Brevet FR2989751A1 — publié le 20131025

ROTOR DE DISPOSITIF DE FREINAGE COMPORTANT UNE CHAMBRE ANNULAIRE FERMEE La présente invention concerne un rotor de dispositif de freinage, en particulier pour le freinage d'un véhicule automobile, ainsi qu'un véhicule automobile équipé d'un tel rotor. 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 segments 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 réduire la masse du rotor, tout en améliorant sa capacité d'absorption d'énergie thermique et sa possibilité d'échange de cette énergie avec l'extérieur, une solution connue, présentée notamment par le document FR-A1-2944570, comporte une chambre annulaire étanche entourant la surface extérieure d'un tambour, comprenant une section transversale comportant des formes variées, qui reçoit un liquide comme de l'eau. Le liquide disposé dans la cavité comporte une capacité thermique 30 élevée par rapport à sa masse, en comparant à de l'acier ou de la fonte, et permet de transmettre facilement les calories générées sur les pistes de frottement, aux surfaces tournées vers l'extérieur de manière à améliorer la dissipation thermique. Toutefois un problème qui se pose est que la section de forme variée de la chambre annulaire, permet difficilement de résister à la pression interne 5 de cette chambre fermée, notamment quand le fluide monte en pression suite à une évaporation provoquée par son échauffement. La présente invention a notamment pour but d'éviter ces inconvénients de la technique antérieure. Elle propose à cet effet un rotor de dispositif de freinage, comportant 10 des pistes de frottement circulaires reliées à un moyeu entraîné en rotation autour d'un axe, et une chambre annulaire fermée liée à ces pistes de frottement, qui contient un fluide, caractérisé en ce que les pistes de frottement sont réalisées directement sur la surface extérieure de la chambre annulaire, qui comporte une section transversale globalement circulaire. 15 Un avantage du rotor selon l'invention est que la chambre annulaire comprenant une section transversale proche du cercle, forme un tore comportant une capacité de résistance élevée et des faibles déformations, pour résister aux contraintes importantes venant de la force de serrage exercée par les patins de freinage, et de la pression interne provoquée par 20 l'évaporation du fluide contenu dans la chambre, causée par les calories dégagées par le frottement lors des freinages. Le rotor du dispositif de freinage selon l'invention peut en outre comporter une ou plusieurs des caractéristiques suivantes, qui peuvent être combinées entre elles. 25 Selon un mode de réalisation, la chambre annulaire comporte des pistes de frottement sur ses deux côtés, suivant la direction axiale. Selon un autre mode de réalisation, la chambre annulaire comporte une piste de frottement sur une surface qui est tournée radialement vers l'extérieur ou vers l'intérieur. Avantageusement, la chambre annulaire comporte des tôles épaisses recevant les pistes de frottement, et des tôles minces disposées en dehors des pistes de frottement, fermant le volume de cette chambre. Avantageusement, la chambre annulaire comporte un fluide remplissant partiellement son volume intérieur, et des gaz inertes qui complètent ce volume. Avantageusement, la chambre annulaire comporte à l'intérieur des flasques qui retiennent au moins partiellement le fluide en contact avec les pistes de frottement, lors de la rotation de ce rotor. En particulier, deux flasques peuvent être disposés symétriquement par rapport au plan médian perpendiculaire à l'axe de rotation, et fixés chacun de manière continue par un côté à l'intérieur de cette chambre, une ouverture centrale étant réalisée entre ces flasques, qui se trouve radialement plus proche de l'axe de rotation que les côtés fixés. Avantageusement, la chambre annulaire comporte des soupapes prévues pour limiter la pression interne de cette chambre. Selon un mode de réalisation, chaque soupape comporte un bouchon formé dans une tôle fine, qui ferme un perçage de la chambre annulaire. L'invention a aussi pour objet un véhicule automobile comprenant des dispositifs de freinage équipés de rotors serrés par des patins de frein, comportant 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 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 vue en coupe selon un plan médian perpendiculaire à l'axe d'un rotor réalisé suivant la troisième variante ; - la figure 5 est une vue en perspective du côté intérieur de ce rotor ; et - la figure 6 est une demi-vue en coupe axiale de ce rotor. 