Brevet FR2859512A1 — publié le 20050311

La présente invention concerne des systèmes de freinage, et plus particulièrement des systèmes de freinage dynamiques. En particulier, la présente invention concerne des systèmes de freinage qui utilisent l'engagement d'un plateau de frein contre un disque de frein, afin de freiner un arbre de rotation. Les systèmes de freinage traditionnels comprennent généralement un disque de frein qui tourne, entraîné par un arbre de rotation et un plateau de frein qui vient s'accoupler au disque de frein pour freiner le disque et ainsi ralentir et arrêter le mouvement de l'arbre. L'arbre de rotation peut être l'axe d'un véhicule, un composant d'une charnière de porte motorisée, ou tout autre arbre de rotation nécessitant un freinage. Le plateau de frein freine le disque de frein, soit par friction entre une face du plateau de frein et une face du disque de frein, soit par engrènement mécanique positif des dents du plateau de frein et des dents correspondantes du disque de frein. Les systèmes de freinage traditionnels qui s'appuient sur la friction peuvent se révéler non fiables dans des environnements présentant des vibrations importantes, dans lesquels le ressort ou tout autre mécanisme assurant la force normale entre le disque de frein et le plateau de frein se relâche du fait des conditions vibratoires et diminue la force de friction. Les systèmes de freinage traditionnels qui utilisent l'engagement mécanique positif des dents sur le disque de frein et sur le plateau de frein peuvent subir des dommages importants dans des environnements soumis à une grande vitesse et à des vibrations importantes. Les dents du disque de frein ou du plateau de frein ou bien des deux, peuvent se casser dans de tels environnements. Un système de freinage qui fournit et maintient une force de freinage suffisante dans un environnement soumis à une vitesse relativement importante et à de fortes vibrations sera bien accueilli par les utilisateurs des systèmes de freinage de ce type. Conformément à la présente invention, nous présentons un système de freinage utilisé pour freiner un arbre monté de façon à pouvoir tourner, comprenant un disque de frein, un plateau de frein et un ressort. Le disque de frein est couplé à l'arbre pour pouvoir tourner avec celui-ci et comprend une face de disque comportant plusieurs paliers de disque positionnés sur la circonférence du disque. Chaque palier 2859512 2 de disque comporte une rampe de disque se prolongeant entre la surface du disque et la face supérieure du palier de disque. Le plateau de frein est relativement stationnaire; ainsi, le disque de frein tourne par rapport à lui. Le plateau de frein comporte une face de freinage positionnée parallèlement et adjacente à la surface du disque et comprend plusieurs paliers de plateau qui correspondent au nombre de plateaux de disque. Chaque palier de plateau comprend une rampe de plateau se prolongeant entre la surface du plateau et la face supérieure du palier de plateau. Les rampes de plateau sont disposées angulairement par rapport à la surface du plateau, selon le même angle que les rampes de disque par rapport à la surface du disque. Des encoches définies entre les paliers de plateaux consécutifs sont dimensionnées pour correspondre aux paliers du disque, afin que les paliers du disque correspondent avec les encoches. Un ressort maintient la surface du disque contre la surface du plateau. D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention deviendront évidents pour les spécialistes dans ce domaine, lors de l'étude de la description détaillée ci-après, qui fournit un exemple de la meilleure façon de mettre en oeuvre l'invention telle qu'elle est actuellement perçue. Description sommaire des schémas La description détaillée fait, tout particulièrement, référence aux figures ci-jointes dans lesquelles: La Fig. 1 est une vue en coupe du système de freinage conformément à la présente invention, comprenant un disque de frein et un plateau de frein; La Fig. 2 est une vue en perspective du disque de frein de la Fig. 1; et La Fig. 3 est une vue en perspective du plateau de frein de