Brevet FR3038674A1 — publié le 20170113

- 1 - « Profil de disque de frein » L'invention se rapport à un disque de frein 1 pour véhicule, comprenant une partie annulaire F1 entourant la partie centrale Cl et portant sur chacune de ses deux faces opposées une piste de frottement, et qui présente une surépaisseur Ef par rapport à l'épaisseur Ec de la partie centrale. Selon l'invention, la partie annulaire présente, dans une partie de raccordement entre ladite partie annulaire et ladite partie centrale, un profil PR1 qui présente au moins un retrait ou une rainure R s'étendant en direction de la périphérie du disque sur une profondeur déterminée sur au moins 80% de la périphérie de cette partie de raccordement. Selon une particularité, cette rainure (R) présente un profil en forme de "V". Elle concerne en outre un frein comprenant un tel disque ou un véhicule équipé d'un tel frein ou disque. Etat de la technique Les freins à disque sont un type de frein très utilisé dans les véhicules routiers, et notamment à quatre roues, en particulier les automobiles et les véhicules utilitaires légers. Dans un frein à disque, un étrier enjambe un secteur du disque et maintient en ses deux jambes ou branches une paire de garnitures de frottement ou plaquettes, une de chaque côté du disque. Ces garnitures sont serrées contre le disque par l'action d'un ou plusieurs pistons de frein, actionnés en général par une pression hydraulique. L'étrier est solidaire en rotation du véhicule, par exemple du porte-fusée formant le moyeu de la roue. Ce serrage crée ainsi un frottement entre les garnitures et le disque, qui dissipe sous forme de chaleur l'énergie cinétique de la roue et réalise le freinage. De façon générale, un problème récurrent dans les systèmes de freinage est l'apparition de bruits dans le mécanisme, en particulier au moment du freinage, en général de haute à moyenne fréquence, d'une 3038674 - 2 - façon qui est difficile à prévoir et à éviter, et se produit parfois même de façons différentes pour un même modèle de frein. En particulier, un certain type de bruits se produit à des fréquences entre environ 2kHz et environ 10kHz, que l'on appelle "crissements" ou 5 "squeal" en terminologie anglaise. Un but de l'invention est de permettre de diminuer les bruits de frein et/ou de freinage créés par le mécanisme de frein et qui sont audibles et/ou gênants pour l'oreille humaine, et en particulier de crissements. Cet objectif est recherché conjointement avec des avantages en 10 matière de simplicité, coût et fiabilité, de fabrication et d'entretien. Exposé de l'invention L'invention propose disque de frein pour véhicule, notamment routier, du type comprenant une partie centrale portant des moyens de fixation à un 15 moyeu de roue, notamment en forme de cloche dont la paroi de fond présente un groupe d'orifices prévus pour être traversé par des vis ou goujons en vue de serrer ladite paroi contre le moyeu. Un tel disque comprend une partie annulaire entourant la partie centrale et portant sur chacune de ses deux faces opposées une piste de frottement, lesquelles 20 sont prévues pour être enserrée entre au moins deux garnitures montées sur un étrier fixe par rapport au véhicule. Cette partie annulaire porte les pistes de frottement et présente une surépaisseur par rapport à l'épaisseur de la partie centrale. Selon l'invention, la partie annulaire présente, dans une partie de 25 raccordement entre ladite partie annulaire et ladite partie centrale, en coupe sagittale passant par l'axe du disque, un profil qui présente au moins un retrait ou une rainure s'étendant en direction de la périphérie du disque sur une profondeur déterminée sur au moins 80% de la périphérie de cette partie de raccordement (c'est-à-dire sur au moins 288° autour de l'axe du 30 disque). Selon une particularité, cette rainure (R) présente un profil en forme de "V". 3038674 -3 Dans ce cas, la rainure (R) présente de préférence des parois inclinées formant entre elles un angle compris entre 25° et 60°, et notamment entre 30° et 50°, et par exemple 42°. Selon une autre particularité, la rainure présente un profil en forme 5 de "U ou de C". De préférence, la profondeur (Ri) de la rainure (R) représente plus de 25% de l'épaisseur (Ef) de la partie annulaire (F1), et notamment plus de 35% de ladite épaisseur (Ef), et par exemple entre 40% et 50%). 