Brevet FR2944570A1 — publié le 20101022

TAMBOUR DE FREIN, EN PARTICULIER POUR UN SYSTEME DE FREINAGE D'UN VEHICULE AUTOMOBILE La présente invention concerne un tambour de frein, en particulier pour le freinage d'un véhicule automobile, ainsi qu'un véhicule automobile équipé d'un tel tambour. Les véhicules automobiles peuvent comporter un système de freinage comprenant une pédale de frein agissant sur un maître cylindre, pour transmettre par des circuits hydrauliques une pression du fluide vers des freins à tambour freinant des roues du véhicule. Les freins à tambour comportent généralement un tambour lié au moyeu de la roue, comportant une partie radiale de liaison fixée au moyeu, et une couronne axiale circulaire qui a globalement une forme cylindrique. Des garnitures de freinage supportées par des segments, sont pressées sur la surface interne de la couronne axiale formant une piste, pour obtenir par frottement le couple de freinage. En variante, la commande du frein à tambour peut être mécanique, notamment pour le frein à main. Lors d'un freinage prononcé, l'énergie cinétique du véhicule est transformée en chaleur qui s'accumule dans les parties en frottement, essentiellement dans le tambour de frein qui est généralement réalisé en fonte pour sa facilité de mise en oeuvre ainsi que son coût réduit. La diffusion d'énergie par convexion vers l'air ambiant, où par conduction vers les éléments en contact avec les parties en frottement, ne s'effectue que lentement par rapport à la durée du freinage. Quasiment toute la quantité de chaleur produite est stockée dans la couronne axiale du tambour de frein, qui doit alors disposer d'une masse suffisante de matière pour réaliser ce stockage sans subir une élévation de température trop importante qui nuirait à l'efficacité du freinage. De plus, la capacité calorifique de la fonte n'est pas très élevée. Le tambour de frein a alors une masse relativement importante. Par ailleurs on cherche à alléger les véhicules, notamment pour réduire leur consommation. Il est connu de réaliser un tambour de frein en deux matières, comprenant une couronne axiale en fonte surmoulée sur une partie radiale en tôle d'acier comportant des ondulations. Ce procédé permet d'alléger le tambour de frein, et d'accompagner la dilatation de la couronne en fonte. Il est aussi connu de surmouler une couronne en aluminium à l'extérieur de la couronne axiale mince d'un tambour en fonte, pour ajouter sur cette partie une masse comportant une bonne conductibilité thermique, de faible densité. Ces réalisations par surmoulage sont relativement onéreuses, et difficiles à mettre en application. Une autre solution connue présentée notamment dans le document CN- 200955559Y, comporte une chambre annulaire remplie d'eau, délimitée par une tôle entourant la couronne axiale du tambour de frein. La tôle comporte une partie axiale sensiblement cylindrique, parallèle et légèrement écartée de la surface extérieure de la couronne du tambour de frein. Cette partie cylindrique comporte deux rebords à ses extrémités axiales, rejoignant la surface extérieure de la couronne pour fermer la chambre annulaire. L'eau remplissant la chambre annulaire comportant une capacité calorifique massique élevée, permet d'absorber une quantité de chaleur importante lors d'un freinage prononcé. On peut obtenir un tambour de frein plus léger tout en gardant par exemple la même capacité calorifique globale, et donc un échauffement équivalent du frein. Un problème qui se pose alors et qu'en cas de gel, la chambre annulaire étant relativement rigide, risque de se fendre sous l'effet de la pression interne. La présente invention a notamment pour but d'éviter ces inconvénients 30 de la technique antérieure, et d'apporter au problème de la réalisation d'un tambour de frein allégé, une solution simple et efficace. Elle propose à cet effet un tambour de frein, en particulier pour un système de freinage d'un véhicule automobile, comportant une couronne axiale circulaire entraînée en rotation dont la surface intérieure forme une piste de frottement pour des garnitures de freinage, et une chambre annulaire contenant un fluide, disposée autour de cette couronne axiale, caractérisé en ce que la chambre annulaire est délimitée par une ou plusieurs tôles formant des bandes circulaires fixées de manière continue sur l'extérieur de la couronne axiale du tambour de frein, pour former suivant une section axiale un contour fermé, ces tôles comportant de plus des formes permettant avec des contraintes limitées, une légère expansion du volume interne de la chambre annulaire. Un avantage du tambour de frein selon l'invention, est que la chambre annulaire peut recevoir un liquide ne posant pas de problème écologique, comme de l'eau, tout en acceptant un gel de ce liquide dû au froid sans risquer un éclatement de la chambre, grâce aux formes permettant l'expansion du volume interne lors du gel. Le tambour de frein selon l'invention peut en outre comporter