Brevet FR3048044A1 — publié le 20170825

Garniture de frein monobloc et procédé de fabrication correspondant 1. Domaine de l'invention L'invention concerne le domaine des garnitures de frein pour véhicules ferroviaires. Elle concerne plus particulièrement une garniture de frein monobloc et un procédé de fabrication correspondant. 2. Art antérieur Les véhicules ferroviaires sont classiquement équipés de freins à disque. Un mécanisme de frein à disque comporte : - des disques fixés sur le moyeu de la roue, sur chaque face ; - des blocs de friction, par exemple de type fritté, venant frotter sur les disques en position de freinage ; - des porte-garnitures solidaires du véhicule sur lesquels sont fixés les blocs de friction par l'intermédiaire d'un support de garniture ; - des mécanismes de freinage tels que des pistons hydrauliques et pneumatiques actionnant les porte-garnitures ; et - une unité de freinage commandant les mécanismes de freinage. Lorsque le conducteur d'un véhicule ferroviaire envoie à l'unité de freinage un ordre de freiner, l'unité envoie une commande aux mécanismes de freinage d'actionner les porte- garnitures de sorte à plaquer les blocs de friction sur les disques de part et d'autre des roues afin de générer une force de frottement créant un couple de freinage sur les roues. 3048044 2 L'ensemble formé par un bloc de friction et un support de garniture forme une garniture de frein. Le bloc de friction est communément préformé sur une presse puis monté sur un support de garniture en métal. Afin de fixer la 5 garniture sur le porte-garniture, une pièce de liaison est fixée sur le support de garniture par soudage ou rivetage. Les garnitures sont destinées à être remplacées après usure du bloc de friction. Dans le domaine des composants ferroviaires, le 10 procédé de soudage doit être réalisé en accord avec la norme européenne NF EN 15085 ; cette norme définit les exigences de qualité en termes de conception, production et certification du constructeur. La mise en application de cette norme conduit à des surcoûts significatifs pour la 15 mise en oeuvre et la production. Par ailleurs, la fixation par soudage présente des inconvénients tels que la rigidification, la création de contraintes mécaniques, l'échauffement et la déformation des pièces assemblées. 20 Quant au procédé de rivetage, il nécessite des moyens de mise en oeuvre plus conséquents en termes d'équipements, ce qui impacte aussi de façon défavorable les coûts de production. Par conséquent, la réalisation de l'ensemble support 25 en deux parties nécessite un procédé de fixation très spécialisé ce qui augmente les délais de fabrication. 3. Objectifs de l'invention L'invention propose une solution visant à pallier 30 les inconvénients précités. Un objectif de l'invention est de permettre d'obtenir de manière fiable et économique une garniture de frein sans recourir aux procédés de soudage ou de rivetage. 3048044 3 4. Résumé de l'invention L'invention concerne une garniture de frein disque pour véhicule ferroviaire comportant un bloc de 5 friction et un support de garniture présentant une forme s'étendant au moins selon un axe longitudinal et dont une première face est destinée à coopérer avec une rainure de guidage en queue d'aronde femelle d'un porte-garniture solidaire du véhicule et une deuxième face est en liaison 10 fixe avec le bloc de friction, la garniture de frein étant caractérisée en ce que le support de garniture comporte des ailettes d'un seul tenant avec le support de garniture s'étendant en saillie de la première face et présentant une forme en queue d'aronde mâle agencées de sorte à coopérer 15 avec la rainure. Cette garniture de frein présente l'intérêt d'être monobloc et donc de faire l'économie d'une pièce de liaison supplémentaire entre le support de garniture et le porte-garniture. Ainsi, dans le procédé de fabrication de la garniture, les étapes de soudage ou de 20 rivetage de cette pièce de liaison sont supprimées ce qui permet de réduire les coûts de mise en oeuvre et d'avoir un procédé de fixation très simple qui réduit les délais de production. Par ailleurs, la garniture monobloc présente de meilleures propriétés mécaniques dans la mesure où elle 25 limite les contraintes mécaniques structurelles, l'échauffement et la déformation des pièces assemblées du fait de l'absence de soudure. En outre, la configuration de garniture de frein monobloc élimine un risque de séparation mécanique et sécurise par conséquent le composant. 