Brevet FR2820793A1 — publié le 20020816

La présente invention concerne un cylindre de frein à disque avec mécanisme de frein de parc et un frein à disque comportant un tel cylindre. On sait que les freins à disques qui sont montés sur les roues arrières des véhicules remplissent les fonctions de freins de roulement, qui est leur destination principale, et de frein de parc ou frein de stationnement. A cet effet, les cylindres des freins comportent un mécanisme intérieur de frein de parc, qui s'actionne par traction d'un câble. Un exemple connu d'un tel mécanisme est celui dans lequel le câble aboutit à un levier qui entraîne un arbre en rotation. Cet arbre est solidaire de l'un de deux plateaux circulaires qui se font face et emprisonnent entre eux des billes de métal logées dans des gorges, pour former une rampe à billes. Lorsque le plateau solidaire de l'arbre, désigné plateau d'entrée, tourne par rapport au deuxième plateau, désigné plateau mobile, les billes roulent dans leurs gorges et remontent sur les bords de celles-ci, en écartant les deux plateaux l'un par rapport à l'autre. Par un empilement de pièces, ce mouvement relatif des deux plateaux entraîne le serrage des mâchoires du frein autour du disque. Ce mécanisme de frein de parc donne satisfaction quant à son fonctionnement. La présente invention vise à proposer une autre structure de mécanisme de frein de parc d'un frein à disque, qui présente les mêmes avantages que le dispositif connu mais comporte moins de pièces, de sorte que son coût de fabrication est plus avantageux. La présente invention a pour objet un cylindre de frein comprenant un piston apte à se déplacer axialement en direction d'un disque et renfermant un mécanisme de frein de parc constitué par : un arbre d'entrée retenu par une butée axiale du cylindre s'opposant au déplacement dudit arbre en direction opposée au disque, ledit arbre étant susceptible d'être entraîné en rotation lors d'une commande du frein de parc et - des moyens pour transformer la rotation de l'arbre d'entrée en une translation du piston, caractérisé en ce que lesdits moyens sont constitués par : une vis couplée en rotation à l'arbre d'entrée, au moins lors de l'actionnement du frein de parc, un écrou immobilisé en rotation, vissé sur la vis par l'intermédiaire d'un pas orienté de manière que la rotation de l'arbre d'entrée lors du freinage éloigne l'écrou de l'arbre d'entrée, de sorte que l'écrou se déplace en direction du disque, l'arbre d'entrée étant retenu par la butée axiale, et en ce que le piston comporte un épaulement constituant une portée d'appui pour l'écrou s'éloignant du plateau d'entrée. Grâce à l'invention, la rampe à billes de l'état de la technique peut être éliminée entre l'arbre d'entrée et la vis, ce qui procure une structure très simple du cylindre selon l'invention. La transformation du mouvement rotatif de l'arbre d'entrée en un mouvement de translation du piston est assurée par le vissage de la vis dans l'écrou, moyennant un choix judicieux du pas du filetage, choix que l'homme du métier pourra effectuer en procédant par approximations successives. Dans un mode de réalisation particulier, le filetage de la vis et le taraudage de l'écrou présentent une section trapézoïdale, ce qui réduit les frictions entre la vis et l'écrou et permet d'améliorer l'efficacité du freinage. Dans un mode de réalisation particulier de l'invention, la vis est rendue solidaire de l'arbre d'entrée par appui d'une portion annulaire torique d'une tête de la vis contre une portée annulaire sphérique de l'arbre d'entrée. Ce type de liaison entre deux pièces coaxiales devant être solidarisées en rotation est déjà connu dans le même domaine d'application. Il permet de répartir le contact entre la vis et l'arbre d'entrée sur un cercle matérialisant la tangente entre la sphère et le tore correspondants. Dans un mode de réalisation particulier, l'immobilisation de l'écrou en rotation est assurée par le piston, qui est lui-même bloqué en rotation par rapport au cylindre, grâce à une encoche du piston dans laquelle pénètre une excroissance de la plaquette de frein montée sur le frein, à l'opposé