Brevet FR2969239A1 — publié le 20120622

Domaine de l'invention La présente invention se rapporte un disque de frein comportant une couronne active coopérant avec les patins de frein et munie d'un revêtement en métal dur. L'invention se rapporte également à son procédé de fabrication ainsi qu'à un frein équipé d'un tel disque. Etat de la technique Il existe de nombreuses propositions pour protéger la sur-face de friction d'un disque de frein contre l'usure en particulier en appli-10 quant un revêtement en métal dur sur le disque. Néanmoins, un tel revêtement modifie les caractéristiques tribologiques de la surface du disque et du patin de frein en contact avec celui-ci. En particulier la présence de l'eau sur la surface de friction peut se traduire par une réduction importante du coefficient de friction avec 15 des risques de défaillance au freinage car les effets de la surface de friction mouillée, sont les mêmes phénomènes que ceux que l'on rencontre dans la lubrification hydrodynamique. On a ainsi un effet de lubrification dynamique de l'interface du disque de frein. But de l'invention 20 La présente invention a pour but de développer un disque de frein présentant d'excellentes caractéristiques de résistance à l'usure sans présenter les inconvénients d'une réduction des caractéristiques tribologiques de la surface du disque, en particulier sous l'effet de projections d'eau. 25 L'invention a également pour but de développer un procédé permettant de réaliser facilement un tel disque et enfin l'invention à pour but de développer frein à disque équipé d'un tel disque. Exposé et avantages de l'invention A cet effet, l'invention a pour objet un disque de frein du 30 type défini ci-dessus, caractérisé en ce que, la surface active du disque comporte des motifs en creux. Un disque de frein selon l'invention particulièrement résistant à l'usure, assure une évacuation maximale de l'eau en réduisant au minimum le risque de développement d'un film sur la surface du disque. 35 Les motifs en creux à la surface du disque ne compliquent pas la fabrication du disque et n'affaiblissent pas le revêtement par des effets d'arêtes vives ni de risque de fissures du revêtement sous l'effet des contraintes thermiques à la limite des rainures. Enfin, le motif en creux permet de créer un signe distinctif du disque, apparaissant derrière la roue lorsque celle-ci est ajourée. Suivant une autre caractéristique avantageuse les motifs en creux sont des motifs appartenant au groupe comprenant : les rainures linéaires, les rainures courbes, les trous, les trous bor- gnes, et les combinaisons de tels motifs en creux. Les motifs en creux peuvent avoir des formes extrêmement diverses en fonction notamment de l'efficacité que l'on souhaite pour l'évacuation de l'eau arrivant à la surface du disque. Suivant une caractéristique particulièrement avantageuse la rainure a un profil sinusoïdal symétrique par rapport à l'axe du disque. Ce motif sinusoïdal à symétrie centrale, c'est-à-dire à répétition du motif, peut être une combinaison formée d'une répétition triple du motif. Le même motif peut lui-même être répété une ou plusieurs fois créant ainsi un ensemble de rainures à profil sinusoïdal disposées sur la surface active du disque, venant en contact avec les patins de frein. Les motifs en creux sont prévus sur les deux faces du dis-que. Les motifs en creux prévus sur les deux faces sont avantageusement différents, c'est-à-dire soit positionnés différemment, soit de formes diffé- rentes pour ne pas créer de réduction d'épaisseur importante correspondant à la somme de la profondeur des rainure dans chaque face du disque et aussi pour augmenter la fréquence que le contact des patins sur les deux faces peut engendrer. L'invention a également pour objet un procédé de fabrica- tion d'un disque, caractérisé en ce qu'on met le disque en forme en y réalisant les motifs en creux puis on le soumet à traitement pour appliquer un revêtement de métal dur au moins sur les surfaces actives du disque. Suivant une caractéristique avantageuse on réalise les motifs en creux lors de