Brevet FR2833668A1 — publié le 20030620

La présente invention concerne d'une manière générale les freins à disque pour usage industriel. De tels freins comportent généralement deux patins destinés à coopérer avec les faces latérales d'un disque sous l'action de moyens de manoeuvre. Les patins comprenant une garniture de friction, celle-ci est amenée à s'user et les débris d'usure sont générateurs de bruit lorsqu'ils ne sont pas complètement évacués, et ce d'autant plus que le jeu disque-garnitures est faible, hors freinage, voir nul comme c'est le cas dans les freins à disque destinés par exemple au contrôle de giration des nacelles d'éoliennes, le frein n'étant jamais desserré complètement dans une telle application. La présente invention a pour but d'éviter ces inconvénients. Selon l'invention, un frein à disque pour usage industriel comporte au moins deux patins destinés à coopérer avec les faces latérales d'un disque sous l'action de moyens de manoeuvre, et est caractérisé par le fait que chaque patin est de forme circulaire et guidé en sorte de pouvoir tourner autour de son axe. Avantageusement, deux patins au moins sont prévus d'un même côté du disque, chaque patin étant adapté à coopérer, en freinage, avec une butée transversale. De préférence, chaque patin comprend une plaquette supportant une garniture de friction, et c'est la plaquette qui est de forme circulaire et guidée à rotation. Avantageusement, les moyens de manoeuvre sont du type hydraulique et comprennent des pistons montés coulissant dans des alésages cylindriques ; il y a autant de pistons, et donc d'alésages cylindriques, que de patins ; les alésages cylindriques définissent avec les pistons des chambres hydrauliques destinées à recevoir un fluide hydraulique mis en pression pour le freinage du disque. Avantageusement, les patins sont reçus dans des portées cylindriques, dont le diamètre est égal, au jeu de montage près, à celui des patins, lesdites portées cylindriques constituant des moyens de guidage à rotation desdits patins et les butées transversales de freinage. De préférence, les alésages cylindriques sont prolongés au delà des pistons par les portées cylindriques, de diamètre égal ou supérieur à celui des pistons, recevant les plaquettes, lorsque chaque patin comprend une plaquette supportant une garniture de friction, les portées cylindriques ayant un diamètre égal, au jeu de montage près, à celui des plaquettes, et constituant les moyens de guidage à rotation desdites plaquettes et les butées transversales de freinage. Avantageusement, les alésages cylindriques et les portées cylindriques ont un axe commun. De préférence, la face de frottement des patins est munie de rainures réparties circonférentiellement en étant tangentes à un cercle de faible rayon et débouchant à leur périphérie. Avantageusement, les plans des faces de frottement des patins sont inclinées par rapport aux faces de frottement du disque, les faces de frottement des patins étant plus éloignées des faces de frottement du disque à la périphérie de celui-ci que vers le centre de celui-ci. En variante, les faces de frottement du disque sont en biseau ; le disque est moins épais à sa périphérie que vers son centre. Avantageusement, les alésages cylindriques sont ménagés dans un étrier chevauchant le disque. De préférence, l'étrier est fixe par rapport à un support fixe. En variante, l'étrier est monté coulissant, parallèlement au plan du disque, sur un support fixe par l'intermédiaire de glissières. De préférence, des moyens d'immobilisation, par exemple une clavette, immobilisent l'étrier par rapport au support après réglage de sa position. Avantageusement, les patins sont en deux pièces entre lesquelles est disposée une matière élastique qui les assemble. De préférence, la matière élastique est adaptée à coopérer radialement avec la portée cylindrique dans laquelle elle est logée lorsqu'une forte pression de freinage est appliquée aux patins. Pour mieux faire comprendre l'objet de l'invention, on va en décrire maintenant, à titre d'exemple, purement illustratif et non limitatif, des modes de réalisation représentés sur les dessins annexés. Sur ces dessins : - la figure 1 est une