Brevet FR3046644A1 — publié le 20170714

Ensemble de frein à captation de particules avec déflecteur Domaine Technique La présente invention est relative aux systèmes de 5 freinage non polluants, destinés notamment à être utilisés sur des véhicules routiers ou ferroviaires. L'invention concerne en particulier des systèmes de freinage aptes à capter par aspiration des particules et poussières, résultant de l'abrasion, émises par le freinage à friction. 10 Il est connu que ces particules dispersées dans le milieu ambiant sont nocives pour la santé des individus. La progression des motorisations électriques pour les véhicules automobiles ont renforcé le besoin de traiter les particules et poussières résultant de l'abrasion des 15 systèmes de freinage à friction. Art Antérieur Le document W02014072234 divulgue un dispositif simple et entièrement autonome, basé sur le principe d'une aspiration au plus près de l'interface plaquette / disque. 20 Il s'avère toutefois que le taux de captation n'est pas optimum, car ce dernier dépend des conditions aérologiques et notamment du vent relatif qui règne aux abords immédiats de la plaquette de frein. Il est donc apparu un besoin d'améliorer les solutions 25 pour bien capter les particules et poussières résultant du freinage en vue de supprimer tout ou partie des inconvénients susmentionnés. Résumé de l'invention A cet effet, selon la présente invention, il est 30 proposé un ensemble de frein non polluant, comprenant : - un support d'étrier, - un disque rotor, tournant autour d'un axe X, par rapport auquel une direction radiale R est définie, - deux patins mobiles destinés à venir en appui sur ledit 35 disque pour le freiner sous une force de serrage fournie 3046644 2 par un étrier, les patins comprenant du matériau de friction susceptible de relâcher des particules résultant de l'abrasion, - et un dispositif d'aspiration agencé au moins en partie à 5 proximité du support d'étrier et attaché à ce dernier, le dispositif d'aspiration comprenant au voisinage de chaque patin une zone d'aspiration délimitée par un déflecteur, et dans laquelle une dépression est créée, caractérisé en ce que le déflecteur comprend au moins une 10 première extension située en position radiale extérieure par rapport au patin. Grâce à ces dispositions, il est possible d'augmenter le taux de captation des particules dans diverses conditions aérologiques autour de l'ensemble de frein. 15 En effet, plus précisément, on note que la zone d'aspiration ZA est située principalement sur l'avant du patin par rapport au sens de rotation normal FW du disque, mais selon l'aérologie locale changeante, les particules ne sortent pas toutes selon une direction tangentielle et 20 avantageusement la première extension permet de capter des particules qui ont tendance à dévier vers l'extérieur. Dans divers modes de réalisation de l'invention, on peut éventuellement avoir recours en outre à l'une et/ou à l'autre des dispositions suivantes : 25 - le déflecteur comprend au moins une deuxième extension située en position radiale intérieure par rapport au patin. On optimise ainsi encore la zone d'aspiration ZA, notamment pour les particules qui ont tendance à dévier vers l'intérieur ; 30 - le dispositif d'aspiration peut être agencé entièrement à proximité du support d'étrier, et attaché à ce dernier, et le dispositif d'aspiration comprend alors en outre : - au moins un réservoir pour collecter les particules, 35 - une conduite menant des zones d'aspiration jusqu'au 3046644 3 réservoir, - une turbine entraînée par des moyens d'entrainement et configurée pour créer une dépression dans le réservoir ; moyennant quoi l'intégration mécanique et l'autonomie sont 5 améliorés ; - les moyens d'entrainement peuvent être mécaniques et comprennent alors un galet frottant sur le disque ; on a ainsi une complète autonomie. - les moyens d'entrainement peuvent être électriques et 10 comprennent un moteur électrique commandé par une unité de commande. On obtient ainsi souplesse et flexibilité pour la commande. - le déflecteur présente une bordure la plus proche du disque qui se situe avantageusement à une distance (H) par 15 rapport à la surface du disque comprise entre 1 et 2 mm ; - selon une réalisation, le déflecteur peut être issu