Brevet FR2752603A1 — publié le 19980227

L'invention concerne un dispositif de freinage comportant des moyens d'actionnement perfectionnés. L'invention concerne plus particulièrement un dispositif de freinage pour un véhicule automobile, du type dans lequel un frein comporte au moins un disque de frein qui est solidaire en rotation d'une roue du véhicule, et qui est destiné à être serré axialement entre deux anneaux de friction qui sont solidaires en rotation d'un stator fixe, et du type dans lequel l'un au moins des anneaux est sollicité axialement en direction de l'autre par des actionneurs commandés. De tels types de freins présentent l'avantage de posséder des surfaces annulaires de contact entre les anneaux fixes et le disque tournant qui sont très importantes, beaucoup plus en tous cas que dans les freins à disque à étrier à action ponctuelle qui équipent la plupart des véhicules automobiles. En effet, ces surfaces de contact s'étendent sur toute la circonférence des anneaux et du disque et non pas seulement sur un secteur angulaire relativement limité correspondant à la surface des garnitures ponctuelles. Les dispositifs de freinage à frottement annulaire permettent d'obtenir ainsi, dans un encombrement réduit, des forces de freinage importantes. Du fait de la grande quantité d'énergie dissipée dans un volume restreint, I'échauffement qui apparaît au niveau de ces dispositifs de freinage est très important, et les garnitures de freinage sont généralement réalisées en un matériau à très haute résistance à la température tel que le carbone-carbone. Ces dispositifs de freinage nécessitent par ailleurs que le déplacement relatif des anneaux par rapport au disque soit très bien maîtrisé. Les actionneurs doivent donc être conçus de manière que la force qu'ils appliquent sur l'anneau soit parfaitement dans l'axe du disque et réparties angulairement le plus régulièrement possible. Par ailleurs, les moyens d'actionnement doivent pouvoir résister aux températures élevées qui sont produites par ces freins. L'invention a donc pour objet de proposer un dispositif de freinage dont les moyens d'actionnement permettent d'obtenir, dans un encombrement limité, une très grande précision de déplacement et une très bonne résistance aux hautes températures. Dans ce but, I'invention propose un dispositif de freinage du type décrit précédemment, caractérisé en ce que chaque actionneur comporte un entraîneur qui est monté sur le stator, qui est mobile en rotation autour de son axe parallèle à l'axe commun des anneaux et du disque, et qui est susceptible d'être commandé en rotation pour provoquer, par l'intermédiaire d'une rampe sensiblement hélicoïdale, la translation selon la direction axiale d'un poussoir qui agit ponctuellement sur l'anneau, et en ce que le dispositif de freinage comporte au moins deux actionneurs dont les entraîneurs sont reliés par un élément de transmission du mouvement de commande en rotation. Selon d'autres caractéristiques de l'invention - les entraîneurs de chaque actionneur sont immobilisés en translation selon leur axe, et les poussoirs sont immobilisés en rotation par rapport au stator - les actionneurs sont agencés selon un cercle, et en ce que le dispositif comporte une couronne dentée qui est montée à rotation autour de son axe sensiblement parallèle à l'axe du frein, et qui coopère avec une denture complémentaire formée sur une surface cylindrique externe de chacun des entraîneurs des actionneurs pour synchroniser leur commande en rotation - la couronne est une couronne à denture interne - la couronne est commandée par un engrenage dont la rotation est commandée par un levier sur lequel agit la tige d'un vérin - I'entraîneur de chaque actionneur comporte une face axiale avant, en regard d'une face axiale arrière du poussoir correspondant, sur laquelle sont formés au moins trois secteurs de rampe répartis angulairement de manière régulière et destinés à coopérer avec des secteurs de rampe correspondants qui sont formés sur la face axiale arrière du poussoir, et lorsque l'entraîneur est commandé en rotation selon un sens, les secteurs de rampe de l'entraîneur et du poussoir coopèrent par glissement l'un contre l'autre pour déplacer axialement le poussoir vers l'avant en direction de l'anneau - les secteurs de rampe sont recouverts d'une couche de matériau possédant une bonne résistance à l'usure par frottement, notamment un matériau possédant un très bon coefficient de frottement - les secteurs de rampe