FR2806138A1 - Colonnette et frein a disque comportant une telle colonnette - Google Patents
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Abstract
La présente invention se rapporte principalement à une colonnette pour frein à disque et à un frein à disque, notamment du type à étrier flottant, comportant une telle colonnette.Un frein à disque selon la présente invention comporte au moins une colonnette (1) munie d'un coussinet (7) d'amortissement radial disposé sur une partie de la longueur de la colonnette (1) et minimisant, ou avantageusement évitant les contacts directs entre la colonnette (1) et la paroi de sa cavité de réception (17), typiquement un alésage de guidage en translation. Avantageusement, le coussinet (7) est disposé en bout de colonnette (1). La réduction de bruit est particulièrement efficace lors de la mise en oeuvre d'un coussinet (7) entré à force et comprimé entre la surface radialement interne de l'alésage et la surface radialement externe de la colonnette. Avantageusement, le coussinet (7) est complété par deux éléments (43) d'amortissement disposés entre les colonnettes et la chape et/ou l'étrier. La présente invention s'applique notamment à l'industrie automobile. La présente invention s'applique principalement à l'industrie de systèmes de freinage.
Description
COLONNETTE ET FREIN A DISQUE COMPORTANT UNE TELLE COLONNETTE La présente invention se rapporte principalement à une colonnette pour frein à disque et à un frein à disque, notamment du type à étrier flottant, comportant une telle colonnette. Le frein à disque à étrier flottant comporte habituellement une ou plusieurs colonnettes assurant le guidage en translation de l'étrier par rapport à la chape lors du freinage avec application d'un signal de commande et lors du défreinage, lors du relâchement de la commande de freinage. Le déplacement sur commande d'un piston par rapport à l'étrier applique un premier élément de friction, typiquement une plaquette sur une première face principale d'un disque d'un frein à disque. La réaction mécanique provoque le recul de l'étrier guidé par la ou les colonnette(s) avec application d'un deuxième élément de friction, typiquement d'une deuxième plaquette sur la seconde face principale du disque opposée à ladite première face principale. Malheureusement, un guidage lâche (avec jeu) provoque du bruit et des vibrations alors qu'un guidage sans jeu oppose une grande résistance qui est particulièrement gênante lors du défreinage (relâchement de la commande sur le piston) avec application non désirée des plaquettes sur le disque et par suite un freinage non désiré diminuant les performances du véhicule et augmentant la consommation de carburant et l'usure des plaquettes et du disque. C'est par conséquent un but de la présente invention d'offrir un frein à .disque engendrant peu de bruit et de vibration. Ce but est atteint par un frein à disque selon la présente invention dont au moins une colonnette est munie d'un coussinet d'amortissement radial disposé sur une partie de la longueur de la colonnette et minimisant, ou avantageusement évitant les contacts directs entre la colonnette et la paroi de sa cavité de réception, typiquement un alésage de guidage en translation. Avantageusement, le coussinet est disposé en bout de colonnette. La réduction de bruit est particulièrement efficace lors de la mise en #uvre d'un coussinet entré à force et comprimé entre la surface radialement interne de l'alésage et la surface radialement externe de la colonnette. Avantageusement, le coussinet est complété par deux éléments d'amortissement disposés entre les colonnettes et la chape et/ou l'étrier. C'est également un but de la présente invention d'offrir un frein à disque permettant l'écartement des plaquettes par rapport au disque, en l'absence de commande de freinage, typiquement hydraulique. Ce but est atteint en minimisant la résistance au coulissement axial relatif de la colonnette par rapport à sa cavité de réception, typiquement par rapport à l'alésage de