intégralement de moulage du support d'étrier ; ceci simplifie l'architecture de la solution et permet de diminuer le coût ; nota : cela n'exclut pas une reprise 20 d'usinage ; - dans ce cas, la conduite peut être formée en partie par un trou traversant dans le support d'étrier ; on améliore encore la compacité de la solution ; - le déflecteur est une pièce distincte réalisée en matière 25 de type fonte aluminium ; cette matière supporte les températures élevées qui peuvent régner à cet endroit ; - selon une réalisation, la bordure libre du déflecteur épouse continûment l'extrémité avant de la garniture de la plaquette et au moins en partie la portion radiale 30 intérieure et la portion radiale extérieure, la bordure libre du déflecteur étant à une distance (K) de la garniture dans la direction tangentielle comprise entre 0,5 mm et 1,5 mm ; on dispose ainsi d'un jeu nécessaire et suffisant pour prendre en compte les dispersions 35 statistiques de fabrication et la qualité de la captation. 3046644 4 Brève description des dessins D'autres aspects, buts et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description suivante de deux de ses modes de réalisation de l'invention, donnés à titre d'exemples non limitatifs. L'invention sera également mieux comprise en regard des dessins joints sur lesquels : - la figure 1A est une vue générale d'un ensemble de frein selon un premier mode de réalisation de l'invention, - la figure 1B est une vue générale, analogue à a figure 1A, d'un ensemble de frein selon un second mode de réalisation de l'invention, - la figure 2 est une vue en coupe tangentielle, - la figure 3 illustre un diagramme explicatif des 15 trajectoires des particules, - la figure 4A est une vue éclatée de l'ensemble de frein selon le premier mode de réalisation, - la figure 4B est une vue éclatée de l'ensemble de frein selon le second mode de réalisation, 20 - la figure 5 illustre la zone de captation, - la figure 6 illustre la zone d'interface entre la plaquette et le déflecteur. Description détaillée de l'invention Sur les différentes figures, les mêmes références 25 désignent des éléments identiques ou similaires. Il faut noter que les dessins ne sont pas nécessairement à l'échelle, certaines dimensions ont été exagérées pour la clarté de l'exposé, notamment certains jeux ou distances de garde. 30 La figure 1A montre un ensemble de frein 10 selon un premier mode de réalisation de l'invention qui concerne une configuration de frein à disque. Une telle configuration de frein à disque est très courante dans les automobiles, les véhicules utilitaires, les véhicules poids lourds, les 35 autobus ainsi que dans le matériel roulant ferroviaire, et 3046644 5 aussi sur les deux-roues. Dans cette configuration, l'action de freinage s'opère sur un rotor appelé 'disque' solidaire de la jante de la roue mais distinct de celle-ci. Les particules émises par les systèmes de freinage sont 5 de plus en plus nombreuses en raison de l'augmentation de la circulation des véhicules notamment dans les zones urbaines. Des études médicales confirment la nocivité de ces particules pour le système respiratoire des individus et pour la santé en général. Il apparaît donc important de 10 réduire fortement l'émission de ces particules dans le milieu ambiant, ce à quoi s'attache la présente invention. Même si on s'efforce d'utiliser, quand c'est possible, des systèmes de freinage sans friction, comme un freinage électrique récupératif ou à courants de Foucault, il s'avère que l'on ne peut pas se passer des systèmes de freinage à friction, car ils sont efficaces à toutes les vitesses, et ils permettent de maintenir le véhicule à l'arrêt, et fournissent une solution adéquate et efficace en cas de besoin de freinage de secours. S'agissant d'un freinage à friction, celui-ci est basé sur un rotor 2 tournant autour d'une axe de roue X sur lequel deux patins agissent par friction pour diminuer sa vitesse en transformant l'énergie cinétique en chaleur. La rotation autour de l'axe X permet de définir une direction tangentielle (ou circonférentielle) T et une direction radiale R (localement orthogonale à l'axe et à la direction tangentielle T). On définit aussi un sens de rotation normal FW qui correspond à la marche avant. On note que pour les