Brevet FR3132339A1 — publié le 20230804

L’invention concerne un disque (40) pour frein (30) à disque (40). Selon l’invention, le disque (40) est réalisé en acier comprenant moins de 0,3% en masse de Carbone. Figure pour l’abrégé : Fig. 1 Disque de frein perfectionné L’invention se rapporte au domaine technique des freins à disques, et en particulier aux disques 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. Les disques sont soumis au frottement important des plaquettes. Alors que les plaquettes sont des pièces d’usure dont le remplacement est aisé, le remplacement d’un disque est plus compliqué. La tendance habituelle est de concevoir des disques résistants à l’usure, afin que l’intervalle entre deux remplacements soit rallongé. Dans ce cas, la caractéristique souvent recherchée est la dureté du disque. Dans le domaine des sports mécaniques tels que les courses de motos, ou encore dans l’aéronautique pour les trains d’atterrissage d’avions et notamment d’avions légers, les freinages sont intenses, et parfois répétés sur une courte période. Ces freinages répétés ou intensifs conduisent à une hausse importante de la température de la plaquette et du disque, qui peuvent atteindre des températures supérieures à 700°C. La hausse de température peut être particulièrement rapide, en quelques secondes seulement. La vitesse de rotation élevée du disque ainsi que sa géométrie plane induisent un refroidissement rapide par convection. De tels cycles de montées et de descentes brutales en température fragilisent le disque. L’un des buts de l’invention est de pallier les inconvénients de l’art antérieur, en proposant un disque de frein dont la résistance aux sollicitations thermiques est améliorée par rapport aux solutions de l’art antérieur. A cet effet, il a été mis au point un disque pour frein à disque, remarquable en ce qu’il est réalisé en acier comprenant moins de 0,3% en masse de carbone, et de préférence 0,2%, tel qu’un acier de cémentation. De cette manière, le disque est à faible trempabilité. C’est-à-dire que lorsqu’il subit des descentes rapides de température tels que précitées, sa structure cristalline ne sera pas modifiée comme elle pourrait l’être avec l’utilisation d’un acier trempable, par exemple s’il contient plus de carbone. Il est en effet courant de constater que les disques de freins, lors d’utilisations intensives, sont chauffés au rouge. Leur température est donc de l’ordre de 700°C à 800°C. Or il est rappelé qu’à une température supérieure à 723°C, la perlite présente dans un acier est intégralement transformée en austénite. Un refroidissement rapide, entre autres favorisé par la convection à laquelle est soumise le disque en rotation, est donc susceptible de tremper l’acier, le carbone de l’austénite n’ayant pas le temps de diffuser au sein du disque : une partie de l’austénite devient de la martensite, qui est dure mais cassante. Ce phénomène engendre de surcroît des tensions internes au sein du disque. Eviter le phénomène de trempe protège donc le disque. Par ailleurs, un disque selon l’invention est également moins sujet à la fatigue thermique, due à l’alternance des dilatations de la matière lors des chauffes puis rétractations lors des refroidissements. Un tel disque résiste donc mieux lors d’une utilisation intense et répétée, en sport mécanique par exemple, en particulier de compétition. Dans un mode de réalisation, le disque est réalisé en acier 18NiCr5-4. Dans un autre mode, le disque est réalisé en acier 16NC6. Ces deux nuances comprennent peu de carbone, et ne prennent pas la trempe. Elles présentent néanmoins des caractéristiques mécaniques intéressantes pour le domaine considéré. L’invention concerne également un frein à disque configuré pour recevoir un disque selon les caractéristiques précitées. De préférence, le frein comprend un étrier muni de plaquettes comprenant une tôle support recevant une garniture, et 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. Cette nuance d’acier, qui est habituellement destinée aux pièces devant être soudées, permet néanmoins de réaliser une plaquette qui présente des caractéristiques mécaniques et thermiques suffisantes pour obtenir une plaquette légère et résistante. La présence de vanadium améliore notamment la tenue à chaud de la tôle. Le disque et la plaquette plus résistants aux contraintes thermiques permettent de concevoir un frein plus performant, pouvant par exemple subir des efforts de freinage plus importants. Ce choix particulier de nuance d’acier permet de réaliser une tôle support présentant une épaisseur comprise entre 2 et 6mm seulement, ce qui permet d’alléger la plaquette. La tôle présente des moyens de liaison cinématique avec un étrier du frein. En pratique, afin que la plaquette ne se déforme pas, même à haute température, une partie de ces moyens de liaison est configurée pour résister à des efforts mécaniques plus importants que le reste des moyens de liaison, et prend la forme d’une portion renforcée. L’autre partie est au contraire allégée. Dans un premier mode de réalisation, la tôle support présente une première oreille d’un premier diamètre, et une seconde oreille d’un second diamètre supérieur au premier diamètre. 