sont recouvertes d'un matériau céramique - au moins un actionneur comporte un dispositif de rattrapage de jeu selon la direction axiale qui est interposé entre le poussoir et l'anneau - le dispositif comporte des moyens de synchronisation des dispositifs de rattrapage de jeu de chacun des actionneurs, notamment par transmission mécanique entre les différents dispositifs - le dispositif de rattrapage de jeu comporte une douille qui est montée libre à rotation axialement au travers de l'entraîneur, et qui comporte un collet radial externe avant, en appui axialement vers l'arrière contre une face avant du poussoir, il comporte une tige de pression qui est vissée axialement dans la douille, qui comporte une tête avant en appui contre l'anneau et qui est immobilisée en rotation autour de son axe par rapport à l'anneau, et il est prévu des moyens d'entraînement en rotation de la douille, ce qui provoque une translation de la tige de poussée et de l'anneau par rapport à la douille et au poussoir - les douilles des dispositifs de rattrapage de chaque actionneur comportent chacune une roue dentée avec laquelle coopère une chaîne qui relie les roues dentées pour la synchronisation du rattrapage de jeu au niveau de tous les actionneurs. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée qui suit pour la compréhension de laquelle on se reportera aux dessins annexés dans lesquels - la figure 1 est une vue schématique en perspective avec arrachement illustrant un dispositif de freinage monté dans la roue d'un véhicule - la figure 2 est une vue schématique de face d'un tel dispositif illustrant plus particulièrement l'agencement du vérin de commande du frein - la figure 3 est une vue similaire à celle de la figure 2 illustrant plus particulièrement l'agencement des moyens d'actionnement - la figure 4 est une vue en coupe selon la ligne 4-4 de la figure 3, illustrant le montage du dispositif sur la fusée porte-moyeu d'un véhicule automobile - la figure 5 est une vue en coupe selon la ligne 5-5 de la figure 3, illustrant l'entraînement en rotation de la couronne dentée à l'aide du levier de commande - la figure 6 est une vue agrandie d'un détail de la figure 4 illustrant plus particulièrement un actionneur - la figure 7 est une vue en perspective éclatée illustrant un actionneur muni de ses moyens de rattrapage du jeu. Le dispositif de freinage 10 selon l'invention qui est représenté sur les figures est destiné à être agencé à l'intérieur d'un espace délimité par la jante 12 d'une roue d'un véhicule automobile. Toutefois, de tels dispositifs de freinage pourront être réalisés conformément aux enseignements de l'invention pour assurer le ralentissement de tout type d'arbres tournants. Dans le cadre d'un véhicule automobile, on peut par exemple choisir d'implanter un tel dispositif de freinage 10 directement en sortie de boîte de vitesses, indifféremment sur les trains avant ou arrière. De manière connue, la jante 12 est fixée sur un moyeu 14 lui-même monté à rotation, autour d'un axe Al, par l'intermédiaire d'un roulement à rouleaux coniques 16 sur la fusée 18 d'un porte-fusée 20. Dans l'exemple de réalisation qui est représenté sur les figures, la roue est une roue avant si bien que le porte-fusée 20 comporte un pivot pour son articulation autour d'un axe A2 sensiblement vertical pour assurer la direction du véhicule automobile. Le dispositif de freinage 10 comporte donc une partie qui est solidaire du moyeu 14 et une partie qui est solidaire du porte-fusée 20. Il comporte notamment un disque rotorique 22 qui est solidaire en rotation du moyeu 14 et qui est destiné à être serré entre deux anneaux statoriques 24, 26 qui sont liés en rotation au porte-fusée 20. Le disque 22 et les anneaux 24, 26 sont sensiblement d'axe Al et le dispositif de freinage 10 comporte des moyens d'actionnement qui permettent de serrer le disque 22 axialement entre les deux anneaux 24, 26. Le dispositif 10 comporte plus particulièrement un stator 28 monté sur le porte-fusée 20 et sur lequel l'un des anneaux 24 est fixé directement. Le second anneau 26 est monté sur une couronne d'appui 30 qui, sous l'effet d'actionneurs 32 portés par le stator 28, est mobile selon la direction de l'axe Al pour déplacer l'anneau de pression 26 contre le disque 22. De manière connue, le disque 22 est monté mobile axialement sur le moyeu 14, par l'intermédiaire de cannelures complémentaires 34 de sorte que, lorsque l'anneau de pression 26 arrive au contact du disque 22 