Brevet FR2776352A1 — publié le 19990924

FREIN A DISQUE AMORTI PAR CISAILLEMENT. La présente invention concerne un frein à disque pour véhicule à moteur. Plus précisément, la présente invention concerne un frein à disque du type de ceux qui comprennent: un disque présentant une face interne et une face externe, ce disque tournant autour d'un axe transversal suivant un sens de rotation direct pour une marche avant du véhicule; une chape comprenant une branche amont et une branche aval chevauchant le disque et solidaires d'une base commune fixée au véhicule en regard de la face interne du disque, la branche aval succédant à la branche amont dans le sens de rotation direct du disque, et chaque branche présentant un logement interne et un logement externe, situés de part et d'autre du disque; un étrier chevauchant le disque et monté coulissant par rapport à la chape suivant une direction transversale parallèle à l'axe transversal, cet étrier comprenant une mâchoire tournée vers la face externe du disque, et un cylindre tourné vers la face interne du disque et fermé par un piston; des moyens de guidage, prévus sur la chape et sur l'étrier et comprenant un alésage et une colonnette coulissant dans l'alésage; et une paire de patins de friction formée d'un patin interne et d'un patin externe respectivement disposés, suivant la direction transversale, entre le piston et la face interne du disque, et entre la face externe du disque et la mâchoire de l'étrier, le patin interne présentant une extrémité amont et une extrémité aval montées coulissantes dans les logements internes respectifs des branches amont et aval, et le patin externe présentant une extrémité amont et une extrémité aval montées coulissantes dans les logements externes respectifs des branches amont et aval, les patins interne et externe portant, entre leurs extrémités respectives, des garnitures de friction respectives, tournées vers les faces interne et externe du disque, et par l'intermédiaire desquelles chaque patin reçoit une sollicitation du disque dans le sens de rotation direct en cas de freinage en marche avant du véhicule. Des freins à disque de ce type sont bien connus dans l'art antérieur, comme le montrent par exemple les documents de brevets PCT/FR96/00615, PCT/FR94/00174, et EP-0 694 133. L'un des nombreux problèmes qui se posent dans la conception des freins à disque réside dans la difficulté d'absorber les forces d'entraînement transmises aux patins par le disque, sans que les déformations de la chape qui en résultent nécessairement engendrent une résistance s'opposant au coulissement satisfaisant de l'étrier par rapport à la chape, une telle résistance étant elle-même génératrice d'usure anormale et dissymétrique des patins, de risque de blocage du frein, d'augmentation de l'absorption de liquide de frein, de bruit, etc. L'invention se situe dans ce contexte et a pour but de proposer un frein à disque capable d'absorber les forces d'entraînement transmises aux patins par le disque en les transformant en forces de cisaillement. A cette fin, le frein de l'invention, par ailleurs conforme au préambule ci-dessus, est essentiellement caractérisé en ce que la colonnette est unique et située dans un plan médian de l'étrier, en ce que la branche aval de la chape et la mâchoire de l'étrier présentent des première et seconde surfaces de contact respectives susceptibles de venir en appui l'une sur l'autre suivant un premier plan oblique, en ce que la branche aval de la chape et un premier au moins des patins interne et externe présentent des troisième et quatrième surfaces de contact respectives susceptibles de venir en appui l'une sur l'autre suivant un second plan oblique, et en ce que les premier et second plans obliques font entre eux un angle non nul. Le frein à disque de l'invention peut aussi avantageusement comprendre un ressort prenant appui sur le patin externe et sur la mâchoire de l'étrier et exerçant un couple élastique tendant à faire tourner l'étrier dans le sens de rotation direct par rapport au patin externe. Dans un mode de réalisation possible de l'invention, l'extrémité amont de l'un au moins des patins interne et externe est accrochée à la branche amont de la chape. De