Brevet FR3030660A1 — publié le 20160624

- 1 - « Frein muni d'un dispositif, dispositif et procédé de captage des poussières émises par le frottement d'un frein à disque » Introduction L'invention se rapporte à un dispositif comprenant un moyen d'aspiration agencé pour capter des poussières en provenance d'un disque de frein ventilé et une turbine d'entrainement agencée pour entrainer le moyen d'aspiration. La turbine d'entrainement peut elle-même être entrainée par un flux d'air issu de conduits de ventilation débouchant par la tranche du disque de frein. Il est également proposé un frein muni de ce dispositif ainsi qu'un procédé de captage des poussières émises par le frottement d'un disque de frein. Etat de la technique antérieur L'invention se rapporte au domaine des freins, en particulier des freins aptes à capter par aspiration des poussières émises par une garniture destinée à freiner lors de la mise en oeuvre de ces freins. Salissantes pour les jantes, les poussières de freins sont surtout nocives pour la santé car elles comprennent des particules de cuivre oxydées. Selon l'Insa, l'abrasion des seules plaquettes de freins représente 12,5 à 20% des émissions de particules dues au trafic routier. On connaît le document FR2997743 qui enseigne un dispositif comprenant une turbine d'aspiration apte à capter des poussières en provenance d'un disque de frein et un galet pour entrainer la turbine d'aspiration, le galet étant en appui sur le disque de frein, ce qui entraine la turbine d'aspiration lors de la rotation du galet. L'épaisseur du disque de frein varie d'une part avec l'usure et d'autre part avec les variations de température. Cela peut entraîner des problèmes 30 de réglage ou de mise au point, au montage ou au fur et à mesure de l'usure. Le document précité prévoit de résoudre ce problème avec la mise en place d'un rappel élastique pour maitriser la pression d'appui du galet sur le disque de frein. - 2 - Un but de l'invention est de résoudre le problème précité sans utiliser de pièce mécanique supplémentaire, qui engendre elle-même des problèmes d'installation, de maintenance et un surcoût de fabrication. Du fait des hautes températures que peut atteindre le disque lors d'un 5 freinage, son contact avec le galet oblige à choisir un matériau thermiquement résistant. C'est une contrainte à la conception et une source de coût. L'entraînement par galet au contact du disque de frein provoque la génération d'un bruit. 10 Cet entraînement crée aussi un couple résiduel de freinage, constituant ainsi un prélèvement de puissance, qui plus est de façon permanente. Cela diminue la puissance disponible et augmente la consommation, et donc augmente aussi la production de CO2. Un objectif de l'invention est de proposer un dispositif, un frein muni de 15 ce dispositif et un procédé de captage des poussières émises par un frein qui résolvent le problème de variation de l'épaisseur du disque de frein sans utiliser de pièce supplémentaire ou le moins possible Un autre objectif de l'invention est de proposer un dispositif, un frein muni de ce dispositif et un procédé de captage des poussières émises par 20 un frein qui entrainent moins de contrainte à la conception et à la fabrication et qui soient moins source de coût et plus robuste que le dispositif selon l'art antérieur. Un autre objectif de l'invention est de proposer un dispositif, un frein muni de ce dispositif et un procédé de captage des poussières émises par 25 un frein qui soient plus silencieux que le dispositif selon l'art antérieur. Un autre objectif de l'invention est de proposer un dispositif, un frein muni de ce dispositif et un procédé de captage des poussières émises par un frein qui prélèvent moins de puissance que le dispositif selon l'art antérieur. 