de l'arbre d'entrée. De manière plus générale, le piston comporte un moyen pour immobiliser l'écrou en rotation et le frein comporte un moyen pour immobiliser le piston en rotation. Dans un mode de réalisation particulier de l'invention, un mécanisme de rampe à billes est logé entre l'arbre d'entrée et la butée axiale du cylindre sur laquelle il prend appui. Une telle rampe à bille est avantageuse dans un frein à étrier flottant, dans lequel le mouvement de la mâchoire qui n'est pas poussée par le piston résulte d'un recul de l'étrier portant cette mâchoire, sous l'effet de la force de réaction du disque sur le piston. Cette force de réaction se transmet du disque au piston, du piston à l'écrou, de l'écrou à la vis, de la vis à l'arbre d'entrée, de l'arbre d'entrée à la rampe à billes, de la rampe à billes au cylindre grâce à la butée axiale, et du cylindre à l'étrier. Grâce à la rampe à bille, le mouvement de recul de l'étrier est accentué car non seulement l'arbre d'entrée recule par rapport au disque, mais en outre sa rotation provoque l'écartement des deux plateaux de la rampe à billes et recule la butée par rapport à l'arbre, de sorte que les mouvements de recul de l'arbre et de la butée se cumulent pour déplacer l'étrier. La présente invention a également pour objet un frein à disque comportant un cylindre tel que décrit ci-dessus. Dans le but de mieux faire comprendre l'invention, on va en décrire maintenant un mode de réalisation donné à titre d'exemple non limitatif de la portée de l'invention, en référence aux dessins annexés qui comprennent : une figure 1 représentant une vue en perspective éclatée des organes internes d'un cylindre de frein à disque selon un mode de réalisation de l'invention, une figure 2 représentant une vue en perspective des mêmes organes rassemblés, une figure 3 représentant une vue en coupe selon 111-111 de la figure 2, le boîtier du cylindre en plus. Le cylindre de frein représenté sur le dessin comprend un boîtier 1 de forme sensiblement cylindrique à l'intérieur duquel sont agencés les organes suivants : un piston 2 pour pousser une plaquette de frein (non représentée) vers le disque du frein (non représenté), c'est-à-dire vers la gauche par rapport au dessin, un écrou 3 apte à prendre appui sur une portée 4 du piston pour exercer sur ce dernier une force axiale visant à le déplacer vers le disque de frein, une vis 5 sur laquelle l'écrou 3 est vissé et qui est apte à transmettre audit écrou une force axiale visant à le déplacer en direction du piston 2, un mécanisme de rampe à billes 6 comprenant un plateau 7 mobile par rotation et par translation dans la direction axiale du cylindre de frein, ce plateau mobile étant apte à exercer sur la vis 5 une force axiale dirigée vers le piston, et un plateau 8 fixe par rapport au cylindre, des billes 9 étant intercalées entre les deux plateaux dans des gorges 10 prévues à cet effet, - un arbre d'entrée 11 solidaire du plateau mobile 7 et faisant saillie hors du boîtier cylindrique 1, à l'opposé du piston. Un bras pivotant 12 est monté sur la partie de l'arbre d'entrée 11 dépassant du boîtier 1. Ces différents organes vont maintenant être détaillés. Le piston 2 présente une forme générale cylindrique. A son extrémité (gauche par rapport au dessin) dirigée vers la plaquette de frein, il présente une face d'appui 13 pourvue d'une forme anti-rotation 14 qui lui permet de se solidariser en rotation à ladite plaquette. A l'opposé de cette face d'appui 13 et à l'intérieur d'une jupe cylindrique 15 s'étendant en direction opposée à la plaquette de frein, un épaulement annulaire 4 sert de portée d'appui à l'écrou 3 qui s'engage dans le piston 2. L'écrou 3 comporte une tête cylindrique 16 dont le diamètre externe est légèrement inférieur au diamètre interne de la jupe 15 du piston. Cette tête 16 prend appui contre l'épaulement annulaire 4 du piston et comporte une fente transversale 17 qui assure l'accouplement en rotation de l'écrou avec le piston. Un ressort hélicoïdal 18, maintenu par un circlip 19 logé à l'intérieur de la jupe 15 du piston, maintint la tête de l'écrou contre l'épaulement annulaire du