Brevet FR2989750A1 — publié le 20131025

DISPOSITIF DE FREINAGE COMPORTANT DES PATINS COMPRENANT UNE DOUBLE COURBURE La présente invention concerne un dispositif de freinage, en particulier pour le freinage d'un véhicule automobile, ainsi qu'un véhicule automobile équipé d'un tel dispositif de freinage. Les véhicules automobiles comportent généralement 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 dispositifs de freinage qui agissent sur chaque roue du véhicule. Un type de dispositif de freinage connu comporte un disque généralement réalisé en acier ou en fonte, comprenant des pistes de freinage annulaires formées sur les deux faces planes opposées de ce disque, recevant la pression de deux patins maintenus dans un étrier de serrage, et un moyeu qui relie ces pistes à une partie tournante liée en rotation avec la roue. Un autre type de dispositif de freinage connu, comporte un tambour comprenant une surface cylindrique intérieure, recevant la pression de deux patins de freins qui s'écartent l'un de l'autre sous l'effet d'un vérin hydraulique de commande. Un moyeu relie aussi cette surface cylindrique à une partie tournante, liée en rotation avec la roue. Pour le premier type de dispositif de freinage, les patins comportent une surface d'appui comprenant un plan qui s'applique sur les faces du disque formant le rotor. Pour le deuxième type de dispositif de freinage, les patins comportent une surface d'appui comprenant une forme cylindrique qui s'applique sur le tambour intérieur du rotor. Dans ces deux cas, la surface d'appui des patins comporte au moins une génératrice droite. Pour différentes raisons, notamment pour alléger le rotor et pour améliorer les échanges thermiques, on peut réaliser un rotor comprenant une chambre annulaire creuse recevant à l'intérieur un liquide. Dans ce cas, pour résister à la pression interne, les surfaces de frottement du rotor peuvent comporter certaines courbures. Les types de patins connus ne conviennent alors pas pour ces rotors. La présente invention a notamment pour but d'éviter ces inconvénients de la technique antérieure. Elle propose à cet effet un dispositif de freinage comportant un rotor comprenant des pistes de frottement circulaires entraînées en rotation autour d'un axe, et des patins pressant sur ces pistes de frottement, caractérisé en ce que les pistes de frottement comportent une double courbure, et en ce que les patins disposent d'un support rigide recevant la poussée d'un mécanisme de commande, qui est équipé d'une garniture de friction comprenant une surface d'appui disposant d'une double courbure complémentaire avec celle de la piste de frottement. Un avantage du dispositif de freinage selon l'invention, est que l'on peut donner des formes complexes aux pistes de frottement du rotor, qui peuvent notamment être réalisées sur la surface extérieure d'une cavité annulaire fermée de forme globalement torique, permettant de recevoir un liquide pouvant comporter une forte pression. Le dispositif de freinage selon l'invention peut en outre comporter une ou plusieurs des caractéristiques suivantes, qui peuvent être combinées entre elles. Selon un mode de réalisation, le dispositif de freinage comporte deux patins de frottement disposés de chaque côté du rotor suivant la direction axiale, qui sont serrés l'un vers l'autre par un étrier de frein. Avantageusement, chaque patin comporte un support rigide comprenant une tôle arrière équipée d'une garniture de friction, comportant une partie centrale plane recevant la force de serrage de l'étrier. Selon un autre mode de réalisation, le dispositif de freinage comporte des patins de frottement disposés à l'intérieur du rotor, qui pressent radialement vers l'extérieur sur une piste de frottement de ce rotor. Avantageusement, les patins de frottement comprenant une forme en arc de cercle, sont maintenus à leurs extrémités par des dispositifs ne comportant pas de moyen de calage suivant la direction axiale. Avantageusement, les patins sont supportés par un plateau comportant des points de fixation pour un appui et pour une commande qui appliquent des efforts sur les extrémités de la forme en arc de cercle de ces patins, ce plateau comprenant un espace vide entre les points de fixation. Avantageusement, les patins de frottement comprenant une forme en arc de cercle, prennent