sous l'action des actionneurs 32, le disque 22 se déplace axialement par rapport au moyeu 14 jusqu'à venir en contact par une face de frottement 36, opposée à la face de frottement 38 sur laquelle appuie l'anneau de pression 26, contre l'anneau de réaction 24 de sorte que, lorsque les actionneurs 32 sont commandés de manière adéquate, le disque 22 est serré entre les deux anneaux 24, 26 pour provoquer un freinage du moyeu 14. Le dispositif de freinage 10 selon l'invention comporte quatre actionneurs 32 qui sont répartis angulairement à 90" sur la circonférence du frein, les actionneurs 32 exerçant chacun une force d'appui selon la direction A3, parallèle à l'axe AI du frein, sur la couronne d'appui 30. On a représenté plus particulièrement sur les figures 6 et 7 I'un de ces actionneurs 32. Chaque actionneur 32 comporte ainsi un entraîneur 40 qui est monté à rotation autour de son axe A3 par rapport au stator 28, et qui est immobilisé en translation selon l'axe A3 par rapport à celui-ci. A cet effet, I'entraîneur 40 comporte un manchon cylindrique 41 dont une extrémité axiale avant 42 est munie d'un collet radial externe 44 de manière à venir en appui axialement vers l'arrière contre une face transversale 46 du stator 28 qui est tournée vers l'avant, en regard du disque 22 et des anneaux 24, 26. L'entraîneur 40 est monté tournant dans le stator 28 par l'intermédiaire d'une bague de palier 48. L'entraîneur 40 comporte une face transversale avant 50 qui est munie de rampes inclinées. La face transversale annulaire avant 50 comporte ainsi quatre secteurs annulaires 52, formant chacun un élément de rampe hélicoïdal, qui sont destinés à coopérer avec des secteurs 54 correspondants formés sur la face annulaire transversale arrière 56 d'un poussoir annulaire 58 de l'actionneur 32 qui est agencé axialement en avant de l'entraîneur 40. Le poussoir 58 est muni de moyens qui permettent de l'immobiliser en rotation autour de l'axe A3 tout en lui laissant la faculté de se déplacer en translation selon cet axe. Les secteurs de rampe complémentaires 52, 54 de l'entraîneur 40 et du poussoir 58 sont agencés de manière que, lorsque l'entraîneur 40 est entraîné en rotation autour de l'axe A3, dans le sens des aiguilles d'une montre en considérant la figure 7, les rampes 52, 54 coopèrent deux à deux pour provoquer une translation vers l'avant du poussoir 58. En effet, chacun des secteurs de rampe 52, 54 est agencé axialement au même niveau que les autres secteurs, respectivement de l'entraîneur 40 ou du poussoir 58, si bien que le poussoir 58 et l'entraîneur 40 sont en contact par quatre éléments de surface régulièrement répartis autour de l'axe A3 de manière que la force de poussée de l'actionneur 32 soit parfaitement centrée sur l'axe A3. Les secteurs de rampe 52, 54 sont avantageusement revêtus d'un matériau présentant une bonne résistance à I'usure, présentant un coefficient de frottement peu élevé, et apte à résister à de hautes températures. Par exemple, les secteurs de rampe 52, 54 peuvent être recouverts d'une couche de matériau céramique ou de tout autre matériau approprié. Dans l'exemple de réalisation qui est représenté sur les figures, le poussoir 58 est bloqué en rotation autour de son axe A3 grâce à une oreille 60 qui s'étend radiaiement vers l'extérieur par rapport à l'axe A3 du poussoir 58 depuis une surface latérale externe du poussoir 58. L'oreille 60 comporte un orifice 62 dans lequel est susceptible d'être reçu un doigt axial (non représenté) qui s'étend vers l'arrière depuis une face arrière 63 de la couronne d'appui 30. La couronne d'appui 30 est elle-même immobilisée en rotation autour de l'axe Al de sorte que le doigt axial et le poussoir 58 sont immobiles en rotation. Ainsi qu'on l'a vu plus haut, le dispositif de freinage 10 comporte quatre actionneurs 32 du même type qui sont répartis à angle droit sur la circonférence du frein. Pour que la résultante des actions de poussée exercées par chacun des actionneurs 32 soit parfaitement centrée sur l'axe Al du frein, il est donc nécessaire de prévoir des moyens pour synchroniser la commande en rotation de chacun des entraîneurs 40 des actionneurs 32. A cet effet, les entraîneurs 40 de chacun des quatre actionneurs 32 sont entraînés simultanément en rotation autour de leur axe respectif A3 par une couronne dentée 64 à denture interne qui est montée tournante autour de l'axe AI dans le stator 28 et qui coopère avec une denture complémentaire 66 formée sur une surface