vue en coupe partielle d'un frein à disque selon l'invention ; - la figure 2 est une vue en perspective d'un patin de freinage ; - la figure 3 est un schéma montrant une variante de frein à disque selon l'invention ; - la figure 4 est une vue analogue à la figure 3 et représente une autre variante ; - la figure 5 est une vue en perspective partielle d'un frein à disque selon l'invention montrant un montage coulissant de l'étrier ; - la figure 6 est une vue en coupe partielle d'une variante de patin de freinage selon l'invention ; - la figure 7 est une vue analogue à la figure 6 montrant ledit patin sous forte charge. En se reportant à la figure 1, on voit un frein à disque partiellement représenté en coupe ; un frein à disque étant bien connu en lui-même, il suffit d'indiquer qu'un disque 10 à freiner reçoit de part et d'autre des patins de freinage 11,12, 13 et 14 destinés à être appliqués, pour son freinage, sur ses deux faces latérales, par des moyens de manoeuvre actionnables à volonté. Ici, ces moyens de manoeuvre sont du type hydraulique et comprennent des pistons 21,22, 23 et 24 montés coulissant dans des alésages cylindriques 31,32, 33, et 34 ; les alésages cylindriques 31,32, 33 et 34, dans lesquels les pistons 21,22, 23 et 24 coulissent à étanchéité, les joints d'étanchéité n'ayant pas été représentés sur cette figure, définissent avec lesdits pistons 21,22, 23 et 24 des chambres hydrauliques 41,42, 43 et 44 destinées à recevoir un fluide hydraulique mis en pression pour le freinage du disque 10. Les alésages cylindriques 31,32, 33 et 34 sont prolongés par des portées cylindriques 51,52, 53 et 54 recevant les patins de freinage 11,12, 13 et 14 prévus de forme circulaire ; le diamètre interne des portées cylindriques 51,52, 53 et 54 est égal, au jeu de montage près, au diamètre externe des patins de freinage 11,12, 13 et 14. ici, les portées cylindriques 51,52, 53 et 54 sont d'un diamètre supérieur à celui des alésages 31,32, 33 et 34. Ainsi, les portées cylindriques 51,52, 53 et 54 guident à rotation les patins de freinage 11,12, 13 et 14. Comme on le comprend aisément, la mise en rotation desdits patins de freinage est réalisée par la différence des vitesses des points des patins qui sont, d'une part, le plus éloignés de l'axe de rotation du disque 10, et d'autre part, le moins éloignés dudit axe. Il est également possible de favoriser cette mise en rotation. Selon la figure 2, des rainures 115 sont creusées dans la face de frottement d'un patin 111 ; ces rainures 115, ici au nombre de trois, sont réparties circonférentiellement en étant tangentes à un cercle de faible rayon centré sur l'axe du patin 111 ; les rainures 115 débouchent à la périphérie de celui-ci ; on peut dire que les rainures 115 ne s'étendent pas radialement mais presque ; ces rainures 115 créent une composante tangentielle qui fait tourner le patin 111 ; par ailleurs, toute la surface du disque au droit du patin 111 est balayée et les poussières et débris sont évacués via les rainures 115. Selon la figure 3, la rotation des patins est favorisée par inclinaison de l'axe des pistons et patins par rapport à l'axe du disque 10 à freiner ; plus précisément, les plans des faces de frottement des garnitures de friction sont inclinées par rapport aux faces de frottement du disque 10, cette inclinaison étant telle que les faces de frottement des garnitures de friction sont plus éloignées des faces de frottement du disque 10 à la périphérie de celui-ci que vers le centre de celui-ci ; ainsi, la pression d'application des patins sur le disque 10 est plus forte dans leur partie proche de l'axe du disque 10 et il résulte une composante tangentielle plus grande qu'à la périphérie, provoquant leur rotation. Un effet analogue est obtenu en inversant les structures : sur la figure 4, l'axe du disque à freiner 110 et les axes des pistons et patins sont parallèles mais les faces de frottement du disque 110 sont en biseau, le disque 110 étant plus épais à sa périphérie que vers son centre ; bien entendu, l'inverse est possible, le disque étant alors moins épais à sa périphérie que vers son centre. Sur la figure 1, on voit que deux patins, 11-13 d'une part, et 12-14 d'autre