appui sur des points d'appui écartés situés l'un en face de l'autre pour réaliser un pivotement de ces patins, qui peuvent se déplacer pour permettre un rapprochement des patins. Les points d'appui écartés peuvent être fixés sur un appui, qui peut tourner pour réaliser le déplacement de ces points d'appui, et le rapprochement des patins. Selon un mode de réalisation, les pistes de frottement du rotor sont réalisées directement sur la surface extérieure d'une chambre annulaire de forme torique qui contient un fluide. L'invention a aussi pour objet un véhicule automobile comprenant des dispositifs de freinage comportant des rotors serrés par des patins de frein, caractérisé en ce que ces rotors sont réalisés suivant l'une quelconque des revendications 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 un schéma présenté en coupe axiale d'un rotor selon l'invention, suivant une première variante ; - la figure 2 est un schéma présenté en coupe axiale d'un rotor selon l'invention, suivant une deuxième variante ; - la figure 3 est un schéma présenté en coupe axiale d'un rotor selon l'invention, suivant une troisième variante ; - la figure 4 est une demi-vue en coupe axiale d'un dispositif de freinage comprenant un rotor suivant la première variante ; - la figure 5 est une demi-vue en coupe axiale d'un rotor suivant la troisième variante ; - la figure 6 et une coupe axiale d'un patin de frein adapté à ce rotor ; - la figure 7 est une vue en perspective d'un dispositif de freinage comportant ce rotor, présenté du côté arrière tourné vers l'intérieur du véhicule ; et - la figure 8 et une vue en perspective de ce dispositif de freinage sans le rotor, présenté du côté avant tourné vers l'extérieur du véhicule. La figure 1 présente un rotor 1 comportant une chambre annulaire 2 centrée autour d'un axe de rotation A, et formée par une tôle métallique comprenant une section transversale circulaire, qui constitue un volume fermé torique. La chambre annulaire 2 est fixée radialement à l'intérieur à un moyeu 4 comprenant une partie centrale plane perpendiculaire à l'axe de rotation A, destinée à être fixée sur un élément tournant lié à une roue d'un véhicule. Des patins de frottement 8 formés d'une tôle arrière rigide 12 comprenant à l'intérieur une garniture de friction 10, qui sont disposés de 20 chaque côté de la chambre annulaire 2 suivant la direction axiale, comportent des surfaces d'appui comprenant une double courbure complémentaire avec celle des pistes de frottement de la chambre annulaire 2. Les patins 8 sont insérés dans un étrier de freinage non représenté, qui 25 génère deux forces opposées F s'appliquant axialement sur chacun de ces patins, de manière à venir serrer les surfaces extérieures des côtés de la chambre annulaire 2 pour freiner sa rotation. On réalise ainsi un serrage axial équilibré sur la chambre annulaire 2, qui génère un frottement donnant un couple de freinage du rotor 1 autour de son axe A. 30 La chambre annulaire 2 est partiellement remplie d'un fluide comme de l'eau, de manière à disposer d'une masse de matière comprenant une capacité calorifique massique élevée, qui lors des freinages absorbe des calories en se réchauffant. De plus le fluide étant brassé en permanence lors du roulage du véhicule et de la rotation de la chambre annulaire 2, transmet ses calories à l'ensemble des parois de cette chambre ce qui équilibre la température des parois, et favorise la dissipation d'énergie thermique vers le milieu extérieur. On notera que la section transversale circulaire de la chambre annulaire 2, donne à cette chambre une forme permettant de résister facilement à des contraintes élevées venant des forces F appliquées par les patins 8, et d'une pression intérieure générée par une vaporisation du fluide. On peut ainsi réaliser une chambre annulaire torique 2 légère et résistante, qui comporte un minimum de déformation lors des freinages intenses. La figure 2 présente en variante une chambre annulaire 2, comprenant une liaison avec le moyeu 4 qui est disposée radialement à l'intérieur de cette chambre, comme pour la figure précédente. Les patins de frottement 8 exercent sur le contour radialement externe du tore de la chambre annulaire 2, qui constitue la piste de frottement, des forces F tournées radialement vers l'intérieur. L'ensemble des patins