10 Selon une autre particularité combinable avec les autres, la partie annulaire (F1) est traversée dans son épaisseur par une pluralité de conduits de ventilation ou vannes (V1) qui débouchent sur la surface périphérique du disque et sur la partie de raccordement (PR), et notamment 15 à l'intérieur de la rainure (R). Selon un autre aspect, il est proposé un frein à disque comprenant un disque tel qu'exposé ici, et un véhicule ou sous-ensemble de véhicule comprenant un tel frein ou disque de frein. Encore selon un autre aspect, il est proposé un procédé de fabrication d'un disque ou d'assemblage d'un frein à disque ou d'un véhicule comprenant un frein à disque, qui comprend au moins une étape de réalisation d'une rainure dans un disque tel qu'exposé ici. Des modes de réalisation variés de l'invention sont prévus, intégrant selon l'ensemble de leurs combinaisons possibles les différentes caractéristiques optionnelles exposées ici. 30 Liste des figures D'autres particularités et avantages de l'invention ressortiront de la description détaillée d'un mode de mise en oeuvre nullement limitatif, et des dessins annexés sur lesquels : 20 25 3038674 - 4 - la FIGURE 1 est un ensemble de représentations graphiques maillées de simulation numérique qui représentent par des variations de couleurs les déformations d'un modèle numérique de disque de frein selon l'art antérieur, en vue plane et en vue de profil, pour les 5 différents modes propres identifiés dans une gamme de fréquence susceptible de produire un bruit de type crissement, entre 1kHz et 3kHz ; la FIGURE 2 est une vue à l'échelle en coupe sagittale passant par l'axe de rotation, d'un disque de frein selon l'invention dans un 10 exemple de mode de réalisation avec une rainure en "V" ; la FIGURE 3 est une vue partielle à l'échelle et en détail de la rainure du disque de la FIGURE 2 ; la FIGURE 4 est un ensemble de représentations graphiques maillées de simulation numérique qui représentent par des variations de 15 couleurs les déformations d'un modèle numérique du disque de frein de la FIGURE 2, en vue plane et en vue de profil, pour les différents modes propres identifiés dans la même gamme de fréquence que la FIGURE 1. 20 Description d'un exemple de mode de réalisation Art antérieur En FIGURE 1 est représenté un ensemble de représentations graphiques maillées de simulation numérique qui représentent par des variations de couleurs les déformations d'un modèle numérique de disque 25 de frein selon l'art antérieur. Comme on le voit, 8 modes propres dont 4 modes critiques ont été identifiés dans la gamme de fréquences entre 1kHz et 3kHz, qui sont détaillés dans le tableau suivant. modes fréquence mode critique type Modes f = 1102 Hz - Mode 2 f = 1102 Hz - Mode 3 f = 2030 Hz - Mode 4 f = 2351 Hz oui dans le plan Mode 5 f = 2353 Hz oui hors-plan 3038674 -5 Mode 6 f = 2628 Hz oui hors-plan Mode 7 f = 2635 Hz oui hors-plan Mode 8 f = 2689 Hz - Comme on le constate, tous les modes critiques se suivent au sein de la variation des fréquences, puisqu'il s'agit des modes 4, 5, 6 et 7. plusieurs modes critiques successifs sont donc susceptibles de se coupler facilement, 5 ce qui amplifie le risque de bruit et/ou son intensité. Plus particulièrement, tous les modes critique de type "hors-plan" se suivent, ce qui les rend encore plus susceptibles de se coupler. Exemple de mode de réalisation de l'invention 10 En FIGURE 2 et FIGURE 3 est illustré un disque 1 de frein selon l'invention dans un exemple de mode de réalisation, pour un disque ventilé. La partie annulaire (F1, qui porte les pistes de frottement Fil et F12, présente avec la cloche Cl constituant la partie centrale une région de raccordement (PR. Dans cette partie de raccordement, en coupe sagittale 15 passant par l'axe du disque (A1), le profil (PR1) du disque présente un retrait formant une rainure (R) s'étendant en direction de la périphérie du disque sur une profondeur (Ri, de préférence sur la totalité du pourtour de la partie centrale. Dans cet exemple, cette rainure R présente a la forme d'un "V" dont 20 la pointe est orientée vers la périphérie du disque (sur la droite de la FIGURE 3). Cette rainure est la seule différence avec le disque de l'art antérieur utilisé dans la simulation illustrée en FIGURE 1. Le profil de la partie de raccordement du disque de l'art antérieur est représenté par le trait PRO en pointillés sur la FIGURE 2. 25 Sur le disque de l'invention, l'ouverture de cette rainure R est orientée vers l'axe Al du disque 1, et débouche dans la partie de raccordement PR qui relie la surface extérieure de la partie annulaire Fl avec la surface supérieure de la partie centrale Cl, du côté du disque qui présente une surépaisseur Es. 30 Cette rainure est d'une profondeur Vi, ici environ 42% de l'épaisseur totale Ef de la partie annulaire Fl et environ 64% de la valeur Es de la 3038674 - 6 - surépaisseur, laquelle représente environ 63% de cette épaisseur totale Ef. Dans cet exemple, les parois de la rainure R sont sensiblement symétriques autour d'un plan parallèle au plan du disque, et font entre elles un angle d'environ 42°. 