30 Exposé de l'invention Selon un premier aspect de l'invention, on atteint au moins l'un des objectifs précités avec un dispositif comprenant un moyen d'aspiration apte à capter des poussières en provenance d'un disque de frein ventilé et un - 3 - moyen d'entrainement agencé pour entrainer le moyen d'aspiration, le moyen d'entrainement comprenant au moins une turbine, dite d'entrainement qui est elle-même apte à être entrainée par un flux d'air issu de conduits de ventilation débouchant par la tranche du disque de frein, dit flux d'entraînement. Ainsi, l'invention repose sur l'utilisation du flux d'air de ventilation issu du disque de frein. C'est ce flux d'air qui permet l'entrainement du moyen d'aspiration. Ne nécessitant pas d'appui sur le disque de frein, cet entrainement n'est pas dépendant de la variation de l'épaisseur de ce dernier. Ne présentant pas de contact avec le disque de frein, cet entrainement réduit l'importance des contraintes et les coûts. Pour la même raison, le dispositif selon l'invention est plus silencieux que le dispositif selon l'art antérieur. Pour la même raison, le dispositif selon l'invention prélève moins de puissance que le dispositif selon l'art antérieur, voire aucune. Dans cette description, un tel moyen d'aspiration est par exemple une turbine d'aspiration, éventuellement de type centrifuge, ou encore un ventilateur à pression axiale. Avantageusement, le dispositif selon l'invention peut comprendre un élément formant une cloche. Dans une particularité, la cloche inclut une partie apte à recouvrir la tranche extérieure du disque de frein de façon à collecter le flux d'entraînement. Cette forme un conduit dit d'entraînement agencé pour diriger le flux d'entraînement sur la turbine d'entraînement. Alternativement ou en combinaison avec cette particularité, la cloche inclut une ou plusieurs parties d'aspiration aptes à recouvrir chacune une partie de la surface latérale du disque avec le frein, à la sortie de la région de frottement de la garniture avec le disque de frein. Cette ou ces parties communiquent avec le moyen d'aspiration de façon à y aspirer les poussières sous l'effet d'une dépression créée par le moyen d'aspiration, formant ainsi un ou plusieurs conduits d'aspiration. De manière avantageuse, le moyen d'aspiration présente un axe identique à l'axe de la turbine d'entrainement. De préférence, le moyen - 4 - d'aspiration et la turbine d'entrainement présentent un même arbre ou deux arbres solidaires. Selon un deuxième aspect de l'invention, il est proposé un frein à disque présentant des conduits de ventilation débouchant par la tranche du disque de frein qui est muni d'un dispositif selon l'invention. Selon un troisième aspect de l'invention, il est proposé un procédé de captage des poussières émises par le frottement d'un frein à disque ventilé de frein. Le procédé de captage selon l'invention comprend une aspiration des poussières par un moyen d'aspiration qui est entraînée mécaniquement par une turbine d'entraînement, elle-même mise en rotation par un flux d'air issu de conduits de ventilation débouchant par la tranche du disque. Description des figures D'autres avantages et particularités de l'invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée de mises en oeuvre et de modes de réalisation nullement limitatifs, au regard de figures annexées sur lesquelles : - la figure 1 est une vue schématique partielle en coupe dans le plan du disque d'un premier frein muni d'un premier dispositif selon l'invention avec turbine à axe parallèle au disque ; - la figure 2 est une vue de dessus du premier frein muni du premier dispositif ; - la figure 3 est une vue schématique partielle en coupe dans un plan parallèle au disque d'un deuxième frein muni d'un second dispositif selon l'invention avec turbine à axe radial ; - la figure 4 est une vue radiale en coupe parallèle à l'axe du disque et à travers la piste de frottement du deuxième frein muni du second dispositif selon l'invention ; - la figure 5 est une vue schématique partielle en coupe dans un plan parallèle au disque qui illustre un troisième mode de réalisation dérivé du frein de la figure 3, muni d'une turbine recevant le flux axialement ; - 5 - - la figure 6 est une vue schématique partielle en coupe dans un plan tangentielle par rapport à l'axe du disque, quyi illustre le frein de la figure 5. Description de modes de réalisation Ces modes de réalisation n'étant nullement limitatifs, on pourra notamment réaliser des variantes de l'invention ne comprenant qu'une sélection de caractéristiques décrites par la suite, isolées des autres caractéristiques décrites, si cette sélection de caractéristiques est suffisante pour conférer un avantage technique ou pour différencier l'invention par rapport à l'état de la technique. Les figures 