Brevet FR2892165A1 — publié le 20070420

Domaine de l'invention La présente invention concerne un anneau de friction en matière plastique. L'invention concerne tous les anneaux de friction et anneaux de ce type dans les embrayages commutables, ayant au moins une surface de friction pour un contact de friction avec au moins un autre partenaire de friction c'est-à-dire par exemple les lamelles d'embrayage dans les embrayages à lamelles ou les bagues de synchronisation dans les embrayages synchronisés de transmission de véhicule. Arrière plan technologique de l'invention Le document DE-27 44 994-Al décrit une bague de friction avec un organe annulaire soit en matière plastique ou de préférence en une matière métallique qui se fabrique également par compression ou par coulée sous pression. Pour des raisons de fabrication, il est préférable d'utiliser des bagues de synchronisation en métal. L'organe annulaire de la bague de synchronisation comporte au choix des garnitures de friction en papier et autres fibres fixées par collage en exerçant une pression et/ou par la chaleur. Le collage de bagues de synchronisation en matière plastique est problématique dans de nombreux cas car les garnitures de friction peuvent se détacher du fait du faible pouvoir d'accrochage de l'adhésif à la surface de la matière plastique dans les conditions d'utilisation. Les spécialistes préfèrent le métal pour les applications aux bagues de synchronisation plutôt que la matière plastique car le métal offre des caractéristiques d'accrochage très supérieures. C'est pourquoi les bagues de synchronisation en matière plastique sont en général réalisées en au moins deux composants différents. L'un des composants est l'organe annulaire nécessaire directement à la synchronisation par friction avec le cône. Cet organe annulaire est en un métal résistant à l'usure constituant la surface de friction ou en un métal revêtu d'une surface de friction. L'autre composant est en matière plastique par exemple l'organe de support. L'organe de support est relié à l'organe annulaire et comporte les éléments fonctionnels. Les éléments fonctionnels sont par exemple des éléments d'entraînement. La bague de synchronisation avec un corps de support en matière plastique présente de bonnes caractéristiques de ressort liées aux propriétés de la matière plastique et ces caractéristiques permettent par exemple de compenser les erreurs d'alignement ; toutefois les moyens à mettre en oeuvre pour la fabrication de telles pièces composites sont rela- tivement importants. Comme matière plastique pour l'organe de support, on a les résines phénoliques ou d'autres résines de synthèse telles que le tétrafluoréthylène, le trifluorochloroéthylène ou des résines de polyester renforcées par des fibres de verre. Lors de la fabrication de la bague de synchronisation, on coule la matière plastique de l'organe de support sur la surface rendue rugueuse de l'organe annulaire en métal. Il est également connu de fabriquer des bagues de synchronisation en matière thermodurcissable, renforcée par des fibres et dont la ou les surfaces de friction sont constituées par une structure moletée de la matière thermodurcissable ; ces produits sont fabriqués par injection ou coulée. Ces bagues de synchronisation ne se sont pas imposées jus-qu'alors à cause de leur comportement en friction, insuffisant. But de l'invention La présente invention a pour but de développer des bagues 15 ou anneaux de synchronisation en matière plastique remédiant aux inconvénients évoqués ci-dessus. Exposé et avantages de l'invention A cet effet l'invention concerne une bague de friction ou anneau de friction en matière plastique ayant au moins une surface de fric- 20 tion formée par au moins une couche de friction solide et cette couche comporte au moins un composant appliqué à partir d'un état d'agrégation différent de l'état d'agrégation solide de la couche de friction de la bague de friction. L'anneau de friction en matière plastique présente au moins 25 une surface de friction. Cette surface de friction est constituée par au moins une couche de friction solide, qui est tout d'abord formée en revêtant l'organe annulaire avec au moins un composant de la matière qui est liquide ou gazeux et qui se dépose sur l'organe annulaire ou est appliqué sur celui-ci ; puis on laisse durcir, cristalliser ou sécher pour obtenir une 30 couche solide. Le revêtement au moins de la partie de l'organe annulaire muni du revêtement de friction peut se faire par vernissage, impression, par un procédé galvanique, par pulvérisation ou par enduction avec apport d'énergie thermique ou bombardement par des particules sous un 35 vide poussé (revêtement par plasma) ou par un revêtement électrostatique avec de la poudre. La matière de revêtement est par exemple obtenue de différentes manières en