FR2514093A1 - Polyimide based disc brake lining - is pref. opposed by carbon surfaces for high operating temps. - Google Patents

Polyimide based disc brake lining - is pref. opposed by carbon surfaces for high operating temps. Download PDF

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Abstract

Friction lining for a mechanical brake is based on a polyimide or pref. polyamide-imide (I). Used esp. suitable for multiple disc braking systems, as used on commercial vehicles or agricultural machinery, esp. for systems requiring a wide operating temp. range, e.g. -20 deg.C to +200 deg.C. May be used alone or to complement traditional linings, either by use as opposing contact faces or as linings/pads operating on alternate faces of one disc. In further detail the polyimide composition may be filled, pref. with graphite and/or PTFE pref. is used against an opposing surface of carbon. The increase in surface friction and grip with increasing temp. of carbon materials is pref. used to balance a slight reduction in friction of polyimide materials with elevating temps. to produce a consistent braking effect. Specifically claimed as more pref. materials are "VESPEL", "KINEL" or "TORLON" (RTM).

Description

La présente invention concerne d'une manière. générale les freins, et vise plus particulièrement, mais non exclusivement, les freins multidisques, c'est-à-dire les freins comportant une pluralité d'organes de freinage en forme de disques annulaires, qui alternent avec des disques annulaires intercalaires, et qui portent une'garniture de frottement sur chacune de leurs faces. The present invention relates in one way. general brakes, and more specifically, but not exclusively, multidisc brakes, that is to say brakes having a plurality of braking members in the form of annular discs, which alternate with intermediate annular discs, and which wear a friction lining on each of their faces.

De tels freins multidisques sont notamment mis en oeuvre pour l'équipement de véhicules industriels, aussi bien que pour celui d'engins agricoles ou de travaux publics. Such multi-disc brakes are used in particular for the equipment of industrial vehicles, as well as for that of agricultural machinery or public works.

Pour la réalisation de garnitures-de frottement propres à de tels freins, divers impératifs doivent être pris en considération. For the production of friction linings suitable for such brakes, various requirements must be taken into account.

Tout d'abord, les couples de freinage à développer étant élevés, il importe que le matériau constitutif d'une telle garniture de frottement présente lui-même un coefficient de frottement élevé, dans une plage de températures notables, pouvant en pratique aller de -200C à 20O0C pour le freinage. First of all, the braking torques to be developed being high, it is important that the material constituting such a friction lining itself has a high coefficient of friction, within a range of notable temperatures, which can in practice range from - 200C to 20O0C for braking.

En effet, à défaut d'un tel coefficient de frottement élevé, il est nécessaire, pour obtenir le couple de freinage recherché, de multiplier les disques de frein à mettre en oeuvre. Indeed, in the absence of such a high coefficient of friction, it is necessary, in order to obtain the desired braking torque, to multiply the brake discs to be used.

I1 en résulte une augmentation de l'encombrement axial de l'ensemble, pouvant s'avérer rédhibitoire dans certaines applications. I1 results in an increase in the axial size of the assembly, which may prove to be prohibitive in certain applications.

I1 en résulte également une multiplication comcomitante des jeux à respecter pour tenir compte, d'une part, de la dilatation thermique, si minime soit elle, de chacune des garnitures de frottement portées par les multiples disques de frein ainsi mis en oeuvre, et d'autre part du retrait nécessaire à ces disques de frein par rapport aux disques intercalaires au défreinage, et, partant, une augmentation de la course de com- mande globale que doit assurer le dispositif de commande associé, -inacceptable pour certains de ces dispositifs de commande. I1 also results in a comcomitant multiplication of the games to be observed in order to take into account, on the one hand, the thermal expansion, however small it may be, of each of the friction linings carried by the multiple brake disks thus used, and d on the other hand, the withdrawal necessary for these brake discs compared to the intermediate brake release discs, and therefore an increase in the overall control stroke which the associated control device must ensure, unacceptable for some of these brake devices. ordered.

I1 en est d'autant plus ainsi que, le plus souvent, la course de commande disponible au niveau du dispositif de commande est imposée par construction, et, que, compte tenu des efforts à développer au niveau du frein, une amplification importante doit être établie entre un tel dispositif de commande et un tel frein. It is all the more so since, more often than not, the control stroke available at the level of the control device is imposed by construction, and, since, taking into account the efforts to be developed at the level of the brake, a significant amplification must be established between such a control device and such a brake.