la coulée du disque ou on réalise les motifs en creux dans l'ébauche de coulée, par un usinage avec enlèvement de copeaux. L'invention a pour objet un frein à disque équipé d'un dis-que tel que défini de manière générale ci-dessus. Dessins La présente invention sera décrite ci-après à l'aide de modes 35 de réalisation de disques de freins représentés schématiquement dans les dessins annexés dans lesquels la figure 1 montre un exemple de réalisation d'un disque selon l'invention, - la figure 2 est un tableau montrant différentes formes de motifs en creux réalisés dans une face de disque de frein. - la figure 3 est un schéma du procédé de fabrication d'un disque de frein selon l'invention, Description de modes de réalisation de l'invention La figure 1 montre un exemple de disque de frein 1 selon l'invention. Ce disque 1 se compose d'une couronne intérieure 11 munie d'orifices 12 de fixation du disque 1 sur le moyeu de roue avec un orifice central 13 pour la mise en place. Au-delà de la couronne intérieure 11, il y a une couronne de friction 14 formant la surface active destinée à coopérer avec les patins de frein non représentés. Le disque 1 comporte les moyens usuels d'évacuation de la chaleur, il a par exemple une structure creuse en épaisseur avec des canaux réalisés en fonderie. La surface active 14 du disque comporte avantageusement sur ses deux faces, un motif en creux 2 constitué par des rainures linéaires, des rainures courbes, des trous, des trous borgnes ou des combinai-sons de tels motifs en creux. Dans l'exemple présenté à la figure 1, la rainure 2 est constituée par une courbe sinusoïdale répétée trois fois (symétrie ternaire) par rapport à un axe X-X du disque 1. Ce motif sinusoïdal évolue autour d'un cercle intermédiaire et ne rejoint ni une arête extérieure 141, ni une arête intérieure 142 de la couronne constituant la sur-face active 14. De manière plus précise, la rainure 2 forme trois lobes 22, régulièrement répartis autour de l'axe X-X avec chaque fois un sommet 221 et de chaque côté un pied formant deux à deux un creux 222. Le sommet 221 est écarté de l'arête extérieure 141 de la couronne d'une dis-tance et. Il en est de même du creux 22, écarté de l'arête intérieure 142 de la couronne 14 d'une distance e2. Les distances ei, e2 sont voisines, voire égales. Elles sont 30 suffisantes pour ne pas fragiliser le bord du disque. La surface du disque comporte un revêtement en métal dur, par exemple une surface nitrurée. Ce revêtement couvre au moins la sur-face active 14 de chaque face du disque. Les surfaces actives des deux fa-ces du disque comportent des motifs en creux qui sont avantageusement 35 différents les uns des autres. La différence concerne soit le positionnement des motifs, soit la forme des motifs, soit ces deux paramètres. A titre d'exemple numérique dans le cas de la figure 1, les caractéristiques du disque 1 sont les suivantes : La figure 2 montre sous la forme d'un tableau 3 des disques de freins avec différents motifs en creux formés par des rainures. Les li- gnes portent les références Li-L4 et les colonnes les références Ci-Co. Les différents disques de freins portent les références A-X. Les chiffres dans le coin gauche au-dessus de chaque dis-que indiquent le nombre de lobes de la ou des rainures et le chiffre dans la colonne Co est la périodicité du motif dans chaque ligne. Pour ne pas compliquer le tableau, les motifs de chaque disque A-X ne sont pas référencés. Dans la première ligne L1, on a représenté des motifs simples de rainures constitués par un cercle décentré, une courbe trilobée symétrique, une courbe à quatre lobes symétriques, une courbe à cinq lo- bes symétriques et une courbe à six lobes symétriques. Dans la seconde ligne L2, on a représenté le motif de la première ligne répété (périodicité 2) et décalé angulairement. Dans la troisième ligne L3, on a présenté le motif de la première ligne avec une répétition égale à 2,5 (périodicité 2,5) et décalé angulairement et dans la quatrième ligne L4, on a présenté la répétition avec une périodicité de 3 ou 3,5 et décalé angulairement. La