phase gazeuse à partir de la matière solide puis con- densation sur la surface munie de la couche de revêtement. D'autres pro-cédés sont le plaquage ionique et la pulvérisation cathodique. On a prévu des couches d'accrochage non métalliques anorganiques telles que des couches en carbone diamant, en oxyde et/ou siliciure et/ou borure et/ou carbure et/ou à base de titanate. On peut également envisager du molybdène ou des alliages de cuivre avec ou sans additifs durcisseurs ou du titane ou du dioxyde de titane sur des épaisseurs de couches de 0,5 m jusqu'à 3 mm, 5 - 15 m. Les couches de friction sont composées en général de différents éléments en pourcentages pondéraux très différents. Pour la pulvérisation à la flamme à grande vitesse on envisage par exemple des couches composées de cuivre, d'étain, de zinc et d'oxyde de titane. Avant d'appliquer le revêtement sur les bagues ou anneaux de synchronisation, on les munit tout d'abord d'un fond d'accrochage ou 15 on active la matière plastique en surface. En activant la surface par enlèvement ou par conversion chimique, on la modifie pour générer une couche qui réagit avec la couche de friction qui sera appliquée. Des procédés connus sont l'activation au plasma, le flammage, l'effet Corona ou des bains d'activation chimique. En variante, on rend les surfaces rugueuses 20 par exemple par rayonnement selon le principe de la pression de l'injecteur. Si la matière plastique doit recevoir une couche de friction métallique, il est avantageux d'assurer la préparation par la métallisation de la surface de la matière plastique par exemple avec des pâtes métalliques ou en mouillant avec des sels métalliques dans un bain de métallisation. A partir de la solution aqueuse de sels métalliques contenant un agent réducteur, en présence d'ions métalliques, on dépose une couche électro-conductrice. En général, on rend la surface rugueuse ou on en as-sure l'activation avant d'effectuer la métallisation. De telles couches ainsi 30 préparées conviennent pour recevoir la couche de friction métallique, proprement dite par galvanisation. Pour revêtir la matière plastique on utilise principalement des procédés à basse température tel que le procédé PVD ou le procédé CVD. Le revêtement de friction de la bague ou anneau de friction résultant 35 d'un tel procédé s'obtiennent à partir d'un métal dur pour lequel les parti- cules de friction ou la matière de friction sont de façon générale tout d'abord mis à l'état liquide ou gazeux et appliqués sur la bague de friction. Le procédé PVD (procédé de dépôt à la vapeur) utilise des matières premières métalliques pour les convertir par apport thermique (faisceau d'électrons ou arc électrique) ou par énergie cinétique (pulvérisation) de la phase solide à la phase gazeuse et les ioniser. L'arc électrique vaporise le métal en une étape, l'ionise et l'accélère dans un champ électrique (procédé par arc électrique) ou encore les atomes de métal sont ex-traits par exemple par des ions argon d'une cible et sont partiellement ionisés (pulvérisation, pulvérisation cathodique). Des couches ainsi appliquées accrochent bien et sont relativement épaisses. Les températures de revêtement sont relativement réduites ce qui protège la matière plastique à revêtir. Dans le cas du plaquage par ions assistés par du plasma, dans le cas d'un procédé PVD, la surface du substrat est tout d'abord nettoyée par un tir ionique dans le plasma ; puis on introduit un gaz réactif dans le plasma ; le métal vaporisé réagit et forme une couche par la liaison ainsi constituée. La bague de friction est par exemple munie d'une couche de friction en nitrure de titane qui se vaporise tout d'abord comme titane que l'on fait réagir avec de l'azote pour le déposer sur l'organe en forme d'anneau. Les couches réalisées par un procédé CVD (procédé de dépôt chimique à la vapeur) se forment à partir d'un mélange gazeux que la matière solide développe dans une chambre de réaction à température élevée pour se déposer sous la forme d'une couche sur l'anneau. Les couches de molybdène sont par exemple appliquées par un procédé de revêtement par projection ou par pulvérisation au plasma. La pulvérisation ou projection au plasma est une projection thermique dans des conditions atmosphériques ou sous vide ; selon ce procédé, la matière métallique solide ou en poudre, la matière céramique ou de la matière plastique sont chauffées pour fondre ou fondre pratiquement et être appliquée alors en utilisant un gaz. Un autre exemple de projection thermique est la projection à la flamme à vitesse élevée. Dans le cas du revêtement électrostatique par poudre on rend électro-conductrice pendant un certain temps, la matière plastique qui en soi n'est pas une matière électro-conductrice. Ensuite on répartit régulièrement la poudre du revêtement de friction par charge