FR2927389A1 - Disque de frein en tole - Google Patents
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Abstract
Disque de frein (1) en particulier pour véhicule automobile à deux ou quatre roues, comprenant deux faces annulaires de frottement (12, 14), et un moyeu (8) de fixation sur le véhicule, caractérisé en ce que les faces annulaires de frottement sont constituées de deux tôles d'acier (2, 4, 72, 74) parallèles maintenues à distance l'une de l'autre par des entretoises soudées (16, 40, 60).
Description
DISQUE DE FREIN EN TOLE
La présente invention concerne un disque de frein réalisé à partir de tôles d'acier, en particulier pour véhicule automobile à deux roues ou à quatre roues. Dans un frein à disque de véhicule automobile, deux patins guidés dans un étrier et portant chacun une garniture de frottement sont disposés de part et d'autre d'un disque tournant solidaire d'une roue du véhicule. Une commande à vérin hydraulique prenant appui sur l'étrier exerce un effort axial sur les patins pour serrer les garnitures sur les faces du disque et créer un couple de freinage s'opposant à la rotation du disque. Les disques sont généralement réalisés en fonte et usinés, ce qui permet d'obtenir des bonnes caractéristiques de frottement pour les garnitures. Cependant, ce procédé est relativement coûteux car il comprend de nombreux usinages. II est connu par ailleurs de réaliser des disques de frein en une pièce, à partir d'une tôle en acier qui est emboutie et découpée. On réalise ainsi des disques relativement minces, les garnitures venant frotter sur les deux faces de la tôle. Un inconvénient principal de ces disques est qu'ils ont une masse et une surface d'échange thermique réduites, et l'énergie de freinage qu'ils peuvent absorber est limitée. Ils sont en général utilisés sur des véhicules légers comme des motos, qui compte tenu de leur poids relativement faible demandent pour leur freinage une énergie assez réduite. La présente invention a notamment pour but d'apporter une solution simple, efficace et économique à la réalisation d'un disque de frein à partir de tôles d'acier, pouvant supporter une énergie de freinage relativement élevée. Elle propose à cet effet un disque de frein en particulier pour véhicule automobile, comprenant deux faces annulaires parallèles de frottement et un moyeu radialement interne de fixation sur le véhicule, caractérisé en ce que les deux faces annulaires de frottement sont constituées de deux tôles d'acier parallèles maintenues à distance l'une de l'autre par des entretoises soudées. Un avantage important du disque de frein selon l'invention est que l'espace laissé libre entre les deux tôles permet une ventilation interne du disque et multiplie les surfaces d'échange avec l'air ambiant. Selon une autre caractéristique de l'invention, une première des tôles comprend une partie centrale formant le moyeu de fixation. Ce moyeu peut comporter une face de fixation plane axialement déportée par rapport à la face de frottement annulaire de la première tôle et traverse axialement un orifice central de la seconde des tôles. En variante, la partie centrale de la première tôle peut comporter une face de fixation plane située dans le plan de la première tôle. Avantageusement, les entretoises sont cylindriques et soudées aux tôles au moins par une de leurs extrémités.
En variante, les entretoises cylindriques peuvent être tubulaires et les tôles peuvent comporter des perçages débouchant à l'intérieur des entretoises. Les entretoises tubulaires peuvent contenir un matériau d'amortissement.
Dans une autre variante, les entretoises sont formées de barres plates à section rectangulaire qui s'étendent sensiblement radialement entre les tôles, deux des faces opposées de ces barres étant soudées sur les faces intérieures des tôles. Le procédé de fabrication d'un disque de frein selon l'invention peut comprendre successivement la pose d'une première tôle sur un support, la pose des entretoises sur la première tôle, la pose de la deuxième tôle sur les entretoises, puis le serrage axial de l'empilage par une électrode au niveau des entretoises et le passage d'un courant entre l'électrode et le support pour souder simultanément les extrémités des entretoises sur les deux tôles.
En variante, le procédé de fabrication peut comprendre successivement la pose d'une première tôle sur un support, la pose des entretoises sur la première tôle, puis le serrage axial de l'empilage par une électrode au niveau des entretoises et le passage d'un courant entre l'électrode et le support pour souder une extrémité des entretoises sur la première tôle, la deuxième tôle étant ensuite posée puis soudée à son tour sur les entretoises.