préférence, la branche aval de la chape présente une paire de premières surfaces de contact formant un dièdre de contact mutuel entre cette branche aval et la mâchoire, et une paire de troisièmes surfaces de contact formant un dièdre de contact mutuel entre cette branche aval et le premier patin. De cette façon, la mâchoire de l'étrier peut présenter, en regard de la branche aval de la chape, une paire de secondes surfaces de contact dont chacune est susceptible de venir en appui sur le dièdre de contact mutuel entre la branche aval de la chape et la mâchoire. De même, l'extrémité aval du premier patin peut présenter une paire de quatrièmes surfaces de contact dont chacune est susceptible de venir en appui sur le dièdre de contact mutuel entre la branche aval de la chape et ce premier patin. Enfin, il peut également être avantageux de prévoir que l'angle, formé entre les premier et second plans obliques, soit au moins égal à 45 degrés. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront clairement de la description qui en est faite ci-après, à titre indicatif et nullement limitatif, en référence aux dessins annexés, dans lesquels: - la figure 1 est une vue de dessus et en coupe partielle d'un frein à disque connu, du type de ceux auxquels s'applique la présente invention; - la figure 2 est une vue de dessus et en coupe partielle d'un frein à disque conforme à la présente invention; - la figure 3 est une vue de face d'un frein à disque conforme à l'invention, observé depuis l'extérieur du véhicule sur lequel il est monté; - la figure 4 est une vue semblable à la figure 3, représentant le frein dans un autre état; - la figure 5 est une vue de dessus d'une chape d'un frein à disque conforme à l'invention; et - la figure 6 est une vue de face d'un frein à disque conforme à l'invention, observé suivant l'incidence repérée par les flèches 6-6 de la figure 2. Comme le montre la figure 1, l'invention s'applique à un frein à disque pour véhicule à moteur, du type de ceux qui comprennent de façon connue un disque 1, une chape 2, un étrier 3, des moyens de guidage 41, 42, 43, 44 prévus sur la chape 2 et sur l'étrier 3, et une paire de patins de friction formée d'un patin interne 51 et d'un patin externe 52. Pour des raisons de clarté, le disque est supposé tourner de la gauche vers la droite sur toutes les figures, de sorte que si les figures 1, 2, 5, et 6 sont supposées représenter un frein monté -2- 3, sur le côté gauche d'un véhicule, les figures 3 et 4 doivent être considérées comme représentant un frein monté sur le côté droit de ce véhicule. Le disque 1 présente une face interne 11 et une face externe 12 et est entraîné, avec une roue du véhicule, en rotation autour d'un axe transversal X suivant un sens de rotation direct D pour une marche avant du véhicule. La chape 2 comprend une branche amont 21 et une branche aval 22 qui chevauchent toutes les deux le disque I et qui sont solidaires d'une base commune 23 de la chape, cette dernière étant fixée au véhicule en regard de la face interne 11 du disque, par exemple au moyen de vis insérées dans des orifices 231 et 232. Par convention, la branche aval 22 est ici définie comme étant celle qui succède à l'autre, dite "branche amont 21 ", dans le sens de rotation direct D du disque. En outre, comme le montre le mieux la figure 5, chaque branche présente un logement interne 211, 221 et un logement externe 212, 222, les logements internes et externes étant situés de part et d'autre du disque 1. L'étrier 3, qui chevauche le disque 1 également, est monté coulissant par rapport à la chape 2, suivant une direction transversale T parallèle à l'axe transversal X. Cet étrier 3, qui joue le rôle de pince, comprend essentiellement une mâchoire 32 tournée vers la face externe 12 du disque, et un cylindre 31 situé du côté de la face interne 11 du disque et fermé par un piston 311. Les moyens de guidage 41, 42, 43, et 44 sont constituées en paires, chaque paire comprenant un alésage et une colonnette montée coulissante dans cet alésage. Dans l'art antérieur illustré à la figure 1, les moyens de guidage 41 et 43 prévus sur la chape sont constitués de deux colonnettes, les moyens de guidage 42 et 44 prévus sur l'étrier 