part, sont prévus de chaque côté du disque 10 ; grâce à cette disposition, les efforts sont mieux répartis, chaque patin appliquant l'effort de retenue sur la portée cylindrique qui lui est associée. Selon cette même figure, on voit que les patins et les pistons sont portés par des étriers ; dans la forme décrite et représentée, les patins 11,12 et leurs pistons associés 21,22 sont portés par un étrier 61 dans lequel sont creusés les alésages cylindriques 31,32 et les portées cylindriques 51,52 ; de la même façon, les patins 13,14 et leurs pistons associés 23,24 sont portés par un étrier 62 dans lequel sont creusés les alésages cylindriques 33,34 et les portées cylindriques 53,54. Bien entendu, les étriers 61,62 pourraient être faits d'une seule pièce et constituer un étrier monobloc ; des étriers individuels tels que les étriers 61,62 facilitent l'implantation du frein à disque et permet diverses combinaisons en fonction du couple de freinage nécessaire. Les étriers 61,62 peuvent être fixes. Pour faciliter leur mise en place, on préfère qu'ils soient mobiles. Ainsi, la figure 5 montre un étrier 161 monté coulissant sur un support 10 fixe ; l'étrier 161 devant chevaucher le disque, il est monté coulissant parallèlement au plan du disque, c'est-à-dire globalement radialement. Ici, le montage coulissant est réalisé par l'intermédiaire d'une queue d'aronde 101 ménagée sur le support 100 et coopérant avec un logement 102 de forme complémentaire prévue dans l'étrier 161 ; bien entendu, après réglage en position de l'étrier 161 par rapport au disque à freiner, l'étrier 161 est immobilisé par rapport au support 100. ici, cette immobilisation est obtenue en insérant une clavette 103 entre la queue d'aronde 101 et le logement 102. Comme on le voit, le frein à disque selon l'invention est simple, robuste, fiable, et d'encombrement réduit. Par ailleurs, l'évacuation des débris d'usure est optimale, la mise en place sur site est facile, ainsi que son montage et démontage. L'invention prévoit également d'empêcher les patins de se déplacer radialement dans leur logement lorsque la pression de freinage dépasse une certaine valeur. Sur la figure 6, un seul patin 112 est représenté, d'un côté du disque à freiner, ainsi que son piston associé et sa portée cylindrique 152 avec laquelle le patin 112 est amené à coopérer en freinage. Ici, le patin 112 est en deux pièces 112A, 112B entre lesquelles est disposée une couche 112C en matière élastique, qui s'étend bien entendu parallèlement au plan du disque à freiner, et qui assemble axialement les deux pièces 112A, 112B. A l'état de repos ou lorsqu'une faible pression de freinage est appliquée au patin 112, la matière élastique 112C ne déborde pas latéralement par rapport au patin 112 en sorte qu'elle est à distance de la paroi de la portée cylindrique 152, figure 6 ; lorsqu'une forte pression de freinage est appliquée au patin 112, la matière élastique 112C, fortement comprimée, déborde jusqu'à toucher la portée cylindrique 152, empêchant alors le patin 112 de se déplacer radialement, figure 7, dans la portée cylindrique 152, voir de battre dans son logement ; une telle disposition protège de l'usure (fretting corrosion) les organes mécaniques, tels que engrenages et transmission liés mécaniquement au disque. La pièce 112A est choisie parmi les garnitures à coefficient de frottement élevé ; la pièce 112B peut être une garniture à faible coefficient de frottement ou un support métallique. REVENDICATIONS 1. Frein à disque pour usage industriel comportant au moins deux patins (11-111,12-112, 13,14) destinés à coopérer avec les faces latérales d'un disque (10,110) sous l'action de moyens de manoeuvre, caractérisé par le fait que chaque patin (11-111,12-112, 13,14) est de forme circulaire et guidé en sorte de pouvoir tourner autour de son axe. 2. Frein à disque selon la revendication 1, caractérisé par le fait que deux patins (11-111,12-112, 13,14) au moins sont prévus d'un même côté du disque (10,110), chaque patin étant adapté à coopérer, en freinage, avec une butée transversale (51,52-152, 53,54). 