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. La partie extérieure du moyeu 4 comprend dans le plan de coupe axial une succession de courbes 6, le contour périphérique de ce moyeu étant soudé radialement à l'intérieur de la chambre annulaire 2. On réalise ainsi par cette succession de courbes 6, une forme permettant d'accepter des différences de dilatation entre la chambre annulaire 2 et le moyeu 4, sans générer de contrainte importante dans la matière. Des patins de frottement 8 formés d'une tôle comprenant à l'intérieur une garniture de frottement 10, disposés de chaque côté de la chambre annulaire 2 suivant la direction axiale, comportent des surfaces d'appui courbées complémentaires avec les pistes de frottement de la chambre annulaire 2. Les patins 8 sont insérés dans un étrier de freinage non représenté, qui 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. La chambre annulaire 2 est partiellement remplie d'un fluide comme de 30 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 de ses 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. 2 9 89 75 1 6 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 5 annulaire 2, de manière à obtenir une somme des forces F appliquées sur le rotor 1 qui est nulle. Les figures 4 à 6 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 10 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 15 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. Les tôles minces des deux parties annulaires extérieures 32, permettent 20 de fermer la chambre annulaire 2 par des éléments plus légers, qui peuvent être chacun facilement emboutis. Le moyeu 4 est constitué d'une tôle mince emboutie, qui peut en particulier être formé d'une même pièce avec la partie annulaire extérieure 32 se trouvant du même côté. 25 L'anneau d'étanchéité 20 se trouvant du côté intérieur opposé au moyeu 4, constitue une avancée axiale qui vient s'ajuster dans un rebord d'un flasque non représenté supportant le mécanisme de freinage comportant les patins de frottement, de manière à former une chicane procurant une certaine étanchéité à l'eau et à la poussière pour protéger ce 30 mécanisme. 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 deux flasques 36 formés dans des tôles minces, disposés symétriquement par rapport au plan médian de cette chambre, qui sont fixés chacun de manière continue sur un bord de la partie annulaire intérieure 30. Chaque flasque 36 comporte suivant une coupe transversale, une forme partant de sa fixation sur le côté de la chambre annulaire 2, qui est radialement proche du centre O de la section circulaire de cette chambre, pour se terminer en un point proche à la fois du plan médian de symétrie, et de la partie annulaire intérieure 30. Les deux flasques 36 constituent un petit volume intérieur de réserve de fluide 38, délimité par la partie annulaire intérieure 30 comportant la piste de frottement, qui comprend une ouverture centrale 40 se trouvant entre les deux bords de ces flasques tournés l'un vers l'autre. En variante les deux flasques 36 peuvent être formés dans une même tôle comportant une succession de perçages formant l'ouverture centrale 40, qui se trouvent dans la partie centrale reliant ces flasques. Le fonctionnement du rotor 1 est le suivant. La chambre annulaire 2 est remplie partiellement d'une quantité de fluide, notamment de l'eau, de manière à former une petite hauteur de ce fluide remplissant le bas de la chambre, comme indiqué figure 4. Les perçages fermés par les bouchons 34 constituent des orifices de remplissage, permettant pour l'un de verser le fluide dans la chambre annulaire 2, pendant que l'air compris dans cette chambre ressort par l'autre orifice. Les bouchons 34 forment des soupapes de sécurité, la tôle fine les constituant pouvant s'ouvrir sous l'action d'une pression interne trop élevée dans la chambre annulaire 2, de manière à permettre une limitation de cette pression interne par une évacuation des gaz sans attendre une rupture de cette chambre. Avantageusement, on remplit le volume restant de la chambre annulaire 2 par un gaz inerte qui n'entraîne pas de corrosion des tôles, comme de la vapeur d'eau ou de l'azote, de manière à éliminer l'oxygène. Les surfaces extérieures du rotor 1 sont de préférence protégées contre la corrosion par un revêtement, qui peut comporter en particulier un