3 étant alors constitués de deux alésages. Le patin interne 51 est disposé, suivant la direction transversale T, entre le piston 311 et la face interne 11 du disque, et présente une extrémité amont 511 et une extrémité aval 512 montées coulissantes dans les logements internes respectifs 211, 221 des branches amont et aval 21, 22. De façon similaire, le patin externe 52 est disposé entre la face externe 12 du disque et la mâchoire 32 de l'étrier, et présente une extrémité amont 521 et une extrémité aval 522 montées coulissantes dans les logements externes respectifs 212, 222 des branches amont et aval 21, 22. Par ailleurs, les patins interne et externe 51, 52 portent, entre leurs extrémités respectives, des garnitures de friction 510, 520, la garniture 510 du patin interne étant tournée vers la face interne 11 du disque 1, et la garniture 520 du patin externe étant tournée vers la face externe 12 du disque. Lorsque du liquide de frein sous pression est injecté dans le cylindre 31 et repousse vers le disque 1 le piston 311, ce dernier applique le patin 51 contre la face interne 11 du disque, ce dont il résulte que le cylindre 31 est contraint à s'éloigner du disque jusqu'à ce que la mâchoire 32 applique le patin externe 52 sur la face externe 12 du disque avec une force équivalente. -3 - Si, lors de cette opération, le véhicule roule en marche avant, les patins 51 et 52 reçoivent donc de la part du disque, et par l'intermédiaire de leurs garnitures 510 et 520 qui frottent sur ce dernier, une force qui les sollicitent dans le sens de rotation direct D et qui doit être absorbée par la chape 2, l'invention ayant précisément pour but de proposer des moyens spécifiques pour faciliter cette absorption. A cette fin, le frein de l'invention ne comprend qu'une seule paire de moyens de guidage, c'est- à-dire une unique colonnette 41 coulissant dans un unique alésage 42, la colonnette 41 et l'alésage 42 pouvant indifféremment être respectivement prévus sur la chape et sur l'étrier ou l'inverse, pourvu qu'ils soient disposés dans le plan médian de l'étrier 3, c'est-à-dire dans le plan qui, dans le cas o le frein ne comprend qu'un piston central unique comme illustré, est constitué par le plan de trace M passant par l'axe X de rotation du disque et par l'axe de symétrie de révolution du piston 311. D'autre part, la branche aval 22 de la chape et la mâchoire 32 de l'étrier présentent des première et seconde surfaces de contact respectives telles que 61a, 62a sur la figure 3 et 61b, 62b sur la figure 4, qui, lors de l'actionnement du frein, sont susceptibles de venir en appui l'une sur l'autre suivant un premier plan oblique tel que Pla sur la figure 3 et Plb sur la figure 4. D'autre part encore, la branche aval 22 de la chape et l'un au moins des patins, par exemple le patin externe 52, présentent des troisième et quatrième surfaces de contact respectives telles que 63a, 64a sur la figure 3 et 63b, 64b sur la figure 4, qui, lors de l'actionnement du frein, sont susceptibles de venir en appui l'une sur l'autre suivant un second plan oblique tel que P2a sur la figure 3 et P2b sur la figure 4. Enfin, comme le montrent les figures 3 et 4, les premier et second plans obliques tels que Pl a et P2a ou Plb et P2b font entre eux un angle non nul tel que Aa ou Ab, de préférence au moins égal à 45 degrés. Un ressort 7, par exemple fixé sur le patin externe 52 et en appui dans des encoches 321 et 322 de la mâchoire 32 de l'étrier, est de préférence prévu pour exercer un couple élastique tendant à faire tourner l'étrier 3 dans le sens de rotation direct D par rapport au patin externe 52. L'examen des figures 3 et 4, qui concernent le même frein observé dans des phases de freinage différentes, permet de mieux comprendre l'invention. Comme le montre la figure 3, qui correspond à un actionnement du frein sous faible couple de freinage, l'étrier est contraint, s'il est entraîné dans le sens de rotation direct indiqué par la flèche D, à suivre un mouvement de rotation dans ce sens direct D par appui de la surface de contact 62a sur la surface de contact 61a, tandis que le patin externe 52 est contraint, s'il est entraîné dans le sens direct D, à suivre un mouvement de rotation dans