la Fig. 1. Si l'on se réfère à la Fig. 1, un système de freinage 10 conforme à la présente invention comporte un disque de frein 12, qui vient s'engager sur un plateau de frein 14. Le disque de frein 12 est couplé à une clavette 17 elle-même couplée à l'arbre 16. L'arbre 16 est monté dans un ensemble douille 54 et palier 56 pour permettre sa rotation par rapport à un élément de base 18 qui est relativement stationnaire à l'intérieur du système 10. Par relativement stationnaire on sous-entend que 2859512 3 l'élément de base 18 ne tourne pas (comme expliqué ci-dessous il bouge légèrement dans le sens transversal) par rapport à la majorité des pièces du système 10 ou du dispositif global qui utilise le système de freinage 10. D'un autre côté, l'arbre 16 tourne par rapport à la majorité des pièces du système 10 et du dispositif global. Monté pour la rotation, l'arbre 16 pourrait se comporter comme de nombreux autres éléments, y compris la porte d'un aéronef ou l'axe d'un véhicule, comme un avion, etc... qui engendrent un environnement soumis à une vitesse élevée et à des vibrations importantes. Le plateau de frein 14 est monté sur l'élément de base 18. Ainsi, lorsque l'arbre 16 (conjointement à la clavette 17) tourne, le disque de frein 12 tourne par rapport au plateau de frein 14. Une série de ressorts 20 maintient le plateau de frein 14 contre le disque de frein 12 afin d'appliquer une force normale entre les deux, permettant d'engager le plateau de frein 14 avec le disque de frein 12 et de freiner l'arbre 16. Les caractéristiques de l'engagement du plateau de frein 14 et du disque de frein 12 seront discutées ultérieurement. Certains ressorts 20 comprennent des vis de réglage 48 qui peuvent être utilisées pour régler l'intensité de la force appliquée sur l'élément de base 18 par les ressorts 20. Le système de freinage 10 étant positionné comme illustré dans la Fig. 1, le système 10 fournit une force de freinage sur l'arbre 16. Pour libérer la force de freinage, la puissance est appliquée par l'intermédiaire de câbles 50 à une bobine 52. Lorsque la puissance est appliquée à la bobine 52, un champ magnétique est créé, qui attire l'élément de base 18 vers la bobine 52 avec suffisamment de force pour surmonter la force des ressorts 20. L'élément de base 18 est conçu et construit en métal afin de pouvoir répondre au champ magnétique créé par la bobine 52. Comme décrit plus haut, le plateau de frein 14 est monté sur l'élément de base 18 et, donc, lorsque la bobine 52 est mise sous tension, le plateau de frein 14 se déplace également vers la bobine 52. Ce déplacement désengage le plateau de frein 14 du disque de frein 12. Si la tension appliquée à la bobine 52 est perdue ou intentionnellement coupée, les ressorts 20 recommencent à agir et forcent le plateau de frein 14 à s'engager avec le disque de frein 12. Ainsi, le système 10 est considéré comme étant à l'épreuve des pannes , du fait que le système 10 freine (c'est-à- dire qu'il engage le plateau de frein 14 pour stopper la rotation de l'arbre 16), en cas de perte de tension. Il sera néanmoins évident, pour les spécialistes dans ce 2859512 4 domaine que, le système 10 pourrait être conçu pour être sûr en cas de défaillance , c'est-à-dire que le système 10 pourrait freiner lorsque la tension est appliquée à la bobine 52. Si l'on se réfère à la Fig. 2, le disque de frein 12 comprend un moyeu de connexion 22 couplé à la clavette 17, elle-même couplée à l'arbre 16. Le disque de frein 12 est généralement circulaire et comprend une surface de disque 24 comportant trois paliers de disque ou dents de disque 26 en saillie. Chaque plateau de disque 26 comprend deux rampes de disque 28 qui permettent la transition entre la surface du disque 24 et la face supérieure 30 du palier du disque 26. Les paliers du disque 26 sont généralement disposés sur la circonférence du disque de frein 12 et sont régulièrement espacés d'environ 120 les uns des autres. Les paliers de frein 26 sont dimensionnés de façon à recouvrir approximativement la moitié de la circonférence totale du disque de frein 12. Entre les paliers de disque consécutifs 26, des entailles