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. La portion renforcée est la seconde oreille. Etant donné que la surface de la seconde oreille transmettant les efforts est plus grande, la pression de contact est inférieure, ce qui prévient le matage. L’invention concerne également un étrier comprenant 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 une tôle support présentant une première oreille du premier diamètre, et une seconde oreille du second diamètre, et chaque oreille est configurée pour coopérer respectivement les douilles. Dans un second mode de réalisation, la tôle support présente une première oreille et une seconde oreille, configurées pour coopérer respectivement avec des douilles d’un étrier de diamètres identiques, réalisant une liaison glissière entre la plaquette et l’étrier, et la portion renforcée est une augmentation des dimensions de la tôle à proximité de la seconde oreille. Dans ce mode, l’invention concerne également l’étrier comprenant deux douilles de diamètres identiques 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. est une vue de face d’un frein à disque selon l’invention. est une vue de côté d’un tel frein. est une illustration d’un éclaté d’un étrier d’un frein selon l’invention. est une vue partielle de face d’un tel étrier. est une vue en perspective d’un autre étrier d’un frein selon l’invention. est une vue partielle de face d’un tel étrier. Disque (40) pour frein (30) à disque (40), caractérisé en ce qu ’il est réalisé en acier comprenant moins de 0,3% en masse de Carbone. Disque selon la revendication 1, caractérisé en ce qu ’il est réalisé en acier 18NiCr5-4. Disque selon la revendication 1, caractérisé en ce qu ’il est réalisé en acier 16NC6. Frein (30) à disque (40) recevant un disque (40) selon l’une des revendications 1 à 3. Frein (30) à disque (40) selon la revendication 4, caractérisé en ce qu’ il comprend un étrier (20) muni de plaquettes (10) comprenant une tôle support (11) recevant une garniture (13), et la tôle support (11) 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. Frein (30) à disque (40) selon la revendication 5, caractérisé en ce que la tôle support (11) présente une épaisseur comprise entre 2 et 6mm. Frein (30) à disque (40) selon l’une des revendications 5 à 6, caractérisé en ce que la tôle (11) présente des moyens de liaison cinématique avec un étrier (20) du frein (30), et une partie de ces moyens de liaison est configurée pour résister à des efforts mécaniques plus importants que le reste des moyens de liaison, et prend la forme d’une portion renforcée (19). Frein (30) à disque (40) selon la revendication 7, caractérisé 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 supérieur au premier diamètre, et chaque oreille (17a, 17b) est configurée pour coopérer respectivement avec une première douille (21a) et une seconde douille (21b) de l’étrier (20), réalisant une liaison glissière entre la plaquette (10) et l’étrier (20), et la portion renforcée (19) est la seconde oreille (17b). Frein (30) à disque (40) selon la revendication 8, caractérisé en ce que la première douille (21a) présente une première longueur, et la seconde douille (21b) présente une seconde longueur différente de la première longueur, les douilles (21a, 21b) reliant deux mâchoires (20a, 20b) de l’étrier (20). Frein (30) à disque (40) selon la revendication 7, caractérisé en ce que la tôle support (11) présente une première oreille (17a) et une seconde oreille (17b) configurées pour coopérer respectivement avec des douilles (21) d’un étrier (20) de diamètres identiques, réalisant une liaison glissière entre la plaquette (10) et l’étrier (20), et la portion renforcée (19) est une augmentation des dimensions de la tôle (11) à proximité de la seconde oreille (17b). Frein (30) à disque (40) selon la revendication 10, caractérisé en ce qu ’il comprend : - les deux douilles (21) reliant deux mâchoires (20a, 20b) de l’étrier (20) ; - deux plaquettes (10) ; - une butée (22) ; la tôle support (11) présente une partie dissymétrique (16) configurée pour laisser un passage à la butée (22).