matériels ferroviaires qui circulent indifféremment dans les 2 sens, le dispositif d'aspiration qui sera décrit plus loin peur être doublé pour traiter le sens inverse à FW. Comme illustré aux figures 1A à 4B, et en commun aux différents modes de réalisation, l'ensemble de frein 10 35 comprend un rotor 2 sous forme de disque d'épaisseur 3046644 6 constante solidaire de la roue à freiner (ou des roues de l'essieu à freiner), et deux patins 5,5B (aussi appelés 'plaquettes de frein') destinés à venir en appui sur ledit rotor pour le freiner grâce à l'action d'un étrier de frein 5 9. Le disque comprend un moyeu, une première face latérale annulaire notée 21 perpendiculaire à l'axe X, et une deuxième face annulaire 22 parallèle à la première ; les bords radialement extérieurs des faces latérales sont 10 reliées par une bordure appelée tranche de disque 23. L'étrier de frein 9 est attaché par un montage flottant à un support d'étrier 1. Ce montage flottant selon X, par exemple à tiges 95 (aussi appelées 'colonnettes'), est bien connu et donc non détaillé. 15 Le support d'étrier 1 comprend une chape 11, destinée à être fixée rigidement au bras de suspension ou au porte-fusée, et des pontets (aussi appelé parfois 'cavaliers') en forme de U à cheval sur le disque : plus précisément un premier pontet 12 du côté avant, un deuxième pontet 13 du 20 côté arrière, et un arc de liaison 19 qui relie les pontets à l'opposé de la chape. Pour le cas d'un véhicule routier, la chape 11 est agencée du côté intérieur du véhicule par rapport au disque 2, et l'arc de liaison 19 est agencé du côté extérieur du 25 véhicule par rapport au disque 2. La chape 11 est destinée à être fixée au bras de suspension ou au porte-fusée, grâce à des trous 17 qui reçoivent des vis de fixation. Les patins 5 sont montés mobiles selon X par rapport au support d'étrier 1 mais ils sont substantiellement 30 immobilisés dans la direction circonférentielle T et dans la direction radiale R grâce à des complémentarités de formes qui seront détaillées plus loin. Les patins 5 sont logés à l'intérieur de l'étrier de frein 9, et ils encadrent le disque 2, avec leurs 3046644 7 garnitures situées en vis-à-vis respectivement de la première face de disque 21 et de la deuxième face de disque 22. Comme connu en soi, les deux patins 5,5B peuvent être 5 sollicités l'un en direction de l'autre pour prendre le rotor 2 en sandwich sous l'effet d'un piston 91, en produisant ainsi un effort PF dirigé parallèlement à la direction axiale de roue X. L'étrier présente une forte générale en U et comprend un corps 90 et des doigts 92 10 agencés à l'opposé du piston 91. Chaque patin 5 comporte une embase métallique 50 et un corps d'appui 51 comprenant du matériau de friction susceptible de relâcher des particules 8 résultant de l'abrasion dû à la friction. Le corps d'appui est aussi 15 appelé « garniture » 51 et le matériau parfois usuellement appelé « ferodo ». La face frottante est notée 52, elle se déplace progressivement au fur et à mesure de l'usure de la garniture 51 en direction de la semelle 50. La semelle 50 comprend un tenon 56 à chaque extrémité, 20 chaque tenon étant reçu par complémentarité de forme dans un logement 14 du support d'étrier 1. On obtient ainsi une immobilisation selon les directions tangentielle T et radiale R et le logement autorise un mouvement du tenon selon la direction axiale X. 25 Selon l'invention, l'ensemble de frein 10 comprend un dispositif d'aspiration 3 apte à capter les particules et poussières 8 constituant les résidus de l'abrasion résultant du freinage. 30 Le dispositif d'aspiration 3 présente des dimensions adaptées qui facilitent son intégration dans l'environnement immédiat du support d'étrier 1. Le dispositif d'aspiration 3 comprend plus précisément : 3046644 8 - une zone d'aspiration ZA avec un déflecteur 4, ce qui permet de définir une zone de captation au plus près de la garniture de la plaquette, - un réservoir collecteur 38 pour collecter les particules 5 du matériau de friction 8, - une conduite 31,32 menant de la zone d'aspiration ZA jusqu'au réservoir collecteur 38, à savoir une première conduite 31 pour un côté et une deuxième conduite 32 pour l'autre côté, dont éventuellement un tronc commun qui mène 10 au réservoir, - une turbine 