Brevet FR2899296A1 — publié le 20071005

FREIN A DISQUE COMPORTANT DES ELEMENTS DE GUIDAGE FLEXIBLES La présente invention se rapporte à un frein à disque flottant comportant des éléments de guidage, typiquement des colonnettes, d'un élément mobile axialement (par rapport à un disque) ou sensiblement axialement, typiquement d'un étrier, par rapport à un support fixe, typiquement une chape. Un frein à disque de type connu comporte une chape fixée au porte fusée munie de deux alésages cylindriques parallèles, chacun recevant une colonnette solidarisée avec un étrier. L'application des garnitures de freins sur les faces opposées d'un disque lié en rotation à une roue d'un véhicule engendre un couple de freinage transmis à la chape par des oreilles des patins de frein portant la garniture et éventuellement par les colonnettes entraînées par l'étrier lui-même entraîné par des patins. De manière connue, au moins une des colonnettes a une rigidité à la flexion suffisante pour minimiser une flexion angulaire (par rapport au disque). Ainsi, pour des freins de type connu, l'étrier, les colonnettes et la chape forment un ensemble rigide. Par ailleurs, on remédie à un éventuel problème de parallélisme entre les colonnettes en augmentant le diamètre des alésages par rapport au diamètre des colonnettes. On limite le bruit provoqué par le choc entre la colonnette et la paroi de l'alésage en début de freinage en interposant un élément radial par rapport à l'axe de la colonnette entre l'alésage et la colonnette. 30 La présente invention a principalement pour objet une colonnette pour frein à étrier flottant comportant une embase de fixation et une zone de guidage d'axe caractérisé en ce que la zone de guidage comporte une âme centrale entourée par couche absorbant les vibrations par cisaillement de ladite couche. 35 La présente invention a aussi pour objet une colonnette caractérisée en ce que ladite couche est bloquée en translation parallèlement à l'axe de la zone de guidage. La présente invention a aussi pour objet une colonnette caractérisée en ce que la couche absorbant les vibrations s'étend sur au moins 75% de la longueur de la zone de guidage. La présente invention a aussi pour objet une colonnette caractérisée en ce que la couche absorbant les vibrations est adhérisée sur l'âme de la zone de guidage de la colonnette. La présente invention a aussi pour objet une colonnette caractérisée en ce que la couche 45 absorbant les vibrations est adhérisée sur au moins 75% de la longueur de la zone de guidage. La présente invention a aussi pour objet une colonnette caractérisée en ce qu'elle comporte un manchon radialement externe entourant la couche absorbant les vibrations. 40 50 La présente invention a pour objet une colonnette caractérisée en ce que le manchon est adhérisé à la couche absorbant les vibrations. La présente invention a également pour objet un procédé de fabrication d'une colonnette caractérisé en ce qu'il comporte les étapes consistant à mettre en forme une pièce monobloc métallique formant une embase de fixation de la colonnette et une âme d'une zone de guidage ; - découper une pièce sensiblement rectangulaire de surface sensiblement égale à la surface développée de l'âme de la zone de guidage de la colonnette, dans une tôle métallique revêtue d'élastomère sur au moins une de ses faces principales ; - former un manchon sensiblement cylindrique avec la pièce découpée à l'étape précédente et la disposer autour de l'âme de la zone de guidage une couche d'élastomère étant interposée entre ladite âme et ladite tôle métallique. La présente invention a également pour objet un frein caractérisé en ce qu'il comporte une chape comprenant au moins un alésage dans lequel coulisse une zone de guidage d'une colonnette et en ce qu'une base de fixation de la colonnette est fixée à un étrier flottant formant une masse suspendue d'un amortisseur de