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REVENDICATIONS
1. Garniture de friction pour frein à friction, caractérisée en ce
qu'elle est constituée par une piéce-support comportant au moins
une zone de frottement en matériau dur.
2. Garniture de friction pour frein à disque selon la revendica
tion 1, caractérisée en ce que la piéce-support comprend au moins
une surface plane, ladite surface plane comportant une pluralité de zones de frottement en matériau dur, lesdites zones de frottement étant disposées sensiblement dans un même plan.
3. Garniture de friction selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisée en ce que le matériau dur est du corindon monocristallin.
4. Garniture de friction selon l'une des rcvcndications 2 ou 3, caractérisée en ce que les zones de frottement sont constituées par des pastilles fixées sur la surface plane de la pièce-support.
5. Garniture de friction selon la revendication 4, caractérisée en ce que chaque pastille de section circulaire comporte une face plane constituant une zone de frottement, chaque face plane ayant une rugosité moycnnc de 2 à 3 m.
6. Garniture de friction selon l'une des revendications 4 ou 5, caractérisée en ce que chaque pastille présente une arête libre, constituant le bord d'attaque de chaque zone de freinage, formée par une surface gauche de section droite sensiblement circulaire, le rayon de courbure de la section circulaire formant l'arête libre étant voisin de
1/10 mm.
7. Garniture de friction pour frein à tambour selon la revendication 1, caractérisée en ce que la pièce-support, constituée par une section sensiblement hémicylindrique constituant le sabot, comporte une pluralité de zones de frottement en matériau dur, lesdites zones étant sensiblement réparties selon des génératrices de la piècesupport.
8. Garniture de friction selon la revendication 7, caractérisée en ce que lesdites zones de frottement sont constituées par des pastilles de corindon de forme rectangulaire sensiblement réparties selon des génératrices de la pièce-support, lesdites pastilles étant disjointes.
9. Garniture de friction selon l'une des revendications 1, 2 ou 4 à 8, caractérisée en ce que le matériau dur est constitué par une céramique polycristalline.
10. Garniture de friction selon la revendication 9, caractérisée en ce que la céramique polycristalline est constituée en majeure partie par de l'oxyde d'aluminium Al203.
11. Garniture de friction selon la revendication 9, caractérisée en ce que l'ensemble constitué par la pièce-support et les zones de frottement est constitué par une pièce monobloc constituée par une céramique polycristalline.
L'invention concerne une garniture de friction pour frein à friction du type frein à disque ou frein à tambour.
Dans les freins à friction, les garnitures de friction disposées sur les mâchoires de serrage formant l'étrier ou sur les sabots sont le plus souvent constituées par des fibres organiques comprimées auxquelles est ajouté un liant permettant la mise en forme de ces garnitures selon le type de frein.
En particulier la plupart de ces garnitures comportent essentiellement, comme fibres organiques, des fibres d'amiante. Ce matériau, aux qualités mécaniques de tenue en température bien connues, ne permet cependant pas, du fait de la nécessité de présence du liant pour former la garniture, d'obtenir une efficacité de freinage constante au cours du freinage, un phénomène d'évanescence du coefficient de frottement de la garniture sur le disque ou sur le tambour, phénomène analogue à un phénomène de fading, se produisant lors de l'échauffement de la garniture et du disque ou du tambour lors de freinages dans des conditions sévères.
De plus, au cours de l'utilisation à long terme de ce type de garnitures, en particulier dans le cas des freins à disques, l'usure du
disque de frein se manifeste par un creusage des faces planes du
disque de frein au niveau des zones de contact de ces faces et des
garnitures de frein.
Ce phénomène d'usure de disque de frein peut être attribué au
frottement des garnitures sur les faces du disque, frottement provo
quant, par une usure plus rapide des garnitures de frein, l'émission
de particules de fibres organiques hautement abrasives. En particu
lier lors de la présence de fibres d'amiante dans les garnitures de
frein, l'amiante ayant un coefficient de dureté compris entre 6 et 7
selon l'échelle MOHS, les particules d'amiante détachées des garni
tures provoquent à plus long terme l'usure du disque de frein, les
disques de frein classiques, habituellement obtenus par coulage de
fonte d'acier et par usinage par enlèvement de copeaux, présentant
un coefficient de dureté inférieur.
