Brevet FR2715728A1 — publié le 19950804

DISPOSITIF DE DETECTION DE TEMPERATURE DE LA GARNITURE DE FRICTION D'UN ELEMENT DE FREINAGE La présente invention a pour objet un dispositif de détection de la température de la garniture de friction d'un élément de freinage en contact avec un élément mobile, permettant notamment de déceler une augmentation excessive de température, révélatrice d'un état anormal. L'invention est applicable à tout appareil de freinage utilisé dans des conditions telles que des incidents sont susceptibles de porter la garniture et/ou l'élément mobile à une température pouvant les dégrader ou détériorer les organes proches. Des cas particulièrement importants sont d'une part celui des rames de transport en commun munies d'un système de pilotage automatique qui tend à maintenir la rame à une vitesse de consigne par commande de la puissance appliquée aux moteurs, d'autre part celui des trains de grande longueur difficiles à surveiller par le mécanicien. Dans des cas de sollicitation excessive des freins à friction dus à l'absence de freinage électrique et/ou des commandes intempestives non détectées, des températures excessives de la garniture et/ou de l'élément mobile peuvent être atteintes. On a déjà proposé divers dispositifs de mesure de la température des freins de véhicule ou d'autres éléments des essieux de véhicule. En particulier, on connaît des appareils pour voie ferrée, répartis le long de la voie, détectant le rayonnement infrarouge provenant des essieux. La détection n'est que périodique. De plus, la température relevée est celle d'éléments présentant une inertie thermique beaucoup plus élevée que celle des patins de frein. On a également équipé de capteurs des corps situés à proximité du disque ou du tambour de frein. On n'obtient ainsi qu'une indication imprécise, perturbée notamment du fait de la convexion. Une mesure par contact avec le disque mobile est gênée par le frottement ou l'usure. Enfin, la mesure faite par un dispositif porté par le support de la garniture est perturbée par la faible conductibilité thermique de la garniture, conductibilité qui au surplus est variable du fait de l'usure qui modifie l'épaisseur de la garniture. La présente invention vise notamment à fournir un dispositif donnant une indication représentative de la température de la zone de la garniture proche de l'élément mobile à freiner, qui est celle qui s'échauffe le plus rapidement en cas de serrage intempestif. Dans ce but, l'invention propose notamment un dispositif comprenant une tige de métal bon conducteur traversant la garniture et sa plaque support, en contact avec un capteur à sortie électrique porté par la plaque. En général, on utilisera une tige en cuivre, dont l'appui sur l'élément rotatif, généralement en fonte, ne risque pas de rayer cet élément. I1 sera généralement préférable de ne pas solidariser la tige de la garniture par collage, car l'allongement différentiel de la tige en cas de surchauffe produirait alors une saillie de la tige, une usure de la partie terminale et un retrait de cette partie terminale lors du refroidissement. La tige en matériau bon conducteur joue le rôle de caloduc vers le capteur, qui suivra donc rapidement les variations de température de la zone de la garniture en contact avec le disque. Souvent le capteur sera simplement destiné à indiquer l'échauffement de la garniture au-delà d'une température prédéterminée. Dans ce cas, le capteur sera constitué généralement par un interrupteur coupant un circuit électrique au-delà d'une température déterminée, soit temporairement jusqu'à ce que la température soit redescendue au-dessous d'un seuil, soit jusqu'à intervention d'un technicien. Dans le premier cas, on pourra notamment utiliser un thermocouple à seuil. Toutefois cette solution est difficile à mettre en oeuvre lorsque le seuil de coupure dépasse 5000C, ce qui est le cas de la plupart des garnitures commercialement utilisées à l'heure actuelle sur les voitures et rames de transport sur voie ferrée. Dans ce cas, on peut utiliser notamment un fusible simple, un rupteur à fusible, un interrupteur à ouverture en cas de fusion d'un eutectique, etc. Lorsque plusieurs dispositifs du type ci-dessus défini sont installés sur les freins d'une même rame de transport en commun, tous les interrupteurs seront généralement placés en série dans une même boucle, qui s'ouvre donc en cas d'échauffement intempestif d'un frein. Sur des rames couramment utilisées à l'heure actuelle, la tension d'alimentation sera celle utilisée pour l'ensemble des circuits de commande et les résistances habituelles des boucles conduiront à faire passer un courant de plusieurs centaines de mA. Les éléments interrupteurs devront alors être prévus pour supporter de tels courants en l'absence d'incident et les couper. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui suit de modes particulers de réalisation, donnés à titre d'exemples non limitatifs. La description se réfère aux dessins qui l'accompagnent, dans lesquels - la figure 1 est un schéma éclaté, en perspective, montrant une constitution possible de frein à disque à étrier flottant, susceptible d'être équipé d'un dispositif suivant l'invention - la figure 2 montre schématiquement la disposition relative de la tige et du capteur d'un dispositif suivant l'invention, placé dans un patin de freinage du genre montré en figure 1 - la figure 3 montre une première constitution possible de capteur constituant interrupteur - les figures 4 et 5 montrent d'autres constitutions possibles du capteur. Le frein à disque montré schématiquement en figure 1 est du type à étrier flottant. Il comporte un disque rotatif et un étrier 12 capable de coulisser légèrement parallèlement à l'axe du disque, sur un socle 13 fixé au pont. Par exemple des broches 15 de l'étrier traversent des bagues du socle. L'étrier porte un premier patin 14. Un second patin 16 est soumis à l'action d'au moins un piston coulissant dans un cylindre hydraulique 18 appartenant à l'étrier 12. Sur un véhicule ferroviaire automoteur, le disque, en fonte, a un poids qui dépasse fréquemment une centaine de kilogrammes et présente une forte inertie thermique. Chaque patin comprend un support 20 reposant sur des tiges 21 de l'étrier et une garniture 22. Conformément à l'invention, l'un au moins des patins est muni d'un détecteur 23 qui peut être regardé comme comprenant d'une part une tige 24 en matériau bon conducteur de chaleur, de 5 à 10 mm de diamètre, traversant le support et la garniture, et d'autre part un capteur 26 à sortie électrique. Dans le mode de réalisation illustré en figure 2, la tige 24 est prévue pour coulisser dans la garniture et le support et elle est repoussée vers le disque 10 par un élément élastique 28 tel qu'un ressort à lame. Le déplacement de la tige 24 sous l'action de l'élément élastique 28 est limité par l'appui d'un renflement 30 de la tige contre le support 20. Pour permettre le remplacement du patin équipé du capteur, après usure, le capteur est généralement muni d'une tresse isolée terminée par un connecteur 32 de raccordement au circuit d'exploitation du signal de sortie. Dans le mode de réalisation montré en figure 3 (où les éléments correspondant à ceux de la figure 2 sont désignés par le même numéro de référence), le capteur est du type à fusible. Il est représenté sous forme d'une coupelle en matériau isolant capable de supporter la température maximale de fonctionnement (céramique par exemple) portant deux contacts 34. Initialement, ces contacts sont reliés par un fusible qui passe à l'état liquide et s'échappe de la coupelle lorsqu'une température prédéterminée est atteinte. Dans le cas illustré sur la figure 3, le fusible est constitué par une masse 36 de matériau eutectique fondant à la température de seuil. Cette température est choisie en fonction de la température maximale que peut supporter la garniture, généralement comprise entre 600 et 700 C suivant la composition de la garniture. Il faut relever que la température de seuil peut être choisie à une valeur beaucoup plus élevée que dans le cas d'une détection effectuée sur un élément qui n'est pas en contact thermique direct avec la garniture, pour lequel il existe une forte incertitude sur l'écart entre la température du capteur et celle de la zone de la garniture en contact avec le disque. La figure 4 montre un autre mode de réalisation utilisant encore un matériau fusible. Mais dans ce cas le matériau fusible ne constitue pas l'élément traversé par le courant de la boucle de surveillance, mais constitue un verrou de maintien du capteur à l'état fermé : il peut se présenter sous forme d'un anneau 38 en eutectique. Dans le mode de réalisation montré en figure 5, le capteur comporte un fusible 40 (fil en aluminium argenté, fondant à 6000C par exemple) dont une extrémité est sertie sur la tête de la tige 24. Ce fusible peut être interposé sur une boucle basse tension, alimentée par la tension disponible sur le véhicule. La boucle comporte par exemple une résistance 42 de limitation de courant et l'enroulement 44 d'un relais. Le dispositif suivant l'invention est applicable à tous types de freins, et pas seulement aux freins à disque. Dans le cas d'un frein à tambour, la tige traversera le sabot cintré qui constitue l'élément de friction. Plusieurs détecteurs du type montré en figure 3 peuvent être placés en série dans une boucle de surveillance alimentée sous la tension de service d'une rame ferroviaire, qui est nominalement de 60 V, mais en fait peut évoluer entre 54 et 90 V. Dans ce cas, l'impédance prévue pour la boucle sera généralement choisie telle qu'un courant allant de 500 mA à 1 A parcoure la boucle en l'absence d'incident. REVENDICATIONS 1. Dispositif de détection de la température de la garniture de friction d'un élément de freinage en contact avec un élément mobile, caractérisé en ce qu'il comprend une tige (24) en matériau bon conducteur de la chaleur, traversant la garniture (22) et sa plaque support (20), en contact thermique avec un capteur (26) à sortie électrique porté par la plaque (20) ou relié mécaniquement à elle. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que la tige est en cuivre. 3. Dispositif selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que la tige est montée coulissante dans la garniture et le support et est repoussée vers l'élément mobile par des moyens élastiques (28). 4. Dispositif selon la revendication 1, 2 ou 3, caractérisé en ce que le capteur constitue un interrupteur à ouverture en cas de dépassement d'un seuil prédéterminé par la température. 5. Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce que le capteur comprend des contacts (34) et un fusible (36) reliant les contacts. 6. Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce que le capteur comprend un élément mobile repoussé par un ressort vers une position où il sépare deux contacts (34) et un élément fusible maintenant l'élément mobile dans une position où il relie les contacts, contre l'action des moyens élastiques.