vibrations. La présente invention a également pour objet un frein caractérisé en ce que l'amortisseur de vibrations comporte deux colonnettes, en ce que l'étrier a une masse comprise entre 400 g et 3500 g et en ce qu'il atténue les vibrations comprises entre 100 Hz et 10000 Hz. La présente invention a également pour objet un frein caractérisé en ce que la fréquence propre de l'absorbeur de vibrations formé par l'étrier et au moins une colonnette est compris entre 100 Hz et 10000 Hz. 30 L'invention sera mieux comprise à l'aide de la description ci-après et des figures annexes parmi lesquelles : - la figure 1 est une vue explicative en perspective ; - la figure 2 est une vue en coupe d'un détail d'une colonnette de type connu ; 35 - la figure 3 est une vue en perspective de l'exemple préféré de réalisation d'une colonnette selon l'invention ; - la figure 4 est une vue de dessus avec arrachement partiel d'un frein selon la présente invention ; - la figure 5 est une vue en perspective d'une variante de réalisation d'une 40 colonnette selon l'invention ; - la figure 6 est une vue en perspective d'une variante de réalisation d'une colonnette selon l'invention ; la figure 7 est une vue en perspective d'un manchon susceptible d'être mis en oeuvre par la fabrication d'une colonnette selon l'invention ; 45 la figure 8 est une vue en perspective d'une variante de réalisation du manchon de la figure 7 ; - la figure 9 est une vue en coupe longitudinale d'une variante de réalisation d'une colonnette selon l'invention. 25 Sur les figures 1 à 9, on a utilisé les mêmes références pour désigner les mêmes éléments. Sur la figure 1, on peut voir un disque 1 de frein d'axe 3. Le disque 1 est susceptible d'être lié en rotation à une roue (non représentée) tournant autour de l'axe 3. Dans la suite de ce brevet, on parlera d'un déplacement (ou d'une force) axiale 5 par rapport au disque pour désigner un déplacement en translation rectiligne parallèle à l'axe 3 du disque 1. Dans la suite de ce brevet, on parlera d'un déplacement ou d'une force angulaire 7 pour désigner une rotation autour de l'axe 3 du disque 1. Dans la suite de ce brevet, on parlera d'un déplacement ou d'une force radiale 9 pour désigner un déplacement ou une force selon un rayon du disque 1. Sur la figure 2, on peut voir une colonnette 11 cylindrique de diamètre Dl de type connu disposé dans un alésage cylindrique 13 de diamètre D2 supérieur à Dl d'une chape 15. Un manchon cylindrique 17 d'un diamètre au moins égal à D2 est disposé dans une gorge 19 pratiquée à proximité d'une extrémité 21 de la colonnette opposée à l'extrémité d'ancrage de la colonnette sur l'étrier. Sur la figure 3, on peut voir l'exemple préféré de réalisation d'une colonnette 1l' selon l'invention comportant une portée longitudinale avantageusement cylindrique 27 d'axe 23' formant la zone de guidage de la colonnette, raccordée à une embase de fixation 29 sur son support, typiquement une oreille d'étrier, par exemple par une vis non illustrée. Selon l'invention, la portée longitudinale de la colonnette 11' comporte des moyens d'amortissement de vibrations transversales 31 par rapport à l'axe longitudinal 23' de la colonnette 11'. Les divers modes de vibrations transversales 31 proviennent principalement des flexions transversales de la colonnette 11'. Ainsi, dans le mode avantageusement illustré, la portée longitudinale 27 de la colonnette Il' comporte une âme ou un moyeu rigide 33 avantageusement métallique, de préférence en acier ou en fibre, incluse dans un liant tel que la fibre de verre ou aramides inclus dans une matrice en epoxy, relié par une couche radialernent intermédiaire 35 (par rapport à l'axe 23') en matériau absorbant les vibrations par cisaillement tel que le plomb ou avantageusement en élastomère, en plastomère ou un alliage et/ou un mélange des deux. En variante, la couche 35 comporte des moyens élastiques coopérant avec l'élastomère. 