électrostatique sur la base à revêtir. Les composants avec la matière de friction ou des particules de friction sont appliqués sur la bague de friction en étant par exemple enfoncés dans un liquide durcissable. La bague de synchronisation en matière plastique et le cas échéant d'un ou plusieurs composants comme matière composite et/ou avec ou sans armature. L'armature est par exemple une structure de fibre de carbone ou une tôle. D'autres éléments fonctionnels de la bague de synchronisation tels que l'organe d'entraînement ou denture de verrouillage sont de préférence réalisés en matière plastique ou avec une armature en tôle le cas échéant avec des inserts appropriés en métal. Les bagues de synchronisation sont munies de couches de friction comme bagues de synchronisation extérieure de préférence comme bague intérieure, comme bague de synchronisation intérieure, comme bague extérieure ou comme bague intermédiaire, les revêtements de friction étant prévus sur 15 le côté intérieur et le côté extérieur. Les bagues de synchronisation conviennent bien en outre comme générateur de signal, support de signal ou support d'autres capteurs. De tels générateurs ou capteurs de signal, mémoire de signal ou réflecteur de signal ou autre composant de système de capteur peuvent 20 être intégrés ou insérés dans l'armature ou dans une matière plastique, de façon spéciale pour cette fonction. On peut envisager par exemple d'utiliser des particules magnétiques ou magnétisables intégrées dans la matière plastique. La bague de synchronisation avec ses particules peut alors être aimantée avec une polarisation alternée. On peut également en- 25 visager des capteurs intégrés dans la bague de synchronisation pour sur-veiller les températures ou l'usure de moyens de synchronisation et de leur environnement. Les matières utilisées pour les bagues de synchronisation sont par exemples des matières telles que PAEK (polyaryléthercétone), 30 PEEK (polyétherétercétone), TPI (polyimide thermoplastique) et PAI (poly- amide imide). Les bagues de synchronisation peuvent être au choix ren- forcées de fibres ou d'une armature. En variante on peut également renforcer les bagues de synchronisation seulement par segment ou les armer. Les bagues de synchronisation comportent sur leur surface une ou 35 deux couches de friction qui peuvent le cas échéant être munies de rainu- res ou autres structures en creux pour le graissage, le refroidissement et l'évacuation de l'huile de la paire d'éléments de friction. On peut égale- ment prévoir des bagues de synchronisation dans lesquelles sont insérées les particules de friction pour former la surface de friction en surface ou dans lesquelles les particules de friction sont intégrées jusque sous la surface. On peut également envisager une masse de support de la bague conique complètement chargée de particules de friction comme par exem- ple avec des fibres de verre ou de carbone. Les bagues de synchronisation chargées de particules de friction peuvent être au choix revêtues en plus en surface ; la structure de la bague de synchronisation aura un effet de friction même après enlèvement, jusqu'au noyau. Dessins La présente invention sera décrite ci-après de manière plus détaillée à l'aide des dessins annexés dans lesquels : - la figure 1 est une vue en perspective d'une bague de friction ; - la figure 2 montre un segment d'une bague de friction ; - la figure 3 montre une variante de réalisation d'un segment comme 15 celui de la figure 2. Description de modes de réalisation La figure 1 montre une bague de friction 1 par exemple en polyimide thermoplastique connu sous la dénomination de fabricant Vespel TP 8311 ayant un module d'élasticité en flexion E selon la norme 20 ASTM D-790. La bague de friction 1 présente d'un côté un grand diamètre D pour la surface conique ; sur ce côté il y a trois éléments fonctionnels 8 répartis en périphérie ; ces éléments fonctionnels sont constitués par des pattes d'entraînement 2. La figure 2 montre à échelle agrandie un segment 25 de la bague de friction 1 au niveau d'une patte d'entraînement 2. La figure 3 montre une variante de réalisation du segment selon la figure 2 pour la bague de friction 1 de la figure 1. Les pattes d'entraînement 2 sont dans le présent exemple axialement saillie par rapport au cors annulaire 3 de la bague de friction 30 1. En variante, il y a des pattes d'entraînement 2 qui sont dirigées soit radialement vers l'extérieur soit vers l'intérieur ou en variante également alternativement vers l'extérieur et vers l'intérieur et elles sont par exemple également au niveau du petit diamètre d du cône. Les pattes d'entraînement 2 d'une bague de synchronisa- 35 tion par exemple celles de la bague de friction 1 s'appuient respectivement pour des couples d'entraînement et/ou de freinage, dans une rainure