36, entraînée par des moyens d'entrainement qui seront vus plus loin, et qui peut ainsi créer une dépression dans le réservoir. Il est prévu un filtre dans le réservoir, le filtre 15 laisse passer l'air créant la dépression mais pas les particules 8. Une dépression est créée dans le réservoir 38 par la rotation de la turbine. Cette dépression règne aussi dans la conduite, dans la bouche d'aspiration 47 et dans la zone 20 de captation ZA délimitée par le déflecteur 4. La dépression est suffisante pour attirer les particules depuis zone de captation ZA vers le réservoir 38. Dit autrement, le déflecteur 4 délimite, avec le disque 2 et la garniture 51, un espace quasi fermé appelé zone 25 d'aspiration ZA. Avantageusement, et contrairement à certaines solutions de l'art antérieur, on n'utilise aucun soufflage qui conduirait à disperser les particules. Selon un aspect avantageux, le déflecteur comprend une 30 première extension 41 située en position radiale extérieure par rapport au patin. On peut aussi prévoir que le déflecteur comprend une deuxième extension 42 située en position radiale intérieure par rapport au patin. 3046644 9 Comme illustré sur la figure 3, selon l'aérologie qui prévaut à un instant t, l'éjection des particules ne se fait pas nécessairement strictement selon une configuration à éjection tangentielle ET. Dans certain cas assez 5 fréquents, on constate une éjection centrifuge EF, et dans d'autres cas plus rare on peut même constater une éjection centripète EP. Bien entendu, on peut avoir une dispersion des trajectoires importantes avec au même instant des éjections centrifuge et centripète. 10 On voit que la couverture des extensions 41,42, situées respectivement en position radiale extérieure et intérieure, est assez importante sur la figure 3, mais moins importante sur la figure 6. En pratique, la garniture présente un bord extérieur 58 15 en arc de cercle centré sur X ce bord extérieur ayant une extrémité avant 59, et l'inventeur a déterminé que l'extension extérieure 41 doit s'étendre au moins jusqu'à cette extrémité avant 59 (cf Figure 6). Préférentiellement, l'extension extérieure 41 recouvre l'extrémité avant 59 du 20 bord extérieur 58 en arc de cercle. Comme illustré sur la figure 2, le déflecteur 4 présente une bordure la plus proche du disque qui se situe à une distance H par rapport à la surface du disque 25 comprise entre 1 et 2 mm. Autrement dit, H est la hauteur du déflecteur 4 par rapport à la surface du disque. On note que sur la figure 2, le porte-étrier 1 n'est pas représenté. La bordure libre 45 du déflecteur épouse continûment 30 l'extrémité avant 54 de la garniture de la plaquette et au moins en partie la portion radiale intérieure et la portion radiale extérieure. Selon une réalisation avantageuse, la bordure libre du déflecteur est à une distance K de la garniture comprise entre 0,5 mm et 1,5 mm. 3046644 10 La couverture du déflecteur est au juste nécessaire, l'impact sur le refroidissement de la plaquette et des autres composants est minime. On note que le disque 2 également être sujet à l'usure 5 et relâche des particules métalliques qui sont également captées par le dispositif d'aspiration. On note que jusqu'ici la description est commune aux différents modes. Selon le premier mode de réalisation représenté 10 particulièrement aux figures 1A et 4A, les moyens d'entrainement sont basés sur une solution mécanique déjà évoqué dans le document W02014072234. On dispose un galet 39 en appui sur la tranche 23 du rotor, le galet étant entrainé par frottement. Un montage à ressort permet de 15 doser la pression d'appui. Il peut être prévu un engrenage multiplicateur/réducteur de manière à obtenir un coefficient de proportionnalité entre la vitesse du disque et la vitesse de la turbine satisfaisant pour la dépression souhaitée. 20 Dans l'exemple illustré, le déflecteur 4 est une pièce distincte réalisée en matière de type fonte aluminium. Selon un second mode de réalisation représenté aux figures 1B et 4B, on utilise comme moyen d'entraînement de la turbine un moteur électrique 35. Ce moteur électrique 25 est commandé par une unité de commande (non représentée) comprenant du logiciel configuré pour activer le moteur électrique par exemple en fonction de l'action de freinage du conducteur sur la pédale de frein. 