Brevet FR2795147A1 — publié le 20001222

La présente invention concerne les freins à disque de type ZN (Zéro Noise) de deuxième génération à deux colonnettes, peu sensibles aux phénomènes NVH (Noise Vibrations and Harshness), plus précisément la présente invention concerne une architecture de frein à disque à deux colonnettes coulissantes placées au-dessus du disque, de type Zéro Offset (ou sans déport) et à faible couple résiduel. On connaît déjà de nombreux dispositifs de coulissement au-dessus du disque, principalement à deux colonnettes, l'une de guidage, l'autre de verrouillage, fixées sur l'étrier et coulissant dans les alésages d'une chape ou dans le diamètre intérieur d'un manchon lui-même solidaire de la chape. Ces deux colonnettes montées symétriquement de part et d'autre de l'axe de poussée du piston ont l'inconvénient d'être sensibles aux vibrations par effet de battements angulaires ou de surtension en fréquence, principalement dans le cas d'usure maximale des patins, lors de la sortie extrême des colonnettes de leur alésage en raison de l'augmentation du jeu' angulaire relatif entre alésage et partie non dégagée de la colonnette. Ces colonnettes étant fixées d'un même côté du disque dans l'étrier, il s'en suit que le côté de fixation nécessite une parfaite perpendicularité entre le plan d'accostage des colonnettes et l'axe de ces colonnettes, ainsi qu'un très bon parallélisme entre les colonnettes elles-mêmes, du fait des raideurs antagonistes d'ancrages situés d'un même côté, d'où des tolérances d'exécution serrées, le moindre écart de réalisation entre l'alésage de coulissement sur la chape et la position géométrique de montage de la colonnette induisant des contraintes préjudiciables de coulissement. Dans ce type de conception - cf. figure 4 - le nez d'étrier (partie de l'étrier (1) située à l'opposé de l'entrée de l'alésage du piston), et le piston (9), se trouvent toujours aux fortes accélérations, selon les conceptions connues, en bascule autour de l'axe (c#a,) reliant les, deux points d'ancrage des colonnettes (2) et (5) du fait de la flexibilité de ces dernières. Au freinage, dans ce type de conception, les couples de rappel et générés entre colonnettes (2) et (5) et étrier (1) s'additionnent et forment un couple résultant Ce couple participe à l'usure en biais (6) des patins (8) et (F) lors des flexions successives des colonnettes, par pseudo-rotation de l'étrier (1) autour d'un axe perpendiculaire à sa voûte. Cette pseudo-rotation au freinage de l'étrier (1) sous l'effet du couple peut provoquer en outre des arcs-boutements en bout des colonnettes (2) et (5) préjudiciables au coulissement et donc à la trainée. Enfin, toujours dans ce type de conception, la protection anti-corrosion des coulissements fait souvent appel selon le choix des constructeurs à des soufflets de protection des colonnettes augmentant le couple résiduel par suite des variations de température de l'air emprisonné. Selon figure 1, le système, objet de l'invention, comporte deux colonnettes (2) et (5), coulissant au-dessus du disque (7), montées en opposition avec ancrage de part et d'autre du disque (7), l'une fixée sur l'étrier (1) et l'autre sur la chape (10), et permet d'éviter tous ces inconvénients. Par dissymétrie d'architecture, recourant au mode vibratoire antagoniste, il neutralise au freinage les bruits émis par l'une des colonnettes (2) ou (5), annulant dans un large spectre les phénomènes d'harmoniques ou de résonance par émission de contre-bruits de mêmes fréquences mais opposés en phase. L'interposition de manchons caoutchouc (3) et (6) - cf. figure 2 - amortissant les sollicitations en battement des colonnettes amplifie l'effet recherché par filtration des bruits entre chape et étrier. Les ancrages étant placés en diagonale au-dessus du disque, selon un axe (a2a.), avec évidement au centre (A) de la voûte de l'étrier (1), les phénomènes de mode propre seront par construction écartés. Les flexibilités inverses et conjuguées du montage en opposition des colonnettes (2) et (5) permettent d'avoir des déplacements parallèles de l'étrier (1) lors du freinage. Ainsi au freinage - selon figure 5 - il est constaté que les couples et de rappel des colonnettes (2) et (5) s'opposent et s'annulent sensiblement au centre de la voûte de l'étrier (1) avec pour effet principal de ne point provoquer la moindre sollicitation en rotation de l'étrier (1), rotation participant à l'origine des biais sur les patins (8) et (8') comme dans le cas des freins traditionnels. Dans cette conception particulière les moments de flexion inverses et se neutralisant mutuellement les colonnettes ne travaillent plus qu'en cisaillement simple, sans arc-boutement puisque le déplacement de l'étrier est toujours parallèle à l'axe de poussée du piston (9), ce qui permet de réduire la longueur et le diamètre de ces colonnettes sans porter préjudice à la résistance et à la performance globales du frein. Cette conception permet enfin d'encaisser le couple de freinage avec une répartition en équipression sur toute la longueur de la colonnette permettant d'utiliser valablement des manchons amortissant sans risque de dépasser les contraintes admissibles et de provoquer des phénomènes d'extrusion, et ceci bien que des coulissements métal sur métal avec capuchon de protection puissent être utilisés dans le cas des colonnettes inversées. Comparé aux systèmes connus avec deux colonnettes fixées d'un même côté du disque et générant des biais en friction, le cas de