En outre, l'augmentation éventuelle de la course globale de commande se fait nécessairement au détriment du temps de réponse, qui, au contraire, doit en pratique être aussi faible que possible. In addition, the possible increase in the overall control stroke is necessarily to the detriment of the response time, which, on the contrary, must in practice be as small as possible.

Outre un coefficient de frottement élevé dans une plage de température notable, un deuxième impératif à respecter dans la constitution d'une garniture de frottement du genre concerné est qu'une telle garniture de frottement doit n'être l'objet en service que d'une usure aussi réduite que possible. In addition to a high coefficient of friction in a notable temperature range, a second imperative to be observed in the constitution of a friction lining of the kind concerned is that such a friction lining must only be the object in service of wear as reduced as possible.

En effet, en service, les jeux axiaux entre disques de frein et disques intercalaires augmentent évidemment à proportion de l'usure des garnitures de frottement, portées par les disques de frein, avec les inconvénients mentionnés ci-dessus, ce qui necessite en pratique la mise en oeuvre d'un dispositif propre à assurer un rattrapage du jeu dû à cette usure, et impose des interventions, souvant difficiles, pour remplacement des garnitures de frottement après usure. Indeed, in service, the axial clearances between brake discs and intermediate discs obviously increase in proportion to the wear of the friction linings carried by the brake discs, with the drawbacks mentioned above, which in practice necessitates the implementation of a device capable of taking up play due to this wear, and requires interventions, often difficult, to replace the friction linings after wear.

En pratique, aucune garniture de frottement répondant donc à la fois à ces deux impératifs de coefficient de frottement élevé pour une plage notable de températures correspondant-aux plages de températures usuelles en freinage, d'une part, et de résistance élevée à l'usure, d'autre part, n'est connue à ce jour. In practice, no friction lining therefore satisfying both these two requirements of high coefficient of friction for a significant range of temperatures corresponding to the usual temperature ranges under braking, on the one hand, and of high resistance to wear. , on the other hand, is not known to date.

La présente invention est fondée sur la découverte que des matériaux, connus au contraire à ce jour pour présenter un bas coefficient de frottement à température élevée, pouvaient donner satisfaction. The present invention is based on the discovery that materials, known on the contrary to this day to have a low coefficient of friction at high temperature, could give satisfaction.

I1 s'agit d'une manière générale des poly-imides, éven tuellement chargés en graphite et/ou en polytétrafluoroéthylène, du type par exemple de ceux vendus sous la désignation commerciale "VESPEL't par la firme américaine DU PONT DE NEMOURS, ou encore de ceux vendus sous la désignation commerciale "KINEL" par la firme française RHONE POULENC, ou encore du type des poly-amide-imides vendus sous la désignation commerciale "TORLON't par la firme américaine AMOCO. They are generally polyimides, possibly loaded with graphite and / or polytetrafluoroethylene, of the type for example of those sold under the commercial designation "VESPEL't by the American firm DU PONT DE NEMOURS, or still of those sold under the commercial designation "KINEL" by the French firm RHONE POULENC, or of the type of poly-amide-imides sold under the commercial designation "TORLON't by the American firm AMOCO.

De tels matériaux sont usuellement recherchés pour la constitution de paliers, coussinets et autres pièces de ce type, qui sont destinés à être confrontés- à des pièces tour nantes ou mobiles, et pour lesquels il importe qu'il ne se développe entre eux et celles-ci que des forces de frottement minimales. Such materials are usually sought for constituting bearings, bearings and other parts of this type, which are intended to be confronted with rotating or movable parts, and for which it is important that it does not develop between them and those -this only minimal friction forces.

C'est donc à l'opposé de leur application ordinaire, et pour des résultats également opposés à ceux pour lesquels ils sont recherchés dans ces applications, que ces materiaux sont ici mis en oeuvre suivant l'invention pour la constitution de garnitures de frottement. It is therefore opposite to their ordinary application, and for results also opposite to those for which they are sought in these applications, that these materials are used here according to the invention for the constitution of friction linings.

