Brevet FR3101050A1 — publié le 20210326

Couple de friction disque/frein pour véhicules ferroviaires constitué par au moins un patin comprenant au moins un élément de friction et un disque. L’élément de friction est réalisé avec un matériau fritté comprenant du cuivre, du fer, du graphite, de 0,02 à 1,5 % en poids de molybdène, de 1 à 3 % en poids de chrome et une porosité comprise entre 20 et 35 % ; et le disque est réalisé en fonte comprenant de 0,05 à 2 % en poids de chrome, de 0,05 à 2 % en poids de molybdène, de 0,1 à 2 % en poids de nickel. Couple de friction disque/frein pour véhicules ferroviaires Domaine de l’invention La présente invention concerne un couple de friction disque/frein pour véhicules ferroviaires. En particulier, la présente invention a une application avantageuse pour les trains à moyenne vitesse, c'est-à-dire les trains dont la vitesse maximum est inférieure à 220 km/h, en référence en particulier aux véhicules avec une vitesse comprise entre 140 km/h et 220 km/h. Etat de la technique Comme le sait l’homme du métier, la structure du frein, en termes d’éléments de friction et de disque, dépend de la typologie du train sur lequel le frein lui-même est monté. Habituellement, les disques sont réalisés soit en acier, soit en fonte. Les disques en acier garantissent une meilleure résistance par rapport à ceux en fonte, et en même temps, ont un coût nettement plus élevé. Pour ces raisons, l’utilisation des disques en acier est généralement justifiée uniquement pour ces trains dont la vitesse est élevée (supérieure à 220 km/h) ou dont les masses freinées par le disque, rendraient impossible l’utilisation des freins en fonte, à cause de l’énergie élevée à dissiper et de la puissance relative. En fait, pour des énergies trop élevées, les sollicitations sur le disque en phase de freinage seraient telles qu’elles seraient préjudiciables pour l’intégrité des disques en fonte. Par rapport aux éléments de friction, généralement ces derniers sont réalisés avec un matériau fritté ou en matériau organique. A cause des températures élevées qui se développent en phase de freinage, pour les trains à vitesse moyennement élevées (supérieures à 160 km/h), les seuls éléments de friction qui peuvent s’utiliser sont ceux réalisés avec un matériau fritté et pas avec un matériau organique. Les éléments de friction réalisés avec un matériau organique souffrent de l’inconvénient qui réside dans le fait qu’ils doivent être remplacés souvent à cause de leur consommation élevée (surtout s’ils sont appliqués à des trains de vitesse moyenne/élevée) et qu’ils présentent une dégradation des prestations de friction en cas de températures élevées. Par rapport aux éléments de friction en matériau fritté, il est communément admis qu’ils ne peuvent pas être utilisés en combinaison avec un disque en fonte, puisqu’ils provoqueraient une usure précoce de ce dernier. Ce qui précède fait que même pour les trains à vitesse moyenne, comprise entre 160 km/h et 220 km/h, on adopte souvent une combinaison d’éléments de friction en matériau fritté avec un disque en acier. Un tel choix provient également des configurations des véhicules toujours plus exigeants en termes de capacité. Bien que l’utilisation des éléments de friction en matériau fritté en combinaison avec des disques en acier soit en mesure de garanti une efficacité de freinage optimale, elle souffre toutefois de l’inconvénient d’être particulièrement coûteuse et de produire un crissement gênant, en particulier à faible vitesse. Il faut souligner le fait que le faible bruit est devenu une discrimination toujours plus importante pour le choix des freins à disque à utiliser. Comme on peut facilement le supposer, la nécessité de limiter le bruit en phase de freinage, se fait principalement ressentir pour ces trains prédisposés à réaliser un nombre élevé d’arrêts dans les centres très habités, tels que par exemple les trains métropolitains. On ressentait par conséquent l’exigence de pouvoir disposer d’un frein avec un couple de friction disque/frein pour trains, dont les caractéristiques techniques étaient telles qu’elles le rendaient soit plus économique par rapport aux présents freins utilisés, soit moins bruyants en phase de freinage, abaissant ainsi le crissement gênant qui se produit généralement. Les inventeurs de la présente invention ont satisfait l’exigence ci-dessus en réalisant un couple de friction disque/frein, dans lequel les éléments de friction sont réalisés avec un