d'entraînement non représentée de l'embrayage de synchronisation. Le couple d'entraînement/ couple de freinage de l'embrayage de synchronisa- tion génère au niveau des flancs 6 du contact 5 entre la rainure d'entraînement et les pattes d'entraînement 2, des efforts d'appui ; ces efforts agissent sur les pattes d'entraînement 2. La distance entre le contact 5 et la base 4 est un bras de levier H ; les forces d'appui engendrent ainsi un couple de fléchissement. La position du contact 5 au niveau du flanc 6 et la forme du contact 5 sont représentées à titre d'exemple à la figure 2. La base 4 correspond à la jonction de la matière de la patte d'entraînement avec la matière du corps annulaire 3. Les contraintes engendrées dans la matière de la bague de friction 1 par les couples de flexion sont les plus élevées au niveau de la base 4. Suivant l'importance de la distance H du contact 5 par rapport à la base 4, c'est-à-dire le bras de levier H, les contraintes résultantes au niveau des efforts d'appui dans la base 4 seront d'autant plus élevées. Les contraintes évoquées ci-dessus sont des contraintes d'entailles au niveau de la jonction périphérique entre les pattes d'entraînement 2 respectives et le corps annulaire massif 3. A cause des contraintes d'entaille la base 4 respective présente en général, de part et d'autre de la patte d'entraînement 2, des entailles de décharge 10 dirigées dans la direction périphérique. Les entailles de décharge 10 réduisent les contraintes d'entailles dans la matière de la base 4. Les entailles de dé-charge 10 s'étendent en partie dans le corps annulaire 3 et rejoignent les flancs périphériques respectifs ou tangents 6 des pattes d'entraînement 2. Les contraintes d'entailles peuvent être réduites considérablement par les dimensions des rayons d'élimination de tension RA, supérieures aux rainures de dégagement normalisées. Les pattes d'entraînement d'une bague en acier, comparables, ne touchent que ponctuellement la rainure d'entraînement du fait de la rigidité relativement importante au niveau du segment d'extrémité en saillie de l'organe annulaire. Le levier correspondant à la distance H est de longueur appropriée et les contraintes au niveau de la base sont dans ce cas les plus élevées. En général, les pattes d'entraînement de bagues de synchronisation en acier s'appuient seulement par l'extrémité libre de la patte d'entraînement même sous l'effet de contraintes élevées. C'est pour-quoi le bras de levier H reste inchangé dans le cas de bagues en acier, in- dépendamment de l'intensité des contraintes. Les pattes d'entraînement d'une bague de synchronisation en matière plastique comme celles de la bague de friction 2 ne s'appliquent que ponctuellement ou par une surface réduite, tout d'abord sous l'effet de contraintes réduites. Si l'on suppose la situation la plus défavorable, les pattes d'entraînement de la bague de synchronisation en matière plastique comme celles de la bague de synchronisation en acier s'appuient tout d'abord contre le segment d'extrémité libre 9 de chaque patte d'entraînement. La longueur du bras de levier H de l'appui par rap-port à la base correspond alors principalement à la longueur de ce levier de la bague en acier. A mesure que les contraintes de la bague de synchronisation en matière plastique augmentent, du fait de l'élasticité de la matière plastique, la surface de contact entre les flancs de la patte d'entraînement respective et la rainure d'entraînement augmente. Cette surface de contact augmente jusqu'à ce que finalement sous l'effet de contraintes importantes, les flancs s'appuient sur une surface relativement importante ou sur toute la surface du flanc contre la rainure d'entraînement. Ainsi, la ion- gueur effective du bras de levier H entre le point d'appui de la force et la base augmente avec les contraintes. Il en résulte que des géométries comparables des bagues en matière plastique et en acier et en supposant des valeurs identiques pour les couples d'entraînement ou de freinage, appliquées, pour une bague de synchronisation en matière plastique, les solli-citations résultantes du couple d'entraînement/couple de freinage exercées sur les pattes d'entraînement, se répercutent plus faiblement dans la base que dans le cas d'une bague de synchronisation en acier. Cette solution est avantageuse car une bague de synchronisation en matière plastique, peut être moins sollicitée du fait de la moindre résistance de la matière qu'une bague de synchronisation en acier ayant les mêmes dimensions. Pour améliorer le contact 5 des flancs 6, cette alternative comme cela est indiqué par exemple pour le rayon R à la figure 2, est bombée ou courbée d'une autre manière par opposition à un tracé rectiligne plan 15. Selon les calculs effectués par le procédé des éléments finis, les contraintes à la base de la bague