cylindrique externe du manchon 41 de l'entraîneur 40. Comme on peut le voir plus particulièrement sur la figure 6, la bague 48, dans laquelle l'entraîneur 40 est monté tournant, est donc pourvue d'une fenêtre 68 pour permettre la coopération de la couronne dentée 64 avec l'entraîneur 40 au niveau de leur point de tangence. Par conséquent, la bague 48 est fixe par rapport au stator 28. Ainsi, lorsque la couronne 64 est entraînée en rotation autour de son axe Al, les quatre actionneurs 32 sont mis en mouvement simultanément en rotation autour de leurs axes respectifs A3 de sorte que l'effort de poussée qu'ils exercent sur la couronne d'appui 30 est centrée sur l'axe AI. L'anneau de pression 26 est donc déplacé axialement en restant parallèle à lui-même, ce qui permet d'obtenir une répartition uniforme de la pression entre es anneaux 24, 26 et le disque 22. Le mouvement de rotation de la couronne dentée 64 est lui commandé par un engrenage 68 plus particulièrement visible sur les figures 3 et 5. Cet engrenage 68 est monté à rotation autour d'un axe A4 sur le stator 28 et il est entraîné en rotation autour de son axe par l'intermédiaire d'un levier de commande 70, plus particulièrement visible sur la figure 2, et sur lequel agit un vérin 72 qui peut être du type hydraulique ou pneumatique. Ainsi, à l'aide d'un moyen moteur unique, le vérin 72, le dispositif de freinage 10 selon l'invention permet d'obtenir une répartition uniforme de la pression de serrage du disque 22 sur toute sa circonférence. Ce système d'application de l'effort est de plus entièrement mécanique de sorte que, contrairement à des dispositifs hydrauliques comportant une multiplicité de pistons alimentés en fluide sous pression, il n'y a pas de transmission de chaleur entre les surfaces de frottement et le liquide de commande. Par ailleurs, le dispositif de freinage selon l'invention comporte un moyen de rattrapage du jeu axial qui apparaît du fait de l'usure progressive des garnitures de frottement. En effet, au fur et à mesure de l'usure du disque 22 et des anneaux 24, 26, il est nécessaire de compenser la matière perdue sous peine d'augmenter de manière inconsidérée la course axiale devant être fournie par les actionneurs 32. A cet effet, chaque actionneur 32 comporte son propre dispositif de rattrapage du jeu et ces dispositifs sont synchronisés entre eux. Le dispositif de rattrapage du jeu est interposé axialement entre une face avant 77 du poussoir 58 de l'actionneur 32 et la face arrière de la couronne d'appui 30. Le dispositif de rattrapage du jeu se compose plus particulièrement d'une douille 74 qui est montée à rotation autour de l'axe A3, à l'intérieur du manchon 41 de l'entraîneur 40 et à l'intérieur du poussoir 58. La douille 74 comporte, à l'avant, un collet radial externe 76 qui est en appui axialement vers l'arrière contre la face avant 77 du poussoir 58. Une tige de poussée 78 est vissée axialement à l'intérieur de la douille 74 et comporte une tête avant 80 qui est destinée à venir en appui contre la face arrière de la couronne d'appui 30. La tête 80 de la tige de poussée 78 est reçue dans un logement 82 dont la forme coopère avec celle de la tête 80 pour empêcher toute rotation de la tige de poussée 78 autour de l'axe A3. Ainsi, en provoquant la rotation de la douille 74, on provoque, par vissage, un déplacement axial de la tige de poussée 78 qui permet de rattraper un éventuel jeu axial dû à l'usure du disque 22 ou des anneaux 24, 26. Dans l'exemple de réalisation qui est représenté sur les figures, la douille 74 s'étend axialement vers l'arrière au-delà de l'extrémité arrière du manchon 41 de l'entraîneur 40. L'extrémité axiale arrière 84 de la douille 74 comporte des cannelures sur lesquelles est montée une roue dentée 86. Les roues dentées des dispositifs de rattrapage du jeu sont reliées entre elles par une chaîne à rouleau 88 qui permet ainsi de synchroniser le mouvement de rattrapage du jeu au niveau des quatre actionneurs 32. REVENDICATIONS 1. Dispositif de freinage pour un véhicule automobile, du type dans lequel un frein comporte au moins un disque de frein (22) qui est solidaire en rotation d'une roue du véhicule, et qui est destiné à être serré axialement entre deux anneaux (24, 26) de friction qui sont solidaires en rotation d'un stator fixe (28), et du type dans lequel l'un au moins des anneaux (26) est sollicité axialement en direction de l'autre par des actionneurs commandés (32), caractérisé en ce que chaque actionneur (32) comporte un entraîneur (40) qui est monté sur le stator, qui est mobile en rotation autour de son axe (A3) parallèle à l'axe commun des anneaux (24,26) et du disque (22), et qui est susceptible d'être commandé en rotation pour provoquer, par l'intermédiaire d'une rampe (52) sensiblement hélicoïdale, la translation selon la direction axiale d'un poussoir (58) qui agit ponctuellement sur l'anneau (26), et en ce que le dispositif de freinage comporte au moins deux actionneurs (32) dont les entraîneurs (40) sont reliés par un élément de transmission (64) du mouvement de commande en rotation. 