guidage. Avantageusement, le frein à disques selon la présente invention comporte des moyens de guidage en translation, avec une course limitée du coussinet sur la colonnette. De manière avantageuse, le glissement limité du coussinet sur la colonnette s'effectue avec une résistance faible par rapport à celle du glissement du coussinet à l'intérieur de l'alésage de réception et de guidage de la colonnette. C'est aussi un but de la présente invention d'offrir un frein à disque présentant une excellente efficacité de freinage. Ce but est atteint par la mise en couvre de moyens d'application, typiquement hydrauliques des éléments de friction sur le disque capables d'engendrer une force nettement supérieure à la force correspondant à la résistance par frottements de la face radialement externe du capuchon sur la face radialement interne de l'alésage, notamment lorsque le capuchon est en butée sur la colonnette. L'invention a principalement pour objet une colonnette de guidage axial en translation rectiligne d'un étrier par rapport à une chape comportant un coussinet d'amortissement radial dont l'extension radiale à l'endroit de son montage sur le corps de la colonnette est supérieure à l'extension radiale du corps de la colonnette caractérisée en ce qu'elle comporte des moyens de guidage axial du coussinet par rapport au corps de la colonnette sur une course 1 limitée, non nulle. L'invention a également pour objet une colonnette caractérisée en ce que les moyens de guidage axial du coussinet par rapport au corps de la colonnette comportent une gorge ayant une extension axiale L supérieure à l'extension axiale 1 du coussinet. L'invention a aussi pour objet une colonnette caractérisée en ce que la gorge a une section en U et en ce que le coussinet a, vu en coupe transversale, une forme annulaire. L'invention a aussi pour objet une colonnette caractérisée en ce que le coussinet est réalisé en élastomère, notamment en EPDM. L'invention a aussi pour objet une colonnette caractérisée en ce que le coussinet a une dureté comprise entre 60 Shore A et 80 Shore A. L'invention a aussi pour objet une colonnette caractérisée en ce que la course axiale j du coussinet par rapport au corps de la colonnette est comprise entre 0,2 et 5 mm. L'invention a aussi pour objet une colonnette caractérisée en ce que la course axiale i du coussinet par rapport au corps de la colonnette est comprise entre 0,3 et 3 mm. L'invention a également pour objet un frein à disque à étrier flottant caractérisé en ce qu'il comporte au moins une colonnette assurant un guidage en translation rectiligne d'un étrier par rapport à une chape. L'invention a aussi pour objet un frein à disque caractérisé en ce qu'il comporte une chape munie d'un alésage de guidage de la colonnette solidarisée avec l'étrier. L'invention a aussi pour objet un frein à disque caractérisé en ce qu'il comporte trois éléments non alignés assurant l'amortissement et l'isolement de l'équipage mobile comportant l'étrier par rapport à la partie stationnaire du frein, le coussinet formant un desdits trois éléments non alignés. 4 La présente invention sera mieux comprise au moyen de la description ci-après et des figures annexées données comme des exemples non limitatifs et sur lesquels - la figure la est une vue en coupe de l'exemple préféré de réalisation de la colonnette selon la présente invention dans sa cavité de réception dans une première condition correspondant par exemple à un freinage ; - la figure lb est une vue analogue d'une variante de réalisation d'une colonnette selon la présente invention dans une condition correspondant par exemple à un défreinage ; - la figure 2 est une vue en coupe d'une variante de réalisation de colonnette selon l'invention ; - la figure 3 est une vue en plan, avec arrachement partiel de l'exemple préféré de réalisation d'un frein à disque selon la présente invention ; - la figure 4 comporte les courbes comparatives illustrant les performances des colonnettes selon la présente invention ainsi que des colonnettes de type connu.