une ou plusieurs des caractéristiques suivantes, qui peuvent être combinées entre elles. Avantageusement, les tôles de la chambre annulaire comportent suivant une section axiale, des ondulations ou lobes constituant les formes permettant une légère expansion du volume interne. La chambre annulaire peut comporter une seule tôle annulaire formant un anneau continu, comprenant des rebords latéraux soudés sur la surface externe de la couronne axiale. En particulier la tôle annulaire peut comporter trois lobes tournés vers l'extérieur, situés entre deux rebords axiaux soudés sur la couronne axiale. Suivant une variante, la chambre annulaire comporte au moins deux tôles annulaires formant chacune un anneau continu, chaque tôle comprenant des rebords latéraux soudés soit sur une autre tôle, soit sur la surface externe de la couronne axiale. Avantageusement, la chambre annulaire comporte des perçages permettant un remplissage de liquide ainsi qu'une purge de l'air, ces perçages étant ensuite fermés. Avantageusement, la chambre annulaire contient des pales sensiblement radiales, dont la surface couvre une grande partie de la section interne de cette chambre. Les pales radiales peuvent faire partie d'une bande de tôle continue découpée, qui est posée à plat et fixée sur la surface extérieure de la couronne axiale. Selon un mode de réalisation, le tambour de frein comporte une partie radiale entraînée en rotation ainsi qu'une couronne axiale, formées par emboutissage et découpe d'une même tôle d'acier. L'invention a aussi pour objet un véhicule automobile comprenant des tambours de frein comportant une couronne axiale circulaire entraînée en rotation, dont la surface intérieure forme une piste de frottement pour des garnitures de freinage, et une chambre annulaire contenant un fluide, disposée autour de cette couronne axiale, ces tambours de frein comportant de plus l'une quelconque des caractéristiques précédentes. L'invention sera mieux comprise et d'autres caractéristiques et avantages apparaîtront plus clairement à la lecture de la description ci-après donnée à titre d'exemple, en référence aux dessins annexés dans lesquels : - la figure 1 est une demi-vue en coupe axiale, d'un tambour de frein selon l'art antérieur ; - la figure 2 est une demi-vue en coupe axiale d'un tambour de frein suivant une première variante ; - la figure 3 est une demi-vue en coupe axiale d'un tambour de frein suivant une deuxième variante ; - la figure 4 est une demi-vue en coupe axiale d'un tambour de frein selon l'invention ; - la figure 5 est une vue partielle en perspective de ce tambour de frein, la chambre annulaire étant ouverte ; - les figures 6 et 7 sont des vues en perspective d'un tambour de frein suivant une variante ; et - la figure 8 est une demi-vue en coupe axiale de ce tambour de frein. La figure 1 représente un tambour de frein 1 centré sur un axe A, comportant une partie radiale de liaison 2 sensiblement plane, comprenant un alésage 4 de centrage sur le moyeu non représenté d'une roue, et des perçages 6 recevant des vis de serrage axial sur ce moyeu. Le tambour de frein 1 est moulé en fonte, la périphérie de la partie radiale 2 se prolongeant de manière continue par une couronne axiale circulaire 8 ayant globalement la forme d'un cylindre. La surface intérieure de cette couronne axiale 8 est usinée pour former une piste de frottement recevant des garnitures de freinage. Une nervure circulaire extérieure 10 entoure cette couronne axiale 8, apportant une rigidité et favorisant les échanges thermiques. De plus cette nervure forme avec le plateau portant les garnitures de frein, une chicane destinée à éviter les entrées de polluants dans le tambour de frein. Le tambour de frein 1 est simple et économique à réaliser. Toutefois, il est relativement lourd, et comprend une capacité thermique qui est limitée par la masse de fonte formant la couronne axiale 8, et par la chaleur massique de la fonte relativement faible qui est de 0,5 kJ/kg/K. La figure 2 représente un tambour de frein 21 dont la partie radiale 22 est constituée d'une tôle d'acier emboutie et découpée, comportant des ondulations pour faciliter une extension radiale qui permet de suivre une dilatation de ce tambour. La périphérie externe est repliée pour former un rebord axial 24, comprenant des formes favorisant l'accrochage de fonte surmoulée. Le rebord axial 24 reçoit ensuite par surmoulage, une couronne axiale en fonte 26 dont la surface intérieure est usinée pour former une piste de frottement. Une nervure circulaire extérieure 10 en fonte entoure aussi cette couronne axiale 26, pour la rigidifier. Comparé à la figure 1, la couronne axiale 26 du tambour de frein 21 comporte la même masse pour disposer d'une capacité calorifique équivalente. La réduction globale de masse du tambour de frein 21 est donc limitée. De plus, le procédé de surmoulage est relativement onéreux. La figure 3 présente un tambour de frein 31 comprenant un moulage en fonte de la