Brevet FR3048043A1 — publié le 20170825

Garniture de friction annulaire pour embrayage à sec La présente invention concerne une garniture de friction annulaire pour embrayage à sec, simple ou double, notamment pour véhicules automobiles, tel que les véhicules de tourisme ou les véhicules industriels. Un embrayage de véhicule automobile comprend, d'une manière générale, un disque de friction portant sur chacune de ses faces des garnitures de friction fixées à un support éventuellement commun, le support étant fixé à un moyeu cannelé en prise avec un arbre d'entrée d'une boîte de vitesses. Un amortisseur de torsion est, en général, intercalé entre le ou les supports des garnitures de friction et le moyeu cannelé. En outre, un dispositif de progressivité est classiquement placé entre les deux garnitures de friction. Le disque de friction est placé entre, d'une part, un plateau de réaction relié directement ou indirectement au vilebrequin du moteur du véhicule et, d'autre part, un plateau de pression d'un mécanisme d'embrayage comportant un couvercle relié au plateau de réaction et un moyeu d'embrayage, tel par exemple qu'un diaphragme annulaire, sollicitant axialement le plateau de pression qui est relié en rotation au couvercle tout en pouvant se déplacer axialement par rapport à celui-ci de manière limitée. En position embrayée, les garnitures du disque de friction sont serrées entre le plateau de réaction et le plateau de pression, de sorte que le couple de rotation du moteur thermique est transmis à l'arbre d'entrée de boîte de vitesses. Il est connu de ménager des rainures radiales dans les garnitures de friction, afin d'éliminer d'éventuelles pollutions (graisses, huiles, poussières) qui pourraient se retrouver sur les surfaces de friction. De telles rainures aident également à chasser tous les débris d'usure, spécialement pendant le rodage, permettant ainsi d'éviter les 30 grippages. Ces rainures apportent également une souplesse au disque d'embrayage auquel la garniture est fixée, améliorant ainsi le rattrapage 3048043 2 des jeux et réduisant au minimum les vibrations et les bruits d'embrayage. Toutefois, ces rainures fragilisent les garnitures de friction et réduisent leur résistance à l'éclatement. En outre, de telles rainures n'améliorent pas les performances de l'embrayage face au phénomène dit de « fading ». Lors 5 d'un frottement prolongé des surfaces, les garnitures sont soumises à un échauffement important qui a pour effet de diminuer sensiblement leur coefficient de frottement. Ceci est provoqué par une détérioration des couches superficielles des garnitures, agissant alors comme un lubrifiant entre les parties saines de la garniture et la surface opposée de frottement 10 du contre-matériau. Cette détérioration est directement liée à l'énergie dissipée lors du frottement et à la qualité du refroidissement des garnitures. Il est connu dans l'art antérieur des garnitures de friction visant à limiter cette diminution du coefficient de frottement par un réseau de rainures à bords droits, radiales ou obliques d'une part et circonférentielles 15 d'autre part dans la garniture. Ces garnitures se révèlent être satisfaisante en terme de résistance thermique et de stabilité du coefficient de frottement dans des conditions normales d'utilisation du véhicule. Cependant dans des conditions sévères d'utilisation, par exemple lors d'une succession de démarrage en côte, la puissance thermique à 20 dissiper augmente sensiblement. La tenue thermique de la garniture est à nouveau dégradée. Ceci entraine une diminution du coefficient de frottement. Par conséquence, dans ces conditions sévères d'utilisation, le couple moteur n'est pas transmis de manière satisfaisante. De tels inconvénients limitent aussi l'utilisation de ces garnitures de 25 friction dans les véhicules impliquant la transmission de niveaux de puissance tels que les véhicules industriels, les véhicules de tourisme chargés. L'invention a notamment pour but d'apporter une solution simple, efficace et économique à ce problème. A cet effet, elle propose une garniture de friction pour embrayage à sec, en particulier de véhicule automobile, comprenant un matériau de 3048043 3 friction fixé sur un support métallique et comportant une face de friction, au moins une rainure tronconique étant ménagée dans le matériau de friction, caractérisée en ce que la conicité de la rainure tronconique est comprise entre 10 et 35%, en particulier entre 17 et 30%. 