On peut entre les deux opérations de soudure effectuer la dépose d'un matériau d'amortissement dans les entretoises tubulaires. L'invention sera mieux comprise et d'autres caractéristiques et avantages apparaîtront plus clairement à la lecture de la description ci-après donnée à titre d'exemple en référence aux dessins annexés dans lesquels : - la figure 1 est une vue en coupe axiale d'un disque selon l'invention ; - la figure 2 est une vue de face de ce disque ; - les figures 3 à 6 représentent schématiquement les différentes étapes d'un procédé de fabrication du disque ; - les figures 7 et 8 sont des vues en coupe et de face d'un disque selon une première variante ; - les figures 9 et 10 sont des vues en coupe et de face d'un disque selon une deuxième variante ; - les figures 11 à 13 représentent les étapes d'un procédé de fabrication du disque selon la troisième variante ; - les figures 14 et 15 sont des vues en coupe et de face d'un disque selon une quatrième variante ; - les figures 16 et 17 sont des vues en coupe et de face d'un disque selon une cinquième variante. Les figures 1 et 2 représentent un disque de frein 1 comprenant une 25 première tôle 2 comportant une couronne annulaire plane 3 et un moyeu intérieur 8, et une seconde tôle 4 sensiblement plane ayant la forme d'une couronne annulaire 5 délimitée à l'intérieur par un alésage central 10. Les couronnes 3 et 5 de dimension sensiblement identique des deux tôles 2, 4 sont parallèles et liées entre elles par des entretoises 16 formées 30 par des pièces métalliques cylindriques de longueur identique. Les entretoises sont réparties dans cet exemple le long de deux circonférences et espacées angulairement de manière régulière. Les faces extérieures des couronnes des tôles 2, 4, opposées aux entretoises, constituent les faces de frottement 12, 14 du disque de frein 1. Le moyeu 8 de la tôle primaire 2 est axialement déporté, et comprend une partie cylindrique qui traverse l'alésage 10 de la tôle 4 et qui se termine par un fond plan 18. Un alésage 6 du fond plan 18 permet un centrage du disque de frein 1 sur un support lié en rotation à une roue du véhicule, ce fond comportant aussi des perçages non représentés pour la fixation du disque par des vis.
Les figures 3 à 6 représentent différentes étapes de fabrication du disque décrit ci-dessus, dans lesquelles les entretoises 16 sont soudées aux deux disques 2, 4 par une soudure électrique. La première étape représentée figure 3 consiste à découper et emboutir les deux tôles 2, 4 dans des tôles d'acier.
Dans la deuxième étape représentée en figure 4, la tôle 4 est positionnée sur un support 20 comportant un rebord annulaire interne 22 sur lequel vient s'ajuster l'alésage 10 de cette tôle, pour la centrer. A l'extérieur de ce rebord annulaire 22 se trouvent des plots de contact 24 sur lesquels vient se poser la face de frottement 14 de la tôle 4.
Les entretoises 16 sont ensuite disposées sur la face supérieure de la partie annulaire de la tôle 4, chaque entretoise étant alignée sur un plot de contact 24 qui se trouve en dessous. La face supérieure des entretoises 16 forme un plan parallèle à la face annulaire de la tôle 4 mise en place. Dans une troisième étape représentée en figure 5, la tôle 2 est déposée sur la face supérieure des entretoises, la partie cylindrique 8 de son moyeu traversant l'alésage 10 de la tôle 4 pour être centrée dans un alésage du support 20. Dans une quatrième étape représentée en figure 6, une électrode 30 descend vers le support 20, et comporte aussi des plots de contact 34 qui se trouvent en vis-à-vis des premiers plots de contacts 24 du support 20. L'électrode 30 est pressée sur la tôle 2 pour serrer l'empilage des pièces et former un bon contact électrique au niveau de chacune des entretoises 16, puis un courant électrique est envoyé entre l'électrode 30 et le support 20. En assurant un passage de courant régulièrement réparti sur les entretoises, on réalise une soudure de chaque entretoise sur les deux tôles 2 et 4.
Un rebord annulaire extérieur 32 est monté sur le support 20 autour du disque 1 et sert de butée de fin de course pour la descente de l'électrode 30 de manière à limiter la course en fin de soudure, pour fixer une certaine épaisseur au disque soudé en évitant un écrasement trop important de la matière en fusion.