1 et 2 représentent un dispositif de captage 1 solidaire d'un étrier de frein et équipant un disque de frein ventilé 2, lequel comprend des conduits de ventilation 3 formés dans son épaisseur 4 et qui débouchent sur sa tranche extérieure 5. Sous l'effet de la force centrifuge créée par la rotation 20 du disque, ces conduits de ventilation 3 aspirent de l'air par des ouvertures 6 sur la tranche intérieure 7 du disque de frein 2. Selon les configurations, les conduits de ventilation 3 pourraient aussi aspirer de l'air sur la surface de frottement du disque de frein 2 par des ouvertures latérales. En fonctionnement, cet air est propulsé vers l'extérieur et dans le sens de la rotation du disque comme indiqué par les flèches. Dans l'invention, cet air est capté par un carter 8 - ou cloche - qui entoure la tranche extérieure du disque 2, sur une partie de sa périphérie. Cette cloche dirige l'air vers une turbine 9 dite d'entraînement via un conduit 10 formé dans l'intérieur de cette cloche. La turbine d'entraînement 9 est entrainée en rotation par cet air propulsé et entraîne elle-même une turbine d'aspiration 11, qui capte les poussières émises par des garnitures 21 de disque de frein 2 comme illustré par la flèche Xb. Les poussières sont ensuite retenues dans un filtre 15 au travers duquel est expulsé l'air collecté Xb. La turbine d'entrainement 9 reçoit l'air centrifugé selon une direction Xa transversale à son axe Xt, par exemple radiale ou tangentielle ou entre les deux. - 6 - La turbine d'aspiration 11, illustrée sur la figure 2, est disposée sur le même axe que la turbine d'entraînement 9 à raison d'un exemplaire de chaque côté du disque. En fonctionnement, la turbine d'aspiration 11 crée une dépression dans une partie du carter 8 formant un conduit d'aspiration 14 qui présente une ouverture de captage 12 située à la sortie de la zone de frottement entre la garniture et le disque de frein 2, sur toute la dimension radiale de la garniture. De préférence, la turbine d'aspiration 11 et la turbine d'entrainement 9 présentent un même arbre ou deux arbres solidaires. Selon le premier mode de réalisation du dispositif selon l'invention illustré par la figure 1, la turbine d'entrainement 9 présente un axe d'entrainement Xt sensiblement parallèle à l'axe du disque de frein Xf. Selon un deuxième mode de réalisation du dispositif selon l'invention illustré par la figure 2 et uniquement décrit pour ses différences avec le premier mode de réalisation, la turbine d'entrainement 9 présente un axe d'entrainement Xt sensiblement parallèle au plan du disque et transverse à la direction de déplacement de la piste de frottement, i.e. à une tangente au disque, de préférence formant moins de 150 avec l'axe du disque de frein Xf. Dans une première particularité de ce deuxième mode de réalisation, l'aspiration des poussières générées par frottement entre le disque de frein 2 et une garniture qui n'est pas du côté de la turbine d'aspiration 11 est réalisée par la mise en oeuvre d'une autre canalisation de la cloche. Cette autre canalisation est adaptée pour conduire ces poussières vers le côté du disque présentant la turbine d'aspiration 11 pour y être aspirées par cette dernière. Dans une deuxième particularité de ce mode de réalisation, une deuxième turbine d'aspiration est disposée de l'autre côté du disque, c'est à dire du côté qui n'est pas du côté de la turbine d'aspiration 11 représentée aux figures, ainsi qu'un autre conduit d'aspiration qui présente une autre ouverture de captage située à la sortie de la zone de frottement entre la garniture et le disque de frein de cet autre côté, sur toute la dimension radiale de la garniture. - 7 - Dans ce cas, chaque turbine d'aspiration est de préférence entraînée par sa propre turbine d'entraînement qui montée sur le même arbre. Le carter présente un seul conduit d'entraînement qui alimente les deux turbines d'entraînement, ou deux conduits d'entraînements entraînant chacun une turbine d'entraînement. Dans l'exemple ici décrit pour ce deuxième mode de réalisation, la turbine d'aspiration 11 est disposée dans un logement circulaire 13 communiquant avec le conduit d'aspiration 14, lequel est disposé en vis-à-vis de la surface latérale du disque de frein 2, et s'étend de façon longitudinale à l'axe