Sur les figures 1 à 4, on a utilisé les mêmes références pour désigner les mêmes éléments. Sur les figures 1 a et 1 b, on peut voir une colonnette 1 selon la présente invention munie à proximité d'une extrémité libre 3 d'une gorge annulaire 5 ayant une section, de préférence, en U. La gorge 5 reçoit un coussinet 7 d'amortissement avantageusement annulaire dont une face cylindrique 9 radialement interne prend appui sur un fond 11 avantageusement cylindrique de la gorge 5 en U et dont une face cylindre, radialement externe 13 prend appui sur la paroi 15, avantageusement cylindrique.d'un alésage 17 de réception et de guidage de la colonnette 1. Toutefois, il est bien entendu que la mise en oeuvre d'autres formes de coussinets d'amortissement 7 adaptées à la forme de la paroi 15 délimitant l'alésage 17 ainsi que de l'élément 5 de réception sur la colonnette ne sort pas du cadre de la présente invention. L'alésage 17 peut par exemple avoir, en coupe perpendiculaire à l'axe 19, une forme elliptique ovale ou autre alors que la colonnette 1 peut être munie d'une gorge 5 polygonale elliptique ou autre. Le coussinet 7 est délimité axialement, selon un axe 19 de la colonnette 1 et, de l'alésage 17 par un premier flanc 21 orienté vers l'extrémité libre 3 et un second flanc 23 axialement opposé. Dans l'exemple préféré de réalisation, les flancs 21 et 23 sont situés dans deux plans mutuellement parallèles et perpendiculaires à l'axe 19. La distance entre les flancs 21 et 23 définit la longueur 1 du coussinet 7. La gorge 5 a une longueur axiale L supérieure à la longueur axiale 1 du coussinet 7 de manière à ménager un jeu axial j dont la valeur, le coussinet d'amortissement 7 étant monté dans la gorge 5 de la colonnette 1, correspond à au moins une partie, de préférence à au moins la totalité, du trajet que fait au moins un des éléments de friction, typiquement une plaquette, pour s'écarter du disque lors du défreinage. Le jeu i est par exemple compris entre 0,1 mm et 10 mm, de manière préférée compris entre 0,2 mm et 5mm, de manière encore préférée compris entre 0,3 mm et 3 mm, par exemple égal à 1 ou 2 mm. Il est à noter que le jeu Z doit subsister après montage et à des températures usuelles de fonctionnement du frein selon la présente invention. Ainsi, les diverses pièces sont dimensionnées pour tenir compte de jeux de montage nécessaires ainsi que d'éventuelles dilatations différentielles entre les pièces. La colonnette 1 est réalisée en un matériau présentant une bonne rigidité telle que de l'acier, par exemple de l'acier. L'étrier ou la chape dans laquelle est pratiqué l'alésage 17 est réalisé en alliage d'aluminium ou en fonte, par exemple en fonte GS 57. Le coussinet 7 est réalisé en un matériau dont le contact avec la paroi 15 ne provoque pas de bruit ou de vibration. Le matériau du coussinet 7 est choisi de manière à ce qu'on minimise, ou, avantageusement on évite les contacts entre la colonnette 1 et la paroi 15 de l'alésage 17 même lorsque l'équipage mobile comportant la colonnette est soumis à des accélérations. On évite ainsi les vibrations et le bruit appelé couramment dans la technique par sa dénomination anglo-saxonne rattle <I>noise.</I> En d'autres termes, le coussinet 7 est peu compressible en direction radiale par rapport à l'axe 19 de manière à ce que cette compression, notamment en réponse à une accélération subie par la colonnette 1, tout au moins pour les valeurs courantes 6 d'accélération, soit inférieure à la distance moyenne séparant la face radialement externe de la colonnette 1 de la paroi 15 radialement interne de l'alésage 17. Avantageusement, le coussinet 7 est réalisé en un matériau élastique et/ou absorbant les vibrations telles que les matières plastiques, ou, avantageusement les élastomères ou leurs mélanges. On utilise avantageusement du EPDM ayant une dureté comprise entre 60 Shore A et 80 Shore A par exemple égal à 75 Shore A. Après un défreinage, au repos, la colonnette 1 selon la présente invention munie de son coussinet 7 se trouve dans la condition illustrée sur la figure lb dans laquelle la colonnette 1 est dans la position la plus à droite possible par rapport à l'alésage 17. L'avancement vers la gauche de la figure, selon la flèche 25 de l'équipage mobile comportant la