Brevet FR2778710A1 — publié le 19991119

FREIN A DISQUE A ETRIER COULISSANT RELIE A LA CHAPE PAR UNE SEULE COLONNETTE La présente invention concerne un frein à disque à étrier flottant comprenant une chape munie des plaquettes de frein, montée sur un support et portant un étrier flot- tant, les plaquettes de frein étant appliquées contre les deux faces du disque l'une par un cylindre porté par un côté de l'étrier et l'autre par le nez de l'étrier agissant direc-10 tement sur l'autre plaquette. Il existe de multiples types de freins à disque à étrier coulissant du type défini ci-dessus. Ces différents modes de réalisation ont en commun un certain nombre d'inconvénients tels que leur poids, le recul insuffisant des patins ou encore la répartition irrégulière de la poussée sur les patins ou les vibrations engendrées ou encore le manque de ventilation. Enfin, certains freins sont d'un mon- tage/démontage relativement délicat. La présente invention a pour but de remédier à ces inconvénients et concerne à cet effet un frein à disque à une seule colonnette reliant l'étrier à la chape, du type dé- fini ci-dessus, caractérisé par: A) une chape formée d'un cadre chevauchant le disque et com- prenant: * de part et d'autre du disque une branche latérale dont l'une est fixée au support, * chaque branche située à l'extérieur du contour de l'emplacement de la plaquette, en direction du centre du disque porte un rayon: - ce rayon pénétrant dans le contour de l'emplacement de la plaquette et ayant une broche destinée à rece- voir la plaquette, - ce rayon étant relativement proche de la surface correspondante du disque et la broche étant sensi- blement perpendiculaire à la face du disque mais tournée dans la direction opposée à celle du disque, * un bras porte-étrier, - muni d'un logement pour la colonnette de guidage de l'étrier, B) un étrier en forme de U renversé avec une âme et deux branches pour que l'étrier coiffe le disque, les deux branches étant dirigées vers le centre du disque, * l'âme étant munie de la colonnette, * l'une des branches portant le cylindre de frein coaxia- lement à l'axe d'actionnement dont le piston, creux, s'appuie contre la face arrière de la plaquette autour de la broche de l'étrier, * l'autre branche ayant une couronne pour s'appuyer sur la face arrière de l'autre plaquette en laissant passer la broche, C) les deux plaquettes symétriques par rapport au disque étant en forme de cardioide dont les deux lobes laissent entre eux un passage correspondant au rayon de l'étrier et se terminant par un orifice garni d'un manchon engagé dans chaque plaquette pour coiffer sa broche. Le frein selon l'invention présente une structure réduite à ses éléments essentiels, ce qui permet d'en dimi- nuer le poids et d'augmenter le rapport entre le poids et la puissance de freinage. Les patins sont très facilement accessibles pour le montage et le démontage. De plus, ils sont portés par un point de montage constitué par la broche, situé pratiquement au centre de gravité de la surface de la plaquette; cela permet une excellente répartition des efforts de poussée et de traction s'exerçant sur les différentes parties de la pla- quette au moment d'un freinage. Ce frein est très silencieux car il est insensi- ble aux vibrations, étant auto-amorti grâce au montage des plaquettes et à l'élasticité des rayons portant les plaquet- tes et permettant à celles-ci de venir s'appuyer contre la chape lorsque l'effort de freinage est violent. L'allégement de la structure rend le frein très accessible, ce qui permet une excellente ventilation. Cette accessibilité est également très intéressante pour le montage et le démontage des plaquettes. Suivant une autre caractéristique avantageuse de l'invention, les broches des deux rayons sont alignées sui- vant un axe d'actionnement perpendiculaire au disque. L'alignement des axes des broches portant les pa- tins permet un bon équilibrage des efforts de freinage exer- cés sur les deux faces du disque. Suivant une autre caractéristique particulière- ment avantageuse, la branche de l'étrier, ne portant pas le