Différentes solutions ont été proposées à ce jour en vue de la
mise en oeuvre de garnitures de friction résistant à l'usure, les parti
cules organiques, notamment les particules d'amiante, étant en outre
réputées cancérogènes.
La présente invention a pour but de remédier aux inconvénients
précités.
- Un objet de la présente invention est la mise en oeuvre d'une
garniture de friction pour frein à friction à usure très faible.
- Un autre objet de la présente invention est la mise en oeuvre
d'une garniture de friction pour frein à friction de réalisation simple et ne nécessitant pas d'entretien ultérieur.
- Un autre objet de la présente invention est la mise en oeuvre d'une garniture de friction permettant une bonne isolation thermique de l'étrier de frein et des circuits hydrauliques de commande.
- Un autre objet de la présente invention est la mise en oeuvre d'une garniture de friction de coefficient de frottement sensiblement constant en fonction des températures habituelles d'utilisation des freins.
La garniture de friction pour frein à friction selon l'invention est constituée par une pièce ou plaquette-support comportant au moins une zone de frottement en matériau dur.
De telles garnitures de friction peuvent être utilisées dans les freins à disques précités sur des véhicules tels que véhicules automobiles courants ou de compétition.
L'invention sera mieux comprise à l'aide de la description et des dessins ci-après, où les mêmes références représentent les mêmes éléments et dans lesquels:
les fig. la et lb représentent un mode de réalisation non limitatif de l'objet de l'invention,
les fig. 2a et 2b représentent en coupe un détail de réalisation de l'invention,
la fig. 3 représente une variante de réalisation de l'objet de l'invention dans le cas d'une garniture de friction du type sabot pour frein à tambour,
la fig. 4 représente une variante de réalisation de l'objet de l'invention plus particulièrement adapté à des surfaces de friction non planes,
la fig. 5 représente une garniture de frein monobloc selon l'invention.
Selon la fig. la, la garniture de friction pour frein à friction comprend une pièce-support 1 comportant au moins une zone de frottement 2 en matériau dur. Par matériau dur, on entend tout matériau présentant, au test de dureté selon le procédé Vickers, un coefficient de dureté supérieur à environ 1200.
Ainsi que représenté sur les fig. la et lb dans le cas d'une garniture de friction pour frein à disque, la pièce-support 1 comprend au moins une surface plane 10. La surface plane 10 comporte une pluralité de zones de frottement 2 en matériau dur.
Les zones de frottement 2 sont disposées sensiblement dans un même plan, les zones de frottement 2 étant, au cours du freinage, appliquées contre la face correspondante du disque.
Selon un mode de réalisation de l'invention, la plaquette-support 1 est constituée par une plaquette métallique par exemple, et le ma
tériau dur est constitué par du corindon synthétique monocristallin.
De préférence, les zones de frottement 2 sont constituées par des pastilles fixées sur la surface plane 10 de la plaquette-support. Les pastilles de corindon sont, par exemple, obtenues par sciage d'un barreau de corindon monocristallin obtenu, par exemple, par le procédé Verneuil. De préférence le barreau obtenu a son axe optique perpendiculaire à l'axe de croissance de barreau et les pastilles obtenues par sciage, de forme sensiblement cylindrique, comportent deux faces planes parallèles à l'axe optique. Le coefficient de dureté de chacune de ces faces est alors de l'ordre de 2200 selon le procédé
Vickers, I'une de ces faces étant destinée à constituer une zone de frottement 2 de la garniture.
Le corindon peut consister en un monocristal d'alumine pure saphir blanc, ou un monocristal d'alumine Al2O3 + oxyde de chrome, rubis rouge, ou monocristal d'alumine+fer et titane, saphir bleu, par exemple.
Le corindon monocristallin permet, compte tenu de l'état de surface de la zone de frottement 2, d'obtenir un coefficient de frottement à sec sur une surface d'acier poli pouvant varier entre 0,08 et 0,4 selon les états de surface respectifs.
