Brevet FR3050171A1 — publié le 20171020

PATIN POUR FREIN À PATIN DESCRIPTION DOMAINE TECHNIQUE L'invention se rapporte à un patin pour un frein. Plus particulièrement, l'invention se rapporte à un patin pour un frein à patin, et préférablement pour un frein à patin pour vélo. L'invention concerne aussi le refroidissement d'un tel patin. ÉTAT DE LA TECHNIQUE ANTÉRIEURE Les patins pour les freins de vélo prennent typiquement la forme d'un corps allongé en gomme ou en résine, avec une surface de freinage. Ces patins sont destinés à être serrés contre une roue de vélo, avec leur surface de freinage contre la jante de la roue. Typiquement, deux patins sont serrés contre les côtés axialement opposés de la jante de roue pour ralentir ou arrêter le vélo. Avec les développements récents en matière de roues de vélos, notamment pour les rendre plus légères et structurellement fortes à la fois, des roues en composite de carbone, surtout en fibres de carbone, sont apparues sur le marché, et sont devenues de plus en plus populaires. Ces roues sont beaucoup plus légères et beaucoup plus performantes que les modèles équivalents en acier, et même en aluminium. En revanche, les composites de carbone ont une conductivité thermique sensiblement plus faible que celle de l'aluminium, et donc une roue ou jante en composite de carbone a une capacité de dissiper la chaleur également réduite par rapport à une roue équivalente en aluminium. Par conséquent, quand un patin est serré contre la jante d'une roue de vélo en composite de carbone, le patin s'échauffe beaucoup plus, et plus rapidement aussi, que lorsqu' il est serré contre une jante en aluminium. Fréquemment, lors d'un freinage prolongé, par exemple pendant une descente d'une colline, la température à la surface de freinage peut s'élever à 500°C. 3050171 2 Il en résulte que le patin s'échauffe jusqu'à un point de surchauffe, qui provoque, à son tour, un mauvais freinage, un serrage inconsistant, une usure prématurée, et un gonflement de la jante en carbone, une fonte de la jante, une explosion du boyau ou du pneu, conséquences dangereuses pour le cycliste. 5 Souvent, les patins sont pourvus de rainures sur leur surface de freinage. Ces rainures servent principalement à évacuer l'eau, la boue, la poussière et les copeaux de patin pendant le freinage, et également à indiquer l'usure des patins. Bien que l'air puisse s'écouler dans les rainures, le refroidissement dû à cet écoulement est limité. Le document DE202006015417 U1 décrit un patin pour frein de vélo 10 comprenant des trous traversants pour le refroidissement du patin. Ces trous passent à travers le corps du patin de la surface de freinage au côté de montage et sont tous orientés perpendiculairement à la jante de roue. Ces trous ont pour objet d'éviter que les rainures sur la surface de freinage se bouchent par l'eau et la poussière. Accessoirement, ces trous permettent un refroidissement du patin. 15 Ce refroidissement n'est toutefois pas très efficace. Pire encore, ces trous débouchent directement sur la surface de freinage. Quand le patin est appuyé contre une jante de roue de vélo, toutes les ouvertures des patins sont donc obstruées à leur extrémité en contact avec la jante. L'air ne circule pas à travers ces trous pendant le freinage alors que cela serait d'autant plus nécessaire. Par conséquent, la dissipation de chaleur est 20 limitée, et donc le refroidissement n'est pas très efficace. En outre, les rainures sur la surface de freinage ne sont conçues que pour évacuer l'eau et la poussière, sans mention aucune d'un écoulement d'air par ces rainures. En effet, ce document ne divulgue pas de dissipation de chaleur par rapport au mouvement du vélo, ni l'écoulement d'air relativement au vélo et à travers les trous. 