matériau fritté particulier, alors que le disque est réalisé avec une fonte particulière. Le couple de friction disque/frein, objet de la présente invention, satisfait non seulement les exigences mentionnées ci-dessus, mais garantit également, de façon étonnante, d’importants avantages en termes de résistance à l’usure soit du disque, soit des éléments de friction. La possibilité de remplacer les disques en acier par des disques en fonte fait énormément baisser le coût du couple disque/frein dans son ensemble, et de manière surprenante, fait baisser de manière significative, le bruit produit en phase de freinage. L’objet de la présente invention est un couple de friction disque/frein pour véhicules ferroviaires composé d’au moins un patin comprenant au moins un élément de friction et un disque ; ledit couple de friction disque/frein étant caractérisé en ce que ledit élément de friction est réalisé avec un matériau fritté comprenant du cuivre, du fer, du graphite, de 0,02 à 1,5 % en poids de molybdène, de 1 à 3 % en poids de chrome et une porosité comprise entre 20 et 35 % ; et en ce que ledit disque est réalisé avec de la fonte comprenant de 0,05 à 2 % en poids de chrome, de 0,05 à 2 % en poids de molybdène, de 0,1 à 2 % en poids de nickel. De préférence, le matériau fritté de l’élément de friction comprend de 0,05 à 1 % en poids de molybdène, de 1 à 1,5 % en poids de chrome et une porosité comprise entre 25 et 30 %. De préférence, le matériau fritté de l’élément de friction comprend de 10 à 70 % en poids de cuivre, de 5 à 40 % en poids de fer, de 5 à 20 % en poids de graphite, de 5 à 20 % en poids de modificateurs de friction. De préférence, la fonte avec laquelle est réalisé le disque comprend de 0,1 à 2 % en poids de chrome, de 0,1 à 2 % en poids de molybdène, de 0,5 à 1,5 % en poids de nickel. De préférence, la fonte avec laquelle est réalisé le disque comprend de 3 à 5% en poids de carbone, de 1 à 2 % en poids de silicium, de 0,5 à 1 % en poids de manganèse, de 0,01 à 1 % en poids de soufre. De préférence, le patin comprend une plaque de base principale et une pluralité d’éléments de friction fixés sur la plaque de base. De préférence, le disque en fonte est composé d’au moins trois secteurs circulaires séparés les uns des autres et maintenus ensemble pour former le disque par des éléments de raccordement. Couple de friction disque/frein pour véhicules ferroviaires constitué par au moins un patin comprenant au moins un élément de friction et un disque ; ledit couple de friction disque/frein étant caractérisé en ce que ledit élément de friction est réalisé avec un matériau fritté comprenant du cuivre, du fer, du graphite, de 0,02 à 1,5 % en poids de molybdène, de 1 à 3 % en poids de chrome et une porosité comprise entre 20 et 35 % ; et en ce que ledit disque est réalisé en fonte comprenant de 0,05 à 2 % en poids de chrome, de 0,05 à 2 % en poids de molybdène, de 0,1 à 2 % en poids de nickel. Couple de friction disque/frein selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit matériau fritté dudit élément de friction comprend de 0,05 à 1 % en poids de molybdène, de 1 à 1,5 % en poids de chrome et une porosité comprise entre 25 et 30 %. Couple de friction disque/frein selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que ledit matériau fritté dudit élément de friction comprend de 10 à 70 % en poids de cuivre, de 5 à 40 % en poids de fer, de 5 à 20 % en poids de graphite, de 5 à 20 % en poids de modificateurs de friction. Couple de friction disque/frein selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la fonte avec laquelle est réalisé le disque comprend de 0,1 à 2 % en poids de chrome, de 0,1 à 2 % en poids de molybdène, de 0,5 à 1,5 % en poids de nickel. Couple de friction disque/frein selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la fonte avec laquelle est réalisé le disque comprend de 3 à 5 % en poids de carbone, de 1 à 2 % en poids de silicium, de 0,5 à 1 % en poids de manganèse, de 0,01 à 1 % en poids de soufre. Couple de friction disque/frein selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce que ledit patin comprend une plaque de base principale et une pluralité d’éléments de friction fixés sur la plaque de base. Couple de friction disque/frein selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce que ledit disque en fonte est composé d’au moins trois secteurs circulaires séparés les uns des autres et assemblés pour former le disque par des éléments de raccordement.