FR2965027A1 - Frein a disque a etrier flottant pour vehicule automobile - Google Patents

Frein a disque a etrier flottant pour vehicule automobile Download PDF

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Abstract

La présente invention concerne un frein à disque à étrier flottant pour véhicule automobile. Selon l'invention, le frein à disque est caractérisé en ce qu'au moins la plaquette de frein extérieure (12) du frein est solidaire de la branche extérieure (7) de l'étrier de frein (5) pour permettre le déplacement guidé de l'étrier de frein (5) relativement au support fixe (1) par l'intermédiaire de la plaquette de frein extérieure (2) L'invention trouve application dans le domaine de l'automobile.

Description

"FREIN A DISQUE A ETRIER FLOTTANT POUR VEHICULE AUTOMOBILE"
La présente invention concerne un frein à disque à 5 étrier flottant pour véhicule, tel qu'un véhicule automobile. Les figures 1 à 7 représentent un frein à disque à étrier flottant de l'art antérieur. Un tel frein à disque comprend un support fixe 1 10 qui se développe suivant une direction essentiellement parallèle au disque de frein 2 et peut être fixé sur un support de roue ou sur la fusée d'essieu du véhicule par des boulons de fixation, non représentés, traversant une paroi intérieure 3 du support 1 et parallèle au disque 2. 15 Le support 1 comprend deux éléments parallèles formant bras 4 chevauchant la périphérie du disque 2 et s'étendant perpendiculairement à ce dernier. Le support 1 est parfois dénommé chape de support du frein à disque. Ce frein connu comprend en outre un étrier de frein 20 5 chevauchant la périphérie du disque 2 et comportant deux branches intérieure 6 et extérieure 7 reliées l'une à l'autre par un pont 8 transversal au disque 2. L'étrier de frein 5 est disposé entre les deux éléments 4 du support fixe 1 de façon que le pont 8 de 25 l'étrier s'étende parallèlement aux deux éléments 4 et les deux branches intérieure 6 et extérieure 7 soient situées de part et d'autre du disque 2. L'étrier de frein 5 est monté à coulissement guidé entre les deux éléments 4 de support fixe 1 suivant une 30 direction symbolisée par la double flèche F1 en figure 7 et parallèle à l'axe de rotation Y-Y' du disque 2. Ce guidage en translation est assuré par deux colonnettes parallèles 9 solidaires respectivement de deux pattes opposées intérieures 10 de l'étrier de frein 5 s'étendant 35 parallèlement au disque 2, les colonnettes 9 étant engagées à coulissement guidé respectivement dans les deux éléments 4 du support fixe 1.
Le frein à disque comprend également deux plaquettes de frein intérieure 11 et extérieure 12 situées en regard respectivement de l'extrémité d'un piston d'actionnement 13 logé dans un cylindre 14 de la branche intérieure 6 de l'étrier 5 et d'une face plane intérieure 7a de la branche extérieure 7 de cet étrier. Les deux plaquettes de frein 11, 12 portent respectivement deux garnitures d'un matériau de friction 15 situées des deux côtés du disque 2. Le piston 13 se déplace dans le cylindre 14 pour agir sur la plaquette de frein 11 à garniture de friction 15 et la déplacer par rapport à l'étrier de frein 5. Les deux plaquettes de frein 11, 12 sont montées à coulissement guidé dans l'étrier de frein 5 relativement au support fixe 1 suivant une direction perpendiculaire au disque 2 et symbolisé par les doubles flèches F2 aux figures 4 et 7. A cet effet, chacune des plaquettes de frein 11, 12 comprend deux tenons 16 opposés en direction circonférentielle du disque 2 et engagés respectivement dans deux rainures de guidage 17 formées dans chaque paire de branches lb du support 1 située de chaque côté du disque 2 et reliant chaque paroi intérieure ou extérieure 3. Les deux rainures 17 s'étendent perpendiculairement au disque 2. Ainsi, les plaquettes de frein 11, 12 sont bloquées en autour de l'axe Y-Y' par le support fixe 1 et peuvent coulisser relativement à ce support pour venir au contact des deux faces du disque 2 par l'intermédiaire de leurs garnitures de friction 15 lors d'un freinage.