5 Lorsque l'énergie à dissiper par la garniture de friction est élevée, notamment en conditions sévères d'utilisation, une telle rainure tronconique permet de refroidir de manière satisfaisante le matériau de friction afin de limiter la dégradation de sa tenue thermique et ainsi de maintenir son aptitude à transmettre le couple moteur. 10 La conicité de la rainure tronconique peut se définir par rapport à un axe normal à la face de friction. La face de friction peut être apte à contacter un contre-matériau, tel qu'un plateau de réaction ou un plateau de pression de l'embrayage, pour transmettre le couple moteur. 15 Selon une première variante de l'invention la rainure tronconique est évasée en éloignement du support métallique. Selon une deuxième variante de l'invention, la rainure tronconique est évasée en rapprochement du support métallique. La première variante permet une évacuation des poussières et/ou 20 des débris satisfaisante tandis que la deuxième variante permet de conserver une surface de friction maximisée. La rainure tronconique peut définir un axe longitudinal et une section orthogonale de ladite rainure tronconique à cet axe longitudinal peut présenter : 25 - un profil trapézoïdal, et - une base extérieure appartement à un plan comprenant la face de friction du matériau de friction, et - une base intérieure parallèle à la base extérieure. Les bases intérieures successives peuvent définir un fond de la 30 rainure tronconique. Ce fond peut être parallèle à la face de friction. 3048043 4 En variante, le fond de la rainure peut être incliné, notamment courbe, dans un plan normal à l'axe longitudinal. En se plaçant dans la première variante de l'invention, la dimension de la base extérieure peut être comprise entre 1,5 mm et 3 mm tandis que 5 la dimension de la base intérieure peut être comprise entre 0,5 mm et 2,5 mm. Tandis qu'en se plaçant dans la deuxième variante de l'invention, la dimension de la base extérieure peut être comprise entre 0,5 mm et 2,5 mm tandis que la dimension de la base intérieure peut être comprise entre 1,5 mm et 3 mm. 10 Selon un autre aspect de l'invention, le rapport entre : - l'épaisseur minimale du matériau de friction entre le fond de la rainure tronconique et le support métallique, et - l'épaisseur du matériau de friction peut être inférieur à 0,2. 15 Cette faible quantité de matière sous la rainure permet de réduire l'aptitude à la déformation axiale qui entraine au fil du temps un défaut de planéité. Ce défaut de planéité peut prendre la forme d'une mise en cône ou d'un voilage de la face de friction. L'épaisseur du matériau de friction peut être définie comme la 20 dimension du matériau de friction selon un axe orthogonal à cette face de friction. Le matériau de friction peut s'étendre entre la face de friction et une face de fixation en regard du support métallique. Ce rapport peut être de préférence compris entre 0,08 et 0,14. 25 Selon un aspect de l'invention, le rapport entre : - l'épaisseur minimale du matériau de friction entre le fond de la rainure tronconique et le support métallique, et - l'épaisseur du support métallique peut être inférieur à 1. 30 Ce rapport peut être de préférence compris entre 0,2 et 0,8. 3048043 5 Selon un autre aspect de l'invention, la rainure tronconique s'étend selon une direction sensiblement rectiligne, circonférentielle ou ovoïdale. Le matériau de friction peut comporter un bord radialement interne et un bord radialement externe. La rainure tronconique rectiligne peut 5 s'étendre de façon continue entre ces deux bords. Selon un autre aspect de l'invention, la rainure tronconique est inclinée par rapport à tout rayon coupant ladite rainure. L'axe longitudinal peut notamment former un angle compris entre 10 et 20°, notamment un angle de 15°, avec un rayon croisant l'axe longitudinal au niveau du bord 10 radialement interne. Selon