Par exemple, chaque pastille de section sensiblement circulaire comporte une face plane 20, constituant une zone de frottement, ayant une rugosité moyenne p de 2 à 3 m. Un tel état de surface pour des pastilles de l'ordre de 20 mm de diamètre permet, compte tenu d'un coefficient de frottement moyen de 0,3 sur l'acier poli, une efficacité de freinage convenable, les surfaces des pastilles obtenues après sciage étant maintenues brutes.
De manière inattendue, le corindon est ainsi utilisé comme matériau de friction, l'utilisation antérieure bien connue des propriétés du corindon comme matériau antifriction, notamment dans les paliers d'horlogerie, étant due à la seule qualité de dureté exceptionnelle de ce matériau permettant, pour un état de surface d'excellente qualité de rugosité p inférieure à 0,05 m et une surface de contact avec un pivot d'acier réduite au maximum, un couple de frottement de valeur minime, constant dans le temps, du fait de l'absence d'affinité corindon - métal et d'usure correspondante. Ainsi que représenté sur les fig. 2a et 2b les pastilles ont de préférence une épaisseur e de l'ordre de 1 à 4 mm, et chaque pastille présente une arête libre 21 constituant le bord d'attaque de chaque zone de freinage, formée par une surface gauche de section sensiblement circulaire.
Le rayon de courbure r de la section circulaire formant l'arête libre est par exemple voisin de 1/10 mm et permet d'éviter les détériorations des arêtes et du disque lors de l'utilisation, en cas de léger défaut de parallélisme entre garniture et disque. L'arrondi de l'arête vive peut être obtenu par tout procédé classique de façonnage du corindon.
Les pastilles de corindon 2 sont fixées à la plaquette-support par collage, par exemple dans des logements 100 ménagés à cet effet dans la plaquette-support, ou par sertissage dans ces logements.
Selon la variante de réalisation représentée sur la fig. 3, dans le cas d'un frein à tambour, la pièce-support 1 constituée par une section sensiblement hémicylindrique constituant le sabot comprend une pluralité de zones de frottement en matériau dur 2. De préférence, les zones de frottement 2 sont sensiblement réparties selon des génératrices de la pièce-support 1. Les zones de frottement 2 sont, par exemple, constituées par des pastilles de corindon de forme rectangulaire, les pastilles étant disjointes et réparties par exemple de manière que la grande dimension des pastilles rectangulaires soit parallèle aux génératrices de la pièce-support hémicylindrique.
Le fait que les zones de frottement soient disjointes permet, au cours du fonctionnement, une meilleure ventilation des zones de frottement, tant dans le cas des garnitures pour frein à tambour que pour les garnitures de frein à disque.
Des pastilles de corindon de forme rectangulaire peuvent également être utilisées comme représenté sur la fig. 1b La plaquettesupport 1 peut avantageusement, sans sortir du cadre de l'invention, être constituée par une plaquette de frein de type classique constituée par des fibres organiques dans laquelle sont pratiqués les logements destinés à recevoir les pastilles de corindon. L'affleurement de chaque zone de frottement 20 par rapport à la surface de la plaquette-support peut être alors choisi voisin de 0,1 à 0,5 mm, la surface de la plaquette pouvant ainsi jouer le rôle d'agent de nettoyage du disque, vis-à-vis des particules de silice ou autre de dimension supérieure à cet affleurement, projetées par la rotation des roues du véhicule.
Selon une variante de réalisation de l'invention représentée sur la fig. 4, le matériau dur est constitué par une céramique polycristalline. Le matériau constituant la céramique peut être avantageusement constitué par de l'alumine Al2O3 pure ou par tout composé d'alumine comportant au moins 90% d'alumine permettant d'obtenir, après frittage, une céramique de dureté supérieure à 1200 selon l'échelle Vickers. A titre d'exemple, une céramique comportant 99,7% d'alumine permet d'obtenir un coefficient de dureté de 1800 selon l'échelle Vickers pour un coefficient de conductibilité thermique de 0,07 cal x cm/cm2 x s x C.
L'état de surface de la face 20 de la pastille obtenue par frittage de la poudre d'alumine peut être obtenue avec une rugosité moyenne p comprise entre 3 et 6 , parfaitement convenable pour l'application considérée, les coefficients de frottement correspondant sensiblement à ceux du corindon monocristallin pour des états de surface comparables.
