FR2731484A1 - Disque de frein en materiau composite et son procede de fabrication - Google Patents
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Abstract
L'invention concerne un disque composite pour frein à disques multiples, comportant une zone de frottement annulaire (14) et une zone d'entraînement périphérique annulaire (15) qui comprend des parties arquées (13) séparées par plusieurs rainures espacées (16), et formé de multiples plis de fibres assemblés par une matrice. Dans ce disque, la proportion en volume de fibres est sensiblement constante à l'intérieur d'une section radiale ou d'un secteur radial et plus importante dans un secteur radial proche du rayon de la périphérie d'entraînement que dans une section radiale proche du rayon de la périphérie de non entraînement afin d'améliorer la résistance du matériau composite aux contraintes tangentielles dans les parties arquées du disque composite. L'invention concerne également un procédé pour fabriquer ce disque.
Description
Disque de frein en matériau composite et son procédé de fabrication La
présente invention concerne, d'une manière générale, des disques de frein en matériau composite et, plus particulièrement mais d'une manière non exclusive, des disques de frein en matériau composite carbone-carbone adaptés pour être utilisés dans un empilement de disques d'un ensemble formant frein à disques pour avion, et un
procédé pour fabriquer ces disques.
La forme et la structure des ensembles formant freins d'avions sont bien connues et comprennent habituellement un empilement de disques comportant plusieurs disques de stator annulaires non rotatifs, intercalés avec des disques de rotor annulaires rotatifs, et des moyens applicateurs de poussée conçus pour déplacer l'empilement de disques afin d'amener les disques de stator et les disques de rotor en contact à frottement les uns avec les autres. Les disques de l'empilement doivent pouvoir engendrer des forces de frottement et résister à des contraintes de couple, à la chaleur générée et à la contrainte de "poussée" axiale qui leur est appliquée lorsque les freins
sont actionnés.
D'une manière caractéristique, chacun des disques de stator se présente sous la forme d'un disque composite annulaire comportant une zone de frottement annulaire située à l'extérieur radialement sur l'une au moins de ses faces et, à l'intérieur radialement de celle-ci, une zone d'entraînement de forme sensiblement annulaire, interrompue par plusieurs rainures espacées les unes des autres radialement, qui s'étendent radialement vers l'extérieur depuis la périphérie intérieure du disque et qui sont adaptées pour coïncider avec des cannelures d'un tube de couple faisant partie de l'ensemble formant frein à
disques, et pour pouvoir coulisser par rapport à celles-ci.
Dans le cas d'un double disque de stator, des faces latérales axiales de la zone de frottement annulaire sont adaptées pour être en contact à frottement avec des faces en vis-à-vis de disques de rotor adjacents, et la structure interne de la zone de frottement doit dissiper efficacement par conduction thermique la chaleur générée au niveau des faces latérales axiales. La zone d'entraînement est adaptée pour transmettre une charge entre la zone de frottement et le tube de couple et doit être capable de résister aux forces de cisaillement associées dans l'ensemble de sa structure, et aux forces de compression qui s'exercent au niveau des faces latérales des rainures en contact avec les
cannelures du tube de couple.
De la même manière, chacun des disques de rotor se présente sous la forme d'un disque composite au carbone, annulaire comportant une zone de frottement annulaire intérieure et, à l'extérieur radialement de celle-ci, une zone d'entraînement de forme sensiblement annulaire, interrompue par plusieurs rainures espacées les unes des autres radialement, qui s'étendent radialement vers l'intérieur depuis la périphérie extérieure du disque et qui sont adaptées pour coïncider avec des organes d'entraînement d'une roue d'avion tournant autour du moyeu central de l'ensemble formant frein à disques, et pour pouvoir coulisser par rapport à ceux-ci. Les caractéristiques de frottement, de dissipation thermique et de résistance aux contraintes des disques de rotor sont fondamentalement identiques aux caractéristiques décrites
ci-dessus, requises des disques de stator.
On s'est rendu compte que les caractéristiques de structure de la zone de frottement requises pour offrir les caractéristiques de friction et de dissipation thermique optimales ont tendance à aboutir à une structure adjacente aux rainures de la zone d'entraînement, qui est incapable de résister aux contraintes qui lui sont appliquées. En particulier, les contraintes de cisaillement et de compression auxquelles la zone d'entraînement est soumise au niveau des rainures peuvent provoquer des défaillances en compression et/ou un délaminage dans certains cas. Par conséquent, pour pouvoir réaliser une structure unitaire il est souvent nécessaire de parvenir à un compromis en termes de faisabilité, qui assure des caractéristiques de freinage appropriées dans la zone de frottement et une résistance suffisante dans la zone d'entraînement d'un
disque de frein, qui supporte les contraintes.
Actuellement, les disques composites comme ceux mentionnés ci-dessus sont, d'une manière caractéristique, du type dans lequel un matériau formant matrice est renforcé par un matériau filamentaire. Des premiers exemples d'un renforcement par fibres sont décrits dans les brevets américains n 3 552 533 et 3 759 353 dans lesquels des disques sont fabriqués à partir de plusieurs plis de tissu en fibres de carbone, ou de toile de carbone ou de carbone filamentaire, enroulés helicoldalement autour d'un mandrin central pour former une structure de préforme annulaire du disque. Toutefois, ces structures qui sont
divulguées dans la description du brevet américain no 3 759
353 et illustrées sur les figures 6 à 11 de celui-ci sont
prédisposées à une rupture dans les zones d'entraînement.
Deux solutions visant à améliorer les caractéristiques de résistance aux contraintes des zones d'entraînement de disques composites fabriqués à partir de préformes en carbone enroulées hélicoldalement sont suggérées dans le brevet américain no 3 552 533. Selon la première solution représentée sur les figures 4 et 5 de ce brevet, un carbone filamentaire enroulé est soumis à une compression radiale pour former des rainures rudimentaires. Cependant, ceci aboutit à une concentration inégale des fibres dans la zone
de frottement du disque de frein résultant.
La seconde solution suggérée dans ce brevet nécessite, comme cela est illustré sur la figure 10 de celui-ci, une composition différente de la zone d'entraînement par rapport à la zone de frottement. Dans ce brevet, il est proposé que, pour un disque de stator, la zone d'entraînement centrale soit tout d'abord réalisée par un enroulement d'un premier filament imbibé d'une résine, après quoi la zone de frottement extérieure est réalisée par un enroulement d'un second filament imbibé d'une résine, avec des agents spécialement conçus pour un frottement. Une variante du même thème est décrite dans le brevet américain n 3 639 197 dans lequel, pour un disque de stator, une âme enroulée centrale fournit la résistance requise dans la zone d'entraînement, tandis qu'une structure composite formée de fibres courtes discontinues
disposées au hasard est prévue dans la zone de frottement.