Pour l'homme de l'art, les poly-imides, quelqufois dé-- signés par polymères SP, n'appartiennent pas en effet à ce jour à la catégorie des matériaux susceptibles d'être mis en oeuvre lorsqu'un haut coefficient de frottement est recherché. For those skilled in the art, polyimides, sometimes designated by SP polymers, do not currently belong to the category of materials capable of being used when a high coefficient of friction is sought.

Certes, des poly-imides ont pu occasionnellement être mis en oeuvre à titre de charge dans certaines garnitures de frottement pour en améliorer la résistance à l'usure. Admittedly, polyimides have occasionally been able to be used as a filler in certain friction linings to improve their wear resistance.

Mais, ils n'interviennent alors que de manière additionnelle, sans incidence pratique sur le coefficient de frottement. However, they only intervene in an additional way, without any practical impact on the coefficient of friction.

La présente invention a donc tout d'abord pour objet une garniture de frottement pour frein caractérisé en ce qu' elle est essentiellement à base de poly-imide. The present invention therefore firstly relates to a friction lining for a brake, characterized in that it is essentially based on polyimide.

Un ou plusieurs poly-imides peuvent être mis en oeuvre, et le ou les poly-imides ainsi mis en oeuvre peuvent éventuellement être chargés. One or more polyimides can be used, and the polyimide (s) thus used can optionally be loaded.

Par exemple, ils peuvent être chargés en graphite et/ou en polytétrafluoroéthylène.  For example, they can be loaded with graphite and / or polytetrafluoroethylene.

D'une manière plus pratique, le ou les poly-imides mis en oeuvre peuvent être du type de ceux vendus sous les designations commerciales "VESPEL", 'KINEL't ou "TORLON".  In a more practical manner, the polyimide (s) used may be of the type of those sold under the commercial designations "VESPEL", 'KINEL't or "TORLON".

La présente invention a encore pour objet un organe de freinage, et par exemple un disque de frein pour frein multidisque, du genre comportant une garniture de frottement sur l'une au moins de ses faces, et caractérisée en ce que ladite garniture de frottement est, suivant les conditions exposées ci-dessus, essentiellement à base de poly-imides. The present invention also relates to a braking member, and for example a brake disc for a multi-disc brake, of the kind comprising a friction lining on at least one of its faces, and characterized in that said friction lining is , according to the conditions set out above, essentially based on polyimides.

Dans la gamme de températures, allant en pratique de moins 200C à 1000 C, usuellement intéressée par le freinage, la garniture de frottement suivant l'invention a avantageusement un coefficient de frottement qui, élevé dès l'origine, évolue peu : à -200C, ce coefficient de frottement est de l'ordré de 0,6, et, décroissant ensuite légèrement, il est encore de l'ordre de 0,4 à 2D00C.  In the temperature range, going in practice from minus 200C to 1000C, usually interested in braking, the friction lining according to the invention advantageously has a coefficient of friction which, high from the outset, changes little: at -200C , this coefficient of friction is of the order of 0.6, and, then decreasing slightly, it is still of the order of 0.4 to 2D00C.

Or, ainsi qu'on le sait, le carbone a un coefficient de frottement qui évolue en sens inverse :- ce coefficient de frottement, qui est de l'ordre de 0,2 à -2O0C, croît ensuite légèrement, et est de l'ordre de 0,4 à 2000C.  Now, as we know, carbon has a coefficient of friction which changes in the opposite direction: - this coefficient of friction, which is of the order of 0.2 to -2O0C, then increases slightly, and is l '' from 0.4 to 2000C.

Suivant un développement de l'invention, il est donc prevu d'associer carbone et poly-imide. According to a development of the invention, it is therefore planned to combine carbon and polyimide.

Cette association peut par exemple se faire au sein d'un même organe de freinage. This association can for example be made within the same braking member.

Dans un tel cas, sur l'une des faces de l'organe de freinage concernée la-garniture de frottement est essentiellement à base de poly-imide, suivant les conditions exposées cidessus, et, sur l'autre de ses faces, elle est en carbone. In such a case, on one of the faces of the braking member concerned, the friction lining is essentially based on polyimide, according to the conditions set out above, and, on the other of its faces, it is carbon.