5 En FIGURE 4 est représenté un ensemble de représentations graphiques maillées de simulation numérique qui représentent par des variations de couleurs les déformations d'un modèle numérique du disque de frein de la FIGURE 2, représenté et mesuré de la même façon qu'en 10 FIGURE 1 pour le disque de l'art antérieur. Comme on le voit, 9 modes propres dont 4 modes critiques ont été identifiés dans la gamme de fréquences entre 1kHz et 3kHz, qui sont détaillés dans le tableau suivant. modes fréquence mode critique type Mode 1 f = 1089 Hz - Mode 2 f = 1090 Hz - Mode 3 f = 2023 Hz - Mode 4 f = 2254 Hz oui dans le plan Mode 5 f = 2255 Hz oui dans le plan Mode 6 f = 2581 Hz - Mode 7 f = 2587 Hz - Mode 8 f = 2625 Hz oui hors-plan Mode 9 f = 2633 Hz oui hors-plan Soient 9 modes, dont 4 modes critiques : 2 "dans-le-plan" ("In-plane" en Anglais) et 2 "hors-plan" ("Out-of-plane" en Anglais) On remarque un décalage fréquentiel de 100Hz vers le bas par rapport à l'art antérieur, en particulier sur les 2 modes critiques "dans-le20 plan", ce qui permet d'obtenir une variation de comportement qui peut faciliter la conception et l'évitement de certains bruits. On remarque aussi la disparition d'un mode critique, de type "hors-plan", type qui est souvent le plus dommageable sur le plan du bruit. 15 3038674 - 7 - De plus, les modes critiques dans-le-plan (modes 6-7) et les modes hors-plan (modes 8-9) sont plus éloignés (370Hz) que dans l'art antérieur. En outre, sont apparus 2 modes non critiques (modes 6-7) entre les modes critiques dans-le-plan (modes 6-7) et les modes critiques hors-plan (modes 8-9). Ces deux familles de modes critiques risquent donc beaucoup moins de se coupler, ce qui diminue le risque de bruit et/ou son intensité. Ainsi, on constate que la création de cette rainure R a bien permis d'améliorer le comportement vibratoire du disque sur le plan du bruit, ce est 10 susceptible d'améliorer ses performances de confort et/ou faciliter la conception et l'adaptation d'un tel disque à un frein et/ou à un véhicule donné. Bien sûr, l'invention n'est pas limitée aux exemples qui viennent 15 d'être décrits et de nombreux aménagements peuvent être apportés à ces exemples sans sortir du cadre de l'invention. REVENDICATIONS1. Disque de frein (1) pour véhicule, notamment routier, comprenant une partie centrale (C1) portant des moyens de fixation à un moyeu de roue, notamment en forme de cloche dont la paroi de fond présente un groupe d'orifices (19) prévus pour être traversé par des vis ou goujons en vue de serrer ladite paroi contre le moyeu ; ledit disque comprenant une partie annulaire (F1) entourant la partie 10 centrale et portant sur chacune de ses deux faces opposées une piste de frottement (F11, F12), lesquelles sont prévues pour être enserrée entre au moins deux garnitures montées sur un étrier fixe par rapport au véhicule ; dans lequel la partie annulaire (F1) portant les pistes de frottement présente une surépaisseur (Es) par rapport à l'épaisseur (Ec) de la partie 15 centrale (C1), caractérisé en ce que la partie annulaire (F1) présente, dans une partie de raccordement (PR) entre ladite partie annulaire et ladite partie centrale, en coupe sagittale passant par l'axe du disque (A1), un profil (PR1) qui présente au moins un retrait ou une rainure (R) s'étendant en 20 direction de la périphérie du disque sur une profondeur déterminée (Ri) sur au moins 80% de la périphérie de cette partie de raccordement (c'est-à-dire sur au moins 288° autour de l'axe du disque). 2. Disque selon la revendication précédente, caractérisé en ce que la 25 rainure (R) présente un profil en forme de "V". 3. Disque selon la revendication précédente, caractérisé en ce que la rainure (R) présente des parois inclinées formant entre elles un angle compris entre 25° et60°, et notamment entre 30° et 50°. (et par exemple 30 42°) 4. Disque selon la revendication 1, caractérisé en ce que la rainure présente un profil en forme de "U ou de C". 3038674 - 9 - 5. Disque selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la profondeur (Ri) de la rainure (R) représente plus de 25% de l'épaisseur (Ef) de la partie annulaire (F1), et notamment plus de 35% de ladite épaisseur (Ef) (et par exemple entre 40% et 50%). 5 6. Disque selon l'une quelconque des revendications dans lequel la partie annulaire (F1) est traversée dans son épaisseur par une pluralité de conduits de ventilation ou vannes (V1) qui débouchent sur la surface périphérique du disque et sur la partie de raccordement (PR), et notamment à l'intérieur de la rainure (R). 7. Frein à disque comprenant un disque selon l'une quelconque des revendications précédentes. 8. Véhicule ou sous-ensemble de véhicule comprenant un disque selon l'une quelconque des revendications 1 à 6 ou un frein selon la revendication 7. 9. Procédé de fabrication d'un disque ou d'assemblage d'un frein à disque ou d'un véhicule comprenant un frein à disque, caractérisé en ce qu'il comprend au moins une étape de réalisation d'une rainure dans un disque selon l'une quelconque des revendications 1 à 6.