de disque 32 sont créées et recouvrent approximativement l'autre moitié de la circonférence du disque de frein 12. Les rampes de disque 28 sont disposées à un angle d'environ 10 par rapport à la surface du disque 24, afin de créer une transition en pente relativement douce entre les encoches du disque 32 et les surfaces supérieures 30 des paliers de disque 26. Si l'on se réfère à la Fig. 3, le plateau de frein 14 comporte une face en forme de plateau 34, comportant une série de paliers ou dents de plateau 36, qui correspondent généralement aux paliers du disque ou aux dents du disque 26, décrits plus haut. Tout comme pour le palier de disque 26, les paliers de plateau 36, qui comportent des rampes de plateau inclinées à environ 10 , se prolongent entre la surface du plateau 34 et la face supérieure 40 du palier du plateau 36. Dans l'application illustrée, les rampes de disque 28 et les rampes de plateau 38 présentent le même angle (c'est-à-dire environ 10 ). Bien que nous préférions incliner les rampes de disque 28 et les rampes de plateau 38 selon le même angle, comme illustré dans les Figures, les rampes 28, 38 pourraient être inclinées selon des angles légèrement différents (par exemple, l'une à 9 et l'autre à 11 ) ou bien avec une différence d'angle plus importante (par exemple, l'une à 5 et l'autre à 20 ). 2859512 5 Dans tous les cas, cependant, les rampes 28 et 38 présenteront des angles faibles (par exemple, entre 5 et 20 ). Là encore, tout comme pour les paliers de disque 26 les paliers de plateau 36 sont espacés d'environ 120 les uns des autres, sur la circonférence du plateau de frein 14. Une série d'encoches de plateau 42 est définie sur la circonférence du plateau de frein 14, entre les paliers de plateau 36, et recouvre environ la moitié de la circonférence du plateau, les paliers de plateau 36 recouvrant approximativement l'autre moitié. Une série de trous chanfreinés 44 traversant le plateau de frein 14 est utilisée pour monter le plateau de frein 14 sur l'élément de base 18 (voir Fig. 1), de sorte que le plateau de freinage 14 soit relativement stationnaire par rapport à l'élément de base 18. La clavette 17 (et, ainsi l'arbre 16 qui y est fixé) et le disque de frein 12 tournent par rapport au plateau de frein 14 et au logement 18. Le moyeu de connexion 22 du disque de frein 12 et l'arbre 16 se prolongent à travers une ouverture centrale 46 pratiquée dans le plateau de frein 14, ce qui permet de placer la surface du disque 24 adjacente à la surface du plateau 34. Ainsi, les surfaces supérieures 30 des paliers de disque 26 concordent avec les encoches de plateau 42 du plateau de disque 14, et les faces supérieures 40 des paliers de plateau 36 correspondent avec les encoches de disque 32 du disque de frein 12. De même, les rampes de disque 28 sont engagées dans les rampes de plateau 38. Lorsque le disque de frein 12 tourne avec l'arbre 16, les paliers de disque 26 montent les rampes de plateau 38 et viennent se placer sur les paliers de plateau 36. Les faces supérieures 30 des paliers de disque 36 glissent ensuite sur les faces supérieures 40 des paliers de plateau 36. Le disque de frein 12 doit surmonter la force de traction des ressorts 20 pour que les paliers de disque 26 remontent le long des rampes de plateau 38 et recouvrent les faces supérieures 40 des paliers de plateau 36. La force de friction engendrée par l'engagement par glissement des faces supérieures 30 des paliers de disque 26 sur les faces supérieures 40 des paliers de plateau 36, et la force engendrée par l'engagement mécanique positif généré entre les rampes de disque 28 et les rampes de plateau 38 lorsque les paliers de disque 26 s'accouplent avec les encoches de plateau 32, fournissent la force de freinage nécessaire pour freiner l'arbre 16 et, par conséquent, par exemple, un véhicule auquel l'arbre 16 est couplé. Une fois que le processus de freinage est 2859512 6 terminé, l'engagement mécanique positif des rampes du disque 28 et des rampes du plateau 38 verrouille l'arbre 16 en position, pour prévenir toute rotation ce celui-ci. A titre d'exemple, le système de freinage 10 de la présente