cylindre de frein, est munie d'un ergot prévu à l'extrémité10 de la branche, cet ergot étant dirigé vers le disque, pour passer de force en dessous de la plaquette correspondante, lorsque l'étrier est basculé autour de sa colonnette de gui- dage, de sa position d'ouverture permettant la mise en place des plaquettes à sa position active dans laquelle il commande15 le serrage des plaquettes. Cela permet d'accrocher l'étrier à la chape par l'intermédiaire de l'une des plaquettes sans que ce moyen d'accrochage ne complique la fabrication ou la renchérit. Pour l'ouverture de l'étrier, il suffit de jouer sur l'élasticité et de dégager l'ergot porté par l'une des branches de l'étrier pour faire passer l'ergot à côté de la plaquette (ce jeu est possible lorsque les plaquettes sont usées). Suivant d'autres caractéristiques avantageuses de l'invention: - les branches latérales de la chape sont reliées par une traverse venant par-dessus le contour du disque, en plus de la traverse du bras porte-étrier, - le manchon de la plaquette est fendu et se poursuit par une découpe pour venir coiffer le rayon de l'étrier. La structure très particulière des patins et leur montage sur les broches avec appui du manchon des patins sur les rayons portant les broches permet de compenser progressi- vement l'usure des patins, c'est-à-dire d'avoir un jeu de freinage relativement constant. La flexibilité des rayons portant les broches permet le rappel automatique des patins en position de repos, dégagés de la surface des disques. Ce rappel est d'autant plus efficace que les plaquettes sont seulement montées sur les broches sans aucun autre contact avec la chape ou l'étrier, sauf peut-être en cas de freinage intense lorsque les plaquettes peuvent s'appuyer contre la chape.5 La présente invention sera décrite ci-après de manière plus détaillée à l'aide d'exemples de réalisation re- présentés schématiquement dans les dessins annexés dans les- quels: - la figure 1 est une vue de côté, coupée par le plan de symétrie du disque, d'un frein à disque à étrier flottant selon un premier mode de réalisation de l'invention, - la figure 2 est une vue de côté correspondant à la figure 1, montrant l'étrier en position relevée, - la figure 3 est une vue analogue à celle de la figure 2, une plaquette de frein étant placée dans la chape, - la figure 4 est une vue de face d'une plaquette de frein, - la figure 5 est une vue en perspective d'un manchon de plaquette de frein, la figure 6 est une coupe horizontale selon la figure 1, montrant la forme de la chape en vue de dessus, - la figure 7 est une vue de dessus schématique analogue à celle de la figure 6, montrant les plaquettes dans la chape ainsi que le cylindre de frein et le nez de l'étrier, - la figure 8 est une vue analogue à celle de la figure 1 d'une version allégée de la chape du frein à disque, - la figure 9 montre un autre mode de réalisation d'un frein à disque monté à l'avant du disque. Selon la figure 1, un frein à disque à étrier coulissant correspondant à un premier mode de réalisation de l'invention se compose d'une chape 1 chevauchant un disque 5 tournant normalement (marche avant) dans le sens de la flèche A. Cette chape 1 porte un étrier coulissant 2 qui applique les plaquettes de frein 3 contre les deux faces du disque 5. La chape 1 se compose d'un cadre, en forme de selle de cheval à deux branches latérales 11, 12 dont l'une (12) est destinée à être fixée au support du frein par l'intermédiaire d'orifices 121, 122 recevant des vis (voir également la figure 6). Les deux branches 11, 12 sont situées de part et d'autre du disque 5. A une extrémité, les deux branches 11, 12 sont reliées par une traverse 13 et à l'autre extrémité par une traverse 14 qui se poursuit par un bras porte-étrier 15. Ce bras 15 a un logement 151 recevant une colonnette 252 solidaire de l'étrier 2 et par laquelle pivote et coulisse l'étrier 2.10 Comme cela apparaît le mieux aux figures 2 et 6, chaque branche latérale 11, 12 porte un rayon 16, 17 situé relativement près du disque 5 (figure 6) et portant une bro- che 18, 19 perpendiculaire