Cependant, une telle conception de frein à disque génère un hyperstatisme du fait de la redondance de guidage pour produire le couple de freinage due d'une part à la présence des deux colonnettes 9 permettant une translation de l'ensemble à étrier de frein 5, piston 13 et plaquettes de frein 11, 12 par rapport au support fixe 1 suivant une direction perpendiculaire au disque 2 et d'autre part aux plaquettes de frein 11, 12 en appui sur la face interne 7a de la branche extérieure de l'étrier 5 et le piston 13 et qui coulissent relativement au support fixe 1 perpendiculairement aux faces du disque 2. En outre, sous un effort de freinage, la poussée tangentielle des plaquettes de frein à tendance à déformer le support fixe 1 de sorte que le parallélisme des deux éléments 4 logeant les deux colonnettes 9 ainsi que la perpendicularité de ces deux éléments par rapport aux faces du disque 2 ne peuvent plus être respectés.
Dans ces conditions, les colonnettes 9 subissent des efforts de flexion limitant, voire même bloquant, la translation de l'étrier de frein 5 qui ne peut plus répartir correctement les efforts d'action et de réaction des deux plaquettes de frein 11, 12 de part et d'autre du disque 2. Ce dernier subit alors des sollicitations mécaniques supplémentaires pour lesquelles il n'a pas été dimensionné. De même, lors de la dilatation radiale du disque de frein 2 pendant une opération de freinage, ce dernier a tendance à se déformer en cône et les plaquettes de frein 11, 12, du fait de la perpendicularité qui leur est imposée par les colonnettes 9, ne peuvent suivre l'inclinaison des faces de frottement du disque. Il s'ensuit alors une mauvaise distribution de la pression de contact de plaquettes de frein sur les faces correspondantes du disque 2 générant des efforts mécaniques et thermomécaniques sur le disque 2 ainsi qu'un couple résiduel entraînant une consommation supplémentaire de carburant du véhicule après relâchement du frein. La présente invention a pour but de remédier aux inconvénients ci-dessus du frein à disque connu. A cet effet, selon l'invention, le frein à disque pour véhicule notamment automobile, comprenant un support fixe chevauchant la périphérie du disque, un étrier de frein chevauchant la périphérie du disque, comportant deux branches intérieure et extérieure et étant monté relativement au support fixe avec possibilité de déplacement guidé relativement à ce support suivant une direction parallèle à l'axe de rotation du disque, deux plaquettes de frein intérieure et extérieure à garnitures de friction disposées des deux côtés du disque en regard respectivement des deux branches intérieure et extérieure de l'étrier de frein, les deux plaquettes de frein étant encastrées à coulissement guidé dans le support fixe suivant une direction parallèle à l'axe de rotation du disque, est caractérisé en ce qu'au moins la plaquette de frein extérieure est solidaire de la branche extérieure de l'étrier de frein pour permettre le déplacement guidé de l'étrier de frein relativement au support fixe par l'intermédiaire de la plaquette de frein extérieure.
De préférence, les deux plaquettes de frein intérieure et extérieure sont solidarisées respectivement aux deux branches intérieure et extérieure de l'étrier de frein pour permettre le déplacement guidé de l'étrier de frein relativement au support fixe par l'intermédiaire de ces deux plaquettes de frein. Selon un mode de réalisation, la plaquette de frein extérieure est solidarisée à la branche extérieure de l'étrier de frein par au moins deux vis de fixation. Avantageusement, la plaquette de frein intérieure est solidarisée à la branche intérieure de l'étrier de frein par l'intermédiaire d'un organe de rappel élastique plaquant cette branche à la plaquette de frein. Selon un autre mode de réalisation, chaque plaquette de frein est solidarisée à la branche correspondante de l'étrier de frein par l'intermédiaire d'un organe de rappel élastique plaquant cette branche à la plaquette de frein. De préférence, chaque organe de rappel élastique est un ressort, tel qu'un hélicoïdal de traction, dont l'une des extrémités est ancrée à la plaquette de frein et l'extrémité opposée est ancrée à la branche correspondante de l'étrier de frein.