invention pourrait être utilisé pour freiner l'arbre d'articulation d'une grande porte de cargo sur un avion de transport. Le système 10 pourrait être motorisé, pour permettre la libération du plateau de frein 14 du disque de frein 12, afin de permettre la rotation de l'arbre 16 lorsque la porte est fermée. Lorsque la porte se rapproche de sa position fermée, l'alimentation du système 10 serait coupée et les ressorts 20 forceraient l'engagement du plateau de frein 14 avec le disque de frein 12, comme illustré dans la Fig. 1. L'interaction des paliers de plateau 36 contre les paliers de disque 26 provoque le freinage dynamique de l'arbre 16. C'est-à-dire que l'arbre 16 peut continuer à tourner pendant un certain nombre de tours après que le plateau de frein 14 se soit engagé avec le disque de frein 12, mais l'engagement des paliers 26, 36 entraînera le ralentissement de l'arbre 16 puis son arrêt. Une fois que l'arbre 16 a arrêté de tourner, l'engagement positif des paliers du plateau 36 avec les paliers de disque 26 fournit un freinage/verrouillage sûr, empêchant l'arbre 16 de tourner, même dans un environnement à vibrations importantes, comme c'est le cas dans un aéronef. Pour aider à contrer les forces vibratoires agissant sur le système 10, plusieurs bouchons 58 fabriqués dans un matériau élastique comme le caoutchouc, le Mon, etc... sont placés dans le système 10 pour favoriser l'amortissement des vibrations dans le système 10. Même si la force des ressorts 20 varie quelque peu sous l'action des forces créées par l'environnement vibratoire, l'engagement positif des paliers 26, 36 ne permettra pas au disque de frein 12 de tourner par rapport au plateau de frein 14, ce qui, à son tour, signifie que la porte du cargo ne bougera pas de sa position fermée. Ainsi, l'état au repos du système 10, lorsque l'alimentation d'énergie est coupée, assure un état fermé, fiable, pour la porte du cargo. La description ci-dessus de la présente invention a été présentée dans un but d'illustration et de description. En outre, la description ne vise aucunement à limiter l'invention à la forme décrite dans les présentes. Par conséquent, des variations et des modifications comparables aux enseignements décrits ci-dessus, et les qualifications ou les connaissances dans le domaine concerné, se trouvent dans la portée de la présente invention. Les applications décrites dans les présentes ont 2859512 7 pour but d'expliquer les meilleurs modes connus pour appliquer la présente invention et pour permettre à d'autres personnes, ayant des connaissances dans ce domaine, d'utiliser cette invention, selon la présente application ou d'autres applications, et avec les différentes modifications requises par les applications ou utilisations particulières de la présente invention. Il est intentionnellement prévu que les revendications annexes soient considérées comme comprenant d'autres applications, dans les limites autorisées par l'état antérieur de la technique. 8 Revendications 1. Système de freinage (10) pour un arbre monté afin de permettre sa rotation, ledit système de freinage (10) est caractérisé en ce qu'il comprend: un disque de frein (12) couplé à l'arbre pour permettre sa rotation avec celui-ci, le disque comprenant une surface de disque comportant plusieurs paliers de disque placés sur la circonférence du disque, chaque palier de disque comprenant une rampe de disque se prolongeant entre la surface du disque et la face supérieure du palier du disque; un plateau de frein (14) monté de façon à rester relativement stationnaire, le plateau de frein (14) tournant par rapport au disque de frein, ledit plateau de frein (14) comprenant une surface de plateau placée parallèlement et adjacente à la surface du disque, et comportant plusieurs paliers de plateau correspondant au nombre de paliers de disque, chaque palier de plateau comprenant une rampe de plateau se prolongeant entre la surface du plateau et la face supérieure du palier de plateau, les rampes de plateau étant inclinées par rapport à la surface du plateau selon approximativement le même angle que celui des rampes de disque par rapport à la surface du disque, les paliers de plateau définissant des encoches entres les paliers de plateau consécutifs qui sont dimensionnés pour correspondre aux paliers de disque, de sorte que les paliers de disque s'accouplent avec les encoches; et un ressort utilisé pour plaquer la surface du disque contre la surface du plateau. 