2. Dispositif de freinage selon la revendication 1, caractérisé en ce que les entraîneurs (40) de chaque actionneur (32) sont immobilisés en translation selon leur axe (A3), et en ce que les poussoirs (38) sont immobilisés en rotation par rapport au stator (12). 3. Dispositif de freinage selon la revendication 2, caractérisé en ce que les actionneurs (32) sont agencés selon un cercle, et en ce que le dispositif (10) comporte une couronne dentée (64) qui est montée à rotation autour de son axe sensiblement parallèle à l'axe (Al) du frein, et qui coopère avec une denture (66) complémentaire formée sur une surface cylindrique externe de chacun des entraîneurs (40) des actionneurs (32) pour synchroniser leur commande en rotation. 4. Dispositif de freinage selon la revendication 3, caractérisé en ce que la couronne (64) est une couronne à denture interne. 5. Dispositif de freinage selon l'une des revendications 3 ou 4, caractérisé en ce que la couronne (64) est commandée par un engrenage (68) dont la rotation est commandée par un levier (70) sur lequel agit la tige d'un vérin (72). 6. Dispositif de freinage selon l'une quelconque des revendications 2 à 5, caractérisé en ce que l'entraîneur (40) de chaque actionneur (32) comporte une face axiale avant (50), en regard d'une face axiale arrière (56) du poussoir (58) correspondant, sur laquelle sont formés au moins trois secteurs de rampe (54) répartis angulairement de manière régulière et destinés à coopérer avec des secteurs de rampe (54) correspondants qui sont formés sur la face axiale arrière (56) du poussoir (58), et en ce que lorsque l'entraîneur (40) est commandé en rotation selon un sens, les secteurs de rampe (52, 54) de l'entraîneur (40) et du poussoir (58) coopèrent par glissement l'un contre l'autre pour déplacer axialement le poussoir (58) vers l'avant en direction de l'anneau (26). 7. Dispositif de freinage selon la revendication 6, caractérisé en ce que les secteurs de rampe (52, 54) sont recouverts d'une couche de matériau possédant une bonne résistance à l'usure par frottement. 8. Dispositif de freinage selon la revendication 7, caractérisé en ce que les secteurs de rampe (52, 54) sont recouvertes d'un matériau céramique. 9. Dispositif de freinage selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'au moins un actionneur (32) comporte un dispositif de rattrapage de jeu selon la direction axiale (A3) qui est interposé entre le poussoir (58) et l'anneau (26). 10. Dispositif de freinage selon la revendication 9, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens de synchronisation (86, 88) des dispositifs de rattrapage de jeu de chacun des actionneurs (32), notamment par transmission mécanique entre les différents dispositifs. 11. Dispositif de freinage selon la revendication 10, caractérisé en ce que le dispositif de rattrapage de jeu comporte une douille (74) qui est montée libre à rotation axialement au travers de l'entraîneur (40), et qui comporte un collet radial externe avant (76), en appui axialement vers l'arrière contre une face avant (77) du poussoir (58), en ce qu'il comporte une tige de pression (78) qui est vissée axialement dans la douille (74), qui comporte une tête avant (80) en appui contre l'anneau (26) et qui est immobilisée en rotation autour de son axe (A3) par rapport à l'anneau (26), et en ce qu'il est prévu des moyens (86, 88) d'entraînement en rotation de la douille (74), ce qui provoque une translation de la tige de poussée (78) et de l'anneau (26) par rapport à la douille (74) et au poussoir (58). 12. Dispositif de freinage selon la revendication 11, caractérisé en ce que les douilles (74) des dispositifs de rattrapage de chaque actionneur (32) comportent chacune une roue dentée (86) avec laquelle coopère une chaîne (88) qui relie les roues dentées (86) pour la synchronisation du rattrapage de jeu au niveau de tous les actionneurs (32).