Chaque branche de l'étrier de frein est centrée relativement à la plaquette de frein associée par un pion formant butée. Avantageusement, le pion est solidaire de la plaquette de frein et est maintenu en appui sur une face de butée de la branche correspondante de l'étrier de frein par l'organe élastique. Chaque plaquette de frein est guidée relativement au support fixe par deux tenons opposés engagés dans deux rainures de guidage formées dans le support fixe et parallèles à l'axe de rotation du disque. La plaquette de frein intérieure est située en regard d'un piston de frein commandé hydraulique pouvant se déplacer dans un cylindre de la branche intérieure de l'étrier de frein. L'invention vise également un ensemble à étrier de frein et plaquettes de frein à garnitures de friction pour un frein à disque de véhicule notamment automobile et qui est caractérisé en ce que les deux plaquettes de frein sont solidarisées aux deux branches de l'étrier de frein par l'intermédiaire de deux organes de rappel élastique, tels que des ressorts hélicoïdaux de traction, plaquant les branches de l'étrier de frein sur les plaquettes de frein.
Chaque branche de l'étrier de frein est centrée relativement à la plaquette de frein associée par un pion formant butée. Ce pion est solidaire de la plaquette de frein et est maintenu en appui sur une face de butée de la branche correspondante de l'étrier de frein par l'organe élastique. L'invention vise enfin un véhicule, tel qu'un véhicule automobile, et qui est caractérisé en ce qu'il est équipé, pour chacune de ses roues, d'un frein à disque tel que défini précédemment. L'invention sera mieux comprise, et d'autres buts, caractéristiques, détails et avantages de celle-ci apparaîtront plus clairement dans la description explicative qui va suivre faite en référence aux dessins annexés donnés uniquement à titre d'exemple illustrant deux modes de réalisation de l'invention et dans lesquels : - la figure 1 est une vue en perspective d'un frein à disque de l'art antérieur ; - la figure 2 est une vue de dessus suivant la flèche II de la figure 1 ; - la figure 3 est une vue en coupe suivant la ligne III-III de la figure 2 ; - la figure 4 est une vue en perspective semblable à celle de la figure 1 sans l'étrier de frein ; - la figure 5 est une vue en coupe de l'étrier de 15 frein et de ses deux plaquettes de frein ; - la figure 6 est une vue en perspective de l'étrier de frein avec ses plaquettes de frein ; - la figure 7 est une vue en perspective semblable à celle de la figure 6 et montrant l'étrier de frein 20 pourvu de deux colonnettes de guidage dont une seule est visible ; - la figure 8 est une vue en perspective du frein à disque de l'invention suivant un premier mode de réalisation ; 25 - la figure 9 est une vue en perspective suivant la flèche IX de la figure 8 ; - la figure 10 est une vue partielle en perspective agrandie semblable à celle de la figure 8 et représentant un second mode de réalisation du frein à disque de 30 l'invention ; et - la figure 11 est une vue en perspective suivant la flèche X de la figure 10. Les composants du frein à disque de l'invention représentés aux figures 8 à 11 identiques à ceux du frein 35 à disque de l'art antérieur représenté aux figures 1 à 7 portent les mêmes références et ne seront pas à nouveau décrits en détail.
La particularité commune aux deux modes de réalisation du frein à disque des figures 8 à 11 est qu'il est dépourvu des deux colonnettes 9 utilisées dans le frein à disque de l'art antérieur des figures 1 à 7 pour guider l'étrier de frein 5 relativement au support fixe 1 suivant une direction perpendiculaire aux deux faces opposées du disque 2, résolvant ainsi le problème d'hyperstatisme que pose le frein à disque de l'art antérieur.
Selon le mode de réalisation de l'invention représenté aux figures 8 et 9, le frein à disque comporte le support fixe 1 qui se développe suivant une direction sensiblement parallèle au disque de frein 2 et qui peut être fixé sur un support de roue ou sur la fusée de roue d'un véhicule automobile par des boulons, non représentés, traversant des perçages 3a de la plaque intérieure 3 du support fixe 1 et s'étendant parallèlement à la face correspondante du disque de frein 2.