D'autres moyens pour améliorer les caractéristiques de résistance aux contraintes dans les parties de la zone d'entraînement situées tout près des rainures ont été proposés. L'un de ces moyens est proposé dans le brevet américain n 5 273 140. Il suppose que les zones d'entraînement d'un disque ne définisse pas les surfaces d'appui principales contre lesquelles les organes de réaction, les cannelures du tube de couple ou les organes d'entraînement de la roue, par exemple, viennent en contact. Au contraire, elles définissent un appui pour plusieurs éléments d'insertion séparés qui eux-mêmes comportent des rainures sensiblement plus petites que les logements dans lesquels ils sont placés. Ces rainures sont en contact avec les organes d'entraînement ou les cannelures et répartissent les contraintes associées sur toute la surface plus importante des logements. Dans le brevet américain n 3 934 686 au nom de la présente demanderesse, il a été proposé que les cannelures d'un disque soient augmentées par des éléments d'insertion en fibres de carbone respectivement assemblés par adhérence avec le matériau du disque et ayant de meilleures caractéristiques de résistance aux contraintes que la
structure du matériau du disque dans son ensemble.
L'inconvénient évident des éléments d'insertion susmentionnés réside en ce qu'ils augmentent la complexité
et les coûts de fabrication du disque.
La présente invention a pour but de proposer un disque
de frein perfectionné et un procédé pour sa fabrication.
Conformément à un premier aspect de l'invention, il est proposé un disque de frein en matériau composite renforcé de fibres, sensiblement annulaire et destiné à être utilisé dans un frein à disques multiples, comportant une zone de frottement annulaire adaptée pour, en service, avoir une surface de frottement annulaire disposée au niveau d'une face latérale axiale du disque, et, située radialement par rapport à la zone de frottement, une zone d'entraînement périphérique sensiblement annulaire comprenant des parties arquées séparées par plusieurs rainures espacées circonférentiellement qui s'étendent radialement depuis la périphérie d'entraînement de la zone d'entraînement, éloignée de la zone de frottement, et adaptée pour, en service, transmettre le couple généré au niveau de la surface de frottement à au moins un organe de réaction d'un ensemble associé formé d'une roue et d'un frein, le disque comprenant en outre de multiples plis qui sont chacun sensiblement parallèles à la surface de frottement et qui comprennent chacun un assemblage de fibres, les multiples plis et les fibres qu'ils contiennent étant assemblés par adhérence les uns avec les autres à l'aide d'un matériau formant matrice, le disque étant caractérisé en ce qu'à l'intérieur d'une section radiale ou d'un secteur radial, la proportion en volume de fibres est sensiblement constante, et en ce que la proportion en volume de fibres dans un secteur radial positionné à proximité du rayon de la périphérie d'entraînement est plus importante que la proportion en volume de fibres dans une section radiale positionnée à proximité du rayon de la périphérie de non entraînement, pour former un disque de frein composite dans lequel la résistance, d'une manière caractéristique la résistance à la compression, du matériau composite est plus élevée au voisinage du rayon de la périphérie d'entraînement qu'au voisinage du rayon de la périphérie de non entraînement, afin d'améliorer ainsi des caractéristiques de résistance à des contraintes
tangentielles dans les parties arquées du disque composite.
L'expression "section radiale" est utilisée ici pour désigner une configuration cylindrique creuse et mince, concentrique avec l'axe principal d'un disque, tandis que l'expression "secteur radial" désigne une partie
discontinue circonférentiellement d'une section radiale.
L'expression "largeur annulaire" désigne la largeur d'un anneau mesurée dans une direction radiale à partir de
l'axe principal d'un disque.
Un organe de réaction peut comprendre un organe d'entraînement de rotor assujetti à une roue, tel qu'une barre d'entraînement, une clavette d'entraînement ou un bloc d'entraînement, ou un organe d'entraînement de stator du frein, tel qu'une cannelure ou un tenon du tube de
couple du frein.
D'une manière caractéristique, une périphérie d'entraînement représente la périphérie du disque, qui contient les moyens d'entraînement désignés par différents noms, tels que fentes, rainures ou encoches; le rayon de la périphérie d'entraînement correspond au rayon du profil
de bord cylindrique de la périphérie d'entraînement, c'est-
à-dire au rayon intérieur d'un disque de stator ou au rayon extérieur d'un disque de rotor; le rayon de la périphérie de non entraînement correspond au rayon intérieur d'un disque de rotor ou au rayon extérieur d'un disque de stator. Un assemblage de fibres peut consister en des nappes de fibres disposées au hasard ou alignées suivant un axe
unique, en un tissu ou en un non-tissé.
La proportion en volume de fibres supplémentaires dans la zone d'entraînement peut être obtenue par des fibres supplémentaires du même type que celles utilisées dans la zone de frottement du disque, ou par des fibres
supplémentaires d'un type différent.
Lorsque le matériau en fibres est prévu sous la forme de couches, certaines couches formées d'un seul type de fibres peuvent être conçues pour renforcer à la fois la zone d'entraînement et la zone de frottement, tandis qu'il est possible de doter la zone d'entraînement d'une résistance supplémentaire, c'est-à-dire d'une proportion en volume de fibres supplémentaires, en prévoyant dans cette zone d'entraînement des couches supplémentaires d'un matériau formé de nappes de fibres qui n'a pas besoin d'être du méme type que celui qui s'étend à la fois dans
la zone de frottement et dans la zone d'entraînement.
De préférence, un renforcement des parties arquées est réalisé au cours de la fabrication de la structure composite par un compactage des plis superposés plus important dans la zone d'entraînement que dans la zone de frottement, préalablement à une consolidation des plis. La structure composite dans la totalité des parties arquées peut être renforcée, et chaque pli peut être conçu pour qu'une majorité de ses fibres respectives soient disposées
dans une direction commune.
Les rainures peuvent s'étendre radialement à travers la totalité de la zone d'entraînement depuis la périphérie d'entraînement jusqu'à une périphérie de non entraînement de la zone d'entraînement, qui définit l'une des
périphéries de la zone de frottement annulaire.
D'une manière appropriée, la proportion en volume de fibres de la zone d'entraînement est plus importante que celle de la zone de frottement, uniquement dans une partie renforcée annulaire interrompue de la zone d'entraînement, qui s'étend entre la périphérie d'entraînement et une position radiale de la zone d'entraînement, espacée de la
périphérie de non-entraînement.
Les fibres peuvent être des fibres de carbone et la structure composite peut être une structure composite carbone-carbone, c'est-à- dire une structure dans laquelle le matériau formant matrice est également du carbone. Dans ce cas, la proportion en volume de fibres de carbone peut être de l'ordre de 20% dans la zone de frottement et de l'ordre de 25% dans la zone d'entraînement renforcée. La proportion en volume de fibres de carbone peut être de l'ordre de 20% dans la zone de frottement et de l'ordre de
27% dans la zone d'entraînement renforcée.
La proportion en volume de fibres dans la zone d'entraînement est de préférence supérieure de 10% et, d'une manière davantage préférée supérieure de 20%, à celle
de la zone de frottement.
Une préforme en tissu de fibres de carbone stratifiée est adaptée pour être utilisée dans le disque de frein de
la présente invention.