La fabrication peut comporter des usinages complémentaires, notamment une rectification des faces de frottement pour obtenir une bonne planéité, et le disque peut être équilibré autour de son axe de rotation. L'ensemble ainsi formé constitue un disque 1 comprenant deux faces de frottement 12, 14 fortement rigidifiées par les entretoises 16 soudées des deux côtés et régulièrement réparties, l'ensemble ayant une structure à la fois légère et rigide. Cette rigidité est importante pour résister aux fortes contraintes mécaniques subies pendant le freinage, ainsi qu'aux déformations dues aux élévations de température générées par les frottements.
La structure étant creuse, les surfaces intérieures des tôles et des entretoises augmentent les surfaces d'échange thermique avec l'air ambiant. De plus, elles permettent un écoulement d'un flux d'air pulsé interne radialement de l'intérieur vers l'extérieur, l'air étant entraîné par la rotation du disque qui agit comme une roue de turbine centrifuge.
L'ensemble ainsi réalisé est léger et économique. Les volumes des matières sont réduits au minimum nécessaire, ce qui permet de diminuer le poids et le coût. De plus, les usinages sont aussi limités. Par ailleurs, on peut utiliser pour les tôles un choix de nuances d'acier beaucoup plus vaste que ce que propose la fonte, pour optimiser les caractéristiques du disque. On peut aussi réaliser des traitements de surface du disque, notamment pour améliorer le frottement ou pour assurer une protection contre l'oxydation ou une esthétique particulière. En variante, on peut disposer angulairement les entretoises de manière irrégulière pour modifier les modes propres de résonance du disque et résoudre des problèmes de vibration et de bruit. On peut aussi répartir les entretoises radialement vers l'intérieur et l'extérieur des pistes de frottement, pour limiter les effets des fixations des entretoises, notamment des soudures, au dos des faces de frottement. Les figures 7 et 8 représentent un disque de frein 1 comprenant comme précédemment une première tôle 2 et une seconde tôle 4, reliées par des entretoises cylindriques tubulaires 40. Les entretoises tubulaires 40 ont des surfaces d'appui et de soudure sur les tôles 2, 4 plus importantes que celles des entretoises pleines 16, ce qui permet d'offrir une meilleure tenue mécanique de l'ensemble. De plus, l'utilisation d'entretoises creuses permet de réduire le poids du disque. Les figures 9 et 10 présentent une variante de la version précédente, dans laquelle les faces de frottement 12, 14 des tôles 2, 4 comportent des perçages 42 débouchant dans les entretoises 40. Cette disposition permet d'améliorer le refroidissement du disque 1, l'air pouvant circuler à l'intérieur des entretoises 40, ce qui augmente les surfaces d'échange. En variante, les entretoises des disques des figures 7 à 10 peuvent comporter un remplissage d'un matériau souple qui a pour fonction d'amortir les vibrations et de réduire le bruit. Les figures 10 à 13 représentent différentes étapes de fabrication d'un tel disque.
La première étape représentée en figure 11 consiste, après avoir découpé et embouti les deux tôles 2, 4, à disposer la tôle 4 sur le support 20, puis les entretoises tubulaires 40 en vis-à-vis de plots de contact 24 du support. Ensuite l'électrode 30 comportant aussi des plots de contact 34 est descendue pour réaliser par passage d'un courant électrique une première série de soudures entre les entretoises tubulaires 40 et la tôle 4.
Une deuxième étape représentée en figure 12 consiste à remplir les entretoises tubulaires 40 avec le matériau d'amortissement 50 qui est déposé de manière à venir en dessous de la face supérieure de chaque entretoise pour être éloigné de cette face qui reste à souder.