Le support fixe 1 comprend les deux éléments 4 chevauchant la périphérie du disque et s'étendant perpendiculairement à ce disque. Les deux plaquettes de frein intérieure 11 et extérieure 12 situées de part et d'autre du disque de frein 2 sont guidées en translation relativement au support fixe 1 suivant une direction perpendiculaire au disque de frein 2. A cet effet, chaque plaquette de frein 11, 12 comprend les deux tenons opposés 16 s'engageant respectivement dans deux rainures 17 du support fixe 1 et présentant une direction perpendiculaire au disque de frein 2. Plus précisément, les deux paires de rainures de guidage 17 des plaquettes de frein 11, 12 sont formées dans les deux paires de branches intérieure la et extérieure lb de la chape constituant le support 1 situées de part et d'autre du disque 2 et raccordées en leurs parties inférieures par les parois intérieure et extérieure 3.
L'étrier de frein 5 est disposé entre les deux éléments 4 du support fixe 1 en chevauchant la périphérie du disque 2. Selon l'invention, la plaquette de frein extérieure 12 est solidaire de la face plane interne 7a, parallèle au disque 2, de la branche extérieure 7 de l'étrier de frein 5 pour permettre le déplacement guidé de l'étrier de frein 5 relativement au support fixe 1 suivant une direction perpendiculaire au disque 2 par l'intermédiaire de la plaquette de frein extérieure 12. De préférence, la plaquette de frein extérieure 12 est solidarisée à la branche extérieure 7 de l'étrier de frein 5 par deux vis de fixation 18 accessibles de l'extérieur.
Ainsi, l'ensemble étrier de frein 5 et piston de frein, non représenté, logé dans le cylindre 14 de la branche intérieure 6 de l'étrier 5, est rendu solidaire de la plaquette de frein extérieur 12 pour suivre alors le déplacement en translation des plaquettes de frein orientées par le disque 2 en étant guidé par le support fixe 1 et limité en déplacement par la présence du disque 2. La fixation par les vis 18 de la plaquette extérieure 12 à l'étrier de frein 5 garantit une position précise et correcte de cette plaquette relativement à l'étrier 5 et interdit son déplacement relatif par glissement. De préférence, solidarisée la plaquette à la branche de frein intérieure 11 est intérieure 6 de l'étrier de par l'intermédiaire d'un organe de rappel 19 plaquant cette branche à la plaquette de
élastique de rappel 19 est de préférence un ressort hélicoïdal de traction ayant frein 5 élastique frein 11. L'organe constitué par l'une de ses extrémités ancrée à la face externe de la branche intérieure 6 de l'étrier et son extrémité opposée ancrée à la face externe de la plaquette de frein intérieur 11. Ce ressort permet ainsi un positionnement relatif de la plaquette de frein inférieur et de la branche 6 de l'étrier 5 en appui plan sur plan de la plaquette 11 sur la face interne plane de la branche extérieure 6 de l'étrier. En variante le ressort 19 peut être du type filaire ou à lame, sa fonction étant de garantir le plaquage de l'étrier 5 sur la plaquette de frein intérieure 11. Le mode de réalisation de l'invention tel que représenté aux figures 10 et 11 ne diffère de celui décrit en référence aux figures 8 et 9 que par la manière de solidariser les deux plaquettes de frein intérieure 11 et extérieure 12 aux branches intérieure 6 et extérieure 7 de l'étrier de frein 5 pour permettre à ce dernier d'être guidé en translation relativement au support fixe 1 par les deux plaquettes de frein 11, 12 lors d'un freinage. Ainsi, chacune des plaquettes de frein 11, 12 est solidarisée à la branche correspondante 6, 7 de l'étrier de frein 5 par un organe élastique 19 plaquant la branche de l'étrier 5 sur la plaquette de frein associée 11, 12.