40 Par exemple, la couche 35 est formée par un manchon cylindrique en élastomère dans lequel est noyé un ressort hélicoïdal à spires non jointives. En variante, la couche 35 est réalisée en un matériau solide très finement divisé de manière à présenter une très grande surface de contact telle qu'un matériau pondéreux 45 et/ou incompressible de granulométrie fine ou un fil métallique de faible diamètre entremêlé et/ou entrelacé. Dans une première variante de réalisation, on met en oeuvre une couche homogène de grains eux-mêmes homogènes. 50 Dans une deuxième variante de réalisation, la couche est formée par des grains de matière dure et/ou rigide enrobée de matière souple typiquement en élastomère. Dans une troisième variante de réalisation, on met en oeuvre un mélange homogène de graines de diverses granulométries. Dans une quatrième variante de réalisation, les grains les plus fins forment une couche radialement intermédiaire (selon l'axe 23' de la colonnette) entre deux couches limites disposées, l'une autour de l'âme 33 de la colonnette 11', l'autre au contact d'un manchon 37 radialement externe. Dans une cinquième variante de réalisation, les grains sont noyés dans la matrice souple, par exemple en élastomère. On choisit la nature, la granulométrie et/ou la précontrainte exercée sur le matériau pondéreux en fonction des fréquences à amortir des fréquences propres du système mécanique formé par le frein, la roue et tout ou partie du châssis couplé mécaniquement par la suspension du véhicule. Avantageusement, la porte longitudinale 27 de la colonnette Il' comporte, un manchon 37 radialement externe, l'axe 23' entourant la couche 35. Avantageusement, la couche intermédiaire 35 est adhérisée à l'âme rigide 33. Avantageusement, la couche intermédiaire 35 est adhérisée au manchon radialement externe 37. Avantageusement, l'âme 33 et l'embrase de fixation 29 de la colonnette 11' selon l'invention forment une pièce monobloc. Avantageusement, l'âme 33 a un diamètre faible pour permettre sa flexion lorsque le frein est soumis à des vibrations radiales 9 et/ou angulaires 7, par exemple lorsqu'une partie du couple de freinage passe par les colonnettes 11', de manière à favoriser l'absorption des vibrations par le cisaillement de la couche 35 lors de la déformation ou flexion transversale 31 de la partie longitudinale 27 de la colonnette 11'. Avantageusement, sur au moins une partie de sa longueur, l'alésage 13' (figure 4) pratiqué dans la chape 15' à un diamètre légèrement supérieur au diamètre de la porte longitudinale 27 de la colonnette 11' pour ne pas s'opposer à la flexion de ladite porte longitudinale. Sur la figure 4, on peut voir un frein selon l'invention comportant au moins une, de préférence deux colonnettes 11' selon l'invention montées à coulissement dans la chape 15' analogue à la chape 15 de type connu. Les colonnettes 11' sont solidarisées avec un étrier flottant 39 de frein à disque 41. De manière connue, ladite solidarisation est assurée par des vis 43 passant par des ouvertures pratiquées dans des oreilles 45 de l'étrier 39 et sont vissées dans des taraudages pratiqués dans l'embrase de fixation 29 des colonnettes 11'. De manière connue, l'étrier 39 chevauche le disque 41. Sur commande typiquement hydraulique, l'étrier applique des garnitures de friction sur les faces principales opposées du disque 41 générant un couple de freinage. Ce couple de freinage peut engendrer des bruits et vibrations non désirés. Selon l'invention, la masse de l'étrier est suspendue par des colonnettes 11' et notamment par la couche 35, l'ensemble alésage 13' de la chape 15', colonnettes 11' et étrier 39 jouant le rôle d'amortisseur de vibration. La masse de l'étrier est par exemple comprise entre 300 g et 5 kg de préférence entre 400 g et 3900 g. La fréquence propre de l'absorbeur de vibrations formé par l'étrier et au moins