30 Un porte-garniture est également désigné par le terme d'étrier. On entend par queue d'aronde un type de liaison mécanique entre deux pièces dans laquelle une queue d'aronde mâle, correspondant à un tenon en forme de trapèze 3048044 4 dans l'une des pièces, s'emboîte dans une queue d'aronde femelle, correspondant à une rainure de même forme dans la seconde pièce. Selon un mode de réalisation particulier, la garniture 5 comporte quatre ailettes, deux ailettes alignées longitudinalement de chaque côté de l'axe longitudinal. Cette configuration permet de répartir longitudinalement la surface de contact entre les ailettes et la rainure sans pour autant fragiliser le support de garniture en le 10 découpant sur une longueur importante comme ce serait le cas avec seulement deux longues ailettes. Selon un mode de réalisation particulier, des excroissances faisant saillie de la première face et obtenues par emboutissage du support de garniture viennent 15 en contrefort des ailettes. Ces excroissances présentent l'intérêt de garantir aux ailettes une meilleure tenue aux sollicitations d'ordre mécanique ou thermique. Selon un mode de réalisation particulier, le support de garniture est en alliage métallique ce qui 20 permet d'obtenir des propriétés mécaniques intéressantes notamment au niveau de la robustesse. Avantageusement, le support est en acier. Selon un mode de réalisation particulier, le support de garniture présente une épaisseur comprise entre 25 2 et 8 millimètres. Cette épaisseur permet d'obtenir la rigidité nécessaire pour résister aux déformations, notamment en phase de freinage. On entend par épaisseur la distance entre la première face et la deuxième face. Selon un mode de réalisation particulier, la 30 liaison fixe entre le support de garniture et le bloc de friction est obtenue par brasage. Le brasage permet de solidariser de manière fiable le bloc de friction et le support de garniture sans pour autant requérir de fusion 3048044 5 des matériaux. Selon un mode de réalisation particulier, le bloc de friction est composé de poudres métalliques et céramiques permettant d'obtenir un coefficient de 5 frottement important entre le bloc de friction et le disque. Selon un mode de réalisation particulier, le support de garniture comporte en outre une portion centrale faisant saillie de la première face, obtenue par 10 emboutissage et présentant une forme de croix dont une branche longitudinale s'étend selon l'axe longitudinal, le bloc de friction présentant une forme complémentaire venant épouser la forme de croix lorsque le support de garniture et le bloc de friction sont en liaison fixe. La portion 15 centrale permet de positionner le bloc de friction sur le support de garniture, d'améliorer la tenue mécanique au décollement ou à l'arrachement et de rigidifier le support de garniture afin d'éviter toute déformation que ce soit pendant la fabrication ou en fonctionnement. 20 L'invention concerne également un ensemble comportant au moins une garniture selon ce qui précède et un porte-garniture caractérisé en ce que la portion centrale comporte au moins une extrémité évasée, située sur la branche longitudinale, se terminant par un bord 25 rectiligne perpendiculairement à l'axe longitudinal venant en butée avec une butée du porte-garniture. Cette configuration permet d'assurer le blocage longitudinal de la garniture dans le porte-garniture. Selon un mode de réalisation particulier, la butée 30 du porte-garniture est actionnée par une clé de verrouillage afin de verrouiller le blocage longitudinal de la garniture dans le porte-garniture. L'invention concerne également un procédé de 3048044 6 fabrication d'une garniture de frein monobloc comportant un bloc de friction et un support de garniture dont une première face est destinée à coopérer avec une rainure de guidage en queue d'aronde femelle d'un porte-garniture 5 solidaire du véhicule et une deuxième face est en liaison fixe avec le bloc de friction caractérisé en ce qu'elle comporte les étapes suivantes : - Découpage d'ailettes dans le support de garniture; 10 - Pliage des ailettes de sorte à former, en saillie de la première face, une queue