de frottement 8 est réparti régulièrement sur le pourtour de la chambre annulaire 2, pour obtenir une somme des forces F appliquées sur le rotor 1 qui est nulle. De cette manière, le système de freinage et équilibré, le rotor 1 n'exerçant pas de contrainte radiale importante sur l'arbre d'axe A le supportant. La figure 3 présente en variante un rotor 1 comprenant une liaison avec le moyeu 4 disposée sur le côté de la chambre annulaire 2, sur un cercle se trouvant radialement sensiblement au niveau du centre de la section circulaire de cette chambre. Un anneau d'étanchéité 20 est fixé sur le côté de la chambre annulaire 2 opposé au moyeu 4, sur un cercle se trouvant aussi radialement au même niveau. La partie radialement interne de la chambre annulaire 2 reçoit la pression de patins de frottement 8, qui appliquent chacun une force F radiale vers l'extérieur. Comme pour le rotor présenté figure 2, l'ensemble des patins de frottement 8 est réparti régulièrement sur le pourtour de la chambre annulaire 2, de manière à obtenir une somme des forces F appliquées sur le rotor 1 qui est nulle. La figure 4 présente un dispositif de freinage 31 comprenant un rotor 1 réalisé suivant la première variante de la figure 1, comportant un étrier de frein 30 fixé à un porte-moyeu 34 d'une roue d'un véhicule, par une glissière 32 coulissant parallèlement à l'axe de rotation A de ce rotor. L'étrier de frein 30 comporte un piston 38 coulissant axialement sous l'effet d'une pression de fluide, qui presse directement sur la tôle arrière d'un premier patin 8 appliquant sa garniture de friction 10 sur un côté de la chambre annulaire 2. Par réaction, l'étrier 30 pouvant librement coulisser suivant sa glissière 32, le deuxième patin 8 en face du premier, presse de la même manière avec une force opposée, l'autre côté de la chambre annulaire 2. La tôle arrière 12 de chaque patin 8 comporte une partie centrale plane recevant la force axiale du piston 38 ou de l'étrier 30, qui est dirigée perpendiculairement à cette partie plane. La surface d'appui de la garniture de friction 10 de chaque patin 8, comporte une surface comprenant une double courbure de manière à s'adapter à la fois au grand rayon de courbure circulaire de la chambre annulaire torique 2 autour de son axe de rotation A, et au petit rayon de courbure circulaire de la section transversale de cette chambre. De cette manière le patin 8 peut appliquer une pression uniforme sur toute sa surface d'appui, qui favorise l'efficacité du freinage, et la régularité de l'usure des garnitures de friction. Les figures 5 à 8 présentent un rotor 1 dont la section transversale circulaire est constituée par une première partie annulaire intérieure 30 formée par une tôle épaisse, qui est soudée de manière continue à deux parties annulaires extérieures 32 formées par des tôles minces se raccordant radialement vers l'extérieur, sur le plan médian de symétrie perpendiculaire à l'axe de rotation A. La tôle épaisse de la partie annulaire intérieure 30 permet de réaliser après la soudure de la chambre annulaire 2, un usinage ou une rectification de la piste de frottement afin d'assurer une bonne géométrie de cette piste. La tôle épaisse permet d'obtenir aussi une piste de frottement fortement rigide, pouvant résister à des contraintes et à des chocs thermiques importants, et subir une certaine usure. Sur la partie annulaire 32 se trouvant du côté intérieur, deux bouchons 34 formés dans une tôle fine, sont fixés sur cette partie en deux points diamétralement opposés, pour fermer chacun de manière étanche un perçage. La chambre annulaire 2 comporte à l'intérieur un flasque 36 formé dans une tôle mince, disposés symétriquement par rapport au plan médian de cette chambre, qui est fixé de manière continue sur les bords de la partie annulaire intérieure 30. Le flasque 36 comporte dans la partie centrale une succession de perçages formant une ouverture centrale. Le flasque 36 constitue de chaque côté un petit volume intérieur de réserve de fluide 38, délimité par la partie annulaire intérieure 30 comportant la piste de frottement. Chaque patin 8 comporte une forme générale en arc de cercle, couvrant une petite moitié de la piste de frottement. La tôle arrière 12 des patins 8 comporte un renfort perpendiculaire 50 soudé par points sur cette tôle, qui s'étend sur toute