25 Aucune mention n'est faite concernant l'écoulement d'air à travers le patin, que ce soit pendant le freinage ou non. 3050171 3 EXPOSÉ DE L'INVENTION La présente invention propose ainsi un patin pour un frein à patin, comprenant un premier trou et un deuxième trou, le premier trou étant plus proche du côté avant du patin par rapport au deuxième trou selon la direction longitudinale du patin, le premier 5 trou et le deuxième trou étant raccordés par un tunnel, les trous étant situés de manière à permettre à l'écoulement d'air relatif d'entrer par le premier trou et de sortir par le deuxième trou. Par « le premier trou étant plus proche du côté avant du patin par rapport au deuxième trou selon la direction longitudinale du patin », on entend que la projection du 10 premier trou sur l'axe longitudinal du patin est plus proche du côté avant du patin que la projection du deuxième trou sur l'axe longitudinal du patin. Le tunnel cependant peut suivre n'importe quel trajet entre les deux trous. Par exemple, le tunnel, ou une section de ce dernier, peut s'étendre selon une direction parallèle à la direction longitudinale du patin ou selon une direction définissant un angle avec la direction longitudinale du patin. Donc, 15 le tunnel peut également s'étendre selon une direction oblique, voire une direction pratiquement perpendiculaire à la direction longitudinale du patin. De préférence, le premier trou est situé du côté avant du patin. De préférence encore, le deuxième trou est situé du côté arrière du patin. Alternativement, le deuxième trou est situé du côté de freinage du patin. 20 Avantageusement, un troisième trou est situé du côté de freinage du patin. De façon préférée, le troisième trou est relié au tunnel de manière à permettre à l'écoulement d'air relatif entrant par le premier trou de sortir par le troisième trou. Alternativement, le troisième trou est relié au tunnel de manière à permettre à l'écoulement d'air relatif d'être aspiré par le troisième trou. 25 De préférence, le troisième trou est situé entre les premier et deuxième trous selon la direction longitudinale du patin. Avantageusement, le tunnel s'étend sensiblement selon la direction longitudinale du patin pour au moins la majeure partie de sa longueur. De préférence, le patin est configuré, lorsqu'en appui contre une jante de roue pendant le freinage, pour permettre l'écoulement d'air relatif au travers du tunnel. 3050171 4 BRÈVE DESCRIPTION DES DESSINS Il est décrit par la suite, à titre d'exemples non limitatifs, des modes de réalisation de l'invention, en se référant aux dessins annexés, dans lesquels : - la figure 1 représente une vue en perspective d'un patin pour vélo selon un 5 premier mode de réalisation de l'invention ; - les figures 2A à 2D représentent respectivement une vue du côté de freinage du patin, une vue d'un côté latéral, une vue du côté avant et une vue du côté arrière ; - la figure 3 représente une vue en coupe prise le long de la ligne A-A de la figure 2A ; et 10 - la figure 4 représente une vue en coupe d'un autre patin selon un deuxième mode de réalisation. Dans toutes ces figures, des références identiques peuvent désigner des éléments identiques ou similaires. En outre, les différentes parties représentées sur les figures ne le sont pas nécessairement selon une échelle uniforme, afin de rendre les figures 15 plus lisibles. EXPOSÉ DÉTAILLÉ DE MODES DE RÉALISATION PARTICULIERS Les figures 1-3 illustrent un patin 10 selon un premier mode de réalisation pour un vélo. Le patin 10 est généralement sous forme d'un corps allongé dans une direction 20 longitudinale (le long de sa longueur) qui sera, pendant l'utilisation sur un vélo, sensiblement parallèle à la direction de roulement de vélo (direction droite-gauche). De manière générale, le patin 10 comprend un côté avant 21 et un côté arrière 22, les deux destinés à être orientés respectivement vers l'avant du vélo et vers l'arrière du vélo, et donc en amont et en aval par rapport à l'écoulement d'air relatif pendant le roulement du 25 vélo. Dans la figure 2A, la droite du patin 10 est le côté avant 21, tandis que la gauche est le côté arrière 22. La roue contre laquelle ce patin 10 vient se serrer est en rotation dans le sens des aiguilles d'une montre, la jante tournant vers la droite de la figure au niveau du patin 10. Il comprend en outre un côté interne, ou un côté de freinage 23, pour appuyer contre la jante de roue, et un côté externe, ou un côté de montage 24, qui est à l'opposé 3050171 5 du côté de freinage 23. Un porte-patin avec une tige de montage peut être raccordé (ou intégré) au côté de montage 24. Finalement, il comprend également deux côtés latéraux 25, 26, qui généralement se font face dans une direction sensiblement verticale. La figure 3 illustre une vue en section le long du patin 10 destiné à montrer la 5 structure du tunnel 14 et le positionnement ou la disposition des