un autre aspect de l'invention, une pluralité de rainures tronconiques est ménagée dans le matériau de friction. Certaines peuvent s'étendre selon une direction rectiligne, d'autres peuvent s'étendre selon une direction circonférentielle ou ovoïdale, ces rainures tronconiques 15 s'entrecoupant et formant des plots de friction formant la face de friction. De telles rainures tronconiques permettent de maximiser la surface de la face de friction, notamment lorsque ces rainures sont évasées en rapprochement du support métallique. Selon un autre aspect de l'invention, l'épaisseur du support 20 métallique est comprise entre 0,1 et 1 mm, en particulier entre 0,3 et 0,6 MM. Selon un autre aspect de l'invention, l'épaisseur du matériau de friction est comprise entre 1,5 mm et 4 mm. Selon un autre aspect de l'invention, le matériau de friction peut 25 être collé ou surmoulé sur le support métallique. Selon un autre aspect de l'invention, la garniture de friction peut être annulaire. Selon un autre aspect de l'invention, le matériau de friction comporte des fibres, par exemple des fibres de verre, liées ensemble par 30 une matrice organique. Cette matrice peut comprendre des polymères, tel 3048043 6 que des résines thermodurcissables, un élastomère, tel qu'un caoutchouc et des charges organiques ou non organiques. Les différents éléments du matériau de friction peuvent être préalablement agencés de façon à former une préforme. Les rainures 5 tronconiques sont obtenues par enlèvement de matière une fois la forme annulaire de la garniture de friction obtenue. En variante le matériau de friction dans sa forme définitive peut être obtenu par injection dans un moule formant une empreinte correspondant à la forme annulaire et à la forme des rainures tronconiques 10 L'invention se rapporte en outre à l'utilisation d'une garniture de friction selon l'invention dans un embrayage humide pour véhicule automobile. Un tel embrayage peut comprendre une garniture présentant tout ou parties des caractéristiques décrites précédemment pour une garniture dans un embrayage à sec. 15 L'invention se rapporte enfin à un disque d'embrayage, en particulier pour véhicule automobile, qui comprend au moins une garniture de friction telle que décrite ci-dessus. L'invention sera mieux comprise et d'autres détails, caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description 20 suivante faite à titre d'exemple non limitatif en référence aux dessins annexés dans lesquels : - la figure 1 est une vue en perspective d'un exemple de garniture de friction selon l'invention, - les figures 2a et 2b sont des vues en détail de rainures 25 tronconiques respectivement selon une première variante et une deuxième variante de l'invention, - la figure 3 est une vue de détail d'une rainure tronconique selon un autre exemple de la première variante, - les figures 4a, 4b, 5a et 5b sont des graphiques comparatifs de 30 performance de garnitures de friction dans et en dehors du périmètre de l'invention, 3048043 7 - la figure 6 est un diagramme illustrant la réduction de la déformation axiale d'un exemple de garniture de friction selon l'invention dans différentes conditions d'utilisation. La figure 1 représente un exemple de garniture de friction annulaire 5 1 pour embrayage à sec. La garniture 1 comprend un matériau de friction 2 fixé sur un support métallique qui sera illustré par la suite. Le matériau 2 comporte des bords radialement interne 3 et externe 4, une face de fixation 5 en regard d'un support métallique, et une face de friction 6 opposée à la face de fixation et apte à contacter un contre-matériau, tel qu'un plateau de 10 réaction ou un plateau de pression de l'embrayage, pour transmettre le couple moteur. Dans l'exemple décrit, le matériau 2 est collé ou surmoulé sur le support métallique. Dans l'exemple décrit, une pluralité de rainures tronconiques 7, 8 15 est ménagée dans le matériau 2, certaines 7 s'étendant selon une direction rectiligne, d'autres 8 s'étendant selon une direction circonférentielle, ces rainures tronconiques s'entrecoupant et formant des plots de friction 9, la réunion de ces plots 9 définissant le matériau 2 et la surface de ces plots 9 la plus éloignée du support métallique formant la face de friction 6. 