de synchronisation en matière plastique par comparaison à une bague de synchronisation en acier sont ré-duites de 20 % à 32 %. Ainsi, comme déjà indiqué ci-dessus, l'effet est d'autant plus important que les contraintes utilisées pour la comparaison par calcul sont importantes car comme déjà indiqué, le bras de levier efficace H réduit du fait de l'appui en grande surface des flancs de la bague de synchronisation en matière plastique par comparaison à l'appui ponc- tuel en extrémité de l'organe d'entraînement d'une bague de synchronisation en acier. D'autres perfectionnements résultent de l'augmentation de la section de la matière de la bague de synchronisation/de la patte d'entraînement en matière plastique par comparaison à des bagues en acier dans des applications identiques en particulier au niveau de la base de la bague de synchronisation. C'est pourquoi les pattes d'entraînement 2 de la figure 3 au niveau du segment 7 sont plus épaisses à la base 4 en direction du segment d'extrémité 9 qu'au niveau de l'extrémité en saillie 9. Les pattes radiales d'entraînement 2 du segment 7, ont au moins l'épaisseur radiale du corps annulaire 3. Dans ce cas la bague de friction 1 est une bague de synchronisation intermédiaire comportant des surfaces de friction 11, 12. La surface de friction du segment conique intérieur de la bague de friction 1 est continue ou interrompue avec une couche de friction 14 d'une épaisseur de couche S, qui s'étend du côté périphérique. L'organe annulaire 3 est continu ou interrompu, radialement, du côté périphérique au niveau du segment conique extérieur et il porte la surface de friction 12 ; cette surface est formée par une autre couche de friction 15, rapportée, ayant une épaisseur S. Au choix les couches de friction 14 et 15 sont l'une des couches de friction décrites ci-dessus. Selon un mode de réalisation particulièrement avantageux, la couche de friction présente au moins un composant appliqué à l'état de poudre. Selon une réalisation particulière, la bague de friction 1 présente au moins une couche de friction en forme de surface annulaire. D'autre part, selon une autre caractéristique avantageuse, un corps annulaire a au moins un segment conique muni d'une surface de friction et au moins un élément fonctionnel et l'organe de friction et l'élément fonctionnel sont réalisés en une seule pièce et en une seule matière avec l'organe annulaire en venant en saillie par rapport à l'organe de friction.35 i0 NOMENCLATURE 1 bague de friction 2 pattes d'entraînement 3 organe annulaire 4 base 5 contact 6 flanc 7 segment de la patte d'entraînement 8 élément fonctionnel 9 segment d'extrémité de la patte d'entraînement 10 entaille de décharge 11 surface de friction 12 surface de friction 13 couche de friction 14 couche de friction 15 tracé du flanc 35 REVENDICATIONS 1) Bague de friction (1) en matière plastique, caractérisée par au moins une surface de friction (12) formée par au moins une couche de friction solide (14, 15) et cette couche comporte au moins un composant appliqué à partir d'un état d'agrégation différent de l'état d'agrégation solide de la couche de friction (14, 15) de la bague de friction (1). 2) Bague de friction (1) selon la revendication 1, caractérisée en ce que la couche de friction (14, 15) présente au moins un composant appliqué à l'état de poudre. 3) Bague de friction (1) selon la revendication 1, caractérisée en ce qu' au moins l'un des composants est appliqué à la couche de friction (14, 15) dans un état liquide ou gazeux sur la bague de friction (1). 4) Bague de friction (1) selon la revendication 1, 20 caractérisée en ce que la couche de friction (14, 15) est un revêtement thermique. 5) Bague de friction (1) selon la revendication 1, caractérisée en ce que 25 la couche de friction (14, 15) est un dépôt sur la bague de friction (1) à partir d'un état gazeux. 6) Bague de friction (1) selon la revendication 1, caractérisée par 30 une couche de friction (14, 15), imprimée. 7) Bague de friction (1) selon la revendication 1, caractérisée par au moins une couche de friction (14, 15) en forme de surface annulaire. 8) Bague de friction (1) selon la revendication 1, comme bague de synchronisation, caractérisée en ce qu'elle présente au moins une surface de friction conique (11, 12), la couche de friction (14, 15) étant réalisée sur la surface de friction conique (11, 12). 9) Bague de friction (1) selon la revendication 1, constituant une bague de synchronisation, caractérisée par un corps annulaire (3) ayant au moins un segment conique muni d'une surface de friction (11, 12) et d'au moins un élément fonctionnel (8), l'organe de friction (9) et l'élément fonctionnel (8) étant réalisés en une seule pièce et en une seule matière avec l'organe annulaire (3) en venant en saillie par rapport à l'organe de friction (3). 20