à la face du disque 5 et tournée dans la direction opposée à celle du disque. Les broches 17, 18 sont alignées sur un axe XX perpendiculaire aux faces du disque 5 ou à son plan médian (plan de coupe selon les figu- res 1, 2, 3). La broche 19 du rayon 17 de la branche 12 est tournée vers l'arrière du plan du dessin et la broche 18 du rayon 16 de la branche 11 vers l'avant. Selon la figure 1, les branches latérales 11, 12 de la chape 1 sont situées à l'intérieur du contour du disque , en dégageant l'emplacement des plaquettes 3 alors que la traverse 14 et le bras porte-étrier 15 viennent au-dessus du disque 5 pour que la colonnette 252 se trouve à l'extérieur du contour du disque 5. L'étrier 2 est une pièce en forme de U composée d'une âme 21 et de deux branches latérales 22, 23 (figures 1, 2, 3, 7). La branche 23 porte le cylindre de frein 6 avec un piston 61 poussant la plaquette 42 contre le disque 5. Comme le piston 61 est creux, il s'appuie contre le dos de l'âme 421 de la plaquette 42 suivant une surface en forme de cou- ronne de cercle, autour de la broche 19 portant la plaquette 42. La branche 22 de l'étrier 2 a une couronne 221 entourant la broche 18 du rayon 16 de la chape 1. Les branches 22, 23 de l'étrier 2 ont des formes analogues. Pour s'appuyer sur sa plaquette de frein 41, la branche 22, c'est-à-dire le nez de l'étrier 2, comporte une couronne 221 (figure 7) de préférence coaxiale à l'axe du piston 61 de l'autre branche 23. Cette couronne 221 a de pré- férence la même forme que le piston creux 61 de sorte qu'au freinage, l'ensemble est symétrique et les plaquettes 41, 42 sont sollicitées avec une pression semblable exercée d'un cô-5 té par le piston sur l'âme 421 de la plaquette 42 et de l'autre, par la couronne 221 sur l'âme 411 de la plaquette 41. Comme le piston 61, la couronne 221 entoure la broche 18 pour les raisons explicitées ultérieurement. La figure 1 montre le frein en position de fonc- tionnement alors que la figure 2 montre l'étrier 2 relevé, les plaquettes de frein n'étant pas encore montées sur la chape 1. La figure 3 montre l'étrier 2 ouvert mais avec la plaquette 42 installée sur la broche 19 de la chape 1. La figure 4 montre une plaquette de frein, par exemple la plaquette 42. Cette plaquette présente une struc- ture habituelle avec une âme 421 portant une garniture 422 (figure 7) destinée à frotter contre la face correspondante du disque 5. Cette plaquette 42 a une forme de cardioide à deux lobes 423, 424 séparés par un passage 425 incliné et orienté sensiblement comme le rayon 16; la forme globale des lobes 423, 424 correspond à celle de l'ouverture de la chape 1 (figures 1, 2, 3). Le passage 425 se termine au centre de la pla- quette 42; à cet endroit, la plaquette 42 est munie d'un manchon 426, par exemple fendu, comme celui représenté à la figure 5. Ce manchon 426 comporte non seulement une fente 4261 mais également une découpe 4262 correspondant sensible- ment à la section du rayon 16. Le diamètre intérieur du manchon 426 correspond au diamètre de la broche 19. La forme et la structure de la plaquette 42 dé- crite ci-dessus sont celles de l'âme 421 et de la garniture 422 puisque l'ensemble de la plaquette 42 doit passer par- dessus le rayon 16 et s'engage sur la broche 18. La forme et la structure de la plaquette de frein 41 sont symétriques de celles de la plaquette 42 par rapport au plan médian du disque 5. La plaquette 41 se compose d'une âme 411 et d'une garniture 412. Elle est munie d'un passage pour le rayon 16 et d'un manchon 416 pour s'emmancher sur la broche 18 du rayon 16.5 Lorsque la plaquette 41, (42) est placée sur sa broche 18, (19), elle est poussée contre le disque 5 par la couronne 221 de l'étrier 2 et piston 61 du cylindre de frein. Au fur et à mesure de l'usure de la plaquette 41, (42), le manchon 416, (426) étant retenu sur la broche 18, (19) par10 son appui sur le rayon 16, (17) par le logement (4262) (figure 5), la plaquette seule est poussée vers l'avant sur le manchon (en direction de la face du disque 5). Du fait de l'élasticité des rayons 16, 17, la poussée