20 Par ailleurs, les rainures tronconiques rectilignes 7 s'étendent entre les deux bords radialement interne 3 et externe 4 du matériau 2 et l'ensemble des rainures ménagées dans le matériau 2 sont tronconiques. L'axe longitudinal de chaque rainure tronconique rectiligne 7 forme un angle de 15° avec un rayon croisant l'axe longitudinal au niveau du bord 25 radialement interne 3. Dans l'exemple décrit, le matériau 2 peut comporter des fibres de verre, liées ensemble par une matrice organique. Cette matrice peut comprendre des résines thermodurcissables, un élastomère, un caoutchouc et des charges organiques et non organiques. Les différents 30 éléments du matériau de friction peuvent être préalablement agencés de façon à former une préforme. 3048043 8 Les rainures tronconiques sont obtenues par enlèvement de matière une fois la forme annulaire de la garniture de friction obtenue. En variante, le matériau 2 peut être obtenu par injection dans un moule d'une empreinte correspondant à la forme annulaire et à la forme 5 des rainures tronconiques. Les figures 2a et 2b représentent chacune une section orthogonale d'une rainure tronconique 7, 8 à un axe longitudinal de la rainure illustrée. A la figure 2a, selon une première variante, la rainure tronconique 7, 8 est évasée en éloignement du support métallique 12 tandis qu'à la 10 figure 2b, selon une deuxième variante, la rainure tronconique 7, 8 est évasée en rapprochement du support métallique 12. Selon les deux variantes, les rainures tronconiques 7, 8 présentent un profil trapézoïdal, une base extérieure 14 appartement à un plan comprenant la face de friction 6 et une base intérieure 15 parallèle à la 15 base extérieure. Les bases intérieures 15 successives définissent ici un fond 16 de la rainure tronconique et ce fond est parallèle à la face de friction 6. En variante, le fond de la rainure peut être incliné, notamment courbe, dans un plan normal à l'axe longitudinal. Selon les exemples des figures 2a et 2b, la conicité de la rainure 20 tronconique 7, 8 est comprise entre 10 et 35%, en particulier entre 17 et 30%, cette conicité se définissant par rapport à un axe normal à la face de friction 6. Enfin, dans les exemples décrits aux figure 2a et 2b, la rainure tronconique 7,8 s'étend jusqu'au support métallique 12 si bien que les plots 25 de friction 9 sont disjoints les uns des autres, le matériau 2 étant alors discontinu. Il convient de remarquer qu'il peut rester toutefois une légère quantité de matériau 2 sous les rainures tronconiques 7, 8 pour ne pas toucher la surface de l'acier et afin ne pas transmettre des contraintes de cisaillement dans le joint de colle à l'interface entre le matériau 2 et le 30 support métallique. 3048043 9 Dans l'exemple de la première variante décrit à la figure 2a, la dimension de la base extérieure est comprise entre 1,5 mm et 3 mm tandis que la dimension de la base intérieure est comprise entre 0,5 mm et 2,5 mm. 5 Dans l'exemple de la première variante décrit à la figure 2b, la dimension de la base extérieure 14 est comprise entre 0,5 mm et 2,5 mm tandis que la dimension de la base intérieure 15 est comprise entre 1,5 mm et 3 mm. Ces dimensions se calculent dans les plans orthogonaux tels que représentés aux figures 2a et 2b. 10 Les matériaux 2 dont les rainures tronconiques sont décrites aux figures 2a et 2b peuvent être réalisés par un autre procédé afin de disposer de rainures tronconiques s'étendant jusqu'au support métallique sans craindre de fragiliser le joint de colle. Le matériau 2 des figures 2a et 2b peut être obtenu par un autre 15 procédé que ce déjà énoncés. Ce procédé comporte notamment les étapes consistant à : - réaliser le matériau 2 comportant les rainures tronconiques débouchant uniquement au niveau de la face de fixation, - fixer le corps de friction sur le support métallique par adhésion de 20 la face de fixation, - usiner la face de friction, opposée à la face de fixation, jusqu'à ce que ladite rainure débouche au niveau de la seconde face du corps de friction. La rainure tronconique 7, 8 représentée à la figure 3 est