colonnette 1 est assuré en freinage normal par des moyens hydrauliques non représentés . Lors de l'actionnement du frein de parking, l'équipage mobile est entraîné par un mécanisme de frein à main (non représenté). La colonnette 1 parcourt tout d'abord, selon la flèche 25, une trajectoire sensiblement égale au jeu!, le coussinet 7 étant immobile ou sensiblement immobile par rapport à l'alésage 17. Ensuite, le flanc 21 vient en butée sur le bord radial de la gorge 5 en U situé du côté de l'extrémité 3. Il en résulte que le déplacement ultérieur éventuel de la colonnette 1, selon la flèche 25 entraîne le coussinet 7 selon la flèche 25 dans l'alésage 17. Par exemple, lors du freinage, le coussinet 7 se trouve dans la condition illustrée sur la figure<B>l</B>a. Lors du défreinage, l'équipage mobile comportant la colonnette 1 se déplace selon la flèche 27 dont la direction est opposée à. celle de la flèche 25. Dans un premier temps, sur une distance égale au jeu j, le fond 11 de la gorge 5 glisse sur la paroi radialement interne du coussinet 7. Avantageusement, ce déplacement s'effectue avec une très faible résistance permettant d'écarter les éléments de friction, notamment les plaquettes, du disque. On réduit ainsi les couples résiduels de freinage non désiré. Ensuite, le flanc 23 du coussinet vient en butée sur le flanc en vis à vis de la gorge en U et est éventuellement entraîné jusqu'à la position illustrée sur la figure<B>1</B> b. 7 Il est bien entendu que la présente invention n'est pas limitée à la mise en ceuvre d'une gorge 5 avec<B>j</B>eu j, mais s'étend à tout moyen de guidage en translation sur une longueur limitée j du coussinet 7 par rapport à la colonnette 1. Une variante de réalisation de la colonnette 1 selon la présente invention illustrée sur la figure 2 comporte un épaulement 29 avantageusement annulaire reçu dans une gorge 31 radialement interne pratiqué dans un coussinet 7 selon la présente invention et dont l'extension axiale est supérieure d'une valeur i à l'extension axiale de l'épaulement 29. L'amortissement du bruit d'un frein à disque selon la présente invention est particulièrement efficace s'il existe trois points non alignés assurant l'isolement de l'équipage mobile comportant la colonnette 1 selon la présente invention par rapport à la partie stationnaire du frein. Dans l'exemple préféré de réalisation d'un frein à disque 33 selon la présente invention est illustré sur la figure 3. Le frein à disque 33 comporte un étrier 35 muni d'un support 37 de montage d'une colonnette 1 selon la présente invention. La colonnette 1 est fixée par exemple par l'intermédiaire d'un boulon 39. La colonnette 1 est montée à coulissement dans un alésage 17 d'une chape 41. Un capuchon 43 typiquement en élastomère assure d'une part l'étanchéité de l'entrée de l'alésage 17 et d'autre part s'interpose évitant un contact direct métal-métal entre, d'une part la chape 41 et d'autre part une tête 45 de la colonnette disposée à l'opposé de l'extrémité libre 3 de la colonnette 1. L'exemple préféré de réalisation du frein 33 selon la présente invention comporte en outre une seconde colonnette 47 de type connu, dépourvue de coussinets 7, fixés par un boulon 39 à un support 37 de l'étrier 35. La colonnette 47 est montée à coulissements dans un alésage 49 pratiqué dans la chape 41. Un capuchon 43 assure l'étanchéité de l'entrée de l'alésage 49 et s'interpose entre la tête de la colonnette 47 et la chape 41. Les deux capuchons 43 assurent en outre le confinement du lubrifiant contenu dans les alésages 17 et 49 et évitent la pénétration des particules risquant de compromettre le bon coulissement de l'étrier par rapport à la chape 41. Il est bien entendu que la présente invention n'est pas limitée à l'exemple de freins à disque illustré. Au contraire, la colonnette 1 selon la présente invention peut être mise en oeuvre d'un frein à disque à colonnette unique. De même, rentre dans le cadre de la présente invention un frein à disque comportant deux colonnettes 1 chacune munie de son coussinet 7 monté avec un jeux axial. En outre, il est bien entendu que les colonnettes peuvent être fixées sur la chape 41, le ou les alésage(s) 17 et/ou 49 étant dans ce cas, pratiqués dans l'étrier. Sur la figure 4, on peut voir quatre courbes 