d'aronde mâle conformée pour se fixer dans la rainure en queue d'aronde femelle ; - Emboutissage d'une portion centrale du support de garniture en saillie de la première face ; 15 - Emboutissage d'excroissances en saillie de la première face pour renforcer les ailettes ; - Fixation par brasage du support de garniture au bloc de friction. Le procédé de fabrication d'une garniture monobloc permet 20 de simplifier la chaîne logistique en évitant une opération d'assemblage par rapport au procédé de fabrication d'une garniture en deux parties, il permet également d'éviter le recours à des procédés de fixation complexes soumis à des normes contraignantes. 25 5. Liste des figures D'autres caractéristiques et avantages innovants ressortiront de la description ci-après, fournie à titre indicatif et nullement limitatif, en référence aux dessins 30 annexés, dans lesquels : - La figure 1 représente une vue en perspective d'une garniture de frein comportant un support de garniture et un bloc de friction selon un mode de réalisation de 3048044 7 l'invention ; - La figure 2 représente une vue d'une face du support de garniture de la figure 1 destinée à être en contact avec le bloc de friction ; 5 - La figure 3 représente une vue d'une face du support de garniture des figures 1 et 2 destinée à être en contact avec un porte-garniture ; - La figure 4 représente une vue en coupe du support de garniture de la figure 3 selon IV-IV ; 10 - La figure 5 représente une vue en coupe du support de garniture de la figure 3 selon V-V ; - La figure 6 représente une vue en perspective d'un porte-garniture et de deux garnitures conformes aux figures 1 à 5 en position désassemblée ; et 15 - La figure 7 représente une vue en perspective du porte-garniture et des deux garnitures de la figure 6 en position assemblée. 6. Description détaillée 20 En référence à la figure 1, est représentée une garniture 1 de frein d'un véhicule ferroviaire selon un mode de réalisation de l'invention. La garniture 1 de frein comporte un support 11 de garniture et un bloc de friction 12. Le bloc de friction 12 est typiquement obtenu par 25 frittage de poudres métalliques, graphites et céramiques de sorte à obtenir un coefficient de frottement important permettant d'obtenir une force de frottement conséquente et donc un couple de freinage satisfaisant, une fois le bloc de friction en contact avec un disque de frein du véhicule. 30 En référence aux figures 1 à 5, le support 11 de garniture présente une forme oblongue s'étendant selon une direction longitudinale, la direction longitudinale étant 3048044 8 matérialisée par l'axe longitudinal L sur les figures. Le support 11 de garniture est obtenu par découpage de la forme oblongue dans une plaque d'une épaisseur donnée, par exemple de 2 à 8 millimètres, d'un alliage métallique, 5 comme par exemple un acier. Le support 11 de garniture comporte une première face 111 destinée à coopérer avec une rainure de guidage en queue d'aronde femelle d'un porte-garniture solidaire du véhicule et une deuxième face 112 en liaison fixe avec le bloc de friction 12. 10 Le support 11 de garniture comporte quatre ailettes 13 disposées symétriquement de part et d'autre de l'axe longitudinal L et faisant saillie de la première face 111. Les ailettes 13 présentent une forme générale polygonale à quatre côtés, allongée selon l'axe longitudinal L, et sont 15 obtenues, ici, par découpage du support selon trois côtés et pliage selon un dernier côté central 131 parallèle à l'axe longitudinal L et plus proche de l'axe longitudinal L que les trois autres côtés. D'un point de vue dimensionnelle et à titre illustratif, les ailettes 13 ont, 20 ici, sensiblement une longueur égale à un quart de la longueur totale du support 11 de garniture suivant l'axe longitudinal L et une largeur d'environ un vingtième de cette longueur totale. La longueur correspond à la dimension longitudinale et la largeur à la dimension 25 transversale. Les ailettes 13 ainsi formées laissent en négatifs quatre évidements 15 dans le support 11 de garniture. Chaque évidement 15 a un côté central 131 en commun avec une ailette 13. Afin d'éviter que ces évidements 15 ne fragilisent de manière excessive le 30 support 11 de garniture, deux évidements 15 alignés longitudinalement sont espacés l'un de l'autre, par exemple ici d'une longueur