partie radiale 2, et d'une couronne axiale 34 venant d'une même matière. La couronne axiale 34 comprend radialement à l'extérieur, une large zone centrale d'épaisseur réduite, encadrée axialement par deux épaulements circulaires 36. Une couronne en aluminium 32 est surmoulée autour de la zone centrale d'épaisseur réduite, entre les deux épaulements circulaires 36, pour former une masse thermique bonne conductrice de la chaleur, qui absorbe de l'énergie calorifique lors des freinages prononcés. Ce tambour de frein 31 est relativement léger, toutefois la chaleur massique de l'aluminium n'est pas très élevée, et compte tenu de sa densité, il faut un volume nettement plus important de matière. Les figures 4 et 5 présentent un tambour de frein 41 comprenant une partie radiale 42 ainsi qu'une couronne axiale 44 formées par emboutissage et découpe d'une même tôle d'acier. La partie radiale 42 comporte un centrage 4 et les perçages 6 recevant les vis de serrage axial. La partie radiale entre les perçages 6 et la couronne axiale 44, comporte suivant une section axiale, une ondulation pour donner une petite souplesse à cette partie permettant d'absorber des dilations. Cette tôle forme une structure fine et légère, comportant une bonne tenue mécanique et capable de résister aux efforts de freinage. La couronne axiale 44 comporte radialement à l'extérieur, une chambre annulaire 50 remplie d'eau formant une masse comprenant une capacité calorifique importante. La chambre annulaire 50 a une section suivant un plan axial globalement rectangulaire, comprenant trois bandes de tôles 52, 54 formant chacune un anneau continu. Les côtés de la section rectangulaire sont formés par deux tôles annulaires de côté 52 sensiblement radiales, reliées entre elles par une tôle annulaire de dessus 54 sensiblement axiale. Les tôles annulaires de côté 52 comportent radialement vers l'intérieur et l'extérieur, une partie axiale droite formant un rebord, qui se superpose à une partie correspondante soit de la tôle du tambour de frein 41, soit de la tôle annulaire de dessus 54. Ces deux parties axiales droites sont soudées entre elles par une soudure continue pour réaliser l'étanchéité, qui peut être une soudure à l'arc, ou une soudure électrique réalisée par une molette rotative. La section transversale constante des tôles annulaires 52, 54, comportent chacune environ deux ondulations sinusoïdales 56. On forme de cette manière des nervures continues et circulaires sur le pourtour de la chambre annulaire 50. Les ondulations 56 des tôles annulaires 52, 54, constituent des moyens permettant facilement une dilation du volume interne de la chambre annulaire 50, pour absorber notamment une augmentation du volume de l'eau contenue dans cette chambre lors de son gel, qui est de l'ordre de 10%. En cas de gel, la largeur des tôles annulaires 52, 54 augmente légèrement par une déformation des ondulations, sans ajouter de contrainte importante dans ces tôles. De plus, les ondulations 56 augmentent les surfaces de convection avec l'air ambiant. Les tôles annulaires 52, 54 comportent cependant une rigidité suffisante, pour contenir une pression en cas d'échauffement important de l'eau, et éviter une ébullition de celle-ci lors d'un freinage intensif. La chambre annulaire 50 comporte de plus un orifice de remplissage ainsi qu'un évent non représentés, qui permettent un remplissage du volume interne après fabrication, ainsi qu'une purge complète pour éviter un déséquilibrage. Ensuite, ces orifices sont définitivement fermés. Pour finaliser le tambour de frein 41 après soudure, remplissage de la chambre annulaire 50 et peinture, les surfaces fonctionnelles sont usinées pour obtenir une bonne géométrie après la soudure qui peut générer des déformations. On usine notamment le centrage 4, la face d'appui de la partie radiale 42 sur le moyeu, et la surface intérieure de la couronne axiale 44 formant la piste de frottement. Dans la chambre annulaire 50, des pales radiales 60 sont régulièrement disposées, leur surface couvrant une grande partie de la section transversale interne de cette chambre, tout en conservant un intervalle sur les côtés. Ces pales radiales 60 font partie d'une bande de tôle continue découpée 58, qui est posée à plat et fixée sur la surface extérieure de la couronne axiale 44 du tambour de frein 41. Les pales radiales 60 constituent des séparations empêchant des glaçons qui commenceraient à se former dans la chambre annulaire 50, de se regrouper du fait de la différence de densité, ce qui pourrait provoquer un déséquilibrage des masses en rotation. Toutefois l'eau peut librement passer sur le côté de ces pales radiales 60, dans les intervalles laissés libres. En variante, on peut prévoir des additifs dans l'eau pour modifier certaines caractéristiques, pour notamment abaisser son point de congélation. On notera que le volume d'oxygène dans la chambre annulaire 50 étant fixe et faible, on n'a pas de problème de corrosion interne. Un