figure 3 est un schéma par blocs du procédé de fabrication du disque de frein selon l'invention avec sa variante. Selon le procédé, on réalise l'ébauche du disque de frein lA par coulée 100. A ce moment, on forme non seulement le disque lA dans son ensemble, mais on réalise également le motif en creux 2, par exemple le motif à rainures selon les différents exemples donnés précédemment. Diamètre extérieur Diamètre intérieur de la couronne active Cercle primitif du motif sinusoïdal diamètre Amplitude du motif sinusoïdal Périodicité Ecart e 1 par rapport au bord extérieur Ecart e2 par rapport au bord intérieur de la surface active Largeur de la rainure Profondeur de la rainure Diamètre de l'outil d'usinage 295 mm 182 mm 238 mm 41,5 mm 1 7,5 mm 7,5 mm 5 mm 1,2 mm 6,5 mm Le disque lA ainsi obtenu par coulée, subit ensuite un usinage (101) de ses surfaces actives de freinage 14 ainsi que la réalisation des perçages ou orifices 12 servant à la fixation du disque au moyeu de roue, ce qui donne l'ébauche 1B. s Après cet usinage, le disque 1B reçoit un revêtement métallique dur et/ou un traitement thermique (102) puis, le disque terminé 1C est assemblé (103) dans le frein à disque. En variante de ce procédé, on utilise une ébauche lAo réalisée par coulée (100A) puis, on usine (100B) les motifs en creux dans 10 l'ébauche lAo puis, on réalise l'usinage (101) de la surface et des points de fixation. Le disque ainsi usiné 1B reçoit ensuite le revêtement métal- lique dur (102) puis, il est assemblé (103) dans le frein à disque. L'invention concerne la technique automobile, notamment 15 la réalisation de freins à disque. 20 NOMENCLATURE DES ELEMENTS PRINCIPAUX DU DISQUE DE FREIN disque motif en creux/rainure tableau de différents motifs en creux dans un disque de frein 11 couronne intérieure 12 orifice de fixation 13 orifice central 10 14 couronne de friction/surface active 141 arête extérieure de la couronne 14 142 arête intérieure de la couronne 14 21 cercle intermédiaire 22 lobe 15 221 sommet du lobe 222 pied du lobe 1 2 20 REVENDICATIONS1 °) Disque de frein comportant une couronne active susceptible de coopérer avec les patins de frein et munie d'un revêtement en métal dur, disque de frein caractérisé en ce que la surface active (14) du disque comporte des motifs en creux (2) 2°) Disque de frein selon la revendication 1, caractérisé en ce que les motifs en creux (2) sont des motifs appartenant au groupe compre-10 nant - les rainures linéaires, les rainures courbes, les trous, les trous borgnes, et les combinaisons de tels motifs en creux. 3°) Disque de frein selon la revendication 2, 15 caractérisé en ce que la rainure (2) a un profil sinusoïdal symétrique par rapport à l'axe (X-X) du disque (1). 4°) Disque de frein selon la revendication 3, 20 caractérisé en ce que le motif sinusoïdal (2) a une symétrie ternaire et forme trois lobes (22). 5°) Disque de frein selon la revendication 1, caractérisé en ce que 25 le disque (1) comporte des motifs en creux (2) sur les deux faces. 6°) Disque de frein selon la revendication 5, caractérisé en ce que les motifs (2) des deux faces sont différents par leur position et/ou par 30 leur forme. 7°) Procédé de fabrication d'un disque de frein selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce qu' 35 on met le disque (1A) en forme en y réalisant (100, 100A, 100B) les motifs en creux puis on le (1B) soumet à traitement (102) pour appliquer un revêtement de métal dur au moins sur les surfaces actives (14) du disque. 8°) Procédé de fabrication d'un disque de frein selon la revendication 7, caractérisé en ce qu' on réalise (100) les motifs en creux (2) lors de la coulée du disque. 9°) Procédé de fabrication d'un disque de frein selon la revendication 7, caractérisé en ce qu' on réalise (100B) les motifs en creux dans l'ébauche de coulée (lAo), par un usinage avec enlèvement de copeaux. 10°) Frein à disque caractérisé en ce qu'il comporte un disque de frein selon l'une des revendications 1 à 6, dont la surface active (14) est munie d'un revêtement en métal dur et comporte des motifs en creux (2).15