environ égale à un sixième de la longueur totale du support 11 de garniture, suivant l'axe 3048044 9 longitudinal L. En référence aux figures 4 et 5, sont représentées deux coupes transversales selon IV-IV et V-V de la figure 3, perpendiculaires à l'axe longitudinal L. Chaque ailette 5 13 forme un angle aigu CDE sensiblement de 45° de sommet D situé sur le côté central 131, C étant un point d'un côté extérieur 132 de l'évidement 15 opposé au côté central 131 et E étant un point d'un côté saillant 133 de l'ailette 13 opposé au côté central 131. Ainsi deux ailettes 13 10 symétriques par rapport à l'axe longitudinal L forment une queue d'aronde mâle. Les ailettes sont conformées de manière à se fixer dans une rainure en queue d'aronde femelle d'un porte-garniture. Les ailettes 13 sont renforcées par des 15 excroissances 134 situées au milieu des côtés centraux 131 de sorte à venir en contrefort des ailettes 13. Les excroissances 134 sont obtenues par emboutissage et ont une dimension transversale de l'ordre de la largeur d'une ailette 13 et une dimension longitudinale, ici par exemple, 20 trois fois inférieure à la largeur d'une ailette 13. Ces excroissances 134 présentent l'intérêt de garantir aux ailettes 13 une meilleure tenue aux sollicitations d'ordre mécanique ou thermique. le support 11 de garniture comporte en outre une 25 portion centrale 14 faisant saillie de la première face 111 et présentant une forme de croix dont une branche longitudinale 141 s'étend selon l'axe longitudinal L sur une longueur, ici par exemple, environ égale aux deux tiers de la longueur totale du support 11 de garniture suivant 30 l'axe longitudinal L et une branche transversale 142 s'étend perpendiculairement sur une longueur, ici par exemple, environ égale au cinquième de la longueur totale du support 11 de garniture suivant l'axe longitudinal L. La 3048044 10 branche longitudinale 141 présente une largeur, ici par exemple, d'environ deux fois celle d'une ailette 13 et la branche transversale 142 présente une largeur, ici par exemple, environ égale à celle d'une ailette 13. 5 La portion centrale 14 comporte une extrémité évasée 143 située sur l'axe longitudinal L, se terminant par un bord rectiligne perpendiculairement à l'axe longitudinal L. Le bord rectiligne est destiné à être en butée avec une butée basse ou une butée haute du porte- 10 garniture. La portion centrale 14 est obtenue par emboutissage. Les opérations d'emboutissage de la portion centrale 14 et des excroissances 134 peuvent être fusionnées en une seule opération. 15 Le bloc de friction 12 présente une forme complémentaire venant épouser la forme de croix de la portion centrale 14 lorsque le support 11 de garniture et le bloc de friction 12 sont en liaison fixe. Le bloc de friction 12 est préformé sur presse avant d'être assemblé 20 avec le support 11 de garniture par brasage. La portion centrale 14 permet de positionner le bloc de friction 12 sur le support 11 de garniture, d'améliorer la tenue mécanique au décollement ou à l'arrachement et de rigidifier le support 11 de garniture afin d'éviter toute 25 déformation que ce soit pendant la fabrication ou en fonctionnement. En référence aux figures 6 et 7, sont représentés un porte-garniture 2 et deux garnitures 1 destinés à être assemblés. Les garnitures 1 comportent chacune un côté 30 rectiligne 16 perpendiculairement à l'axe longitudinal L. Les garnitures sont destinées à être positionnées dans le porte-garniture de sorte à ce que les côtés rectilignes 16 soient jointifs formant ainsi un axe de symétrie de 3048044 11 l'ensemble constitué par les deux garnitures. Afin d'assembler les garnitures 1 avec le porte-garniture 2, les ailettes 13 en queue d'aronde mâle de la garniture 11 sont glissées dans une rainure 21 en queue d'aronde femelle 5 selon un mouvement de bas en haut sur la figure, matérialisé par un vecteur G. Les garnitures 1 sont engagées à tour de rôle dans la rainure 21 par une extrémité basse 25 du porte-garniture 2 comportant un évidement prolongeant la rainure 21. 