De préférence, chaque organe élastique de rappel 19 est constitué par un ressort hélicoïdal de traction ayant l'une de ses extrémités ancrée à la face externe de la branche intérieure 6 de l'étrier 5 ou à la face externe de la branche extérieure 7 de cet étrier et son extrémité opposée ancrée à la face externe de la plaquette de frein intérieur 11 ou à la face externe de la plaquette de frein externe 12. Ces ressorts permettent ainsi un positionnement relatif des plaquettes de frein 11, 12 et des branches 6, 7 de l'étrier 5 en appui plan sur plan de la plaquette 12 sur la face interne plane 7a de la branche extérieure 7 de l'étrier 5 et de la plaquette intérieure 11 sur la face plane d'extrémité du piston de frein logé dans le cylindre 14 de la branche intérieure 6 de l'étrier 5. En variante, chaque ressort 19 peut être du type filaire ou à lame. L'utilisation des deux ressorts 19 par rapport à la fixation par vissage du mode de réalisation des figures 8 et 9 a pour avantage d'éviter les problèmes de blocage par corrosion des vis de fixation lorsque le frein à disque du véhicule est soumis à un environnement très sévère tel que l'humidité, la chaleur, la boue, et/ou le sel déposé sur les routes en période hivernale. Les forces de rappel des ressorts de plaquage 19 peuvent être utilisées efficacement pour garantir un bon positionnement de l'étrier de frein 5 par rapport aux plaquettes de frein 11, 12. Cependant, un tel positionnement peut être également garanti par deux butées 20, dont une seule est représentée en figure 10, chacune solidaire de la face externe de la plaquette de frein correspondante 11, 12 et venant en appui, sous l'action du ressort 19, sur une face d'une paroi de la branche correspondante 6, 7 de l'étrier 5. Ainsi, la figure 10 montre que la butée 20, solidaire de la face externe de la plaquette de frein extérieure 12, traverse une échancrure 7b de la branche extérieure 7 de l'étrier 5 et est maintenue en appui, par le ressort 19, sur une face 7c délimitant l'un des bords de l'échancrure 7b de façon à positionner précisément l'étrier de frein 5 relativement à la plaquette de frein. En variante, chaque pion de butée 20 centrant l'étrier de frein 5 sur la plaquette de frein correspondante 11, 12 peut être solidaire de l'étrier 5 et peut coopérer avec une face de butée de la plaquette de frein sous la force de rappel de l'organe élastique 19. Le fait de supprimer, selon l'invention, les colonnettes du frein à disque de l'art antérieur va dans le sens d'un meilleur fonctionnement du frein à disque notamment lors de la dilatation thermique radiale du disque de frein qui a tendance à se déformer en cône. Il s'ensuit alors un gain potentiel dans l'affaiblissement du couple résiduel tout simplement en supprimant l'effort de coulissement des colonnettes, allant dans le sens d'une diminution de la consommation en carburant du véhicule.
En outre, la suppression des colonnettes de guidage du frein antérieur réduit les coûts de réalisation du frein à disque en supprimant l'opération d'assemblage de l'étrier de frein sur le support fixe par l'intermédiaire des colonnettes et l'opération d'usinage dans le support fixe des alésages de réception des colonnettes même s'il est nécessaire d'introduire, selon invention, un ou deux éléments d'encastrement des plaquettes de frein dans le corps de l'étrier de frein tel que les vis de fixation ou les ressorts.

Claims (14)

  1. REVENDICATIONS1. Frein à disque pour véhicule notamment automobile, comprenant un support fixe (1) chevauchant la périphérie du disque (2), un étrier de frein (5) chevauchant la périphérie du disque (2), comportant deux branches intérieure (6) et extérieure (7) et étant monté relativement au support fixe (1) avec possibilité de déplacement guidé relativement à ce support suivant une direction parallèle à l'axe de rotation (Y-Y') du disque (2), deux plaquettes de frein intérieure (11) et extérieure (12) à garnitures de friction (15) disposées des deux côtés du disque (2) en regard respectivement des deux branches intérieure (11) et extérieure (12) de l'étrier de frein (5), les deux plaquettes de frein (11,12) étant encastrées à coulissement guidé dans le support fixe suivant une direction parallèle à l'axe de rotation du disque (2), caractérisé en ce qu'au moins la plaquette de frein extérieure (12) est solidaire de la branche extérieure (7) de l'étrier de frein (5) pour permettre le déplacement guidé de l'étrier de frein (5) relativement au support fixe (1) par l'intermédiaire de la plaquette de frein extérieure (12).