Selon un second aspect de l'invention, il est proposé un procédé pour fabriquer un disque de frein en matériau composite renforcé de fibres, sensiblement annulaire comportant une zone de frottement annulaire adaptée pour, en service, avoir une surface de frottement annulaire disposée axialement par rapport au disque, et, située radialement par rapport à la zone de frottement, une zone d'entraînement périphérique sensiblement annulaire comprenant des parties arquées séparées par plusieurs rainures espacées circonférentiellement qui s'étendent radialement depuis la périphérie d'entraînement de la zone d'entraînement, éloignée de la zone de frottement, et adaptée pour, en service, transmettre le couple généré au niveau de la surface de frottement à au moins un organe de réaction d'un ensemble associé formé d'une roue et d'un frein, selon lequel de multiples plis sensiblement annulaires sont superposés coaxialement les uns par rapport aux autres, les plis comprenant chacun un assemblage de fibres, procédé qui est caractérisé en ce que les plis superposés sont compactés axialement entre les plateaux d'un appareil de compression pour former un ensemble de plis dans lequel la proportion en volume de fibres à l'intérieur d'une section radiale ou d'un secteur radial est sensiblement constante et la proportion en volume de fibres dans un secteur radial positionné à proximité du rayon de la périphérie d'entraînement est supérieure à la proportion en volume de fibres d'une section radiale positionnée à proximité du rayon de la périphérie de non entraînement; et en ce que l'ensemble de plis et les fibres qu'ils contiennent sont imprégnés et assemblés par adhérence les uns avec les autres par un matériau formant matrice pour former un disque de frein composite dans lequel la résistance à la compression du matériau composite est plus élevée au voisinage du rayon de la périphérie d'entraînement qu'au voisinage du rayon de la périphérie de non entraînement afin d'améliorer ainsi des caractéristiques de résistance à des contraintes
tangentielles dans les parties arquées du disque composite.
Chaque pli peut avoir une majorité de ses fibres respectives disposées dans une direction commune. Le disque de frein composite peut être soumis à un usinage destiné à lui donner ses dimensions finies/finales et/ou à former
les rainures dans la zone d'entraînement.
De préférence, le disque de frein composite possède une structure composite carbone-carbone et les moyens de consolidation comprennent une imprégnation par du carbone, puis un traitement thermique de l'ensemble de plis de
fibres de carbone imprégné.
L'un au moins des plateaux de l'appareil de compression peut présenter un profil étagé, adapté pour comprimer axialement la zone d'entraînement davantage que
la zone de frottement.
Plusieurs plis d'un premier type sensiblement annulaires d'un tissu en fibres ayant chacun des diamètres intérieur et extérieur correspondant d'une manière générale respectivement aux diamètres intérieur et extérieur du disque peuvent être superposés coaxialement les uns par rapport aux autres en étant intercalés avec plusieurs plis d'un second type sensiblement annulaires d'un tissu en fibres ayant chacun des diamètres intérieur et extérieur correspondant d'une manière générale respectivement aux
diamètres intérieur et extérieur de la zone d'entraînement.
Les plis peuvent être superposés les uns aux autres suivant une séquence régulière. La séquence peut comprendre quatre plis du premier type, un pli du second type, quatre plis du premier type et un pli du second type. Toutefois, les plis peuvent également être superposés les uns aux autres suivant une séquence comprenant trois plis du premier type, un pli du second type, trois plis du premier type et un pli
du second type.
Dans la zone des plis du premier type, deux premiers plis du premier type sont disposés l'un contre l'autre pour que leurs fibres alignées respectives s'étendent perpendiculairement les unes par rapport aux autres, et deux seconds plis du premier type sont disposés l'un contre l'autre pour que leurs fibres alignées respectives s'étendent perpendiculairement les unes par rapport aux autres, les deux seconds plis étant disposée à proximité des deux premiers plis afin que les fibres alignées des deux seconds plis s'étendent suivant un certain angle par
rapport aux fibres alignées des deux premiers plis.
Un ensemble annulaire de plis de fibres peut comprendre plusieurs segments radiaux correspondants disposés angulairement les uns par rapport aux autres pour
former un anneau hélicoïdal de plis de fibres de carbone.
Des plis adjacents de fibres disposés hélicoldalement peuvent avoir les fibres alignées de chaque pli disposées suivant un certain angle par rapport aux fibres alignées de plis voisins contigus radialement. Cet angle peut être
sensiblement égal A 90 .
Le procédé peut comprendre l'étape supplémentaire qui consiste en un aiguilletage de l'ensemble de plis pour former une préforme consolidée qui se tient sans support et qui peut être extraite de l'appareil de compression sur lequel elle est initialement réalisée par superposition, préalablement à une imprégnation par le matériau formant
matrice pour composite.
Selon un autre aspect de l'invention, un disque de frein composite au carbone, sensiblement annulaire est fabriqué conformément au procédé décrit ci-dessus. Le
disque de frein peut consister en un composite carbone-
carbone formé à l'aide d'un procédé de dépôt chimique en
phase vapeur.
Un disque de frein selon l'un ou l'autre aspect de l'invention peut avoir sa zone d'entraînement imprégnée de
phosphate d'aluminium au cours de sa fabrication.
On comprendra que l'expression "fibres de carbone" utilisée ici est censée inclure un carbone filamentaire et
n'importe quel matériau filamentaire précurseur de celui-
ci, le matériau précurseur étant converti en fibres de carbone avant imprégnation de l'assemblage de fibres par
un matériau formant matrice.
Ce qui précède ressortira plus clairement de la
description détaillée suivante de modes de réalisation
préférés de l'invention, donnée à titre d'exemple nullement limitatif en référence aux dessins annexés dans lesquels: la figure 1 est une vue en plan d'un disque de stator selon l'invention; la figure 2 est une vue en plan d'un disque de rotor selon l'invention, montrant également une partie d'un organe d'entraînement; les figures 3a et 3b représentent schématiquement la structure stratifiée d'un autre disque selon l'invention, avant et après une étape de compression; la figure 4 représente schématiquement un segment de stratifié utilisé dans la structure d'un disque de l'invention; la figure 5 représente schématiquement un autre segment de stratifié utilisé en association avec le segment représenté sur la figure 4; et la figure 6 représente une partie d'un disque de
stator, comprenant une partie de la zone d'entraînement.
La structure extérieure et les conditions de fonctionnement des disques représentés sur les figures 1 et 2 vont maintenant être décrites. Ces deux modes de réalisation présentent une structure stratifiée dans laquelle plusieurs nappes de tissu en fibres de carbone sont superposées axialement par rapport au disque préalablement à une imprégnation par une matrice grâce à un procédé de dépôt de carbone en phase vapeur, par exemple. Le disque de stator 1 représenté sur la figure 1 possède une périphérie extérieure 2 de rayon D et une périphérie intérieure 3 de rayon A. Une zone de frottement 4 située à l'extérieur radialement s'étend entre la périphérie extérieure 2 de rayon D et un rayon C, tandis qu'une zone d'entraînement 5 située à l'intérieur radialement s'étend entre le rayon C et la périphérie intérieure 3 de rayon A. Plusieurs rainures 6 espacées les unes des autres circonférentiellement sont formées dans la zone d'entraînement 5 et s'étendent radialement vers l'extérieur depuis la périphérie intérieure 3 de rayon A jusqu'à un rayon d'entraînement B de la zone d'entraînement 5. La partie annulaire de la zone d'entraînement 5 qui possède les rayons B et C peut comporter un creux pour, par exemple, définir clairement la limite intérieure
radialement de la zone de frottement 4.