51, 53, 55 et 57 représentant la force 59 de résistance au coulissement du coussinet 7 dans un alésage 17, exprimée en N pour un coussinet ayant une dureté 60 Shore A et une lubrification avec de la graisse G807 en fonction de la différence 61 entre le diamètre externe du coussinet 7 dans une condition non contrainte et le diamètre interne de l'alésage 17 exprimé en micromètre gym. La courbe 51 dont les points sont représentés par des carrés pleins correspond à un coulissement statique de type connu c'est à dire sans jeu,. La courbe 53 dont les points sont représentés par des triangles correspond à un coulissement statique sur une colonnette selon la présente invention avec un jeu j. La courbe 55, dont les points sont représentés par des pourtours carrés correspond à un coulissement dynamique de type connu sans jeu ,i. La courbe 57, dont les points sont représentés par des croix, correspond à un coulissement dynamique d'une colonnette selon la présente invention avec jeu ,j. Pour un serrage inférieur à 220m, il n'y a pas eu de glissement du coussinet 7 dans la gorge 5, les courbes 51 et 53 d'une part et 55 et 57 d'autre part sont confondues. Pour une différence 61 comprise entre 220 et 330 4m, on obtient un glissement du coussinet 7 dans la gorge 5 pour les courbes 53 et 57. Ces courbes correspondent donc à une résistance au coulissement inférieure à celle des colonnettes de type connu illustrées sur les courbes 51 et 55. Il ressort clairement de la figure 4 que les colonnettes 1 selon la présente invention permettent de réaliser des freins ayant un couple résiduel de freinage non désiré plus faible. De plus, le frein illustré sur la figure 3 permet de réduire ou d'annuler le bruit de fonctionnement de type rattle <I>noise.</I> La présente invention s'applique notamment à l'industrie automobile.
La présente invention s'applique principalement à l'industrie de systèmes de freinage.
Claims (10)
1. Colonnette de guidage axial en translation rectiligne d'un étrier (35) par rapport à une chape (41) comportant un coussinet (7) d'amortissement radial dont l'extension radiale à l'endroit de son montage sur le corps de la colonnette (1) est supérieure à l'extension radiale du corps de la colonnette (1) caractérisée en ce qu'elle comporte des moyens (5, 29) de guidage axial du coussinet (7) par rapport au corps de la colonnette (1) sur une course j limitée, non nulle.
2. Colonnette selon la revendication 1 caractérisée en ce que les moyens (5, 29) de guidage axial du coussinet (7) par rapport au corps de la colonnette (1) comportent une gorge (5) ayant une extension axiale L supérieure à l'extension axiale 1 du coussinet (7).
3. Colonnette selon la revendication 2 caractérisée en ce que la gorge (5) a une section en U et en ce que le coussinet (7) a, vu en coupe transversale, une forme annulaire.
4. Colonnette selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisée en ce que le coussinet est réalisé en élastomère, notamment en EPDM.
5. Colonnette selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisée en ce que le coussinet a une dureté comprise entre 60 Shore A et 80 Shore A.
6. Colonnette selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisée en ce que la course axiale Z du coussinet (7) par rapport au corps de la colonnette (1) est comprise entre 0,2 et 5 mm.
7. Colonnette selon la revendication 6 caractérisée en ce que la course axiale 1 du coussinet (7) par rapport au corps de la colonnette (1) est comprise entre 0,3 et 3 mm.
8. Frein à disque à étrier flottant caractérisé en ce qu'il comporte au moins une colonnette (1) selon l'une quelconque des revendications précédentes assurant un guidage en translation rectiligne d'un étrier (35) par rapport à une chape (41).
9. Frein à disque selon la revendication 8 caractérisé en ce qu'il comporte une chape (41) munie d'un alésage (17) de guidage de la colonnette (1) solidarisée avec l'étrier (35).
10. Frein à disque selon la revendication 8 ou 9 caractérisé en ce qu'il comporte trois éléments non alignés assurant l'amortissement et l'isolement de l'équipage mobile comportant l'étrier (35) par rapport à la partie stationnaire du frein, le coussinet (7) formant un desdits trois éléments non alignés.
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