exercée sur les plaquettes 41, 42 par la couronne 221 du nez de l'étrier (branche 22) et le piston 61 (branche 23) déforme élastiquement les rayons 16, 17; lorsque l'effort devient trop grand, parce que les plaquettes sont usées suf- fisamment depuis leur dernier déplacement sur leur manchon 416, 426 respectif, les deux plaquettes 41, 42 sont de nou- veau avancées d'un incrément sur leur manchon respectif 416, 426. L'avancée de la plaquette par rapport à son man- chon se fait de façon continue à chaque freinage ou de ma- nière discontinue lorsque l'effort exercé sur la plaquette est supérieur à celui retenant la plaquette sur son manchon. Il s'agit ainsi d'une compensation automatique de l'usure des plaquettes pour que la course du freinage de l'étrier soit réduite au minimum. Indépendamment de cette compensation d'usure des plaquettes, la déformation élastique des rayons 16, 17 permet un rappel automatique des plaquettes lorsque la force de ser- rage du frein exercée par le cylindre de frein disparaît. En effet, au moment du serrage du frein, le cy- lindre de frein et l'étrier appliquent les deux plaquettes contre les faces opposées du disque 5 avec une légère défor- mation élastique des branches 16, 17 qui sont alors rappro- chées du disque (du moins leurs extrémités avec les broches 18, 19). Lorsque les forces de serrage disparaissent, l'élasticité des branches 16, 17 rappelle automatiquement les plaquettes 41, 42 dans leur position dégagée ce qui évite tout frottement des plaquettes contre les faces du disque en situation de non freinage. 5 La figure 8 montre un frein à disque à chape sim- plifiée 11, dont les branches 11A, 12A sont ni prolongées vers l'avant et ni réunies par la traverse avant (13) comme dans le mode de réalisation de la figure 1. Cela permet d'alléger le frein à disque. Les autres parties de ce frein10 sont identiques à celles du frein décrit ci-dessus et elles portent les mêmes références complétées par le suffixe A. Les figures 1, 2, 3, 4 et 8 montrent une caracté- ristique intéressante de l'étrier 2, pour le retenir dans la position de fermeture sur la chape. L'une des branches 22, 23 de l'étrier 2 comporte un ergot 24 en saillie vers l'intérieur de l'étrier 2. Cet ergot 24 quoique représenté sur la branche 23, est de préférence prévu sur la branche 22. La situation de l'ergot 24 sur l'étrier 2 sera expliquée ci- après. La plaquette 42 associée à la branche 23 comporte dans son bord, une découpe 427 (figures 3, 4) dont l'emplacement est homologue à celui de l'ergot 24. La géométrie du contour de la plaquette 42 (et celle de la plaquette 41) est telle que lorsque la plaquette 42 est emmanchée par son manchon 426 sur la broche 19, son contour présente un point d'éloignement maximum par rapport à l'axe de rotation de l'étrier constitué par la colonnette 252. Ce point est situé en amont de la li- gne BB passant par les axes de la colonnette 252 et de la broche 19. Dans les mêmes conditions, l'encoche 427 de la plaquette 42 est en aval de cette ligne BB. Lorsqu'on pivote l'étrier 2 pour refermer le frein en passant de la position de la figure 3 à celle de la figure 1, l'ergot 24 de l'étrier 2 est obligé de passer de force sous ce point d'éloignement maximum du contour de la plaquette pour venir, en aval de ce point, s'engager dans l'encoche 427 et être ainsi retenu. La géométrie des diffé- rents éléments, notamment la position de l'ergot 24 et de l'encoche 427 sont telles que l'ergot 24 est libre dans l'encoche 427 et ne freine ni ne retient en aucune manière le libre mouvement de la plaquette 42 en particulier son mouve- ment de recul au défreinage. La fabrication du frein ne présente pas de diffi- cultés particulières et elle est beaucoup plus simple que celle des freins actuels. Ainsi, la chape 1 se réalise avec les broches 18, 19 des rayons 16, 17 reliés en une seule pièce. L'usinage des différentes surfaces se fait avec les broches reliées et ce n'est qu'en fin de travail que les deux broches 18, 19 sont séparées pour former l'intervalle nécessaire du passage du disque de frein. La figure 9 montre une