piston. L'écrou comporte un passage axial 20 taraudé à son extrémité 21 et le piston 2 comporte un dégagement axial 22 à l'intérieur de son épaulement annulaire 4, afin de prolonger le passage axial 20 de l'écrou. La vis 5 est constituée par une tige filetée 23 qui est vissée dans l'écrou 3, une tête cylindrique 24 en forme de plateau et un arbre de centrage 25 prolongeant la tige au-delà de la tête. La tête en forme de plateau 24 présente une face avant 25 plane dirigée vers l'écrou et une face arrière 26, opposée à la face avant, dont l'arête périphérique 27 est torique. Cette arrête torique 27 s'appuie sur un rebord interne sphérique 28 du plateau mobile 7, qui est d'un seul tenant avec l'arbre d'entrée 11. Le centrage de la vis par rapport au plateau mobile est assuré par engagement de l'arbre de centrage 25 de la vis dans un canal axial 29 de l'arbre d'entrée 11. La tête 24 de la vis est maintenue en pression, par un moyen décrit plus loin, contre le plateau mobile 7, de sorte que le contact entre son arête torique 27 et le rebord sphérique 28 du plateau mobile assure un couplage en rotation de la vis et du plateau mobile, tant que la pression est maintenue entre ces derniers. Le plateau fixe 8 est constitué par la base annulaire d'une cloche 30 qui enferme le mécanisme de rampe à bille 6 et s'étend en direction du piston au-delà de la tête de la vis, où une rondelle élastique 31, retenue par un bord rentrant 32 de la cloche, assure le maintien en pression de la tête de la vis contre le plateau mobile, par l'intermédiaire d'un roulement à billes 33 dont la fonction est d'éviter que la vis ne soit empêchée de tourner par friction avec la rondelle élastique. La base annulaire 8 de la cloche est immobilisée en rotation dans le boîtier cylindrique par un ergot 34 pénétrant dans la paroi interne 35 d'extrémité dudit boîtier, laquelle constitue une butée axiale pour le mécanisme de rampe à billes 6 et donc, indirectement, pour l'arbre d'entrée 11. L'arbre d'entrée 11 supporte un joint anti-poussière 36 et, à son extrémité dépassant du boîtier, le bras pivotant 12 qui est destiné à être relié, par exemple par l'intermédiaire d'un câble, à un levier ou une pédale de frein à main. Le fonctionnement du cylindre de frein va maintenant être décrit, tout d'abord en cas d'actionnement du frein de parking. Lorsque l'utilisateur actionne le frein de parking, il tire sur le câble (non représenté) et fait tourner le bras pivotant 12 relié à ce câble. L'arbre d'entrée 11 tourne alors autour de son axe. La rondelle élastique 31, maintenue par la cloche, assure la mise en pression de la tête 24 de la vis contre le plateau mobile 7 solidaire de l'arbre d'entrée, de sorte que la rotation de ce dernier entraîne la rotation de la vis 5. L'écrou 3 étant par ailleurs solidaire en rotation du piston 2, qui est lui-même empêché de tourner par la plaquette de frein, la rotation de la vis 5 provoque le dévissage de l'écrou et donc l'éloignement de ce dernier de la tête de la vis. En d'autres termes, l'écrou est déplacé vers le disque de frein, c'est-à-dire vers la gauche par rapport au dessin, et exerce sur le piston une force dirigée vers la plaquette de frein, ce qui assure le freinage. Il convient de noter que le pas du taraudage 21 de l'écrou 3 et du filetage de la vis 5 est orienté de manière que la rotation de l'arbre d'entrée provoquée par la traction du câble relié au bras pivotant 12 entraîne bien le dévissage de l'écrou 3. Dans le mode de réalisation particulier représenté sur le dessin, l'action précédemment décrite de la vis se combine à l'action du mécanisme de rampe à billes 6 situé en amont de la vis. Ce mécanisme de rampe à billes fonctionne de manière traditionnelle en écartant le plateau mobile du plateau fixe. Eu égard aux translations axiales qui se produisent lors du freinage, le point fixe du système est fourni par le disque de frein. Par conséquent, une fois que le piston 2 a atteint sa position de butée contre la plaquette de frein, elle-même en appui contre le disque, l'écrou 3 et la vis 5 sont immobilisés, ainsi que le plateau mobile 7. L'écartement produit dans le mécanisme de rampe