Sur la figure 2, le disque de rotor 10 représenté possède une forme complémentaire de celle du disque de stator 1 représenté sur la figure 1 et est, en service, disposé à côté de celui-ci axialement. Le disque de rotor comporte une zone de frottement 14 située à l'intérieur radialement qui est définie par sa périphérie intérieure 12 de rayon D' et un rayon C', et une zone d'entraînement située à l'extérieur radialement qui est définie par sa périphérie extérieure 13 de rayon A' et le rayon C'. Des rainures 16 espacées les unes des autres circonférentiellement sont définies dans la zone d'entraînement 14 et s'étendent radialement vers l'intérieur depuis la périphérie extérieure 13 du disque jusqu'à un rayon d'entraînement B' de la zone d'entraînement 15. En service, le disque de stator 1 est soumis dans sa zone de frottement 4 à un couple T dû à un contact par frottement de sa face latérale axiale, vue en plan sur la figure 1, avec la face latérale axiale du disque de rotor 10 adjacent, c'est-à-dire que la zone de frottement 4 est en contact à frottement avec la zone de frottement 14. Par conséquent, le disque de rotor 10 est soumis à un couple T' égal et opposé dans sa zone de frottement 14. Dans le disque de stator 1, le couple T est compensé par la force de réaction F appliquée aux rainures 6 par les cannelures d'un tube de couple d'un empilement de disques de frein (non représenté), dont le disque de stator 1 et le disque de rotor 10 font partie. De même, dans le disque de rotor , le couple T' est compensé par la force de réaction F' appliquée aux rainures 16 par des organes d'entraînement, tels que l'organe 26 sur la figure 2, d'une roue d'avion (non représentée) qui tourne autour du tube de couple ou
d'un moyeu de l'ensemble formant frein.
Précisément, les zones de frottement 4, 14 des disques 1, 10 doivent pouvoir résister aux contraintes exercées par les couples T, T' respectifs et également présenter des caractéristiques de frottement adéquates au niveau de leurs faces latérales axiales exposées ainsi que des caractéristiques de dissipation thermique appropriées dans leur structure interne. De même, les zones d'entraînement 4, 14 doivent pouvoir résister aux forces de contact F, F' qui s'exercent tout près du point d'application des contraintes au niveau des bords d'attaque 7, 17 respectifs
des rainures 6, 16.
En analysant la structure et l'utilisation d'un disque de frein, la présente demanderesse a défini un moyen pour renforcer la zone d'entraînement sans compromettre la zone de frottement. Grâce à un choix approprié de plis et/ou de procédés de construction associés à la superposition des plis, les disques 1, 10 de l'invention comportent une densité exprimée en proportion en volume de fibres de carbone plus importante dans les zones d'entraînement 5, que dans les zones de frottement 4, 14. La proportion en volume de fibres reste sensiblement constante dans l'ensemble des zones de frottement 4, 14 pour ainsi former une structure homogène ayant les caractéristiques de frottement et de dissipation thermique uniformes souhaitées, tout en étant capable de supporter les contraintes des couples T, T' respectifs auxquelles elle est soumise. Les zones d'entraînement 5, 15 sont armées/renforcées grâce à la proportion en volume de fibres de carbone plus importante, et les bords d'attaque 7,17 des rainures 6, 16 peuvent respectivement mieux résister aux
forces F, F' sans défaillance en compression ni délaminage.
Ceci aboutit à une structure composite finale dans laquelle la densité totale du composite est plus faible dans les zones d'entraînement que dans les zones de frottement, car la densité des fibres de carbone est en général inférieure à celle du matériau formant matrice en carbone imprégné par dépôt. La proportion en volume de fibres plus faible dans la zone de frottement signifie également que la conductivité thermique et la diffusivité thermique sont plus élevées, en particulier, dans la direction
perpendiculaire à la surface de frottement.
Dans d'autres modes de réalisation de la présente invention (non représentés), les zones d'entraînement 5, respectives sont renforcées, c'est-à-dire comportent une proportion en volume de fibres de carbone plus importante que les zones de frottement 4, 14 respectives, uniquement entre la périphérie 3, 13 de rayon A, A' des disques et le rayon d'entraînement B, B'. Ainsi, seules les parties des zones d'entraînement 5, 15, situées entre les rayons A, A' et B, B' respectifs qui sont soumises à descontraintes de compression dues aux forces F, F' sont respectivement renforcées. Ceci est souhaitable pour renforcer les parties des zones d'entraînement 5, 15, situées entre les rayons B, B' et C, C' respectifs, si l'épaisseur axiale de ces parties est réduite du fait de la présence sur les surfaces des disques de gorges/parties en creux annulaires qui
délimitent les bords des zones de frottement.
Dans des modes de réalisation encore différents de l'invention (non représentés) semblables aux modes de réalisation ci-dessus, les parties des zones d'entraînement, situées entre les rayons B, B' et C, C' respectifs, qui supportent les couples T, T' dans les zones de frottement 5, 15, ont respectivement la même structure homogène que les zones de frottement pour ainsi contribuer
à dissiper la chaleur.
Selon l'un des procédés pour préparer des disques semblables à ceux représentés sur les figures 1 et 2, des
plis faits d'un tissu en fibres de carbone alignées, c'est-
à-dire dans lequel une majorité des fibres sont disposées dans une direction commune, sont prédécoupés à partir d'une nappe et disposés les uns au-dessus des autres autour d'un mandrin central d'une monture. Lorsque la superposition est terminée, le mandrin central est ôté et l'ensemble de plis est comprimé dans un appareil de compression dont les plateaux présentent un profil étagé afin de comprimer davantage la zone d'entraînement que la zone de frottement, pour ainsi augmenter la proportion en volume de fibres de carbone de la zone d'entraînement davantage que celle de la zone de frottement. On comprendra qu'en fonction du profil étagé susmentionné des plateaux, il est possible de comprimer la totalité de la zone d'entraînement ou, d'une
manière davantage préférée, uniquement la partie de celle-
ci qui correspond aux sections arquées situées entre les rainures du disque. L'ensemble comprimé est ensuite soumis à une étape d'imprégnation par un dépôt de carbone en phase vapeur, puis le disque imprégné subit un traitement thermique à des températures de l'ordre 2 400 C pour donner la structure composite carbone-carbone finale. On soumet ensuite le disque à un usinage destiné à lui donner ses dimensions finales en formant les rainures nécessaires et en enlevant un surplus de matière des faces axiales de la
zone de frottement et/ou de la zone d'entraînement.
Dans un procédé proposé à titre de variante, l'ensemble comprimé maintenu dans l'appareil de compression ou dans une presse est soumis à un procédé d'aiguilletage pour pouvoir être ôté de l'appareil de compression ou de la presse sous la forme d'une préforme qui se tient sans
support avant carbonisation, par exemple.