L'utilisation de matériaux céramiques tels que décrits n'est pas limitée à la céramique de composés d'alumine, tout matériau céramique présentant un coefficient de dureté supérieur ou égal à 1200 selon l'échelle Vickers et un coefficient de conductivité thermique comparable à celui du corindon monocristallin ne sortant pas du cadre de la présente invention.
Les matériaux céramiques ainsi définis sont particulièrement bien adaptés pour la fabrication de pastilles utilisées pour des surfaces de friction non planes telles que celles des freins à tambour.
Afin de simplifier la réalisation de l'objet de l'invention lors de l'utilisation des matériaux céramiques, l'ensemble constitué par la plaquette-support et les zones de frottement 2 est constitué par une pièce monobloc 30 constituée par une céramique polycristalline.
Dans ce cas, la garniture de frein selon la fig. 5 peut être directement obtenue par les procédés classiques de la technique des céramiques, les zones de frottement 2 pouvant être de forme quelconque, mais restant disjointes de manière à ménager entre celles-ci des canaux permettant la ventilation de la garniture de frein et de la zone de friction du disque ou du tambour au cours du freinage.
Un essai de garnitures de frein conformes à l'invention effectué pour des freins à disques d'automobiles a permis de constater, après un essai sur 30 000 km, l'absence d'usure appréciable tant des garnitures de frein que du disque lui-même, les garnitures de frein selon l'invention pouvant être avantageusement utilisées avec tout type de disque de frein, y compris avec des disques de frein ventilés comportant soit des ouvertures, soit des ailettes ou susceptibles de dissiper la majeure partie de la chaleur provoquée par la dégradation de l'énergie cinétique du véhicule au cours du freinage.
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CLAIMS
1. Friction lining for friction brake, characterized in
that it is constituted by a support piece comprising at least
a hard material friction zone.
2. Friction lining for disc brake as claimed
tion 1, characterized in that the support piece comprises at least
a flat surface, said flat surface comprising a plurality of friction zones made of hard material, said friction zones being arranged substantially in the same plane.
3. Friction lining according to one of claims 1 or 2, characterized in that the hard material is monocrystalline corundum.
4. Friction lining according to one of rcvcndications 2 or 3, characterized in that the friction zones are constituted by pads fixed on the flat surface of the support piece.
5. Friction lining according to claim 4, characterized in that each circular section pellet has a flat face constituting a friction zone, each flat face having a roughness averaged from 2 to 3 m.
6. friction lining according to one of claims 4 or 5, characterized in that each pad has a free edge, constituting the leading edge of each braking zone, formed by a left surface of substantially circular cross section, the radius of curvature of the circular section forming the free edge being close to
1/10 mm.
7. friction lining for drum brake according to claim 1, characterized in that the support piece, constituted by a substantially semi-cylindrical section constituting the shoe, comprises a plurality of friction zones of hard material, said zones being substantially distributed according to generators of the support part.
8. friction lining according to claim 7, characterized in that said friction zones are constituted by corundum pellets of rectangular shape substantially distributed along generatrices of the support piece, said pellets being disjoint.
9. Friction lining according to one of claims 1, 2 or 4 to 8, characterized in that the hard material consists of a polycrystalline ceramic.
10. Friction lining according to claim 9, characterized in that the polycrystalline ceramic consists mainly of aluminum oxide Al203.
11. Friction lining according to claim 9, characterized in that the assembly constituted by the support piece and the friction zones is constituted by a single piece formed by a polycrystalline ceramic.
The invention relates to a friction lining for a friction brake of the disc brake or drum brake type.
In friction brakes, the friction linings arranged on the clamping jaws forming the caliper or on the shoes are most often formed by compressed organic fibers to which is added a binder allowing the shaping of these linings according to the type of brake.
In particular, most of these linings essentially contain, as organic fibers, asbestos fibers. This material, with well-known mechanical properties of temperature resistance, does not however make it possible, due to the need for the presence of the binder to form the lining, to obtain constant braking efficiency during braking, an evanescent phenomenon. the coefficient of friction of the lining on the disc or on the drum, phenomenon analogous to a phenomenon of fading, occurring during the heating of the lining and the disc or the drum during braking under severe conditions.