2. Système de freinage selon la revendication 1, caractérisé en ce que la rampe de disque (28) est inclinée de 10 approximativement par rapport à la surface du disque. 2859512 9 3. Système de freinage selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend trois paliers de disque. 4. Système de freinage selon la revendication 3, caractérisé en ce que la 5 rampe de disque (28) est inclinée de 10 approximativement par rapport à la surface du disque. 5. Système de freinage selon la revendication 4, caractérisé en ce que la rampe de plateau est inclinée de 10 approximativement par rapport à la 10 surface du plateau. 6. Système de freinage selon la revendication 1, caractérisé en ce que la rampe de disque est inclinée selon un angle compris environ entre 5 et 20 . 7. Système de freinage destiné au freinage d'un arbre de rotation, ce système est caractérisé en ce qu'il comprend: un disque de frein mobile entre une position engagée et une position rétractée, le disque comportant une surface de disque dotée de plusieurs paliers de disque placés sur la circonférence du disque, chaque palier de disque comprenant une rampe de disque se prolongeant entre la surface du disque et la face supérieure du palier de disque, les rampes de disque étant inclinées selon un angle compris approximativement entre 5 et 20 ; une bobine alimentée de façon à créer un champ magnétique destiné à déplacer le disque de frein entre sa position engagée et sa position rétractée; un plateau de frein monté sur l'arbre pour permettre sa rotation par rapport au disque de frein, le plateau de frein comprenant une surface de plateau placée parallèlement et adjacente à la surface du disque et comprenant plusieurs paliers de plateau, chaque palier comprenant une rampe de plateau se prolongeant entre la surface du plateau et la face 2859512 10 supérieure du palier de plateau, les rampes de plateau étant inclinées selon un angle d'environ 5 à 20 par rapport à la surface du plateau, les paliers de plateau définissant des encoches entres les paliers de plateau consécutifs, dimensionnées afin de correspondre aux paliers de disque, afin que les paliers de disque concordent avec les encoches; et un ressort utilisé pour plaquer la surface du disque contre la surface du plateau. 8. Système de freinage selon la revendication 7, caractérisé en ce que le nombre de paliers de plateau est égal au nombre de paliers de disque. 9. Système de freinage selon la revendication 8, caractérisé en qu'il comprend trois paliers de plateau et trois paliers de disque. 10. Système de freinage selon la revendication 8 ou 9, caractérisé en ce que les rampes de plateau sont inclinées selon le même angle que les rampes de disque. 11. Système de freinage selon une des revendications 7 à 10, caractérisé en ce que les rampes de plateau et les rampes de disque sont inclinées à approximativement 10 . 12. Méthode de freinage d'un arbre de rotation, caractérisée en qu'elle 25 comprend: la fixation de l'arbre sur un disque de freinage, ledit disque de freinage comportant une surface de disque de laquelle dépassent légèrement des paliers de disque; et la fourniture d'un plateau de frein doté d'une surface de freinage et d'une force de ressort permettant d'engager sélectivement la surface du plateau du plateau de frein avec la surface du disque de frein, la surface du plateau présentant des paliers de plateau en légère saillie, la force du ressort étant 2859512 11 sélectionnée pour permettre aux paliers de disque de glisser sur les paliers du plateau, pendant une étape de freinage dynamique de la méthode et d'éviter le glissement des paliers du disque sur les paliers du plateau, pendant une étape de verrouillage de la méthode. 13. Méthode selon la revendication 15, caractérisée en ce qu'il y a trois paliers de disque et trois paliers de plateau.