Selon un autre procédé pour former un disque comme celui représenté sur la figure 1 ou sur la figure 2, un renforcement dans la zone d'entraînement est réalisé par l'introduction de plis supplémentaires discrets dans cette zone, préalablement à une étape de compression. En se référant maintenant aux figures 3a et 3b, on peut voir une coupe axiale d'une moitié supérieure d'un disque de rotor respectivement avant et après l'étape de compression des plis annulaires de celui-ci. Le disque est réalisé par une superposition de plusieurs anneaux de largeur totale 32 intercalés avec plusieurs anneaux de largeur réduite 33 associés. Les anneaux de largeur totale 32 s'étendent du rayon A' au rayon D' de la périphérie extérieure à la périphérie intérieure du disque, c'est-à-dire sur les zones d'entraînement et de frottement du disque, tandis que les anneaux de largeur réduite 33 s'étendent du rayon A' de la périphérie extérieure du disque jusqu'à un point situé entre le rayon B' de la périphérie d'entraînement et l'étendue radiale du rayon C' de la zone d'entraînement, c'est-à-dire sensiblement uniquement sur la zone d'entraînement et plus particulièrement au moins sur la partie de la zone d'entraînement, qui correspond aux
sections arquées situées entre les rainures du disque.
D'une manière caractéristique, à chaque anneau de largeur réduite 33 correspondent trois anneaux de largeur totale 32. Dans une structure proposée à titre de variante, à chaque anneau de largeur réduite 33 correspondent quatre anneaux 32. Une fois superposés, les plis sont placés dans une presse et comprimés pour avoir une largeur axiale voulue représentée schématiquement sur la coupe axiale de la figure 3b. Puis, l'ensemble de plis résultant peut être imprégné pour former la structure composite dans laquelle
des rainures peuvent ensuite être réalisées par un usinage.
Dans un autre mode de réalisation de l'invention, l'étendue radiale du renforcement supplémentaire de la zone d'entraînement est limitée à la partie de la zone d'entraînement qui est contiguë aux moyens de réaction, c'est-à-dire qu'elle ne s'étend pas jusqu'à la base de la rainure. On comprendra que le découpage de plis annulaires complets à partir d'une nappe de tissu en fibres de carbone
alignées entraîne un gaspillage considérable de matière.
Pour réduire ce gaspillage, il est souhaitable que chaque pli soit constitué de plusieurs segments radiaux comme ceux représentés sur les figures 4 et 5, qui peuvent être disposés radialement les uns par rapport aux autres pour former un anneau complet ou un anneau comportant des chevauchements en spirale. Ces segments peuvent être découpés à partir d'une nappe selon une méthode permettant de réduire le gaspillage. D'une manière caractéristique, les segments du type de celui représenté sur la figure 4 comportent des fibres de chaine alignées dans un sens, tandis que les segments du type représenté sur la figure comportent des fibres de chaîne alignées dans un autre
sens, pour qu'elles soient perpendiculaires entre elles.
Pour fabriquer un disque de frein, des anneaux de largeur totale 32 constitués de segments comme ceux représentés sur les figures 4 et 5 sont respectivement juxtaposés les uns aux autres. Des anneaux de largeur réduite 33, ou des segments de largeur réduite de ceux-ci (non représentés) intercalés dont les fibres sont alignées dans une direction commune sont disposés comme illustré sur les figures 4 et , sont intercalés de la même manière avec des segments de largeur totale d'une manière régulière pour faciliter l'augmentation finale souhaitée de la proportion en volume
de fibres.
La figure 6 représente schématiquement la relation entre l'organe de réaction 41, la rainure 40 et l'étendue radiale du renforcement supplémentaire d'un disque de stator. Ainsi, comme cela est visible sur les figures 2 et 6, l'étendue radiale de la zone contenant la plus grande proportion en volume de fibres peut aller radialement du rayon A, A' de la périphérie d'entraînement jusqu'au rayon F, F' de l'organe de réaction 41, jusqu'à la base de la rainure B, B', jusqu'au bord de la zone de frottement C, C' ou Jusqu'à une position radiale E, E' située entre C, C' et B, B', ce qui correspond respectivement à des zones
22 et 42, 23 et 43, 25 et 45 et 24 et 44.
Pour améliorer encore le renforcement de la zone d'entraînement du disque, il a été suggéré qu'une imprégnation par un phosphate d'aluminium au cours de la fabrication augmenterait d'une manière souhaitable les caractéristiques de résistance aux contraintes de la zone
d'entraînement.
La description suivante porte sur des exemples de
disques de frein fabriqués par la présente demanderesse pour vérifier empiriquement l'amélioration de la résistance des disques renforcés de l'invention comparativement aux disques standards qui présentent une structure homogène
dans leurs deux zones de frottement et d'entraînement.
EXEMPLE 1
On a fabriqué un disque de stator segmenté ayant un diamètre périphérique extérieur de 34 cm (13,420 pouces) (rayon D x 2), un diamètre périphérique intérieur de 14,6 cm (5,755 pouces) (rayon A x 2) et une épaisseur t égale à 4,57 cm (1,800 pouce) à partir de segments découpés dans un non-tissé en carbone de 400 grammes par mètre carré et orientés comme illustré sur les figures 4 et 5, en utilisant 612 grammes de segments à 0 et 612 grammes de segments à 90 . En outre, des anneaux de 13,97 cm (5,500 pouces) de diamètre intérieur et de 19,5 cm (7,680 pouces) de diamètre extérieur ont été découpés à partir du même non-tissé pour être incorporés à intervalles au cours de la formation par superposition du disque afin d'augmenter la proportion en volume de fibres dans la partie de la zone d'entraînement, correspondant aux sections arquées situées entre les rainures du disque. Le diamètre intérieur des anneaux de largeur réduite a été découpé de manière à être légèrement inférieur à la périphérie intérieure du disque pour tenir compte d'un étirement du non-tissé au cours de
la superposition.
Quatre couches de segments ont été superposées en spirale autour d'un mandrin central, suivies par une couche formée de l'anneau de largeur réduite orienté dans la direction de référence 0 . Quatre autres couches de segments ont été placées autour du mandrin, et un autre anneau de largeur réduite a été placé par-dessus celles-ci suivant une orientation de 350 par rapport à l'orientation du premier anneau de largeur réduite. Cette méthode de superposition a été répétée jusqu'à ce que tous les segments aient été utilisés, les anneaux de largeur réduite étant positionnés toutes les quatre couches suivant un angle de 35 par rapport à l'anneau de largeur réduite précédent. Une fois la superposition terminée, le mandrin a été ôté et l'ensemble de plis a été comprimé dans un appareil approprié pour atteindre une proportion en volume de fibres de 20% dans la majeure partie de l'ensemble et de 25% dans
la zone d'entraînement proche du diamètre intérieur.
L'ensemble a été imprégné de carbone par un dépôt chimique en phase vapeur, extrait de l'appareil de compression et imprégné à nouveau pour atteindre une densité supérieure à 1,8 gramme par centimètre cube. Le disque imprégné a ensuite été soumis à un traitement thermique jusqu'à une température de 2 400 C sous une atmosphère inerte, puis usiné pour avoir ses dimensions finales.
EXEMPLE 2
On a fabriqué un disque de stator ayant un diamètre périphérique extérieur de 28,67 cm (11,29 pouces) (rayon D x 2), un diamètre périphérique intérieur de 11,96 cm (4,71 pouces) (rayon A x 2) et une épaisseur t de 1,82 cm (0,720 pouce) & partir d'anneaux de largeur totale découpés en segments de non-tissé de carbone de 400 grammes par mètre carré, en utilisant 352 grammes de non-tissé. En outre, des anneaux de 11,4 cm (4,50 pouces) de diamètre intérieur et de 15,7 cm (6,20 pouces) de diamètre extérieur ont été découpés à partir du même non-tissé pour être incorporés à intervalles au cours de la formation par superposition du disque afin d'augmenter la proportion en volume de fibres dans les parties arquées de la zone d'entraînement situées entre les rainures du disque. Le diamètre intérieur des anneaux de largeur réduite a été découpé de manière à être légèrement inférieur à la périphérie intérieure du disque pour tenir compte d'un
étirement du non-tissé au cours de la superposition.