un sens inverse de ce sens direct D par appui de la surface de contact 64a sur la surface de contact 63a. Cependant, comme l'étrier 3 enserre le patin externe 52, il a effectivement une tendance marquée à suivre les mouvements de ce patin. Dans ces conditions, i'entraînement naturel de l'étrier 3 par le patin 52 et les effets contrariés des appuis de l'étrier 3 et du patin externe 52 sur la chape 2 engendrent un effort de cisaillement entre l'étrier 3 et le patin 52, dont résulte une absorption plus aisée du couple de freinage. -4- De même, comme le montre la figure 4 qui correspond à un actionnement du frein sous couple de freinage élevé, l'étrier est contraint, s'il est entraîne dans le sens de rotation direct indiqué par la flèche D, à suivre un mouvement de rotation dans un sens inverse du sens direct D par appui de la surface de contact 62b sur la surface de contact 61b, tandis que le patin externe 52 est contraint, s'il est entraîne dans le sens direct D, à suivre un mouvement de rotation dans ce même sens direct D par appui de la surface de contact 64b sur la surface de contact 63b. Dans ce dernier cas, l'entraînement naturel de l'étrier 3 par le patin 52 et les effets contrariés des appuis de l'étrier 3 et du patin externe 52 sur la chape 2 engendrent donc également un effort de cisaillement entre l'étrier 3 et le patin 52, qui permet une meilleure absorption du couple de freinage. Comme il est avantageux de cumuler les effets obtenus par l'invention dans le cas des couples de freinage relativement faibles et dans le cas des couples de freinage relativement élevés, il peut être utile de prévoir, comme le montrent les figures 3 et 4, que la branche aval 22 de la chape présente une paire 61a, 61b de premières surfaces de contact formant un dièdre Pla, Plb de contact mutuel entre la branche aval et la mâchoire 32, et une paire 63a, 63b de troisièmes surfaces de contact formant un dièdre P2a, P2b de contact mutuel entre la branche aval et le patin externe 52. Dans ces conditions, la mâchoire 32 de l'étrier présente de préférence, en regard de la branche aval 22 de la chape, une paire de secondes surfaces de contact 62a, 62b dont chacune est susceptible de venir en appui sur le dièdre Pla, Plb de contact mutuel entre la branche aval 22 de la chape et la mâchoire 32. De même, il est avantageux de faire en sorte que l'extrémité aval 522 du patin externe 52 présente, en regard de la branche aval 22 de la chape, une paire de quatrièmes surfaces de contact 64a, 64b, dont chacune est susceptible de venir en appui sur le dièdre P2a, P2b de contact mutuel entre la branche aval 22 de la chape et ce patin externe 52. L'équilibre du frein peut en outre être amélioré en disposant les surfaces de contact 61 a, 61b de la chape 2, et 62a, 62b de la mâchoire 3, exclusivement sur la partie externe 220 (figure 5) de la chape et sur la partie externe correspondante 320 (figure 2) de la mâchoire. L'efficacité de l'agencement proposé peut également être renforcée en accrochant l'extrémité amont 511, 521 de l'un au moins des patins interne 51 et externe 52, et de préférence de ces deux patins, à la branche amont 21 de la chape, par exemple au moyen de reliefs respectifs complémentaires tels que 212a et 521a (figure 4). Enfin, les effets de l'invention peuvent aussi être augmentés en prévoyant que le patin interne 51 présente, lui aussi, une paire de surfaces de contact susceptibles de venir en appui sur la chape, ces surfaces étant alors symétriques par rapport au disque 1 des surfaces de contact 64a, 64b du patin externe 52. -5 - REVENDICATIONS 1. Frein à disque pour véhicule à moteur, comprenant: un disque (1) présentant une face interne (11) et une face externe (12), ce disque tournant autour d'un axe transversal (X) suivant un sens de rotation direct (D) pour une marche avant du véhicule; une chape (2) comprenant une branche amont (21) et une branche aval (22) chevauchant le disque (1) et solidaires d'une base commune (23) fixée au véhicule en regard de la face interne (11) du disque, la branche aval (22) succédant à la branche amont (21) dans le sens de rotation direct (D) du disque, et chaque branche présentant un logement interne (211, 221) et un logement externe (212, 222) situés de part et d'autre du disque (1); un étrier (3) chevauchant le disque (1) et monté coulissant par rapport à la chape (2), suivant une direction transversale (T) parallèle à l'axe transversal (X), cet étrier (3) comprenant une mâchoire (32) tournée vers la face externe (12) du disque, et un cylindre (31) tourné vers la face interne (11) du disque et fermé par un piston (311); des moyens de guidage (41, 42) prévus sur la chape (2) et sur l'étrier (3) et comprenant un alésage et une colonnette coulissant dans l'alésage; et une paire de patins de friction formée d'un patin interne (51) et d'un patin externe (52) respectivement disposés, suivant la direction transversale (T), entre le piston (311) et la face interne (11) du disque, et entre la face externe (12) du disque et la mâchoire (32) de l'étrier, le patin interne (51) présentant une extrémité amont (511) et une extrémité aval (512) montées coulissantes dans les logements internes respectifs (211, 221) des branches amont et aval (21, 22), et le patin externe (52) présentant une extrémité amont (521) et une extrémité aval (522) montées coulissantes dans les logements externes respectifs (212, 222) des branches amont et aval (21, 22), les patins interne et externe (51, 52) portant, entre leurs extrémités respectives, des garnitures de friction respectives (510, 520) tournées vers les faces interne et externe (11, 12) du disque et par l'intermédiaire desquelles chaque patin reçoit une sollicitation du disque dans le sens de rotation direct (D) en cas de freinage en marche avant du véhicule, caractérisé en ce que la colonnette (41) est unique et située dans un plan médian (M) de l'étrier, en ce que la branche aval (22) de la chape et la mâchoire (32) de l'étrier présentent des première et seconde surfaces de contact respectives (61a, 62a; 61b, 62b) susceptibles de venir en appui l'une sur l'autre suivant un premier plan oblique (Pla, Plb), en ce que la branche aval (22) de la chape et un premier au moins des patins interne (51) et externe (52) présentent des troisième et quatrième surfaces de contact respectives (63a, 64a; 63b, 64b) susceptibles de venir en appui l'une sur l'autre suivant un second plan oblique (P2a, P2b), et en ce que les premier et second plans obliques (Pla, P2a; Plb, P2b) font entre eux un angle non nul (Aa, Ab). 2. Frein à disque suivant la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend un ressort (7) prenant appui sur le patin externe (52) et sur la mâchoire (32) de l'étrier et exerçant un couple élastique tendant à faire tourner l'étrier (3) dans le sens de rotation direct (D) par rapport au patin externe (52). 3. Frein à disque suivant la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que l'extrémité amont (511, 521) de l'un au moins des patins interne (51) et externe (52) est accrochée à la branche amont (21) de la chape. 4. Frein à disque suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la branche aval (22) de la chape présente une paire (61 a, 61b) de premières surfaces de contact formant un dièdre (Pla, Plb) de contact mutuel entre la branche aval et la mâchoire (32), et une paire (63a, 63b) de troisièmes surfaces de contact formant un dièdre (P2a, P2b) de contact mutuel entre la branche aval et le premier patin (51, 52). -6- T 5. Frein à disque suivant la revendication 4, caractérisé en ce que la mâchoire (32) de l'étrier présente, en regard de la branche aval (22) de la chape, une paire (62a, 62b) de secondes surfaces de contact dont chacune est susceptible de venir en appui sur le dièdre (P 1 a, P lb) de contact mutuel entre la branche aval (22) de la chape et la mâchoire (32). 6. Frein à disque suivant l'une quelconque des revendications 4 et 5, caractérisé en ce que l'extrémité aval (512, 522) du premier patin (51, 52) présente une paire (64a, 64b) de quatrièmes surfaces de contact dont chacune est susceptible de venir en appui sur le dièdre (P2a, P2b) de contact mutuel entre la branche aval (22) de la chape et ledit premier patin (51, 52). 7. Frein à disque suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'angle (Aa, Ab) formé entre les premier et second plans obliques (Pla, P2a; Plb, P2b) est au moins égal à 45 degrés. -7-