10 En position assemblée, l'extrémité évasée 143 de la première garniture 1 vient en butée avec une butée haute 22 du porte-garniture 2 et l'extrémité évasée 143 de la deuxième garniture est placée dans un renfoncement 26 de la rainure 21. Il est alors possible d'actionner une clé de 15 verrouillage 24 permettant de faire saillir une butée basse 23 du porte-garniture 2 pour immobiliser les garnitures 1 dans le porte-garniture 2. Le porte-garniture 2 comporte une liaison pivot 27 qui constitue une articulation du porte-garniture 2 avec le véhicule ferroviaire. 20 L'invention est décrite dans ce qui précède à titre d'exemple. Il est entendu que la personne de l'art est à même de réaliser différentes variantes de réalisation de l'invention, en associant par exemple les différentes 25 caractéristiques ci-dessus prises seules ou en combinaison, sans pour autant sortir du cadre de l'invention. 30 REVENDICATIONS1 Garniture (1) de frein à disque pour véhicule ferroviaire comportant un bloc de friction (12) et un support (11) de garniture présentant une forme s'étendant au moins selon un axe longitudinal (L) et dont une première face (111) est destinée à coopérer avec une rainure (21) de guidage en queue d'aronde femelle d'un porte-garniture (2) solidaire du véhicule et une deuxième face (112) est en liaison fixe avec le bloc de friction (12), la garniture (1) de frein étant caractérisée en ce que le support (11) de garniture comporte des ailettes (13) d'un seul tenant avec le support (11) de garniture s'étendant en saillie de la première face (111) et présentant une forme en queue d'aronde mâle agencées de sorte à coopérer avec la rainure (21). 2. Garniture (1) de frein selon la revendication 1 caractérisée en ce qu'elle comporte quatre ailettes (13), deux ailettes (13) alignées longitudinalement de chaque côté de l'axe longitudinal (L). 3. Garniture (1) de frein selon l'une quelconque des revendications 1 à 2, caractérisée en ce qu'elle comporte des excroissances (134) faisant saillie de la première face (111) et formant contrefort des ailettes (13). 4. Garniture (1) de frein selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que le support (11) de garniture est en alliage métallique. 3048044 13 5. Garniture (1) de frein selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisée en ce que le bloc de friction (12) est fixé au support (11) par brasage. 6. Garniture (1) de frein selon l'une quelconque des 5 revendications 1 à 5, caractérisée en ce que le bloc de friction (12) est composé de poudres métalliques, graphites et céramiques. 7. Garniture (1) de frein selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisée en ce que le 10 support (11) de garniture comporte en outre une portion centrale (14) faisant saillie de la première face (111), obtenue par emboutissage et présentant une forme de croix dont une branche longitudinale (141) s'étend selon l'axe longitudinal (L), le bloc de 15 friction (12) présentant une forme complémentaire venant épouser la forme de croix lorsque le support (11) de garniture et le bloc de friction (12) sont en liaison fixe. 8. Ensemble comportant au moins une garniture (1) de 20 frein selon la revendication 7 et un porte-garniture (2), caractérisé en ce que la portion centrale (14) comporte une extrémité évasée (143), située sur la branche longitudinale (141), se terminant par un bord rectiligne perpendiculairement à l'axe longitudinal 25 (L) venant en butée avec une butée (22 ou 23) du porte-garniture (2). 9. Ensemble selon la revendication 8, caractérisé en ce que la butée du porte-garniture (2) est actionnée par une clé de verrouillage (24). 3048044 14 10. Procédé de fabrication d'une garniture (1) de frein monobloc comportant un bloc de friction (12) et un support (11) de garniture dont une première face (111) est destinée à coopérer avec une rainure (21) de 5 guidage en queue d'aronde femelle d'un porte-garniture (2) solidaire du véhicule et une deuxième face (112) est en liaison fixe avec le bloc de friction (12) caractérisé en ce qu'il comporte les étapes suivantes : 10 - Découpage d'ailettes (13) dans le support de garniture ; Pliage des ailettes (13) de sorte à former, en saillie de la première face (111), une queue d'aronde mâle conformée pour se fixer dans la 15 rainure (21) en queue d'aronde femelle ; Emboutissage d'une portion centrale (14) du support (11) de garniture en saillie de la première face (111) ; Emboutissage d'excroissances (134) en saillie de 20 la première face (111) pour renforcer les ailettes (13) ; Fixation par brasage du support (11) de garniture au bloc de friction (12).