Mais, l'association carbone-poly-imide suivant l'invention peut également se faire entre organe de freinage, d'une part, et contre-matériau avec lequel coopère la garniture de frottement de cet organe de freinage, d'autre part. However, the carbon-poly-imide association according to the invention can also be made between the braking member, on the one hand, and the counter-material with which the friction lining of this braking member cooperates, on the other hand.

En effet, ce contre-matériau, qui est usuellement de l'acier, peut être également du carbone lorsque, suivant l'invention, la garniture de frottement est, selon les conditions exposées ci-dessus, essentiellement à base de poly-imide. Indeed, this counter-material, which is usually steel, can also be carbon when, according to the invention, the friction lining is, according to the conditions set out above, essentially based on polyimide.

Les dessins annexés, qui ne sont donnes qu1à titre d' exemple, illustrent schématiquement l'invention. The accompanying drawings, which are given only by way of example, schematically illustrate the invention.

La figure 1 est une vue en coupe axiale d'un organe de freinage mettant en oeuvre. l'invention, et la figure 2 est un diagramme se rapportant aux coefficients de frottement corres- pondants. Figure 1 is an axial sectional view of a braking member implementing. the invention, and FIG. 2 is a diagram relating to the corresponding coefficients of friction.

L'organe de freinage représenté à titre diexemple à la figure 1 est un disque de frein propre à l'équipement d'un frein multidisque. The braking member shown by way of example in FIG. 1 is a brake disc specific to the equipment of a multidisc brake.

Ce disque de frein comporte un voile de support annulaire 10, à la périphérie interne duquel sont ménagées des cannelures 11 pour son engagement et son blocage en rotation sur un quelconque arbre à freiner, non représenté. This brake disc comprises an annular support web 10, at the internal periphery of which grooves 11 are formed for its engagement and its blocking in rotation on any shaft to be braked, not shown.

Sur llune de ses faces ce voile 10 porte une garniture de frottement 12A, qui lui est par-exemple assujettie par collage, et sur l'autre de ses faces il porte de manière sembla ble une garniture de frottement l2B.  On one of its faces, this web 10 carries a friction lining 12A, which is for example secured to it by gluing, and on the other of its faces it similarly carries a friction lining 12B.

Suivant l'invention, l'une au moins des garnitures de frottement 12A, 12B est essentiellement à base de poly-imide. According to the invention, at least one of the friction linings 12A, 12B is essentially based on polyimide.

Ce poly-imide est éventuellement chargé. This polyimide is optionally charged.

I1 peut par exemple être chargé en graphite et/ou polytétrafluoréthylène. I1 can for example be loaded with graphite and / or polytetrafluoroethylene.

Bien entendu, plusieurs poly-imides peuvent être conjointement mis en oeuvre. Of course, several polyimides can be used jointly.

De manière plus pratique, la garniture de frottement en question peut être essentiellement constituée en un matériau vendu sous les désignations commerciales "VESPEL", I'KINEL" ou "TORLON". In more practical terms, the friction lining in question can be essentially made of a material sold under the trade names "VESPEL", I'KINEL "or" TORLON ".

Si désire, l'une et l'autre des garnitures de frottement 12A, 12B peuvent être essentiellement à base de poly-imide. If desired, both of the friction linings 12A, 12B can be essentially based on polyimide.

En variante, ce n'est le cas que pour la garniture de frottement 12A par exemple, tandis que la garniture de frottement 12B est en carbone. As a variant, this is only the case for the friction lining 12A for example, while the friction lining 12B is made of carbon.

Sur le diagramme de la figure 2, sont portés, en abscisses, les températures t, ét, en ordonnées, les coefficients de frottement F. On the diagram of FIG. 2, are plotted, on the abscissa, the temperatures t, and, on the ordinate, the friction coefficients F.

La courbe I donne l'évolution du coefficient de frottement des poly-imides dans la gamme de températures de -200C à 2000C concernée, et la courbe Il celle du carbone. Curve I gives the evolution of the coefficient of friction of polyimides in the temperature range from -200C to 2000C concerned, and curve II that of carbon.

Tel que mentionné ci-dessus, ces deux courbes évoluent en sens inverse. As mentioned above, these two curves move in opposite directions.