Quatre couches d'anneaux de largeur totale ont été superposées autour d'un mandrin central, c'est-à-dire suivant une orientation relative de 0o/90 /35 /125 , suivies par une couche formée par l'anneau de largeur réduite disposé suivant la même orientation que l'anneau de largeur totale précédent. Quatre autres couches d'anneaux de largeur totale ont été placées autour du mandrin en conservant une séquence d'orientation de 0 /90 /35 /125 , et un autre anneau de largeur réduite a été placé par dessus celles-ci suivant la même orientation que l'anneau de largeur totale précédent. Cette méthode de superposition a été répétée jusqu'à ce que tous les segments aient été utilisés, les anneaux de largeur réduite
étant positionnés toutes les quatre couches.
Une fois la superposition terminée, le mandrin a été ôté et l'ensemble de plis a été comprimé dans un appareil approprié pour atteindre une proportion en volume de fibres de 20% dans la majeure partie du disque et une proportion en volume de fibres de 25% dans la zone d'entraînement proche du diamètre intérieur. L'ensemble a été imprégné de carbone par un dépôt chimique en phase vapeur, extrait de l'appareil de compression et imprégné à nouveau pour atteindre une densité supérieure à 1,8 gramme par centimètre cube. Ensuite, le disque imprégné a été soumis à un traitement thermique jusqu'à une température de 2 400 C sous une atmosphère inerte, puis usiné pour avoir ses
dimensions finales.
EXEMPLE 3
On a fabriqué un disque de stator ayant un diamètre périphérique extérieur de 28,6 cm (11,29 pouces) (rayon D x 2), un diamètre périphérique intérieur de 11,9 cm (4,71 pouces) (rayon A x 2) et une épaisseur t égale à 1,8 cm (0,720 pouce) à partir d'anneaux de largeur totale découpés dans un non-tissé en carbone de 400 grammes par mètre carré, en utilisant 352 grammes de non-tissé. De plus, des anneaux de 11,4 cm (4,50 pouces) de diamètre intérieur et de 15,7 cm (6,20 pouces) de diamètre extérieur ont été découpés à partir du même non- tissé pour être incorporés à intervalles au cours de la formation par superposition du disque afin d'augmenter la proportion en volume de fibres des parties arquées de la zone d'entraînement situées entre les rainures du disque. Le diamètre intérieur des anneaux de largeur réduite a été découpé de manière à être légèrement inférieur à la périphérie intérieure du disque pour tenir compte d'un étirement du non- tissé au
cours de la superposition.
Trois couches d'anneaux de largeur totale ont été superposées autour d'un mandrin central, c'est-à-dire suivant une orientation relative de 0 /90 /35 , suivies par une couche formée de l'anneau de largeur réduite orienté suivant la même direction que l'anneau de largeur totale précédent. Trois autres couches d'anneaux de largeur totale ont été placées autour du mandrin en conservant la séquence d'orientation de 0'/90'/35', et un autre anneau de largeur réduite a été placé par-dessus celles-ci suivant la même orientation que l'anneau de largeur totale précédent. Cette méthode de superposition a été répétée jusqu'à ce que tous les anneaux aient été utilisés, les anneaux de largeur
réduite étant positionnés toutes les trois couches.
Une fois la superposition terminée, le mandrin a été ôté et l'ensemble de plis a été comprimé dans un appareil approprié pour atteindre une proportion en volume de fibres de 20% dans la majeure partie du disque et une proportion en volume de fibres de 27% dans la zone d'entraînement proche du diamètre intérieur. L'ensemble a été imprégné de carbone par un dépôt chimique en phase vapeur, extrait de l'appareil de compression et imprégné à nouveau pour atteindre une densité supérieure à 1,8 gramme par centimètre cube. Le disque imprégné a ensuite été soumis à un traitement thermique jusqu'à une température de 2 400'C sous une atmosphère inerte, puis usiné pour avoir ses
dimensions finales.
EXEMPLE 4
On a fabriqué un disque de stator ayant un diamètre périphérique extérieur de 34 cm (13,420 pouces) (rayon D x 2), un diamètre périphérique intérieur de 14,6 cm (5,755 pouces) (rayon A x 2) et une épaisseur t égale à 4,5 cm
(1,80 pouce) à partir de segments découpés dans un non-
tissé en carbone de 400 grammes par mètre carré et orientés comme illustré sur les figures 4 et 5, en utilisant 612
grammes de segments à 0 et 612 grammes de segments à 90'.
On a réalisé le disque stratifié par une superposition en spirale en alternant les segments à 0 et les segments à autour d'un mandrin central. Une fois la superposition terminée, le mandrin a été ôté et l'ensemble de plis a été placé entre deux plateaux comportant des gradins identiques au niveau du diamètre intérieur pour créer une augmentation locale de la proportion en volume de fibres dans les parties arquées de la zone d'entraînement situées entre les rainures, lorsque l'ensemble a été comprimé dans un
appareil approprié.
Après compression, la proportion en volume de fibres était de 20% dans les zones de frottement et de 25% dans la zone d'entraînement du fait de la compression locale supplémentaire. Le gradin formé dans chaque plateau avait une hauteur de 0,45 cm (0,180 pouce), un diamètre extérieur de 19,36 cm (7,625 pouces) et un diamètre intérieur de 14,6 cm (5,775 pouces). Un rayon a été usiné dans le diamètre extérieur au niveau des 0,25 cm (0,10 pouce) supérieurs afin d'atténuer la transition du volume de fibres au niveau du bord de la zone d'entraînement du disque. L'ensemble a été imprégné de carbone par un dépôt chimique en phase vapeur, extrait de l'appareil de compression et imprégné à nouveau pour atteindre une densité supérieure à 1,8 gramme par centimètre cube. Il a ensuite été soumis à un traitement thermique jusqu'à une température de 2 400 C sous une atmosphère inerte, puis usiné pour avoir ses
dimensions finales.
EXEMPLE 5
On a fabriqué un disque de stator "homogène" standard ayant un diamètre périphérique intérieur de 11,9 cm (4,71 pouces), un diamètre périphérique extérieur de 28,6 cm (11,29 pouces) et une épaisseur de 1,8 cm (0,720 pouce) à partir d'anneaux découpés dans un non-tissé en carbone de 400 grammes par mètre carré, en utilisant 352 grammes de non- tissé. Les anneaux ont été superposés suivant une séquence d'orientation de 0 /90 /35 autour d'un mandrin central jusqu'à utilisation de tous les anneaux. Une fois la superposition terminée, le mandrin a été ôté et l'ensemble de plis a été comprimé dans un appareil approprié pour atteindre une proportion en volume de fibres homogène de 20% dans l'ensemble du disque. L'ensemble de plis a ensuite été imprégné de carbone par un dépôt chimique en phase vapeur, extrait de l'appareil de compression et imprégné à nouveau pour atteindre une densité supérieure à 1,8 gramme par centimètre cube. Le disque imprégné a ensuite été soumis à un traitement thermique jusqu'à une température de 2 400 C sous une atmosphère inerte, puis usiné pour avoir ses dimensions
finales.