In addition, during the long-term use of this type of lining, in particular in the case of disc brakes, the wear of the
brake disc is manifested by a digging of the flat faces of the
brake disc at the contact areas of these faces and
brake linings.
This brake disc wear phenomenon can be attributed to
friction of the linings on the faces of the disc, friction provo
as for faster wear of the brake linings, the emission
particles of highly abrasive organic fibers. In particular
bind when asbestos fibers are present in the linings
brake, asbestos having a hardness coefficient between 6 and 7
according to the MOHS scale, the asbestos particles detached from the garni
tures cause wear on the brake disc in the longer term,
conventional brake discs, usually obtained by casting
cast iron and by machining by chip removal, having
a lower hardness coefficient.
Various solutions have been proposed to date for the
use of wear-resistant friction linings,
organic cules, in particular asbestos particles, being further
known to be carcinogenic.
The object of the present invention is to remedy the drawbacks
cited above.
- An object of the present invention is the implementation of a
friction lining for very low friction friction brake.
- Another object of the present invention is the implementation
a friction lining for a friction brake which is simple to make and does not require any subsequent maintenance.
- Another object of the present invention is the implementation of a friction lining allowing good thermal insulation of the brake caliper and of the hydraulic control circuits.
- Another object of the present invention is the implementation of a friction lining with a coefficient of friction that is substantially constant as a function of the usual temperatures for using the brakes.
The friction lining for friction brake according to the invention consists of a piece or support plate comprising at least one friction zone of hard material.
Such friction linings can be used in the aforementioned disc brakes on vehicles such as current or competition motor vehicles.
The invention will be better understood using the description and the drawings below, where the same references represent the same elements and in which:
fig. la and lb represent a nonlimiting embodiment of the subject of the invention,
fig. 2a and 2b show in section a detail of embodiment of the invention,
fig. 3 represents an alternative embodiment of the object of the invention in the case of a friction lining of the shoe type for a drum brake,
fig. 4 represents an alternative embodiment of the object of the invention more particularly adapted to non-planar friction surfaces,
fig. 5 shows a one-piece brake lining according to the invention.
According to fig. la, the friction lining for friction brake comprises a support part 1 comprising at least one friction zone 2 made of hard material. By hard material is meant any material having, in the hardness test according to the Vickers method, a hardness coefficient greater than about 1200.
As shown in Figs. 1a and 1b in the case of a friction lining for a disc brake, the support part 1 comprises at least one planar surface 10. The planar surface 10 comprises a plurality of friction zones 2 made of hard material.
The friction zones 2 are arranged substantially in the same plane, the friction zones 2 being, during braking, applied against the corresponding face of the disc.
According to one embodiment of the invention, the support plate 1 is constituted by a metal plate for example, and the ma
hard material consists of synthetic monocrystalline corundum.
Preferably, the friction zones 2 are constituted by pads fixed on the flat surface 10 of the support plate. The corundum pellets are, for example, obtained by sawing from a monocrystalline corundum bar obtained, for example, by the Verneuil process. Preferably, the bar obtained has its optical axis perpendicular to the bar growth axis and the pellets obtained by sawing, of substantially cylindrical shape, have two plane faces parallel to the optical axis. The hardness coefficient of each of these faces is then of the order of 2200 according to the method
Vickers, one of these faces being intended to constitute a friction zone 2 of the lining.
The corundum can consist of a single crystal of pure white sapphire alumina, or a single crystal of alumina Al2O3 + chromium oxide, red ruby, or single crystal of alumina + iron and titanium, blue sapphire, for example.
The monocrystalline corundum allows, taking into account the surface condition of the friction zone 2, to obtain a dry friction coefficient on a polished steel surface which can vary between 0.08 and 0.4 depending on the states of respective surface.
For example, each patch of substantially circular section has a flat face 20, constituting a friction zone, having an average roughness p of 2 to 3 m. Such a surface condition for pellets of the order of 20 mm in diameter allows, taking into account an average coefficient of friction of 0.3 on the polished steel, suitable braking efficiency, the surfaces of the pellets obtained after sawing being kept rough.