un autre 25 exemple de la première variante. Dans cet exemple, l'épaisseur du matériau D1, définie entre la face de friction 6 et la face de fixation 5, est comprise entre 1,5 mm et 4 mm et l'épaisseur du support métallique D2 est comprise entre 0,1 et 1 mm, en particulier entre 0,3 et 0,6 mm. Dans l'exemple décrit à la figure 3, le rapport R1 entre : 30 - l'épaisseur minimale du matériau entre le fond a rainure tronconique et le support métallique D3, et 3048043 10 - l'épaisseur du matériau de friction D1 est inférieur à 0,2. Toujours dans cet exemple, le rapport R2 entre : - l'épaisseur minimale D3 du matériau 2 entre le fond 16 de la 5 rainure tronconique et le support métallique 12, et - l'épaisseur du support métallique D2 est inférieur à 1. Dans l'exemple décrit, l'épaisseur du matériau de friction D1 est définie comme la dimension du matériau 2 selon un axe orthogonal à se 10 face de friction 6. Dans l'exemple décrit à la figure 3, la conicité, que l'on exprime en pourcentage, est égal à : 'dimension de la base extérieure 14-dimension de la base intérieur 15 I * 100 D1- D3 15 Les figures 4a, 4b, 5a et 5b représentent les résultats de tests comparatifs de garnitures 1 dans le périmètre de l'invention et de garnitures en dehors du périmètre de l'invention. Ces tests ont été réalisés sur banc d'essai utilisant une boite de 20 vitesses manuelle. Pour simuler les conditions sévères d'utilisation, notamment le démarrage en côte, il est imposé à la garniture de friction 1 de dissiper une énergie de l'ordre de 364 J/cm2. Les garnitures 1 utilisées pour ces tests présentent un diamètre intérieur de l'ordre de 137 mm et un diamètre extérieur de l'ordre de 200 mm. La dimension de la base 25 extérieure des rainures tronconiques est supérieure à 1,5 mm. Durant ces tests, il a été imposé à chaque garniture un enchainement de démarrages et le nombre de démarrages pour lesquels la garniture transmet le couple moteur de façon satisfaisante a été comptabilisé. 30 Dans les conditions du test, la garniture transmet de façon satisfaisant le couple lorsqu'il n'y a pas de patinage, que le coefficient de 3048043 11 friction reste supérieur à 0.2 sous conditions de charge plateau ou tarage constant. Les caractéristiques structurelles des garnitures utilisées pour les tests se trouvant en dehors du périmètre de l'invention sont présentées 5 dans le tableau I, tandis que les garnitures 1 se trouvant dans le périmètre de l'invention utilisées pour les tests sont présentées au tableau II. R1 R2 conicité garniture n°1 0,27 1,75 37 garniture n°2 0,27 1,75 37 garniture n°3 0,27 1,75 37 garniture n°4 0,27 1,75 37 garniture n°5 0,28 2,5 26 garniture n°6 0,04 0,25 0 garniture n°7 0,04 0,25 0 Tableau I R1 R2 conicité garniture n°8 0,04 0,25 21 garniture n°9 0,12 0,75 37 garniture n°10 0,12 0,75 37 garniture n°11 0,02 0,13 37 10 Tableau II Il convient de remarquer que seule la garniture n°11 est évasée en approchement du support métallique 12. Les résultats des tests des garnitures du tableau I sont rapportés 15 aux figures 4a et 4b, et ceux des garnitures du tableau II aux figures 5a et 5b. En ordonnées on retrouve le nombre de démarrages dans des conditions satisfaisantes de transmission de couple exprimé soit en fonction de R1 (figures 4a et 5a), soit en fonction de R2 (figures 4b et 5b). On constate que les garnitures du tableau II sont particulièrement 20 avantageuses, et que, par exemple, elles permettent de doubler le nombre 3048043 12 de démarrages en conditions sévères par rapport aux garnitures du tableau Les garnitures 1 selon les exemples ci-dessus permettent également de réduire l'aptitude à la déformation axiale qui entraine au fil du 5 temps un défaut de planéité. Des tests sur des garnitures à 25°C (état initial), puis sur des garnitures ayant passé 4h à 140°C et enfin sur des garnitures ayant passé 24h à 40°C et dans 90% d'humidité ont été réalisés (respectivement A, B et C sur la figure 6). 