trous. La jante 40 est aussi illustrée, écartée de la surface de freinage 27, pour faciliter la compréhension de l'invention. Le patin 10 comprend un premier trou 11 vers son côté avant 21, un deuxième trou 12 vers son côté arrière 22, et un tunnel 14 s'étendant le long de sa longueur et reliant les deux trous 11, 12, ce pour permettre à l'écoulement d'air relatif qui arrive par l'avant 10 d'entrer à l'intérieur du patin 10, et de traverser le corps entier du patin 10, avant de sortir. Les deux trous 11, 12 sont de section rectangulaire, tandis que le tunnel 14 est de section rectangulaire généralement constant. Bien sûr, d'autres formes pour ces dernières peuvent être envisagées. Le tunnel 14 est légèrement courbé vers le côté de montage 24 pour des raisons structurelles, pour contrôler la vitesse d'air traversant le patin 10, et aussi pour que 15 l'air puisse plus interagir avec l'intérieur du patin 10 en comparaison avec un tunnel droit. Un troisième trou 13 est présent entre les premier et deuxième trous 11, 12, auxquels le tunnel 14 est relié. Dans ce cas particulier, le tunnel 14 comprend une bifurcation vers son milieu, qui est reliée au troisième trou 13 par un tunnel secondaire court 16 qui diverge du tunnel principal 15 dans le sens avant vers l'arrière du patin 10. Ce 20 troisième trou 13 est situé au côté de freinage 23 mais un peu écarté de la surface de freinage 27. Cependant, le troisième trou 13 est relié à un canal 17 présent sur la surface de freinage 27, et est ouvert en vis-à-vis de la jante 40 de roue. Le canal 17 comprend un premier canal 18 qui s'étend dans la direction de la longueur du patin, et un deuxième canal 19 relié à une terminaison de ce premier canal 18 et qui s'étend dans une direction 25 sensiblement perpendiculaire au premier canal 18 et s'ouvrant aux deux côtés latéraux 25, 26 du patin. Lors de la conduite du vélo, l'air entre par le premier trou 11 du côté avant du patin 10 et se dirige le long du tunnel 14, le tunnel principal 15 précisément, vers le deuxième trou du côté arrière du patin. Le tunnel 14 présente une bifurcation, autrement 30 dit une partie du flux d'air se dirige vers le tunnel secondaire 16 et sort par le troisième 3050171 6 trou 13 disposé du côté de freinage 23 du patin, tandis que le reste du flux continue jusqu'au deuxième trou 12 du côté arrière 22 où il sort. Le tunnel secondaire 16 est configuré pour permettre qu'une partie du flux d'air se dirige vers le troisième trou 13. Cela est obtenu, au moins en partie, par l'orientation du tunnel secondaire 16 par rapport au 5 tunnel primaire 15, leurs tailles relatives, la forme de la bifurcation, etc. Il sera évident à l'homme du métier de déterminer comment situer le troisième trou 13 et/ou comment orienter le tunnel secondaire 16, pour que l'air soit soufflé par le troisième trou 13. L'écoulement d'air à l'intérieur du patin 10 conduit à un refroidissement sensible du patin 10. 10 Par ailleurs, l'écoulement d'air relatif autour du patin 10 entraîne l'air sortant du côté arrière 22 du patin 10, ce qui accroît encore l'écoulement d'air à travers le patin 10. De manière similaire, l'air sortant par le troisième trou 13 est entraîné par l'écoulement d'air relatif circulant autour du côté de freinage 23 et des côtés latéraux 25, 26 du patin 10, ce qui accroît également l'écoulement d'air à travers le patin 10. Alors, un refroidissement 15 est apporté au patin 10 même quand le frein n'est pas appliqué, par exemple, juste après le freinage. Pendant le freinage, le patin 10 vient appuyer contre la surface de la jante 40 de la roue. Le frottement entre le patin 10 et la jante 40 tournante donne lieu à une augmentation de température à la surface de freinage 27 du patin 10, suivie par le transfert 20 de la chaleur/l'énergie calorifique vers l'intérieur du patin 10. Cependant, l'air qui continue à s'écouler dans le tunnel 14 du patin 10 est à une température beaucoup plus basse que la température élevée du patin 10 due au freinage, il évacue une partie de l'énergie calorifique et refroidit ainsi l'intérieur du patin 10. Par ailleurs, l'air du troisième trou 13 sort à l'épicentre d'accumulation de chaleur où la 25 température est, pour les patins traditionnels, la plus élevée. A ce point, l'air sortant du troisième trou 13 touche la jante 40 et le côté de freinage 23 qui est la