Unexpectedly, corundum is thus used as a friction material, the well-known prior use of the properties of corundum as anti-friction material, in particular in watchmaking bearings, being due to the exceptional quality of hardness of this material allowing, for a surface condition of excellent quality of roughness p less than 0.05 m and a contact surface with a steel pivot reduced to the maximum, a friction torque of minimal value, constant over time, due to the absence of corundum-metal affinity and corresponding wear. As shown in Figs. 2a and 2b the pads preferably have a thickness e of the order of 1 to 4 mm, and each pad has a free edge 21 constituting the leading edge of each braking zone, formed by a left surface of substantially circular section .
The radius of curvature r of the circular section forming the free edge is for example close to 1/10 mm and makes it possible to avoid deterioration of the edges and of the disc during use, in the event of slight lack of parallelism between the lining. and disc. The rounding of the sharp edge can be obtained by any conventional process for shaping corundum.
The corundum pellets 2 are fixed to the support plate by gluing, for example in housings 100 provided for this purpose in the support plate, or by crimping in these housings.
According to the variant embodiment shown in FIG. 3, in the case of a drum brake, the support piece 1 constituted by a substantially semi-cylindrical section constituting the shoe comprises a plurality of friction zones of hard material 2. Preferably, the friction zones 2 are substantially distributed according to generatrices of the support part 1. The friction zones 2 are, for example, constituted by corundum pellets of rectangular shape, the pellets being disjoint and distributed for example so that the large dimension of the rectangular pellets is parallel to the generatrices of the semi-cylindrical support piece.
The fact that the friction zones are separate allows, during operation, better ventilation of the friction zones, both in the case of the brake drum linings and for the disc brake linings.
Corundum pellets of rectangular shape can also be used as shown in fig. 1b The support pad 1 can advantageously, without departing from the scope of the invention, be constituted by a brake pad of conventional type constituted by organic fibers in which the housings intended to receive the corundum pellets are formed. The outcrop of each friction zone 20 relative to the surface of the support plate can then be chosen to be close to 0.1 to 0.5 mm, the surface of the plate thus being able to act as a cleaning agent for the disc, vis-à-vis particles of silica or other larger than this outcrop, projected by the rotation of the wheels of the vehicle.
According to an alternative embodiment of the invention shown in FIG. 4, the hard material consists of a polycrystalline ceramic. The material constituting the ceramic may advantageously be constituted by pure Al2O3 alumina or by any alumina compound comprising at least 90% alumina making it possible to obtain, after sintering, a ceramic with a hardness greater than 1200 depending on the scale. Vickers. For example, a ceramic with 99.7% alumina provides a hardness coefficient of 1800 according to the Vickers scale for a thermal conductivity coefficient of 0.07 cal x cm / cm2 x s x C.
The surface condition of the face 20 of the pellet obtained by sintering the alumina powder can be obtained with an average roughness p of between 3 and 6, perfectly suitable for the application considered, the coefficients of friction corresponding substantially to those of monocrystalline corundum for comparable surface states.
The use of ceramic materials as described is not limited to ceramic alumina compounds, any ceramic material having a hardness coefficient greater than or equal to 1200 according to the Vickers scale and a coefficient of thermal conductivity comparable to that monocrystalline corundum not outside the scope of the present invention.
The ceramic materials thus defined are particularly well suited for the manufacture of pads used for non-planar friction surfaces such as those of drum brakes.
In order to simplify the achievement of the object of the invention when using ceramic materials, the assembly constituted by the support plate and the friction zones 2 is constituted by a single piece 30 constituted by a polycrystalline ceramic.
In this case, the brake lining according to fig. 5 can be directly obtained by conventional methods of the ceramic technique, the friction zones 2 can be of any shape, but remaining separate so as to provide therebetween channels allowing ventilation of the brake lining and the disc or drum friction area during braking.
A test of brake linings in accordance with the invention carried out for automobile disc brakes made it possible to note, after a test over 30,000 km, the appreciable absence of wear both of the brake linings and of the disc itself. even, the brake linings according to the invention can advantageously be used with any type of brake disc, including with ventilated brake discs comprising either openings or fins or capable of dissipating the major part of the heat caused by degradation of the kinetic energy of the vehicle during braking.