Brevet FR3132338A1 — publié le 20230804

L’invention concerne une plaquette (10) pour étrier (20) de frein (30) à disque (40), la plaquette (10) comprenant un tôle support (11) avec une face arrière (11a) présentant une zone d’appui (12) et une face avant (11b) recevant une garniture (13) présentant une zone de friction (14) destinée à entrer en friction avec un disque (40) de frein selon une direction de friction (DF). Selon l’invention, le centre (12a) de la zone d’appui (12) est décalé par rapport au centre (14a) de la zone de friction (14), dans une direction opposée à la direction de friction (DF), d’une valeur D, de sorte que , où : - µ est le coefficient de frottement de la zone de friction (14) contre le disque (40) ; et - E est la distance entre la zone de friction (14) et le centre d’une surface de montage (15) de la plaquette (10), mesurée orthogonalement à la zone de friction (14). Figure pour l’abrégé : Fig. 1 Plaquette de frein excentrée L’invention se rapporte au domaine technique des freins à disque, et en particulier aux plaquettes équipant de tels freins. Art antérieur Dans le domaine des freins à disques, l’effort de freinage est directement lié à des paramètres tels que : - le matériau des plaquettes ; - le matériau du disque ; - la superficie de la zone de friction des plaquettes sur le disque ; - l’effort de serrage des plaquettes sur le disque. La performance du freinage quant à elle est liée, entre autres : - à l’effort de freinage obtenable ; - à des paramètres cinétiques, tels que la vitesse de rotation du disque, l’énergie cinétique du véhicule embarquant le frein considéré et en particulier l’énergie cinétique à dissiper à chaque freinage ; - à la fréquence d’utilisation du frein au cours du temps ; - aux paramètres thermiques du frein, et notamment sa capacité à résister à la chaleur générée lors de conversion de l’énergie cinétique en énergie thermique, ou encore à dissiper cette chaleur. La performance du freinage est également liée au comportement dynamique des plaquettes lors de leur utilisation. Une usure déséquilibrée des plaquettes conduit à une distribution hétérogène de l’effort de freinage, et par là une distribution hétérogène de la chaleur à dissiper. En particulier, les plaquettes de frein ont tendance à plus s’user sur un de leur côté : on constate que la surface de friction de la plaquette, après utilisation, n’est plus parallèle à la tôle support de la plaquette. De plus, une usure déséquilibrée des plaquettes conduit à leur remplacement plus fréquent, alors que de la garniture de friction est encore présente à certains endroits. L’un des buts de l’invention est de pallier les inconvénients de l’art antérieur en proposant une plaquette pour freins à disque optimisée pour que son usure soit répartie de façon homogène, permettant d’obtenir de meilleures performances de freinage. Un autre but de l’invention est de proposer des plaquettes de frein dont l’usure de la garniture est répartie de la façon la plus homogène possible, de manière à ne pas gaspiller des plaquettes. À cet effet, il a été mis au point une plaquette pour étrier de frein à disque, la plaquette comprenant un tôle support avec une face arrière présentant une zone d’appui et une face avant recevant une garniture présentant une zone de friction destinée à entrer en friction avec un disque de frein selon une direction de friction. Selon l’invention, le centre de la zone d’appui est décalé par rapport au centre de la zone de friction, dans une direction opposée à la direction de friction, d’une valeur D, de sorte que , où : - µ est le coefficient de frottement de la zone de friction contre le disque ; et - E est la distance entre la zone de friction et le centre d’une surface de montage de la plaquette, mesurée orthogonalement à la zone de friction. En effet, le Demandeur a constaté que l’usure hétérogène des plaquettes était principalement liée à un déséquilibre des forces appliquées aux plaquettes : la force de frottement, générée par le frottement du disque contre la plaquette, a tendance à faire basculer cette dernière. En effet, un moment est généré par le transport de cette force de frottement au niveau du centre de la liaison glissière guidant la plaquette par rapport à l’étrier qui la reçoit. Décaler le centre de la zone d’appui selon l’invention permet de générer un moment de sens inverse, qui vient limiter, voir annuler, la tendance au basculement de la plaquette lors de son utilisation. L’usure de la plaquette est ainsi mieux répartie, ce qui permet non seulement de prolonger sa durée de vie, mais également d’améliorer les performances de freinage puisque la distribution de l’effort de serrage et donc la distribution des calories générées est mieux maîtrisée. En particulier, on obtient une répartition homogène de la pression entre la plaquette et le disque, ce qui permet d’avoir une usure identique sur toute la surface de la plaquette, et d’augmenter les performances de freinage. Si on ne fait pas ce décalage, les différences d’usure conduisent à des différences de pression locale : des endroits de la plaquette pourraient subir par exemple une pression