la longueur de l'arc de cercle de manière à donner une forte rigidité à cet arc. La tôle arrière 12 reçoit une garniture de friction 10 comprenant en plus de son grand rayon de courbure réalisé suivant l'arc de cercle, qui est centré sur l'axe de rotation A, un petit rayon de courbure qui lui est perpendiculaire, destiné à suivre la section transversale de la chambre annulaire 2. On notera que le petit rayon de la garniture de friction 10 s'ajustant sur la chambre annulaire 2, constitue un moyen de calage axial des patins 8 par rapport au rotor 1, qui ne peuvent se déplacer suivant l'axe A. Les patins 8 sont maintenus uniquement à leurs extrémités, par des dispositifs ne comprenant pas de moyen de calage suivant la direction axiale. Ils ne comportent donc pas les moyens de calage axial supplémentaires généralement prévus au milieu des patins se trouvant dans des tambours de frein cylindriques. Le mécanisme de freinage 70 est fixé sur un support non représenté, qui est lié à un élément de la suspension du véhicule. Le support comporte en partie basse un appui 60 maintenu par deux rivets 76, qui reçoit de chaque côté l'extrémité inférieure d'un patin 8. Le support reçoit en partie haute un vérin hydraulique 64 disposé tangentiellement, comprenant deux pistons opposés sur lesquels prennent appui les extrémités supérieures de ces patins 8. On obtient ainsi par un mouvement du vérin 64 commandé par la pédale de frein, deux forces opposées s'appliquant de manière symétrique sur chaque patin 8 qui pivote autour de l'appui 60, afin de réaliser un serrage des garnitures 10 sur la piste de frottement du rotor 1. Les patins de frottement 8 reposent sur l'appui 60, sur deux points d'appui écartés et situés l'un en face de l'autre. L'appui 60 peut tourner d'un quart de tour après le démontage d'une agrafe 62 accessible par le côté intérieur, ce qui permet de rapprocher les deux patins 8 l'un vers l'autre. On peut ainsi dégager les garnitures de friction 10 de ces patins 8, hors de la section transversale de la piste de frottement, et sortir les patins vers l'intérieur du véhicule pour des opérations de maintenance. Le plateau supportant le mécanisme de freinage 70, non représenté, peut être très simplifié, et comporter seulement un point de fixation inférieur pour l'appui 60, et un point de fixation supérieur pour le vérin hydraulique 64. L'absence de moyen de calage axial supplémentaire des patins 8 permet d'alléger ce plateau, et de laisser un espace vide entre ces points de fixation. On peut prévoir seulement un capot léger et facilement démontable fermant le plateau, protégeant de la pluie et de la poussière, pour donner par 2 989 750 9 l'intérieur du véhicule et à travers l'espace vide de ce plateau, un accès au mécanisme de freinage 70. Ce capot léger remplace la tôle épaisse généralement prévue pour supporter le mécanisme de freinage 70, couvrant entièrement la face arrière de ce mécanisme, qui représente une masse 5 importante et un coût relativement élevé. Le mécanisme de freinage 70 comporte des ressorts de rappel 72 des patins 8 reliant les deux patins entre eux, afin d'appliquer une force constante qui tend à les ramener en position de repos en pressant sur le vérin hydraulique 64, afin de libérer la piste de frottement du rotor 1. 10 Le mécanisme de freinage 70 comporte aussi une biellette de rattrapage de jeu 66, qui voit sa longueur automatiquement augmenter en fonction de l'usure des garnitures de friction 10, de manière à limiter le retour en arrière des patins 8 à une petite valeur afin de garder au repos un jeu sensiblement constant entre ces garnitures et la surface de frottement du 15 rotor 1. Le mécanisme de freinage 70 comporte de plus un levier de commande de frein de secours 74, actionné par un câble non représenté, qui agit directement sur les deux patins 8 pour les écarter, ce qui permet d'appliquer une force de freinage sans utiliser la commande hydraulique principale. 20 On notera qu'en plus de la réduction de masse du support recevant le mécanisme de freinage 70, la masse du rotor 1 comprenant la chambre annulaire fermée 2 peut être réduite par rapport à un rotor de frein à tambour cylindrique habituel. Pour un véhicule de tourisme, une étude comparative montre un gain possible sur le rotor d'environ 2kg, comparé à un tambour 25 réalisé en fonte.