une colonnette est de préférence comprise entre 100 Hz et 10kHz. Ainsi, il peut être avantageux d'amortir les vibrations dans une bande de fréquence acoustique basse par exemple comprise entre 100 Hz et 500 Hz et/ou dans une bande de fréquence acoustique moyenne comprise en 1,5 kHz et 10kHz. 20 Toutefois, il est bien entendu qu'un frein comportant des colonnettes Il' fixé sur la chape et coulissant dans des alésages pratiqués dans l'étrier ne sortent pas du cadre de la présente invention. Sur la figure 5, on peut voir une variante de réalisation de la colonnette 11' selon 25 l'invention de section rectangulaire réalisée par empilement alterné de tôles 47 d'acier ou analogue et de couches 35' adhérisées d'un matériau amortisseur, typiquement en élastomère. La structure laminaire multicouche permet d'augmenter l'amortissement par cisaillement de l'élastomère entre les tôles 47. 30 Avantageusement, les tôles 47 sont perpendiculaires au mouvement angulaire 7 et parallèles au mouvement radial 9. L'épaisseur des tôles 47 est suffisante pour assurer le guidage en translation de l'étrier 39 par rapport à la chape 15' et notamment pour supporter une éventuelle transmission 35 du couple de freinage par les colonnettes 11' avec une amplitude de flexion désirée. Avantageusement, les tôles 47 ont toutes la même épaisseur. Avantageusement, les couches 35' en matériau amortisseur ont toute la même épaisseur. 40 La mise en oeuvre de colonnette 11' de la figure 5 de section rectangulaire nécessite l'usinage d'alésages de forme complémentaire. Il peut s'avérer avantageux pour pouvoir réaliser les alésages 13' par simple perçage de mettre en oeuvre des colonnettes 11' à structure luminaire ayant une section circulaire comme illustré sur la figure 6. 45 Les colonnettes 11' des figures 5 et 6 peuvent, sans sortir du cadre de la présente invention, recevoir une âme 33 et/ou un manchon radialement externe 37 (non illustrés). Sur la figure 7, on peut voir une tôle métallique, par exemple en acier inoxydable 37' recouverte d'une couche de caoutchouc 35", repliée sur elle-même selon un axe 23' 50 pour former un manchon ouvert par une fente 49 parallèle à l'axe 23'.15 En enfonçant à force un axe 33 dans le manchon de la figure 7, on réalise une colonnette 11' selon l'invention. Avantageusement, la face principale de la tôle opposée à celle recevant la couche de caoutchouc est vernie ou reçoit une couche de PTFE ou analogue pour éviter la formation de couple électrique avec l'alésage 13' réalisé dans la chape typiquement réalisée en fonte. En variante, le manchon est réalisé par pliage de la tôle caoutchoutée autour de l'âme 33 de la colonnette. Sur la figure 8, on peut voir une variante de réalisation avantageuse du manchon de la figure 7 fermé par exemple par un agrafage 50 composé dans l'exemple illustré par des découpes complémentaires 50.1 et 50.2 de préférence en queue d'aronde. 15 Sur la figure 9, on peut voir un exemple de réalisation de la colonnette selon l'invention à amortissement fluide réalisé sous la forme d'une cartouche étanche dont l'enveloppe externe 51 avantageusement cylindrique est insérée à force dans l'alésage 13'. L'enveloppe externe 51 peut recevoir des moyens d'encrage 53, typiquement des pattes de la colonnette 11' dans l'alésage 13'. La cartouche comporte une tige 33 formant 20 l'âme de la colonnette dont le diamètre est inférieur au diamètre interne de la paroi externe 51 et au moins deux éléments de guidage 55 dont le diamètre est sensiblement égal au diamètre interne de la paroi externe 51. Les éléments de guidage 55 sont solidarisés en translation avec l'âme 33. Les éléments 25 de guidage 55 forment des épaulements de l'âme ou, avantageusement, ont la forme de disques solidarisés avec l'âme 33. Chaque élément de guidage comporte au moins une ouverture calibrée 57 permettant l'écoulement d'un fluide 35', typiquement de l'huile remplissant