locale de 20 bars seulement, tandis que d’autres endroits pourraient subir une pression locale de 30 bars. La pression moyenne est de 25 bars, ce qui est en deçà d’une pression limite, par exemple de 30 bars, au-delà de laquelle on atteint la limite de température d’une plaquette et à laquelle l’usure augmente. Pourtant, les endroits qui subissent 30 bars de pression vont plus chauffer que ceux où il y a 20 bars, et atteindre ladite limite. Grâce à l’invention, la pression est la même sur toute la zone d’appui, et on peut exploiter pleinement les capacités de la plaquette sans que des zones locales ne soient dégradées, car fonctionnant au-delà des limites acceptables. Par centre de la zone d’appui, on entend le centre géométrique de la zone transmettant l’effort de serrage à la plaquette. Par exemple, dans le cas d’une plaquette mue par deux vérins, c’est le milieu entre les points d’application des efforts des vérins sur la plaquette. Pour la plaquette antagoniste, qui est immobile, le centre de la zone d’appui est le centre géométrique de la surface normale à la direction de l’effort de serrage, reliant la plaquette à l’étrier. Le centre de la zone d’appui est donc le point où on considère que s’applique l’effort de serrage de la plaquette. Le même raisonnement s’applique pour le centre de la zone de friction, qui est le centre géométrique de la surface de friction, là où on considère que s’appliquent l’effort de réaction du disque sur la plaquette ainsi que l’effort de frottement. Le décalage est mesuré selon une direction opposée à la direction de friction, qu’on considère être tangentielle à la rotation du disque, au centre de la zone de friction de la plaquette. Avantageusement, . La plaquette ainsi montée est parfaitement équilibrée et le basculement est totalement supprimé. Dans un mode de réalisation préféré la surface de montage est deux oreilles, chacune configurée pour coopérer avec une douille de l’étrier. Ce mode de réalisation est simple à mettre en œuvre et peu onéreux. Dans ce cas, le centre de la surface de montage est situé sur le plan médian de la tôle support. Afin de garantir que le décalage de la plaquette est correctement orienté par rapport au sens de rotation, la plaquette comprend des moyens de fixation sur un étrier, lesdits moyens de fixation comprennent des moyens de détrompage du sens de montage de la plaquette dans l’étrier. Dans le cas inverse, le moment obtenu par le décalage s’ajouterait au moment généré par la force de frottement, et l’usure de la plaquette serait accélérée. Dans un premier mode de réalisation des moyens de détrompage, la tôle support présente une première oreille d’un premier diamètre, et une seconde oreille d’un second diamètre différent du premier diamètre, et chaque oreille est configurée pour coopérer respectivement avec une première douille et une seconde douille d’un étrier, réalisant une liaison glissière entre la plaquette et l’étrier, et les moyens de détrompage sont la différence entre le premier diamètre et le second diamètre. Dans ce mode, l’étrier comprend une première douille d’un premier diamètre et d’une première longueur, et une seconde douille d’un second diamètre différent du premier diamètre et d’une seconde longueur différente de la première longueur, les douilles reliant deux mâchoires de l’étrier. L’étrier reçoit des plaquettes comprenant un tôle support présentant une première oreille du premier diamètre, et une seconde oreille du second diamètre, chaque oreille est configurée pour coopérer respectivement avec les douilles. Dans un second mode de réalisation des moyens de détrompage, la plaquette présente une partie dissymétrique configurée pour laisser un passage à une butée de l’étrier. Dans ce mode, la partie dissymétrique est un coin biseauté de la tôle support. Dans ce mode, l’étrier comprend deux douilles reliant deux mâchoires de l’étrier ; deux plaquettes présentant des oreilles configurées pour coopérer avec les douilles ; et une butée. La tôle support présente une partie dissymétrique configurée pour laisser un passage à la butée. Afin de présenter les caractéristiques thermiques nécessaires aux performances de freinage accrues de la plaquette selon l’invention, la tôle support est réalisée dans un acier faiblement allié, comprenant moins de 0,3% en masse de carbone, et de préférence moins de 0,2%, et du vanadium dans une quantité comprise entre 0,2 et 0.3% en masse, le reste étant de préférence du fer avec éventuellement les impuretés raisonnablement prévisibles. La tôle est par exemple réalisée en acier 15CDV6. Ce choix de matériau permet à la plaquette de résister aux importantes élévations de température subies lors d’une utilisation intensive des freins. La présence de vanadium améliore notamment la tenue à chaud de la tôle. L’invention concerne également un étrier de frein à disque recevant une plaquette selon les caractéristiques précitées. L’invention concerne également un frein à disque recevant un étrier de frein selon les caractéristiques précitées. Avantageusement, le disque est réalisé en acier de cémentation comprenant moins de 0,3% en masse de Carbone, de préférence du 