30 Selon une variante non représentée, on utilise comme un élément générateur de dépression dans une unité centralisée reliée par des tuyaux à chacun des ensembles de frein. Dans l'exemple illustre, le déflecteur 4 est une pièce distincte réalisée en matière de type fonte aluminium. 3046644 11 Dans les deux modes illustrés, les déflecteurs 4,4B sont montés rigidement par rapport au support d'étrier 1. Comme la position du support d'étrier est bien précise par rapport au disque, la position des déflecteurs 4,4B est 5 bien maîtrisée par rapport au disque, et ce quel que soit le degré d'usure de la plaquette (du patin) ; on peut ainsi obtenir une cote H et une cote K (cf supra) bien maitrisées, quelle que soit l'épaisseur résiduelle de la garniture 51 du patin 5. 10 Dans les deux modes illustrés, les déflecteurs 4,4B sont formés comme des pièces distinctes réalisées en matière de type fonte aluminium. Selon une variante non représentée, le déflecteur est 15 issu intégralement de moulage du support d'étrier 1. Dans ce cas comme dans le cas représenté à la figure 4B, on peut prévoir que la conduite est formée en partie par un trou 18 traversant dans le support d'étrier. 20 On note que, selon une variante non représentée, l'étrier peut être monté de manière fixe sur le porte-étrier. REVENDICATIONS1. Ensemble de frein non polluant, comprenant : - un support d'étrier (1) - un disque rotor (2), tournant autour d'un axe (X), par rapport auquel une direction radiale (R) est définie, - deux patins (5,5B) mobiles destinés à venir en appui sur ledit disque pour le freiner sous une force de serrage (PF) fournie par un étrier (9), les patins comprenant du matériau de friction susceptible de relâcher des particules (8) résultant de l'abrasion, - et un dispositif d'aspiration (3) agencé au moins en partie à proximité du support d'étrier, le dispositif d'aspiration comprenant au voisinage de chaque 15 patin une zone d'aspiration (ZA) délimitée par un déflecteur (4), et dans laquelle une dépression est créée, caractérisé en ce que le déflecteur comprend au moins une première extension (41) située en position radiale extérieure par rapport au patin. 20 2. Ensemble de frein selon la revendication 1, dans lequel le déflecteur comprend au moins une deuxième extension (42) située en position radiale intérieure par rapport au patin. 25 3. Ensemble de frein selon l'une des revendications 1-2, dans lequel le dispositif d'aspiration est agencé entièrement à proximité du support d'étrier, et attaché à ce dernier, et dans lequel le dispositif d'aspiration comprend en outre : - au moins un réservoir (38) pour collecter les particules, 30 - une conduite (31,32) menant des zones d'aspiration jusqu'au réservoir, - une turbine (36) entraînée par des moyens d'entrainement et configurée pour créer une dépression dans le réservoir. 35 4. Ensemble de frein selon la revendication 3, dans lequel 3046644 13 les moyens d'entrainement sont mécaniques et comprennent un galet (39) frottant sur le disque. 5. Ensemble de frein selon la revendication 3, dans lequel 5 les moyens d'entrainement sont électriques et comprennent un moteur électrique (35) commandé par une unité de commande. 6. Ensemble de frein selon l'une des revendications 1-5, dans lequel le déflecteur présente une bordure la plus proche du 10 disque qui se situe à une distance (H) par rapport à la surface du disque comprise entre 1 et 2 mm. 7. Ensemble de frein selon l'une des revendications 1-6, dans lequel le déflecteur est issu intégralement de moulage du support d'étrier. 8. Ensemble de frein selon la revendication 7, dans lequel la conduite est formée en partie par un trou traversant dans le support d'étrier. 9. Ensemble de frein selon l'une des revendications 1-6, dans lequel le déflecteur est une pièce distincte réalisée en matière de type fonte aluminium. 10. Ensemble de frein selon l'une des revendications 1-9, dans lequel la bordure libre du déflecteur (45) épouse continûment l'extrémité avant (54) de la garniture de la plaquette et au moins en partie la portion radiale intérieure et la portion radiale extérieure, la bordure libre du déflecteur étant à une distance (K) de la garniture dans la direction tangentielle comprise entre 0,5 mm et 1,5 mm.