequins. L'ensemble est alors réalisé par forgeage par exemple. Quoi qu'il en soit, ils sont chacun respectivement dûment calés en rotation sur les barres de torsion 16, et, parallèlement à ces barres de torsion 16, mais, du côté opposé à celles-ci, chacun d'eux porte, en saillie, dans les formes de réalisation plus particulièrement représentées sur les figures 1 à 7, une colonnette 30 sur laquelle est de même calé en rotation le sabot de freinage 11 correspondant. Dans ces formes de réalisation, la semelle 14 des sabots de freinage il porte à son dos un berceau 32 par lequel elle est engagée sur la colonnette 30 correspondante, et celle- ci présente un méplat 33 sur lequel porte une plaquette de blocage 34 dûment rapportée sur le berceau 32, par exemple par des vis non représentées. Des nervures 35 relient transversalement le berceau 32 à la semelle 14. Soit L 2 la distance, ou bras de levier, séparant des barres de torsion 16 les colonnettes 30 des leviers 18. Dans les formes de réalisation représentées, les colonnettes 30 sont d'un seul tenant avec les leviers 18. Mais, en variante, elles pourraient tout aussi bien être rapportées sur ces leviers 18, en étant dûment calées en rotation sur ceux-ci. En pratique, les colonnettes 30 s'étendent dans la zone médiane des leviers 18 et les moyens de déblocage 13 interviennent entre ces leviers 18, à l'extrémité de ceux-ci opposée aux barres de torsion 16. Dans les formes de réalisation représentées, ces moyens de déblocage 13 sont des moyens de déblocage hydrauliques. Ils comportent, dans un des leviers 18, une chambre 36, formant cylindre, qui, susceptible d'être raccordée à une source de fluide sous pression par un embout 38 du côté de son extrémité borgne, est fermée à étanchéité par un bouchon vissé 39 du côté de son extrémité libre, et dans laquelle est monté mobile un piston 40 qui, par une tige 41 traversant à étanchéité le bouchon vissé 39, porte à son extrémité libre sur l'autre des leviers 18, parallèlement à l'axe du disque 10. En service, les moyens de déblocage 13 sont alimentés, et, ainsi actifs, ils maintiennent les sabots de freinage 11 à distance du disque 10. Le frein est alors ouvert. Conjointement, les barres de torsion 16 se trouvent alors sous précontrainte de torsion, et la précontrainte de torsion correspondante est sensiblement la même pour chacune d'elles. Par suite, si les moyens de déblocage 13 viennent à être désactivés, les barres de torsion 16 provoquent élastiquement l'application des sabots de freinage il sur le disque 10, pour le serrage, et donc le freinage, de celui-ci. Soit F l'effort de freinage auquel est alors soumis chacun des sabots de freinage 11, parallèlement à l'axe du disque 10, du fait de la barre de torsion 16 correspondante, et soit Mt le moment de torsion correspondant, pour chaque barre de torsion 16. Mt = F L 2 Par construction, et, plus précisément, par un choix approprié du diamètre D, de la longueur Ll, et du taux de fatigue t du matériau constitutif des barres de torsion 16, en pratique de l'acier, il est préférentiellement fait en sorte que la précontrainte de torsion initiale des barres de torsion 16 soit suffisante pour que, en fin d'usure des garnitures de frottement 15 des sabots de freinage 11, il subsiste un résiduel de précontrainte susceptible de permettre une variation de moment de torsion utile de l'ordre par exemple de + 10 % par rapport à un moment de torsion nominal donné. L'effort de freinage F reste alors dans des limites convenables, même en fin d'usure des garnitures de frottement 15. Par exemple, pour des barres de torsion 16 en acier de diamètre D égal à 33 mm, de longueur Ll égale à 450 mm, et de taux de fatigue t égal à 1000 M Pa, de bons résultats ont été obtenus avec une précontrainte initiale de torsion pour ces barres de torsion 16 correspondant à un angle de précontrainte de 17 lorsque le frein est ouvert. En effet, cet angle de précontrainte peut dans ces conditions varier par exemple entre 16 et 130 au freinage suivant le degré d'usure des garnitures de frottement 15, ce qui, eu égard aux autres paramètres en cause, correspond globalement à une variation de 20 % pour l'effort de freinage F correspondant. Bien entendu, les valeurs numériques qui précèdent ne sont données ici qu'à titre d'exemple indicatif, et elles ne doivent en rien être considérées comme limitatives de l'invention. Dans la variante de réalisation représentée sur la figure 6, les barres de torsion 16 s'étendent chacune respectivement sensiblement tangentiellement à une circonférence concentrique du disque 10, et les leviers 18 s'étendent sensiblement parallèlement au rayon de ce disque 10 correspondant à la zone médiane des sabots de freinage 11. Dans un tel cas, pour chaque sabot de freinage 11, le levier 18 est calé en rotation sur la barre de torsion 16 dans la zone médiane de celle-ci, et il y a une pièce de maintien 19, fixe, à chacune des extrémités de cette barre de torsion 16. Dans la variante de réalisation représentée sur la figure 7, pour l'un au moins des sabots de freinage 11, et, en pratique, pour chacun de ceux-ci, il y a deux barres de torsion 16 ', 16 " en série. Par exemple, et tel que représenté, la barre de torsion 16 " a une forme de douille borgne, et la barre de torsion 16 ', sur laquelle est calé le levier 18 correspondant, s'étend axialement dans cette barre de torsion 16 ', en étant en prise avec son fond à son extrémité opposée au levier 18, cependant que, conjointement, par son bord libre, la barre de torsion 16 " est en prise avec la pièce de maintien 19. Dans la forme de réalisation représentée, cette pièce de maintien 19 est portée par la semelle 24. Elle est donc fixe. Dans la variante de réalisation représentée sur la figure 8, l'articulation d'un sabot de freinage il sur le levier 18 correspondant se fait par une rotule 30 ', au lieu et place de la colonnette 30 précédente, le berceau du sabot de freinage 11 étant lui-même remplacé par une cuvette 32 '. Plus précisément, dans cette variante de réalisation, la rotule 30 ' est portée en bout d'une tige 42 qui, perpendiculaire aux barres de torsion 16, est montée réglable en position sur le levier 18. Par exemple, et tel que représenté, cette tige 42 est engagée à vissage dans un perçage taraudé 43 du levier 18, et il lui est associé un écrou de blocage 44 au-delà de celui-ci. Il peut ainsi être assuré un réglage d'avancement du sabot de freinage il si désiré, notamment en cas d'usure de sa garniture de frottement 15. Bien entendu, la présente invention ne se limite pas aux formes de réalisation décrites et représentées, mais englobe toute variante d'exécution et/ou de combinaison de leurs divers éléments, notamment en ce qui concerne les moyens de déblocage mis en oeuvre, qui, au lieu d'être hydrauliques, peuvent tout aussi bien être des moyens de déblocage pneumatiques, mécaniques ou électriques par exemple. En outre, au lieu d'être monobloc, comme plus particulièrement décrit et représenté, la pièce de maintien sur laquelle est calée en rotation une barre de torsion peut si désiré être avantageusement en deux parties, notamment lorsqu'elle est en commun avec une autre barre de torsion. Par réglage angulaire entre ces deux parties il est par exemple possible de régler la précontrainte de la ou des barres de torsion, et, par là, d'équilibrer les efforts de serrage qu'elles induisent. Par ailleurs, si désiré, il peut être mis en oeuvre un compensateur d'usure, et, par exemple un compensateur d'usure du type de celui décrit dans le brevet français qui, déposé le 28 Avril 1989 sous le No 89 05708, a été publié sous le No 2 646 485. il REVENDICATIONS 1 Frein à disque industriel à manque d'énergie du genre comportant un disque ( 10) monté rotatif, deux sabots de freinage ( 11) disposés chacun respectivement de part et d'autre du disque, des moyens de serrage ( 12) qui sollicitent en permanence les sabots de freinage ( 11) en direction du disque ( 10), et des moyens de déblocage ( 13) aptes à agir sur les sabots de freinage ( 11) pour le desserrage de celui-ci, caractérisé en ce que, pour l'un au moins des sabots de freinage ( 11), les moyens de serrage ( 12) comportent au moins une barre de torsion ( 16), sur laquelle est calé en rotation un levier ( 18) portant ce sabot de freinage ( 11), et qui, à distance dudit levier ( 18), est elle-même calée en rotation sur une pièce de maintien ( 19). 2 Frein à disque suivant la revendication 1, caractérisé en ce que la barre de torsion ( 16) s'étend sensiblement parallèlement au rayon du disque ( 10) correspondant à la zone médiane du sabot de freinage ( 11), et le levier ( 18) s'étend sensiblement tangentiellement à une circonférence concentrique du disque ( 10). 3 Frein à disque suivant la revendication 2, caractérisé en ce que le levier ( 18) est calé en rotation sur la barre de torsion ( 16) à l'extrémité de celle-ci opposée à la pièce de maintien ( 19). 4 Frein à disque suivant l'une quelconque des revendications 2, 3, caractérisé en ce que, les moyens de serrage ( 12) comportant au moins une barre de torsion ( 16) pour chacun des sabots de freinage ( 11), les barres de torsion ( 16) correspondantes s'étendent parallèlement l'une à l'autre dans le même sens, et elles ont en commun la pièce de maintien ( 19). Frein à disque suivant la revendication 4, caractérisé en ce que la pièce de maintien ( 19) est fixe. 6 Frein à disque suivant la revendication 1, caractérisé en ce que la barre de torsion ( 16) s'étend sensiblement tangentiellement à une circonférence concentrique du disque ( 10), et le levier ( 18) s'étend sensiblement parallèlement au rayon du disque ( 10) passant par la zone médiane du sabot de freinage ( 11). 7 Frein à disque suivant la revendication 6, caractérisé en ce que le levier ( 18) est calé en rotation sur la barre de torsion ( 16) dans la zone médiane de celle-ci, et il y a une pièce de maintien ( 19) fixe à chacune des extrémités de celle-ci. 8 Frein à disque suivant l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que, au voisinage du levier ( 18), la barre de torsion ( 16) est montée pivotante dans un palier ( 23) fixe. 9 Frein à disque suivant l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que, au repos, frein serré, la barre de torsion ( 16) est sous précontrainte de torsion. 10 Frein à disque suivant la revendication 9, caractérisé en ce que la précontrainte de torsion initiale de la barre de torsion ( 16) est suffisante pour que, en fin d'usure des garnitures de frottement ( 15) des sabots de freinage ( 11), il subsiste un résiduel de précontrainte susceptible de permettre une variation de moment de torsion utile de l'ordre de 10 % par rapport à un moment de torsion nominal donné. 11 Frein à disque suivant l'une quelconque des revendications 1 à 10, caractérisé en ce que, pour l'un au moins des sabots de freinage ( 16), il y a deux barres de torsion ( 16 ', 16 ") en série. 12 Frein à disque suivant l'une quelconque des revendications 1 à 11, caractérisé en ce que la pièce de maintien ( 19) est en deux parties.