Ainsi, lorsqu'une garniture de frottement en poly-imide et une garniture de frottement' en carbone sont associées suivant l'invention, il est avantageusement obtenu, pour l'organe de freinage concerné, un coefficient de frottement d'ensemble sensiblement constant et élevé, quelle que soit la température dans l'intervalle de température concerné. Thus, when a polyimide friction lining and a carbon friction lining are combined according to the invention, it is advantageously obtained, for the braking member concerned, a substantially constant overall coefficient of friction and high, regardless of the temperature in the relevant temperature range.

Dans ce qui précède, il a été supposé que le contrematériau avec lequel coopèrent en frottement les garnitures de frottement 12A, 12B était de l'acier. In the foregoing, it has been assumed that the countermaterial with which the friction linings 12A, 12B cooperate in friction is steel.

Pour la garniture de frottement en poly-imide, il peut cependant s'agir de carbone. For the polyimide friction lining, it may however be carbon.

Bien entendu la présente invention ne se limite pas aux formes de mise en oeuvre et de réalisation décrites et représentées, mais englobe toute variante d'exécution.  Of course the present invention is not limited to the embodiments and embodiments described and shown, but encompasses any variant.

En outre, son domaine d'application ne se limite pas non plus à celui des seuls freins multidisques, mais s' étend de manière plus générale à celui de n'importe quel type de frein, et dans un tel frein, l'organe de freinage concerné par une garniture de frottement suivant l'invention n'est pas nécessairement un disque de frein ; il peut s'agir en effet d'un quelconque autre organe de freinage portant une telle garniture.  In addition, its field of application is not limited to that of only multi-disc brakes, but extends more generally to that of any type of brake, and in such a brake, the braking concerned by a friction lining according to the invention is not necessarily a brake disc; it may indeed be any other braking member carrying such a lining.

Claims (8)

REVENDICATIONS 1) Garniture de frottement pour frein, caractérisée en ce qu'elle est essentiellement à base de poly-imide. 1) Friction lining for brake, characterized in that it is essentially based on polyimide. 2). Garniture de frottement pour frein caractérisée en ce qu'elle est à base de poly-amide-imide. 2). Friction lining for brake, characterized in that it is based on poly-amide-imide. 3) Garniture de frottement suivant l'une quelconque des revendications 1, 2, caractérisée en ce qu'elle est en poly-imide chargé. 3) friction lining according to any one of claims 1, 2, characterized in that it is made of charged polyimide. 4) Garniture de frottement suivant la revendication 3, caractérisée en ce qu'elle est en poly-imide chargé en graphite et/ou polytétrafluoréthylène.  4) friction lining according to claim 3, characterized in that it is made of polyimide loaded with graphite and / or polytetrafluoroethylene. 5) Garniture de frottement suivant la revendication 1, caractérisée en ce qu'elle est essentiellement constituée en un matériau vendu sous les désignations commerciales "VESPEL", "KINELn ou "TORLON". 5) friction lining according to claim 1, characterized in that it is essentially made of a material sold under the trade names "VESPEL", "KINELn or" TORLON ". 6) Organe de freinage, du genre comportant une garniture de frottement sur l'une au moins de ses faces, caractérisé en ce que ladite garniture de frottement est conforme à l'une quelconque des revendications 1 à 5. 6) Braking member, of the type comprising a friction lining on at least one of its faces, characterized in that said friction lining conforms to any one of claims 1 to 5. 7). Organe de freinage suivant la revendication 6, et comportant une garniture de frottement sur chacune de ses faces, caractérisé en ce que, sur l'une de ses faces, la garniture de frottement est conforme à l'une quelconque des revendications 1 à 5, et, sur l'autre, elle est en carbone. 7). Braking member according to claim 6, and comprising a friction lining on each of its faces, characterized in that, on one of its faces, the friction lining conforms to any one of claims 1 to 5, and on the other, it is carbon. 8) Organe de freinage suivant l'une quelconque des revendications 6, 7 caractérisé en ce que, à la garniture de frottement conforme à l'une quelconque des revendications 1 à 5, il est associé un contrematériau en carbone.  8) Braking member according to any one of claims 6, 7 characterized in that, with the friction lining according to any one of claims 1 to 5, there is associated a carbon countermaterial.
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