18NiCr5-4 ou du 16NC6. Le choix d’un tel matériau pour réaliser le disque permet de disposer d’un disque apte à être compatible avec les plaquettes selon l’invention. En effet, ces plaquettes permettant d’obtenir de meilleures performances de freinage, une quantité de chaleur importante doit être dissipée de manière brève et répétée. De tels cycles de température représentent des cycles de trempe pour le disque, qui risque de se briser sous l’effet de la modification de ses caractéristiques mécaniques ou sous l’effet de la fatigue thermique. Utiliser un acier de cémentation permet de pallier de tels inconvénients. Au surplus, la bonne connaissance du matériau du disque permet de bien connaître le coefficient de frottement µ, et donc la valeur du décalage à appliquer. est un schéma, vu de dessus, illustrant la résolution du principe fondamental de la dynamique appliqué à une plaquette selon l’invention, lors d’un freinage. est une illustration d’un éclaté d’un étrier de frein selon l’invention. est une vue partielle de face d’un tel étrier. est une vue de face d’un frein à disque selon l’invention. est une vue de côté d’un tel frein. est une vue en perspective d’un étrier d’un tel frein. est une vue partielle de face d’un tel étrier. Plaquette (10) pour étrier (20) de frein (30) à disque (40), la plaquette (10) comprenant un tôle support (11) avec une face arrière (11a) présentant une zone d’appui (12) et une face avant (11b) recevant une garniture (13) présentant une zone de friction (14) destinée à entrer en friction avec un disque (40) de frein selon une direction de friction (DF), caractérisée en ce que le centre (12a) de la zone d’appui (12) est décalé par rapport au centre (14a) de la zone de friction (14), dans une direction opposée à la direction de friction (DF), d’une valeur D, de sorte que , où : - µ est le coefficient de frottement de la zone de friction (14) contre le disque (40) ; et - E est la distance entre la zone de friction (14) et le centre d’une surface de montage (15) de la plaquette (10), mesurée orthogonalement à la zone de friction (14). Plaquette (10) selon la revendication 1, caractérisé e en ce que . Plaquette (10) selon l’une des revendications précédentes, caractérisé e en ce que la surface de montage est deux oreilles (17), chacune configurée pour coopérer avec une douille (21) d’un étrier (20). Plaquette (10) selon l’une des revendications précédentes, caractérisé e en ce qu ’elle comprend des moyens de fixation sur un étrier (20), lesdits moyens de fixation comprennent des moyens de détrompage du sens de montage de la plaquette (10) dans l’étrier (20). Plaquette (10) selon la revendication 4, caractérisé e en ce que la tôle support (11) présente une première oreille (17a) d’un premier diamètre, et une seconde oreille (17b) d’un second diamètre différent du premier diamètre, et chaque oreille (17a, 17b) est configurée pour coopérer respectivement avec une première douille (21a) et une seconde douille (21b) d’un étrier (20), réalisant une liaison glissière entre la plaquette (10) et l’étrier (20), et les moyens de détrompage sont la différence entre le premier diamètre et le second diamètre. Plaquette (10) selon la revendication 4, caractérisé e en ce que la plaquette (10) présente une partie dissymétrique (16) configurée pour laisser un passage à une butée (22) d’un étrier (20). Plaquette (10) selon la revendication 6, caractérisé e en ce que la partie dissymétrique (16) est un coin biseauté de la tôle support (11). Plaquette (10) selon l’une des revendications précédentes, caractérisé e en ce qu e la tôle support (11) est réalisée dans un acier au carbone et faiblement allié, comprenant moins de 0,3% en masse de carbone, et de préférence moins de 0,2%, et du vanadium dans une quantité comprise entre 0,2 et 0.3% en masse.. Étrier (20) de frein (30) à disque (40) recevant une plaquette (10) selon l’une des revendications 1 à 8. Étrier (20) selon la revendication 9, caractérisé en ce qu ’il comprend une première douille (21a) d’un premier diamètre et d’une première longueur, et une seconde douille (21b) d’un second diamètre différent du premier diamètre et d’une seconde longueur différente de la première longueur, les douilles (21a, 21b) reliant deux mâchoires (20a, 20b) de l’étrier (20), et l’étrier (20) recevant des plaquettes (10) comprenant une tôle support (11) présentant une première oreille (17a) du premier diamètre, et une seconde oreille (17b) du second diamètre, chaque oreille (17a, 17b) est configurée pour coopérer respectivement avec les douilles (21a, 21b). Étrier (20) selon la revendication 9, caractérisé en ce qu ’il comprend : - deux douilles (21) reliant deux mâchoires (20a, 20b) de l’étrier (20) ; - deux plaquettes (10) présentant des oreilles (17) configurées pour coopérer avec les douilles (21) ; - une butée (22) ; la tôle support (11) présente une partie dissymétrique configurée pour laisser un passage à la butée (22). Frein (30) à disque (40) configuré pour recevoir un étrier (20) selon l’une des revendications 9 à 10, et comprenant un disque (40) réalisé en acier de cémentation, de préférence du 18NiCr5-4 ou du 16NC6.