  2. 2. Frein à disque selon la revendication 1, caractérisé en ce que les deux plaquettes de frein intérieure (11) et extérieure (12) sont solidarisées respectivement aux deux branches intérieure (6) et extérieure (7) de l'étrier de frein (5) pour permettre le déplacement guidé de l'étrier de frein (5) relativement au support fixe (1) par l'intermédiaire de ces deux plaquettes de frein.
  3. 3. Frein à disque selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que la plaquette de frein extérieure (12) est solidarisée à la branche extérieure (7) de l'étrier de frein (5) par au moins deux vis de fixation (18).
  4. 4. Frein à disque selon la revendication 2, caractérisé en ce que la plaquette de frein intérieure (11) est solidarisée à la branche intérieure (6) de l'étrier de frein (5) par l'intermédiaire d'un organe de rappel élastique (19) plaquant cette branche à la plaquette de frein (11).
  5. 5. Frein à disque selon la revendication 2, caractérisé en ce que chaque plaquette de frein (11,12) est solidarisée à la branche correspondante (6,7) de l'étrier de frein (5) par l'intermédiaire d'un organe de rappel élastique (19) plaquant cette branche à la plaquette de frein.
  6. 6. Frein à disque selon la revendication 4 ou 5, caractérisé en ce que chaque organe de rappel élastique est un ressort, tel qu'un hélicoïdal de traction (19), dont l'une des extrémités est ancrée à la plaquette de frein (11,12) et l'extrémité opposée est ancrée à la branche correspondante (6,7) de l'étrier de frein (5).
  7. 7. Frein à disque selon la revendication 5, caractérisé en ce que chaque branche (6,7) de l'étrier de frein (5) est centrée relativement à la plaquette de frein associée (11,12) par un pion formant butée (20).
  8. 8. Frein à disque selon la revendication 7, caractérisé en ce que le pion (20) est solidaire de la plaquette de frein (11,12) et est maintenu en appui sur une face (7c) de butée de la branche correspondante (6,7) de l'étrier de frein (5) par l'organe élastique (19).
  9. 9. Frein à disque selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que chaque plaquette de frein (11,12) est guidée relativement au support fixe (1) par deux tenons opposés (16) engagés dans deux rainures de guidage (17) formées dans le support fixe (1) et parallèles à l'axe de rotation du disque (2).
  10. 10. Frein à disque selon l'une des revendications 35 précédentes, caractérisé en ce que la plaquette de frein intérieure (11) est située en regard d'un piston de frein(13) commandé pouvant se déplacer dans un cylindre (14) de la branche intérieure (6) de l'étrier de frein (5).
  11. 11. Ensemble à étrier de frein (5) et plaquettes de frein (11,12) à garnitures de friction (15) pour un frein à disque de véhicule notamment automobile, caractérisé en ce que les deux plaquettes de frein (11,12) sont solidarisées aux deux branches (6,7) de l'étrier de frein (5) par l'intermédiaire de deux organes de rappel élastiques (19), tels que des ressorts hélicoïdaux de traction, plaquant les branches (6,7) de l'étrier de frein (5) sur les plaquettes de frein (11,12).
  12. 12. Ensemble selon la revendication 11, caractérisé en ce que chaque branche (11,12) de l'étrier de frein (5) est centrée relativement à la plaquette de frein associée par un pion formant butée (20).
  13. 13. Ensemble selon la revendication 12, caractérisé en ce que le pion (20) est solidaire de la plaquette de frein (11,12) et est maintenu en appui sur une face de butée (7c) de la branche correspondante (11,12) de l'étrier de frein (5) par l'organe élastique (19).
  14. 14. Véhicule, tel qu'un véhicule automobile, caractérisé en ce qu'il est équipé, pour chacune de ses roues, d'un frein à disque tel que défini dans l'une quelconque des revendications 1 à 10.25
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