alliage de zinc et d'aluminium. Lors du roulage du véhicule, la rotation du rotor 1 entraîne une centrifugation du fluide qui se trouve réparti sur le pourtour de la chambre annulaire 2, de plus en plus régulièrement en fonction de la vitesse de rotation. On obtient alors une répartition du fluide restant majoritairement à l'intérieur du volume de réserve 38, qui est maintenu dans ce volume par la force centrifuge. Le volume de réserve 38 est limité vers l'axe de rotation A par l'ouverture centrale 40. Le surplus de fluide passe par cette ouverture centrale 40, et vient se placer par la force centrifuge dans la partie la plus éloignée de l'axe de rotation A, comme présenté figure 6. On a ainsi à la fois une part du fluide qui se trouve en contact avec la tôle de la partie annulaire intérieure 30 comprenant la piste de frottement, pour recevoir les calories générées sur cette piste, et une autre part du fluide qui se trouve en contact avec les parties annulaires extérieures 32. Un certain brassage du fluide lors du roulage entraîne des échanges de ce fluide, et une bonne conduction thermique des calories entre les différentes surfaces de la chambre annulaire 2, ce qui favorise la dissipation thermique vers l'air ambiant. On obtient ainsi un rotor comprenant une forte rigidité, ainsi qu'une capacité importante d'absorption d'énergie thermique, et d'échange de cette énergie avec l'extérieur. Le rotor peut subir des freinages importants et prolongés, avec des déformations faibles et une élévation de température limitée, qui permettent de conserver une bonne capacité de freinage. On notera de plus que la masse du rotor 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 réalisé en fonte.5 REVENDICATIONS1 - Rotor de dispositif de freinage, comportant des pistes de frottement circulaires reliées à un moyeu (4) entraîné en rotation autour d'un axe (A), et une chambre annulaire fermée (2) liée à ces pistes de frottement, qui contient un fluide, caractérisé en ce que les pistes de frottement sont réalisées directement sur la surface extérieure de la chambre annulaire (2), qui comporte une section transversale globalement circulaire. 2 - Rotor de dispositif de freinage selon la revendication 1, caractérisé 10 en ce que la chambre annulaire (2) comporte des pistes de frottement sur ses deux côtés, suivant la direction axiale. 3 - Rotor de dispositif de freinage selon la revendication 1, caractérisé en ce que la chambre annulaire (2) comporte une piste de frottement sur une surface qui est tournée radialement vers l'extérieur ou vers l'intérieur. 15 4 - Rotor de dispositif de freinage selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la chambre annulaire (2) comporte des tôles épaisses (30) recevant les pistes de frottement, et des tôles minces (32) disposées en dehors des pistes de frottement, fermant le volume de cette chambre. 20 5 - Rotor de dispositif de freinage selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la chambre annulaire (2) comporte un fluide remplissant partiellement son volume intérieur, et des gaz inertes qui complètent ce volume. 6 - Rotor de dispositif de freinage selon l'une quelconque des 25 revendications précédentes, caractérisé en ce que la chambre annulaire (2) comporte à l'intérieur des flasques (36) qui retiennent au moins partiellement le fluide en contact avec les pistes de frottement, lors de la rotation de ce rotor. 7 - Rotor de dispositif de freinage selon la revendication 6, caractérisé 30 en ce que deux flasques (36) sont disposés symétriquement par rapport au plan médian perpendiculaire à l'axe de rotation (A), et fixés chacun demanière continue par un côté à l'intérieur de cette chambre, une ouverture centrale (40) étant réalisée entre ces flasques, qui se trouve radialement plus proche de l'axe de rotation que les côtés fixés. 8 - Rotor de dispositif de freinage selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la chambre annulaire (2) comporte des soupapes (34) prévues pour limiter la pression interne de cette chambre. 9 - Rotor de dispositif de freinage selon la revendication 8, caractérisé en ce que chaque soupape comporte un bouchon (34) formé dans une tôle fine, qui ferme un perçage de la chambre annulaire (2). 10 - Véhicule automobile comprenant des dispositifs de freinage comportant des rotors (1) serrés par des patins de frein (8), caractérisé en ce que ces rotors (1) sont réalisés suivant l'une quelconque des revendications précédentes.15