autre variante de réalisa- tion d'un frein à disque en position de montage horizontal avant. La chape lB est en forme de Y avec une branche 12B composée de deux parties 121B, 122B dont l'une 121B sert au montage du frein sur le porte-fusée et l'autre 122B porte la colonnette 252B. L'étrier 2B est représenté dans sa posi- tion de travail et dans sa position dégagée 2BB. Les autres parties de ce frein, analogues ou identiques aux freins déjà décrits, portent les mêmes réfé- rences, complétées du suffixe B, et leur description ne sera pas reprise. Cette figure 9 montre également les éventuels points d'appui de la plaquette contre la chape sous l'effet d'un effort de freinage violent. R E V E N D I C A T IONS 1 ) Frein à disque à étrier flottant comprenant une chape (1) munie des plaquettes de frein, montée sur un support et por- tant un étrier flottant (2), les plaquettes de frein étant appliquées contre les deux faces du disque (5) l'une par un cylindre (6) porté par un côté de l'étrier (2) et l'autre par le nez de l'étrier agissant directement sur l'autre pla- quette, caractérisé par A) une chape (1) formée d'un cadre chevauchant le disque (5) et comprenant: * de part et d'autre du disque une branche latérale (11, 12) dont l'une (12) est fixée au support, * chaque branche (11, 12) située à l'extérieur du con- tour de l'emplacement de la plaquette, en direction du centre du disque porte un rayon (16, 17): - ce rayon (16, 17) pénétrant dans le contour de l'emplacement de la plaquette (41, 42) et ayant une broche (18, 19) destinée à recevoir la plaquette (41, 42), - ce rayon (16, 17) étant relativement proche de la surface correspondante du disque (5) et la broche (18, 19) étant sensiblement perpendiculaire (XX) à la face du disque (5) mais tournée dans la direction opposée à celle du disque, * un bras porte-étrier (15), - muni d'un logement pour la colonnette de guidage (252) de l'étrier (2), B) un étrier (2) en forme de U renversé avec une âme (21) et deux branches (22, 33) pour que l'étrier (2) coiffe le disque (5), les deux branches (22, 23) étant dirigées vers le centre du disque, * l'âme (21) étant munie de la colonnette (252), * l'une des branches (23) portant le cylindre de frein (6) coaxialement à l'axe d'actionnement (XX) dont le piston (61), creux, s'appuie contre la face arrière de la pla- quette (42) autour de la broche (19) de l'étrier (1), il * l'autre branche (22) ayant une couronne (221) pour s'appuyer sur la face arrière de l'autre plaquette (41) en laissant passer la broche (18), C) les deux plaquettes (41, 42) symétriques par rapport au disque (5) étant en forme de cardioide dont les deux lobes (423, 424) laissent entre eux un passage (425) correspon- dant au rayon (16, 17) de l'étrier (1) et se terminant par un orifice garni d'un manchon (416, 426) engagé dans cha- que plaquette (41, 42) pour coiffer sa broche (18, 19). 2 ) Frein à disque selon la revendication 1, caractérisé en ce que les broches (18, 19) des deux rayons (16, 17) sont alignées suivant un axe d'actionnement (XX) perpendiculaire au disque (5). 3 ) Frein à disque selon la revendication 1, caractérisé en ce que la branche (22) de l'étrier (2), ne portant pas le cylindre de frein (6), est munie d'un ergot (24) prévu à l'extrémité de la branche, cet ergot (24) étant dirigé vers le disque (5), pour passer de force en dessous de la plaquette (42) correspondante, lorsque l'étrier (2) est basculé autour de sa colonnette de guidage, de sa position d'ouverture permettant la mise en place des plaquettes (41, 42) à sa position active dans laquelle il commande le serrage des plaquettes (41, 42). 4 ) Frein à disque selon la revendication 1, caractérisé en ce que les branches latérales (11, 12) de la chape (1) sont reliées par une traverse (13) venant par-dessus le contour du disque, en plus de la traverse (14) du bras porte-étrier (15). ) Frein à disque selon la revendication 1, caractérisé en ce que le manchon (416, 426) de la plaquette (41, 42) est fendu (4261) et se poursuit par une découpe (4262) pour venir coif- fer le rayon (16, 17) de l'étrier (2).