deux colonnettes (2) et (5) antagonistes et de même flexibilité simultanée (isoflexibilité) conduit à considérer sous couple une déformation théorique en "S" fonction de la flexibilité réelle de celles-ci - cf. figure 1 -. Cette déformation en "S" limite le coulissement des colonnettes (2) et (5) et donc les bruits, par autocentrage de l'étrier (1) sur le disque (7) et bandage des colonnettes dans leur alésage par les chasses (Pl ) et (P2 ) avec pour avantage la stabilisation du frein au freinage. Au lâcher du freinage cette même déformation en "S" aide au recul des patins (8) et (8'). Il est possible avec une telle architecture d'avoir des colonnettes (2) et (5) de plus faible diamètre tout en ayant une bonne raideur et un bon coulissement en fin d'usure des patins grâce à la caractéristique d'isoflexibilité du système et à son peu de sensibilité en NVH, critère bruits et vibrations. Selon cette conception les colonnettes seront coulissantes au-dessus du disque, de préférence dans des manchons (3) et (6) amortissants graissés et/ou autolubrifiants, avec racleur antipoussière en extrémité - cf. figure 2 - . Elles seront en acier inoxydable ou protégées contre la corrosion, avec empreinte de vissage/dévissage. L'ouverture de l'étrier (1) pour changement des patins (8) et (W) se fera par dépose de l'une des colonnettes, cette colonnette pouvant pour raison de sécurité après montage être verrouillée par une épingle (4) traversant de part en part l'extrémité de son filetage ou par tout autre moyen provoquant le même résultat tel un contre-écrou. La colonnette (2) fixée sur l'étrier (1) coulisse dans le manchon (3), autolubrifiant ou graissé, solidaire d'un alésage de la chape (10); l'autre colonnette (5) est fixée dans le bras de la chape (10) et coulisse dans le manchon (6) monté serré dans un alésage de l'étrier (1) et de même nature que le manchon (3). Selon une autre conception c'est la colonnette intérieure qui sera démontable pour le changement des patins (8) et (8% dans ce cas l'alésage de la chape contenant le manchon (3) et la colonnette (2) ne sera pas obligatoirement débouchant côté roue et il n'y aurait plus nécessité du contre-écrou ou de l'épingle (4). Lorsque le piston (9) plaque par effet de la pression hydraulique les patins (8) et (8') contre le disque (7) les mouvements des colonnettes (2) et (5) sont des mouvements de traction inverses, l'une (2) sortant du manchon (3), l'autre (5) sortant du manchon (6). Chaque freinage ayant tendance à générer un couple de pivotement de la roue, il serait avantageux de tenir compte de l'orientation (a2a3 ) de l'axe reliant les deux points d'ancrage pour générer une contre-réaction sur la chape (10) du vecteur poussée des patins (8) et (F) vers le porte-fusée en opposition avec le couple de pivotement précité. Selon une option particulière les colonnettes (2) et (5) pourraient être fixées respectivement sur l'étrier (1) et sur la chape (10) par une vis ou un écrou en bout de colonnette. De même que le coulissement pourrait être protégé par un manchon en élastomère, graissé ou autolubrifiant. Selon une autre variante, les colonnettes (2) et (5) - cf. figure 3 - comporteraient une tête avec empreinte de vissage/dévissage, type vis CHC par exemple; les deux manchons (3') et (6) étant montés serrés sur ces colonnettes, autolubrifiants ou graissés sur leur périphérie extérieure, ils coulisseraient par leur diamètre extérieur avec un jeu légèrement gras d'un côté dans un alésage de la chape, de l'autre côté dans un alésage de l'étrier, les alésages intérieurs des manchons restant évidemment fixes par rapport aux colonnettes afin d'éviter le retroussage du manchon lors du coulissement. Le manchon pourrait être surmoulé sur la colonnette et pourrait comporter sur sa surface extérieure des ondulations facilitant le glissement et le logement de la graisse tout en assurant une étanchéité renforcée à chaque sortie d'ondulation - cf. figure 3'- . Bien évidemment les descriptions qui précèdent ne limitent pas les revendications du système ; d'autres présentations pourraient être effectuées en fonction de l'évolution des technologies utilisées par l'homme de l'art tout en restant dans le cadre de l'invention (un frein à disque avec les deux colonnettes implantées en opposition, tête-bêche, donnant une isoflexibilité autocentrante - cf. figure 1 - par les chasses (Pl ) et (92 ) du système au freinage sous couple peu sensible aux vibrations et avec un couple résultant au centre de la voûte d( l'étrier pratiquement nul au freinage). REVENDICATIONS 1') Frein à disque comprenant un étrier (1), une chape (10) et deux colonnettes (2) et (5) coulissant au-dessus d'un disque (7), caractérisé en ce que les colonnettes (2) et (5) sont montées inversées. 20) Système selon la revendication 1 caractérisé en ce que, fonctionnant en mode tracté au freinage, l'une des colonnettes est fixée sur l'étrier (1), l'autre étant fixée sur la chape (10). 30) Système selon les revendications 1 et 2 caractérisé en ce que la colonnette (2) coulisse dans un manchon (3) monté dans un alésage du bras de chape (10) et la colonnette (5) coulisse dans un autre manchon (6) monté dans un alésage de l'étrier (1). 4') Système selon les revendications 1 et 2 caractérisé en ce que dans le cas où les manchons de coulissement (3') et (6') sont montés serrés sur les colonnettes (2) et (5), ceux-ci coulissent alors avec un ieu légèrement gras d'un 1 - côté dans un alésage de la chape (10), de l'autre dans un alésage de l'étrier (1).