Une troisième étape représentée en figure 13 consiste à déposer la tôle sur les entretoises 2, à presser l'électrode 30 pour serrer l'empilage des pièces puis à réaliser la deuxième soudure par le passage d'un courant électrique. On notera que le système de butée de fin de course pour l'électrode 30 comprenant le rebord annulaire extérieur 32 du support 20, doit être adapté entre la première et la troisième étape, la course de descente n'étant pas la même compte tenue de l'épaisseur supplémentaire due à la présence de la tôle 2. Les figures 14 et 15 représentent une variante de réalisation du disque de frein 1. Les entretoises sont formées de barres plates 60 de section rectangulaire, régulièrement espacées suivant la circonférence, et dont les petites faces sont soudées sur les faces intérieures des tôles 2, 4. Les barres 60 sont disposées dans leur longueur sensiblement radialement, cette longueur couvrant une majeure partie des surfaces de frottement 12, 14, avec une même inclinaison par rapport à un rayon, pour former des pales ou des aubes entre les deux tôles afin d'améliorer un passage d'air pulsé entre les entretoises comme dans une turbine centrifuge. Les figures 16 et 17 représentent une variante du disque de frein 1 comprenant des entretoises cylindriques pleines 16. La première tôle 72 est sensiblement plate, et comporte un moyeu 78 qui n'est pas axialement déporté, formé avec un alésage de centrage 76 et des perçages non représentés pour la fixation. Ce disque peut notamment être utilisé pour le freinage des motocyclettes. Dans une autre variante, certaines des entretoises sont soudées par une seule de leurs extrémités sur les tôles 2 et 4, leur extrémité libre étant en appui sur l'autre tôle 2, 4 et pouvant par frottement amortir des vibrations de ces tôles.
Claims (3)
1 ù Disque de frein en particulier pour véhicule automobile, comprenant deux faces annulaires parallèles de frottement (12, 14), et un moyeu (8) de fixation sur le véhicule, caractérisé en ce que les deux faces annulaires de frottement sont constituées de deux tôles d'acier (2, 4, 72, 74) parallèles maintenues à distance l'une de l'autre par des entretoises soudées (16, 40, 60).
2 ù Disque de frein selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'une 10 première des tôles (2, 72) comporte une partie centrale formant le moyeu de fixation (8).
3 ù Disque de frein selon la revendication 2, caractérisé en ce que le moyeu (8) comporte une face de fixation plane (18) déportée axialement par rapport à la face annulaire de frottement (12) de la première tôle. 15 4 ù Disque de frein selon la revendication 3, caractérisé en ce que le moyeu (8) traverse axialement un orifice central de la seconde des tôles. 5 ù Disque de frein selon la revendication 2, caractérisé en ce que la partie centrale de fixation (78) est plane et située dans le plan de la face de la première tôle (2) annulaire. 20 6 ù Disque de frein selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que les entretoises sont de forme cylindriques (16, 40), et sont soudées aux tôles (2, 4, 72, 74) par au moins une de leurs extrémités. 7 ù Disque de frein selon la revendication 6, caractérisé en ce que les entretoises (40) sont tubulaires. 25 8 ù Disque de frein selon la revendication 7, caractérisé en ce que les tôles (2, 4) comportent des perçages débouchant dans les entretoises tubulaires (40). 9 ù Disque de frein selon la revendication 7, caractérisé en ce que les entretoises tubulaires (40) contiennent un matériau d'amortissement (50). 30 10 ù Disque de frein selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que les entretoises sont formées de barres plates (60) à sectionrectangulaire s'étendant sensiblement radialement, et dont deux faces opposées sont soudées sur les faces intérieures des tôles (2, 4). 11 - Procédé de fabrication d'un disque de frein selon l'une quelconque des revendications 1 à 10, caractérisé en ce qu'il comprend successivement la pose d'une tôle (4) sur un support (20), la pose des entretoises (16) sur cette tôle, la pose de l'autre tôle (2) sur les entretoises, puis le serrage axial de l'empilage par une électrode (30) au niveau des entretoises et le passage d'un courant entre l'électrode (30) et le support (20) pour souder simultanément les extrémités des entretoises sur les deux tôles. 12 - Procédé de fabrication d'un disque de frein selon l'une quelconque des revendications 1 à 10, caractérisé en ce qu'il comprend successivement la pose d'une première tôle (4) sur un support (20), la pose des entretoises (40) sur cette tôle, puis le serrage axial de l'empilage par une électrode (30) au niveau des entretoises et le passage d'un courant entre l'électrode (30) et le support (20) pour souder une extrémité des entretoises sur ladite tôle, l'autre tôle (2) étant ensuite posée puis soudée à son tour sur les entretoises. 13 - Procédé de fabrication d'un disque de frein selon la revendication 12, caractérisé en ce qu'il comprend entre les deux opérations de soudure la dépose d'un matériau d'amortissement (50) dans les entretoises (40).
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