région la plus chaude du patin 10, refroidissant ainsi cette région avant de sortir du patin 10 et évacuant une partie de l'énergie calorifique générée pendant le freinage. Bien entendu, même si la surface de freinage 27 du patin 10 est contre la jante 40, l'écoulement d'air par le troisième 30 trou 13 n'est pas empêché car le canal 17 n'est pas complétement fermé, et l'air peut 3050171 7 toujours sortir par le canal 19 donnant sur les côtés latéraux 25, 26 du patin 10. De plus, l'écoulement d'air relatif circulant autour du patin 10 par les côtés latéraux 25, 26 entraînera l'air sortant du troisième trou 13. Il résulte du processus de refroidissement précédemment décrit que, pendant 5 le freinage, la température du patin 10 est sensiblement plus faible que celle d'un patin traditionnel, prévenant ainsi de manière efficace la surchauffe du patin 10. Le fait que le refroidissement soit effectif non seulement quand le frein n'est pas actionné, mais également pendant la période de freinage elle-même, implique que ce patin 10 est beaucoup plus performant. Contrairement aux patins traditionnels, l'écoulement d'air frais 10 arrivant par l'avant est capable d'entrer facilement à l'intérieur du patin 10, et de le traverser, afin de le refroidir de l'intérieur pendant le freinage. Bien que la jante 40 tourne relativement au patin 10 dans un sens inverse à celui de l'écoulement d'air entre le troisième trou 13 et les sorties du deuxième canal 19, le patin 10 est configuré de manière à ce que cet effet n'empêche pas l'écoulement d'air. 15 En fait, cette configuration permet un ralentissement de l'écoulement d'air qui permet une meilleure interaction entre l'air et le canal 17 dans lequel il circule, et donc un meilleur transfert de chaleur/d'énergie calorifique. D'autres configurations peuvent être envisagées où le mouvement de la jante 40 contre le patin 10 favorise l'écoulement d'air par le troisième trou 13. Par exemple, le deuxième canal 19 peut être relié au premier canal 18 à 20 son extrémité la plus proche du côté avant 21, permettant ainsi à la jante 40 d'entraîner l'air le long du premier canal 18 vers le deuxième canal 19 pour ainsi renforcer l'écoulement d'air à travers le troisième trou 13. La figure 4 montre une vue en coupe d'un patin 10 selon un deuxième mode de réalisation de l'invention. Le troisième trou 13 est relié au tunnel 14 entre les premier et 25 deuxième trous 11, 12, et situé de manière à permettre à l'air d'être aspiré par un effet Venturi crée par l'air s'écoulant dans le tunnel 14. Dans ce mode de réalisation, le tunnel secondaire 16 reliant le tunnel principal 15 au troisième trou 13 est orienté pour converger vers le tunnel principal 15 dans le sens de l'avant vers l'arrière du patin 10. Avec cette configuration, l'air qui s'écoule dans le tunnel principal 15 du 30 premier trou 11 vers le deuxième trou 12 entraîne, par effet Venturi, l'air du côté de 3050171 8 freinage 23 au niveau de la surface de freinage 27 par le troisième trou 13 et dans le tunnel 14. Pendant le freinage, l'air frais entre par le deuxième canal 19, puis s'écoule par le premier canal 18 avant d'entrer dans le tunnel 18. Ce flux d'air frais sert à refroidir l'épicentre d'accumulation de chaleur, c'est-à-dire la région la plus chaude du patin 10, 5 ainsi que la jante 40, avant de rejoindre l'air dans le tunnel principal 15, et de continuer à refroidir le patin 10 jusqu'à ce que l'air soit rejeté par le deuxième trou 12 du côté arrière 22. De cette manière, la chaleur générée dans le patin est évacuée. Par ailleurs, la rotation de la jante 40 contre le patin 10, entraîne l'air le long du premier canal 18 vers le troisième trou 13, et par conséquent contribue à favoriser 10 l'aspiration d'air. Le tunnel principal 15 du patin 10 peut être avantageusement configuré sous la forme d'un tube Venturi, avec une section plus importante au niveau premier trou 11 et du deuxième trou 12 que dans sa partie médiane. Cette configuration permet d'accélérer l'écoulement d'air, et d'augmenter l'effet de succion. De plus, le tunnel principal 15 est plus courbé dans ce deuxième mode de réalisation afin de davantage 15 accélérer l'air à travers le patin 10. L'homme du métier pourra aisément situer le troisième trou 13 et/ou orienter le tunnel secondaire 16 pour que l'air soit aspiré par le troisième