3. Frein à disque selon l'une des revendications 10u 2, caractérisé par le fait que chaque patin (11-111,12-112, 13,14) comprend une plaquette supportant une garniture de friction, et c'est la plaquette qui est de forme circulaire et guidée à rotation. 4. Frein à disque selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé par le fait que les moyens de manoeuvre sont du type hydraulique et comprennent des pistons (21,22, 23,24) montés coulissant dans des alésages cylindriques (31,32, 33, 34). 5. Frein à disque selon la revendication 4, caractérisé par le fait qu'il y a autant de pistons (21,22, 23,24), et donc d'alésages cylindriques (31,32, 33,34), que de patins (11-111,12-112, 13,14). 6. Frein à disque selon la revendication 5, caractérisé par le fait que les alésages cylindriques (31,32, 33,34) définissent avec les pistons (21,22, 23,24) des chambres hydrauliques (41,42, 43,44) destinées à recevoir un fluide hydraulique mis en pression pour le freinage du disque (10,110). 7. Frein à disque selon l'une des revendications 2 à 6, caractérisé par le fait que les patins (11-111,12-112, 13,14) sont reçus dans des portées cylindriques (51,52, 53,54), dont le diamètre est égal, au jeu de montage près, à celui des patins, lesdites portées cylindriques (51,52, 53,54) constituant des moyens de guidage à rotation desdits patins et les butées transversales de freinage. 8. Frein à disque selon les revendications 2,4 et 7 prises conjointement, caractérisé par le fait que les alésages cylindriques (31,32, 33,34) sont prolongés au delà des pistons (21,22, 23,24) par les portées cylindriques (51,52, 53,54), de diamètre égal ou supérieur à celui des pistons (21,22, 23,24) recevant les plaquettes, leur diamètre étant égal, au jeu de montage près, à celui des plaquettes, lesdites portées cylindriques (51,52, 53,54) constituant les moyens de guidage à rotation desdites plaquettes et les butées transversales de freinage. 9. Frein à disque selon la revendication 8, caractérisé par le fait que les alésages cylindriques (31,32, 33,34) et les portées cylindriques (51,52, 53,54) ont un axe commun. 10. Frein à disque selon l'une des revendications 1 à 8, caractérisé par le fait que la face de frottement des patins (111) est munie de rainures (115) réparties circonférentiellement en étant tangentes à un cercle de faible rayon et débouchant à leur périphérie. 11. Frein à disque selon l'une des revendications 1 à 9, caractérisé par le fait que les plans des faces de frottement des patins (11,12, 13,14) sont inclinées par rapport aux faces de frottement du disque (10), les faces de frottement des patins (11,12, 13,14) étant plus éloignées des faces de frottement du disque (10) à la périphérie de celui-ci que vers le centre de celui-ci. 12. Frein à disque selon l'une des revendications 1 à 9, caractérisé par le fait que les faces de frottement du disque (110) sont en biseau. 13. Frein à disque selon la revendication 12, caractérisé par le fait que le disque (110) est moins épais à sa périphérie que vers son centre. 14. Frein à disque selon l'une des revendications 4 à 13, caractérisé par le fait que les alésages cylindriques (31,32, 33,34) sont ménagés dans un étrier (61,62, 161) chevauchant le disque (10). 15. Frein à disque selon la revendication 14, caractérisé par le fait que l'étrier (61,62) est fixe par rapport à un support fixe. 16. Frein à disque selon la revendication 14, caractérisé par le fait que l'étrier (161) est monté coulissant, parallèlement au plan du disque, sur un support fixe (100) par l'intermédiaire de glissières (101-102). 17. Frein à disque selon la revendication 16, caractérisé par le fait que des moyens d'immobilisation, par exemple une clavette (103), immobilisent l'étrier (161) par rapport au support (100) après réglage de sa position. 18. Frein à disque selon l'une des revendications 1 à 17, caractérisé par le fait que les patins (112) sont en deux pièces (112A, 1128) entre lesquelles est déposée une matière élastique (112C) qui les assemble. 19. Frein à disque selon les revendications 7 et 18 prises conjointement, caractérisé par le fait que la matière élastique (112C) est adaptée à coopérer radialement avec la portée cylindrique (152) dans laquelle elle est logée lorsqu'une forte pression de freinage est appliquée aux patins (112).