avantage de ce tambour de frein 41, est qu'il possède une forte capacité calorifique pour une masse réduite, la chaleur massique de l'eau étant de 4,18 kJ/kgI°K, soit environ huit fois plus que celle de la fonte. Par exemple, pour obtenir un tambour de frein ayant une capacité thermique équivalente à celle d'un tambour de frein conventionnel en fonte pesant environ 5,7 kg, on peut avec 2,81 kg d'acier et 0,35 kg d'eau, prévoir un tambour pesant environ 3,16 kg, soit un gain de masse de 45%. La réduction de masse sur deux tambours, est significative pour alléger le véhicule et notamment réduire sa consommation. Les figures 6, 7 et 8 présentent un tambour de frein 71 comprenant une partie radiale 42 ainsi qu'une couronne axiale 44, formées par emboutissage et découpe d'une même tôle d'acier, identique à celle des figures 4 et 5. La chambre annulaire 70 est formée par une tôle annulaire unique 72, qui a une section suivant un plan axial constante, comprenant à ses extrémités deux rebords axiaux 74 qui viennent s'ajuster sur la surface extérieure cylindrique de la couronne axiale 44 pour être soudés. Entre ces deux rebords axiaux 74, la section transversale de la tôle annulaire unique 72 comprend trois lobes 76 tournés vers l'extérieur, formant des bossages circulaires qui permettent à la fois de donner une certaine rigidité à la chambre annulaire 70, tout en permettant une légère expansion du volume interne en cas de gel de l'eau, avec une faible augmentation des contraintes dans le tambour de frein 71. Le fonctionnement du tambour de frein 71 est similaire à celui présenté précédemment figure 4, mais la chambre annulaire 70 comportant une seule tôle annulaire 72, est plus simple à réaliser. REVENDICATIONS1 ù Tambour de frein, en particulier pour un système de freinage d'un véhicule automobile, comportant une couronne axiale circulaire (44) entraînée en rotation dont la surface intérieure forme une piste de frottement pour des garnitures de freinage, et une chambre annulaire (50, 70) contenant un fluide, disposée autour de cette couronne axiale, caractérisé en ce que la chambre annulaire (50, 70) est délimitée par une ou plusieurs tôles (52, 54, 72) formant des bandes circulaires fixées de manière continue sur l'extérieur de la couronne axiale (44) du tambour de frein (41, 71), pour former suivant une section axiale un contour fermé, ces tôles comportant de plus des formes (56, 76) permettant avec des contraintes limitées, une légère expansion du volume interne de la chambre annulaire. 2 ù Tambour de frein selon la revendication 1, caractérisé en ce que les tôles (52, 54, 72) de la chambre annulaire (50, 70) comportent suivant une section axiale, des ondulations ou lobes constituant les formes permettant une légère expansion du volume interne. 3 ù Tambour de frein selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que la chambre annulaire (70) comporte une seule tôle annulaire (72) formant un anneau continu, comprenant des rebords latéraux (74) soudés sur la surface externe cylindrique de la couronne axiale (44). 4 ù Tambour de frein selon les revendications 2 et 3, caractérisé en ce que la tôle annulaire (72) comporte trois lobes (76) tournés vers l'extérieur, situés entre deux rebords axiaux (74) soudés sur la couronne axiale (44). 5 ù Tambour de frein selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que la chambre annulaire (50) comporte au moins deux tôles annulaires (52, 54) formant chacune un anneau continu, chaque tôle comprenant des rebords latéraux soudés soit sur une autre tôle, soit sur la surface externe cylindrique de la couronne axiale (44). 6 ù Tambour de frein selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce la chambre annulaire (50, 70) comporte desperçages permettant un remplissage de liquide ainsi qu'une purge de l'air, ces perçages étant ensuite fermés. 7 ù Tambour de frein selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce la chambre annulaire (50) contient des pales sensiblement radiales (60), dont la surface couvre une grande partie de la section axiale interne de cette chambre. 8 ù Tambour de frein selon la revendication 7, caractérisé en ce que les pales radiales (60) font partie d'une bande de tôle continue découpée (58), qui est posée à plat et fixée sur la surface extérieure de la couronne axiale (44). 9 ù Tambour de frein selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comporte une partie radiale (42) entraînée en rotation ainsi qu'une couronne axiale (44), formées par emboutissage et découpe d'une même tôle d'acier. 10 ù Véhicule automobile comprenant des tambours de frein comportant une couronne axiale circulaire (44) entraînée en rotation, dont la surface intérieure forme une piste de frottement pour des garnitures de freinage, et une chambre annulaire (50, 70) contenant un fluide, disposée autour de cette couronne axiale, caractérisé en ce que ces tambours de frein sont réalisés suivant l'une quelconque des revendications précédentes.