à billes provoque donc le déplacement du plateau fixe 8 vers la droite, et le plateau fixe entraîne avec lui le boîtier cylindrique 1 et l'étrier (non représenté) du frein, ce qui provoque le déplacement vers la droite de la plaquette de frein située de l'autre côté du disque. Cette autre plaquette est donc serrée contre le disque. Il convient néanmoins de souligner que l'invention n'est pas limitée à la combinaison du système vis/écrou d'une part, et d'un mécanisme de rampe à billes, d'autre part, et qu'un cylindre de frein qui ne comporterait pas un tel mécanisme de rampe à billes se trouverait dans le cadre de la présente invention. On va maintenant décrire le fonctionnement du frein de parking en cas d'action de l'utilisateur sur la pédale de frein, lors du roulage. Dans cette hypothèse, un fluide hydraulique pénètre dans le boîtier cylindrique 1 et se répand dans toute sa cavité intérieure. A l'exception du piston 2 qui subit une force axiale résultante dirigée vers le disque de frein, tous les organes présents dans le boîtier cylindrique et susceptibles de se déplacer dans la direction axiale ne subissent, du fait de la pression élevée du fluide hydraulique, aucune force résultante ayant une composante axiale. Le déplacement du piston 2 vers la gauche entraîne celui de l'écrou 3 qui est maintenu contre le piston par le ressort hélicoïdal 18. Par l'intermédiaire du taraudage 21, l'écrou exerce à son tour une traction sur la vis 5, dont la tête 24 se décolle légèrement du plateau mobile, par compression de la rondelle élastique 31. Plus précisément, l'arête torique 27 de la tête de vis se décolle du rebord sphérique 28 du plateau mobile et la vis devient libre de pivoter par rapport au plateau mobile. De ce fait, l'écrou 3 se dévisse de la vis et ce dévissage assure un rattrapage de jeu, dû notamment à l'usure des plaquettes de frein. On constate que le cylindre de frein décrit ci-dessus remplit parfaitement les fonctions usuelles d'un cylindre de frein à mécanisme de frein de parking conventionnel. En outre, il comporte un nombre réduit de pièces, ce qui constitue un de ses principaux avantages. Bien entendu, l'invention n'est pas limitée à l'exemple décrit ci-dessus, lequel pourrait subir différentes modifications sans sortir du cadre défini par les revendications. REVENDICATIONS 1. Cylindre de frein à disque comprenant un piston (2) apte à se déplacer axialement en direction d'un disque et renfermant un mécanisme de frein de parc constitué par : un arbre d'entrée (11) retenu par une butée axiale (35) du cylindre s'opposant au déplacement dudit arbre par rapport au cylindre, en direction opposée au disque, ledit arbre étant susceptible d'être entraîné en rotation lors d'une commande du frein de parc et des moyens pour transformer la rotation de l'arbre d'entrée en une translation du piston, caractérisé en çe que lesdits moyens sont constitués par : une vis (5) couplée en rotation à l'arbre d'entrée (11) au moins lors de l'actionnement du frein de parc, un écrou (3) immobilisé en rotation, vissé sur la vis (5) par l'intermédiaire d'un pas orienté de manière que la rotation de l'arbre d'entrée (11) lors du freinage éloigne l'écrou de l'arbre d'entrée, de sorte que l'écrou se déplace en direction du disque, l'arbre d'entrée étant retenu par la butée axiale, et en ce que le piston (2) comporte un épaulement (4) constituant une portée d'appui pour l'écrou (3) s'éloignant du plateau d'entrée. 2. Cylindre selon la revendication 1, caractérisé en ce que le filetage de la vis (5) et le taraudage de l'écrou (3) présentent une section trapézoïdale. 3. Cylindre selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que la vis (5) est rendue solidaire de l'arbre d'entrée (11) par appui d'une portion annulaire torique (27) d'une tête de la vis contre une portée annulaire sphérique (28) de l'arbre d'entrée. 4. Cylindre selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce qu'il comporte un mécanisme de rampe à billes (6) entre l'arbre d'entrée (11) et la butée axiale (35). 5. Frein à disque, caractérisé en ce qu'il comporte un cylindre selon l'une quelconque des revendications 1 à 4.