la cartouche. L'écoulement par l'ouverture calibrée lors du déplacement de la tige 33 assure l'amortissement des vibrations. En variante, la diamètre externe des 30 éléments de guidage 55 est légèrement inférieur au diamètre interne de la paroi 51 de manière à permettre, lors de déplacement de la tige 33 par rapport à la paroi externe 51, l'écoulement de fluide à la périphérie des éléments de guidage. Un joint 59 assure le confinement de l'huile dans la cartouche. Avantageusement, un ressort 61 repousse axialement l'âme 33 de manière à éloigner, en absence de commande de freinage, les patins du disque 41. La présente invention s'applique notamment à l'industrie automobile. La présente invention s'applique principalement à l'industrie du freinage. 35 40 45 50 Revendications 1. Colonnette pour frein à étrier (39) flottant comportant une embase de fixation (29) et une zone de guidage (27) d'axe (23') caractérisé en ce que la zone de guidage comporte une âme (33) centrale entourée par couche (35, 35', 35 ", 35"') absorbant les vibrations par cisaillement de ladite couche (35, 35', 35", 35"'). 10 2. Colonnette selon la revendication 1 caractérisée en ce que ladite couche (35, 35', 35", 35') est bloquée en translation parallèlement à l'axe (23') de la zone de guidage (27). 15 3. Colonnette selon la revendication 1 ou 2 caractérisée en ce que la couche absorbant les vibrations (35, 35', 35", 35"') s'étend sur au moins 75% de la longueur de la zone de guidage (27). 4. Colonnette selon la revendication 2 ou 3 caractérisée en ce que la couche absorbant 20 les vibrations (35, 35', 35") est adhérisée sur l'âme (33) de la zone de guidage (27) de la colonnette (1 l'). 5. Colonnette selon la revendication 4 caractérisée en ce que la couche absorbant les vibrations (35, 35', 35") est adhérisée sur au moins 75% de la longueur de la zone de 25 guidage 27. 6. Colonnette selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisée en ce qu'elle comporte un manchon radialement externe (37) entourant la couche absorbant les vibrations (35, 35', 35", 35' "). 7. Colonnette selon la revendication 6 caractérisée en ce que le manchon (37) est adhérisé à la couche absorbant les vibrations (35, 35', 35"). 8. Procédé de fabrication d'une colonnette caractérisé en ce qu'il comporte les étapes 35 consistant à : mettre en forme une pièce monobloc métallique formant une embase de fixation (29) de la colonnette et une âme (33) d'une zone de guidage (27) ; découper une pièce sensiblement rectangulaire de surface sensiblement égale à la 40 surface développée de l'âme (33) de la zone de guidage (27) de la colonnette (11'), dans une tôle métallique revêtue d'élastomère (35") sur au moins une de ses faces principales. - former un manchon sensiblement cylindrique avec la pièce découpée à l'étape précédente et la disposer autour de l'âme (33) de la zone de guidage (27) une couche 45 d'élastomère (35") étant interposée entre ladite âme (33) et ladite tôle métallique. 30 2899296 s 9. Frein caractérisé en ce qu'il comporte une chape (45) comprenant au moins un alésage (13') dans lequel coulisse une zone de guidage (27) d'une colonnette (11') selon l'une quelconque des revendications 1 à 7 et en ce qu'une base de fixation (29) de la colonnette (11') est fixée à un étrier flottant (39) formant une masse suspendue 5 d'un amortisseur de vibrations. 10. Frein selon la revendication 9 caractérisé en ce que l'amortisseur de vibrations comporte deux colonnettes (11') selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, en ce que l'étrier (39) a une masse comprise entre 400 g et 3500 g et en ce qu'il atténue les vibrations comprises entre 100 Hz et 10000 Hz. 11. Frein selon la revendication 9 ou 10 caractérisé en ce que la fréquence propre de l'absorbeur de vibrations formé par l'étrier (39) et au moins une colonnette (11') est compris entre 100 Hz et 10000 Hz. 20 25 30 35 40 45 50