Les disques des Exemples 2, 3 et 5 ont été soumis à des tests destinés à établir les résistances comparatives relatives de leurs zones d'entraînement. Pour ce faire, une section découpée à partir de chaque disque peut être montée sur un dynamomètre, un couple étant appliqué pour soumettre la zone d'entraînement à une contrainte jusqu'à la rupture, afin de simuler ainsi la contrainte engendrée au cours de l'actionnement du frein. Les résultats de six tests réalisés sur des échantillons de zones d'entraînement prélevés sur chacun des disques des Exemples 2, 3 et 5 sont indiqués dans le tableau suivant, chacun des échantillons
de zones d'entraînement ayant été testé jusqu'à la rupture.
% en volume de fibres dans la zone Couple en Nm (b.ft) à la rupture Moyenne d'entraînement 2 3 4 5 6
1 2 3 4 5 6
Exemple 20 307,8 337,5 282 338,8 344,2 315,9 321,3
(228) (250) (209) (251) (255) (234) (238)
Exemple 25 534,6 540 503,5 437,4 552,2 475,2 490
2 (396) (400) (373) (324) (335) (352) (363)
Exemple 27 544 529,2 534,6 541,3 457,6 460,3 510
3 (403) (392) (396) (401) (339) (341) (378)
Comme cela ressort des résultats du tableau ci-dessus, l'augmentation de la proportion en volume de fibres dans la partie de la zone d'entraînement, située entre les rainures, proposée par l'invention aboutit à une structure stratifiée sensiblement plus robuste que la structure homogène et uniforme classique d'un disque, comme celui de
l'Exemple 5.
Bien que la description précédente ait porté sur des
modes de réalisation préférés de la présente invention, celle-ci n'est bien entendu pas limitée aux exemples particuliers décrits et illustrés ici, et l'homme de l'art comprendra aisément qu'il est possible d'y apporter de nombreuses variantes et modifications sans pour autant
sortir du cadre de l'invention.
Claims (23)
1. Disque de frein destiné à être utilisé dans un frein à disques multiples, comportant une zone de frottement annulaire (14) adaptée pour, en service, avoir une surface de frottement annulaire disposée au niveau d'une face latérale axiale du disque, et, située radialement par rapport à la zone de frottement, une zone d'entraînement périphérique sensiblement annulaire (15) comprenant des parties arquées (13) séparées par plusieurs rainures espacées circonférentiellement (16) qui s'étendent radialement depuis la périphérie d'entraînement de la zone d'entraînement, éloignée de la zone de frottement, et adaptée pour, en service, transmettre le couple généré au niveau de la surface de frottement à au moins un organe de réaction d'un ensemble associé formé d'une roue et d'un frein, le disque comprenant en outre de multiples plis (32,33) qui sont chacun sensiblement parallèles à la surface de frottement et qui comprennent chacun un assemblage de fibres, les multiples plis et les fibres qu'ils contiennent étant assembles par adhérence les uns avec les autres à l'aide d'un matériau formant matrice, le disque étant caractérisé en ce qu'à l'intérieur d'une section radiale ou d'un secteur radial (14), la proportion en volume de fibres est sensiblement constante, et en ce que la proportion en volume de fibres dans un secteur radial (15) positionné à proximité du rayon de la périphérie d'entraînement est plus importante que la proportion en volume de fibres dans une section radiale positionnée à proximité du rayon de la périphérie de non entraînement, pour former un disque de frein composite dans lequel la résistance, d'une manière caractéristique la résistance à la compression, du matériau composite est plus élevée au voisinage du rayon de la périphérie d'entraînement qu'au voisinage du rayon de la périphérie de non entraînement, afin d'améliorer ainsi des caractéristiques de résistance à des contraintes
tangentielles dans les parties arquées du disque composite.
2. Disque de frein destiné à être utilisé dans un frein à disques multiples, comportant une zone de frottement annulaire (14) adaptée pour, en service, avoir une surface de frottement annulaire disposée au niveau d'une face latérale axiale du disque, et, située radialement par rapport à la zone de frottement, une zone d'entraînement périphérique sensiblement annulaire (15) comprenant des parties arquées (13) séparées par plusieurs rainures espacées circonférentiellement (16) qui s'étendent radialement depuis la périphérie d'entraînement de la zone d'entraînement, éloignée de la zone de frottement, et adaptée pour, en service, transmettre le couple généré au niveau de la surface de frottement à au moins un organe de réaction d'un ensemble associé formé d'une roue et d'un frein, le disque comprenant en outre de multiples plis (32,33) qui sont chacun sensiblement parallèles à la surface de frottement et qui comprennent chacun un assemblage de fibres, les multiples plis et les fibres qu'ils contiennent étant assemblés par adhérence les uns avec les autres à l'aide d'un matériau formant matrice, le disque étant caractérisé en ce qu'à l'intérieur d'une section radiale ou d'un secteur radial (14) la proportion en volume de fibres est sensiblement constante, et en ce que la proportion en volume de fibres dans un secteur radial (15) positionné à proximité du rayon de la périphérie d'entraînement est supérieure à la proportion en volume de fibres dans une section radiale positionnée à proximité du rayon de la périphérie de non entraînement pour former un disque de frein composite dans lequel la conductivité thermique est plus grande dans la zone de
frottement annulaire que dans la zone d'entraînement.
3. Disque de frein selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que la largeur annulaire du secteur radial positionné à proximité du rayon de la périphérie d'entraînement est au moins sensiblement égale à la profondeur radiale de la face de contact de l'organe de réaction.
4. Disque de frein selon l'une quelconque des
revendications précédentes, caractérisé en ce que la
section radiale située à proximité du rayon de la périphérie de non entraînement s'étend sur la totalité de la zone de frottement, et en ce que la proportion en volume de fibres dans l'ensemble de la zone d'entraînement périphérique est supérieure à celle de la zone de
frottement.
5. Disque de frein selon l'une quelconque des
revendications précédentes, caractérisé en ce qu'un
renforcement des parties arquées est réalisé au cours de la fabrication de la structure composite par un compactage axial des plis superposés dans une partie au moins de la zone d'entraînement, plus important que de ceux de la zone de frottement, préalablement à un assemblage par adhérence
des plis.
6. Disque de frein selon l'une quelconque des
revendications précédentes, caractérisé en ce que la
structure composite est renforcée dans la totalité des
parties arquées.
7. Disque de frein selon l'une quelconque des
revendications précédentes, caractérisé en ce que 50% au
moins des fibres contenues dans chaque pli sont disposées
dans une direction commune.
8. Disque de frein selon l'une quelconque des
revendications précédentes, caractérisé en ce que les
fibres sont des fibres de carbone et la structure composite
est une structure composite carbone-carbone.
9. Disque de frein selon l'une quelconque des
revendications précédentes, caractérisé en ce que la
proportion en volume de fibres dans la zone d'entraînement est d'au moins 10% supérieure à la proportion en volume de
fibres dans la zone de frottement.