trou 13. De préférence, le côté arrière 22 du patin 10 est biseauté et configuré, avec la courbure du tunnel 14, pour diriger l'air sortant du deuxième trou 12 vers la jante 40 pour 20 perturber l'air près la surface de la jante 40 juste avant qu'elle passe sous le patin 10. A l'inverse des patins traditionnels, le patin 10 selon la présente invention permet un écoulement d'air au travers le patin 10, même pendant le freinage. La présente invention permet d'obtenir un meilleur refroidissement du patin et donc, un freinage plus fort et prolongé par rapport à ce qui est réalisable avec des patins 25 traditionnels. Ce patin est donc particulièrement adapté pour des roues avec une faible conductivité de chaleur telles que des roues en composite de carbone utilisées sur des vélos de haute performance. Dans une variante, le tunnel s'étend d'un trou du côté avant directement vers un trou du côté de freinage. Alternativement, le tunnel peut être relié à deux trous présents 30 sur le côté de freinage. Dans une autre variante, le patin peut comprendre un trou sur un 3050171 9 côté latéral menant, par un tunnel traversant le patin diagonalement, vers un trou en aval sur l'autre côté latéral. Avec le premier trou plus proche du côté avant du patin que le deuxième trou, la sortie du tunnel ou d'une section de celui-ci est située en aval de son entrée dans selon 5 la direction longitudinale du patin. Cependant, il est généralement préféré que le premier trou soit situé sur une moitié avant du patin par rapport à sa longueur tandis que le deuxième trou soit situé sur une moitié arrière du patin. De préférence, le tunnel s'étend sensiblement selon la direction longitudinale du patin. De préférence encore, le tunnel s'étend sensiblement selon la direction longitudinale du patin pour au moins la majeure 10 partie de la longueur du patin. Bien entendu, d'autres tunnels et trous peuvent encore être incorporés au patin en fonction des besoins de refroidissement. Bien que les modes de réalisations soient décrits par rapport à un vélo et des roues en composite de carbone, l'homme du métier comprendra que la présente invention n'est pas limitée à un frein de vélo, ni à une utilisation pour des roues en composite de 15 carbone. REVENDICATIONS1. Patin (10) pour un frein à patin, comprenant un premier trou (11) et un deuxième trou (12), le premier trou (11) étant plus proche du côté avant du patin (10) par rapport au deuxième trou (12) selon la direction longitudinale du patin (10), le premier trou (11) et le deuxième trou (12) étant raccordés par un tunnel (14), les trous (11, 12) étant situés de manière à permettre à l'écoulement d'air relatif d'entrer par le premier trou (11) et de sortir par le deuxième trou (12). 2. Patin selon la revendication 1, caractérisé en ce que le premier trou (11) est situé du côté avant (21) du patin (10). 3. Patin selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que le deuxième trou (12) est situé du côté arrière (22) du patin (10). 4. Patin selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que le deuxième trou (12) est situé du côté de freinage (23) du patin (10). 5. Patin selon la revendication 1, 2 ou 3, caractérisé en ce qu'un troisième trou (13) est situé du côté de freinage (23) du patin (10). 6. Patin selon la revendication 5, caractérisé en ce que le troisième trou (13) est relié au tunnel (14) de manière à permettre à l'écoulement d'air relatif entrant par le premier trou (11) de sortir par le troisième trou (13). 7. Patin selon la revendication 5, caractérisé en ce que le troisième trou (13) est relié au tunnel (14) de manière à permettre à l'écoulement d'air relatif d'être aspiré par le troisième trou (13). 3050171 11 8. Patin selon la revendication 5, 6 ou 7, caractérisé en ce que le troisième trou (13) est situé entre les premier et deuxième trous (11, 12) selon la direction longitudinale du patin (10). 5 9. Patin selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le tunnel (14) s'étend sensiblement selon la direction longitudinale du patin (10) pour au moins la majeure partie de sa longueur. 10. Patin selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé 10 en ce que le patin (10) est configuré, lorsqu'en appui contre une jante de roue (40) pendant le freinage, pour permettre l'écoulement d'air relatif au travers du tunnel (14).