de ladite turbine d'aspiration sur toute la hauteur de la piste de frottement entre le disque de frein 2 et la garniture 21. Bien sûr, l'invention n'est pas limitée aux exemples qui viennent d'être décrits et de nombreux aménagements peuvent être apportés à ces exemples sans sortir du cadre de l'invention. De plus, les différentes caractéristiques, formes, variantes et modes de réalisation de l'invention peuvent être associés les uns avec les autres selon diverses combinaisons dans la mesure où ils ne sont pas incompatibles ou exclusifs les uns des autres. Les figure 5 et 6 illustrent un troisième exemple de mode de réalisation dérivé du frein de la figure 3, et qui ne sera décrit que dans ses différences. Dans cet exemple, la turbine d'entrainement 9' reçoit le flux d'entraînement xa' généré par la rotation du disque guidé par un conduit courbe, et le reçoit dans sa région centrale, ici selon une direction sensiblement axiale ou inclinée de moins de 45° par rapport à cet axe. De façon similaire, la turbine d'aspiration 11' est disposée dans une logement décalé où elle reçoit le flux d'aspiration xb' dans sa zone centrale, ici selon une direction sensiblement axiale ou inclinée de moins de 45° par rapport à cet axe. Nomenclature 1 dispositif de captage 1 2 disque de frein 3 vannes de ventilation -8 - épaisseur tranche extérieure 6 ouvertures 7 tranche intérieure 5 8 carter 9 turbine d'entraînement conduit d'entrainement 11 turbine d'aspiration 12 ouverture de captage 10 13 logement circulaire 14 conduit d'aspiration filtre rotation du disque 21 garniture 21 15 Xt direction de l'axe de la turbine 9 Xa direction du flux d'entrainement Xb direction du flux d'aspiration Xf axe de rotation du disque de frein 20 REVENDICATIONS1. Dispositif (1) comprenant un moyen d'aspiration (11) apte à capter des poussières en provenance d'un disque de frein ventilé (2) et un moyen d'entrainement agencé pour entraîner le moyen d'aspiration, le moyen d'entrainement comprenant au moins une turbine dite d'entrainement (9) qui est elle-même apte à être entrainée par un flux d'air (Xa) issu de conduits de ventilation (3) débouchant par la tranche (5) du disque de frein, dit flux d'entraînement. 10 2. Dispositif selon la revendication précédente, caractérisé en ce qu'il comprend un élément en forme de cloche (8) incluant : - une partie apte à recouvrir la tranche extérieure (5) du disque de frein de façon à collecter le flux d'entraînement, et qui forme un conduit dit 15 d'entraînement (10) agencé pour diriger ledit flux d'entraînement sur la turbine d'entraînement, - une ou plusieurs parties aptes à recouvrir chacune une partie de la surface latérale dudit disque de frein, à la sortie de la région de frottement de la garniture (21) avec ledit disque de frein, et 20 communiquant avec le moyen d'aspiration de façon à y aspirer les poussières sous l'effet d'une dépression créée par ledit moyen d'aspiration, formant ainsi un ou plusieurs conduits d'aspiration (14). 3. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, 25 caractérisé en ce que la turbine d'entrainement reçoit le flux d'entraînement (Xa) selon une direction transverse à son axe. 4. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la turbine d'entrainement présente un axe 30 d'entrainement (Xt) sensiblement parallèle à l'axe du disque de frein (Xf). 5. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la turbine d'entraînement présente un axe d'entrainement (Xt) sensiblement parallèle au plan du disque et transverse à la direction de- 10 - déplacement (20) de la piste de frottement. 6. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le moyen d'aspiration (11) présente un axe identique à l'axe de la turbine d'entrainement (9). 7. Frein présentant des conduits de ventilation (3) débouchant par la tranche d'un disque de frein et muni d'un dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes. 10 8. Procédé de captage des poussières émises par le frottement d'un frein à disque, caractérisé en ce qu'il comprend une aspiration desdites poussières par un moyen d'aspiration (11) laquelle est entraînée mécaniquement par une turbine d'entraînement (9) mise en rotation par un 15 flux d'air (xa) issu de conduits de ventilation (3) débouchant par la tranche (5) du disque de frein (2).