10 A l'issu de ces phases, ces garnitures ont été soumises à une charge de 1000N qui a été relâchée progressivement jusqu'à 20N. Chaque rectangle A, B, C représente en pourcentage la diminution du déplacement dans le plan comprenant la face de friction entre une garniture de friction selon l'invention et une garniture témoin en dehors du 15 périmètre de l'invention. Le déplacement axial est respectivement diminué d'au moins 65%, d'au moins 40% et d'au moins 50% pour les tests A, B et C. Dans chacun des tests présentés, les exemples de garnitures dans et en dehors du périmètre de l'invention diffèrent uniquement par la forme 20 de leurs rainures. Leur composition interne, leur support métallique, leur nombre de rainures sont identiques pour mettre en avant l'influence de la forme des rainures selon l'invention. L'invention n'est pas limitée aux exemples qui viennent d'être décrits. 25 REVENDICATIONS1. Garniture de friction (1) à sec pour embrayage, en particulier de véhicule automobile, comprenant un matériau de friction (2) fixé sur un support métallique (12) et comportant une face de friction (6), au moins une rainure tronconique (7, 8) étant ménagée dans le matériau de friction, caractérisée en ce que la conicité de la rainure tronconique (7, 8) est comprise entre 10 et 35%, en particulier entre 17 et 30%. 2. Garniture de friction (1) selon la revendication 1, caractérisée en ce que la rainure tronconique (7, 8) est évasée en éloignement du support métallique (12). 3. Garniture de friction (1) selon la revendication 1, caractérisée en ce que la rainure tronconique (7, 8) est évasée en rapprochement du support métallique (12). 4. Garniture de friction (1) selon la revendication 2, caractérisée en ce que la rainure tronconique (7, 8) définit un axe longitudinal, une section orthogonale de la rainure tronconique à cet axe longitudinal présentant : - un profil trapézoïdal, et - une base extérieure (14) appartement à un plan comprenant la face de friction (6) du matériau de friction, et - une base intérieure (15) parallèle à la base extérieure, la dimension de la base extérieure (14) étant comprise entre 1,5 mm et 3 mm, la dimension de la base intérieure (15) étant comprise entre 0,5 mm et 2,5 mm. 5. Garniture de friction (1) selon la revendication 3, caractérisée en ce que la rainure tronconique (7, 8) définit un axe longitudinal, une section orthogonale de la rainure tronconique à cet axe longitudinal présentant : - un profil trapézoïdal, et 3048043 14 - une base extérieure (14) appartement à un plan comprenant la face de friction (6) du matériau de friction, et - une base intérieure (15) parallèle à la base extérieure, la dimension de la base extérieure (14) étant comprise entre 0,5 mm 5 et 2,5 mm, la dimension de la base intérieure (15) étant comprise entre 1,5 mm et 3 mm. 6. Garniture de friction (1) selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que le rapport (R1) entre : - l'épaisseur du matériau de friction entre le fond (16) de la rainure 10 tronconique et le support métallique D3, et - l'épaisseur du matériau de friction D1 est inférieur à 0,2. 7. Garniture de friction (1) selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que le rapport (R2) entre : 15 - l'épaisseur minimale du matériau de friction entre le fond (16) de la rainure tronconique et le support métallique D3, et - l'épaisseur du support métallique D2 est inférieur à 1. 8. Garniture de friction (1) selon l'une des revendications précédentes, 20 caractérisée en ce que la rainure tronconique (7, 8) s'étend selon une direction sensiblement rectiligne, circonférentielle ou ovoïdale. 9. Garniture de friction (1) selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce qu'une pluralité de rainures tronconiques (7, 8) est ménagée dans le matériau de friction, certaines (7) s'étendant 25 selon une direction rectiligne, d'autres (8) s'étendant selon une direction circonférentielle ou ovoïdale, ces rainures tronconiques (7, 8) s'entrecoupant et formant des plots de friction (9). 10. Garniture de friction (1) selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que l'épaisseur du support métallique (12) est 30 comprise entre 0,1 et 1 mm, en particulier entre 0,3 et 0,6 mm. 3048043 15 11. Disque d'embrayage, en particulier pour véhicule automobile, caractérisé en ce qu'il comprend au moins une garniture de friction (1) selon l'une des revendications 1 à 10.