10. Disque de frein selon l'une quelconque des
revendications précédentes, caractérisé en ce que certaines
au moins des fibres de la zone d'entraînement sont faites d'un matériau différent de celui des fibres qui renforcent
la zone de frottement.
11. Disque de frein selon la revendication 1, caractérisé en ce que des plis de fibres (32) d'un premier type s'étendent sur la totalité de la largeur annulaire du disque, tandis que des plis de fibres (33) d'un second type contigus aboutissant au rayon de la périphérie d'entraînement s'étendent sur une partie seulement de la largeur annulaire du disque, et en ce que dans une partie au moins de la zone périphérique d'entraînement, quatre plis (32) du premier type au maximum sont empilés les uns à côté des autres axialement, les empilements successifs
étant séparés axialement par un pli (33) du second type.
12. Disque de frein selon la revendication 1, caractérisé en ce que chaque pli a une majorité de ses fibres respectives disposées dans une direction commune, en ce que deux premiers plis d'un premier type adjacents s'étendent sur la totalité de la largeur annulaire du disque et sont disposés de façon que leurs fibres alignées respectives soient orientées perpendiculairement les unes par rapport aux autres, tandis que deux seconds plis du premier type sont positionnés à proximité des deux premiers et disposés de façon que leurs fibres alignées soient orientées suivant un certain angle par rapport aux fibres alignées des deux premiers plis, et en ce qu'à intervalles réguliers un pli annulaire de fibres d'un second type contigu au rayon de la périphérie d'entraînement et s'étendant sur une partie seulement de la largeur annulaire du disque, est positionné suivant un alignement angulaire
régulier avec le premier pli adjacent.
13. Disque de frein selon la revendication 12,
caractérisé en ce que ledit angle est de 35 .
14. Préforme en fibres de carbone stratifiée, caractérisée en ce qu'elle est adaptée pour être utilisée dans le disque de frein selon l'une quelconque des
revendications précédentes.
15. Procédé pour fabriquer un disque de frein en matériau composite renforcé de fibres, sensiblement annulaire comportant une zone de frottement annulaire adaptée pour, en service, avoir une surface de frottement annulaire disposée axialement par rapport au disque, et, située radialement par rapport à la zone de frottement, une zone d'entraînement périphérique sensiblement annulaire comprenant des parties arquées séparées par plusieurs rainures espacées circonférentiellement qui s'étendent radialement depuis la périphérie d'entraînement de la zone d'entraînement, éloignée de la zone de frottement, et adaptée pour, en service, transmettre le couple généré au niveau de la surface de frottement à au moins un organe de réaction d'un ensemble associé formé d'une roue et d'un frein, selon lequel de multiples plis sensiblement annulaires sont superposés coaxialement les uns par rapport aux autres, les plis comprenant chacun un assemblage de fibres, procédé qui est caractérisé en ce que les plis superposés sont compactés axialement entre les plateaux d'un appareil de compression pour former un ensemble de plis dans lequel la proportion en volume de fibres à l'intérieur d'une section radiale ou d'un secteur radial est sensiblement constante et la proportion en volume de fibres dans un secteur radial positionné à proximité du rayon de la périphérie d'entraînement est supérieure à la proportion en volume de fibres d'une section radiale positionnée à proximité du rayon de la périphérie de non entraînement; et en ce que l'ensemble de plis et les fibres qu'ils contiennent sont imprégnés et assemblés par adhérence les uns avec les autres par un matériau formant matrice pour former un disque de frein composite dans lequel la résistance à la compression du matériau composite est plus élevée au voisinage du rayon de la périphérie d'entraînement qu'au voisinage du rayon de la périphérie de non entraînement, afin d'améliorer ainsi des caractéristiques de résistance à des contraintes
tangentielles dans les parties arquées du disque composite.
16. Procédé selon la revendication 15, caractérisé en ce que les fibres sont faites d'un matériau précurseur de fibres de carbone qui est ensuite converti en fibres de carbone.
17. Procédé selon la revendication 15 ou 16, caractérisé en ce que l'un au moins des plateaux de l'appareil de compression présente un profil étagé adapté pour comprimer axialement la zone d'entraînement davantage
que la zone de frottement.
18. Procédé pour fabriquer un disque de frein en matériau composite renforcé de fibres, sensiblement annulaire, comportant une zone de frottement annulaire adapté pour, en service, avoir une surface de frottement annulaire disposée axialement par rapport au disque, et, située radialement par rapport à la zone de frottement, une zone d'entraînement périphérique sensiblement annulaire comprenant des parties arquées séparées par plusieurs rainures espacées circonférentiellement qui s'étendent radialement depuis la périphérie d'entraînement de la zone d'entraînement, éloignée de la zone de frottement, et adaptée pour, en service, transmettre le couple généré au niveau de la surface de frottement à au moins un organe de réaction d'un ensemble associé formé d'une roue et d'un frein, selon lequel plusieurs segments de plis sensiblement annulaires comprenant chacun un assemblage de fibres sont disposés radialement pour former un anneau hélicoïdal, des segments adjacents à l'intérieur de l'anneau hélicoïdal comportant des fibres de chaque segment disposées suivant un certain angle par rapport aux fibres de segments adjacents en contact hélicoïdalement, procédé qui est caractérisé en ce que les plis superposés sont compactés axialement entre les plateaux d'un appareil de compression pour former un ensemble de plis dans lequel la proportion en volume de fibres à l'intérieur d'une section radiale ou d'un secteur radial est sensiblement constante et la proportion en volume de fibres dans un secteur radial positionné à proximité du rayon de la périphérie d'entraînement est supérieure à la proportion en volume de fibres d'une section radiale positionnée à proximité du rayon de la périphérie de non entraînement; et en ce que l'ensemble de plis et les fibres qu'ils contiennent sont imprégnés et assemblés par adhérence les uns avec les autres par un matériau formant matrice pour former un disque de frein composite dans lequel la résistance à la compression du matériau composite est plus élevée au voisinage du rayon de la périphérie d'entraînement qu'au voisinage du rayon de la périphérie de non entraînement afin d'améliorer ainsi des caractéristiques de résistance à des contraintes tangentielles dans les parties arquées
du disque composite.
19. Procédé selon la revendication 18, caractérisé en
ce que l'angle est sensiblement égal à 900.
20. Procédé selon l'une quelconque des revendications
à 19, caractérisé en ce qu'il comprend l'étape supplémentaire qui consiste en un aiguilletage de l'ensemble de plis pour réaliser une préforme consolidée qui se tient sans support et qui peut être extraite de l'appareil de compression sur lequel elle a été initialement formée par superposition, préalablement à une
imprégnation par le matériau formant matrice du composite.
21. Procédé selon l'une quelconque des revendications
à 19, caractérisé en ce qu'il comprend l'étape supplémentaire qui consiste en un aiguilletage de l'ensemble de plis, uniquement à l'intérieur de la zone d'entraînement.
22. Disque de frein selon l'une quelconque des
revendications 1 à 13, caractérisé en ce qu'il comprend un
matériau composite carbone-carbone formé à l'aide d'un
procédé de dépôt chimique en phase vapeur.
23. Disque de frein selon l'une quelconque des
revendications 1 à 13 ou la revendication 22, caractérisé
en ce que la zone d'entraînement est imprégnée de phosphate
d'aluminium au cours de la fabrication.
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