FR2992385A1 - Tambour de frein perfectionne pour systeme de freinage de vehicule - Google Patents

Tambour de frein perfectionne pour systeme de freinage de vehicule Download PDF

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Abstract

L'invention porte sur un tambour de frein perfectionné pour système de freinage de véhicule, en particulier de véhicule automobile. Ce tambour de frein, nouveau, comprend, d'une part, une couronne axiale (18), circulaire, entraînée en rotation dont la surface intérieure forme une piste de frottement (22) pour des segments de freins, et d'autre part, une chambre annulaire (15), qui contient un matériau de refroidissement (17) et qui est disposée autour de la couronne axiale (18). Le matériau de refroidissement (17) est constitué d'un «tricot» d'aluminium baigné dans de la paraffine.

Description

TAMBOUR DE FREIN PERFECTIONNE POUR SYSTEME DE FREINAGE DE VEHICULE. [0001] L'invention porte sur un tambour de frein perfectionné pour système de freinage de véhicule. Elle concerne aussi un véhicule, en particulier un véhicule automobile, dont le système de freinage est équipé de tels tambours de freins. [0002] Les véhicules automobiles comportent généralement un système de freinage, qui comprend une pédale de frein agissant sur un maître-cylindre pour transmettre, par l'intermédiaire de circuits hydrauliques, une pression de fluide vers des dispositifs de freinage qui agissent sur chaque roue du véhicule. [0003] Un dispositif de freinage, connu en soi, largement utilisé, comporte un tambour de frein, qui comprend une surface cylindrique intérieure destinée à recevoir la pression de deux segments de freins qui s'écartent l'un de l'autre sous l'effet d'un vérin hydraulique de commande. [0004] A l'heure actuelle, les tambours de frein sont obtenus par usinage d'une pièce brute en fonte ou bien d'une pièce composite, qui présente une partie frottante en fonte surmoulée sur un flasque en tôle d'acier. [0005] De manière classique, les tambours de frein ont pour fonction de générer un couple de freinage par frottement sec avec les segments de freins sur la zone de frottement. La chaleur dégagée par ce frottement est stockée temporairement dans la pièce en fonte, relativement massive, avant de sortir du système de frein par convection ou conduction. [0006] On a déjà cherché à réduire la masse du tambour de frein tout en améliorant sa capacité d'absorption thermique et sa possibilité d'échange de cette énergie avec l'extérieur. [0007] A titre d'exemple, le document FR 2 955 636 décrit un tambour de frein pour un système de freinage de véhicule automobile, qui comporte une couronne axiale circulaire entraînée en rotation dont la surface intérieure forme une piste de frottement pour des garnitures de frein, et une chambre annulaire, qui est disposée autour de la couronne axiale et qui contient un fluide de refroidissement. Cette chambre annulaire est relativement large et de faible hauteur. Un ressort hélicoïdal à spires non jointes est logé dans la chambre annulaire, le ressort hélicoïdal étant fermé sur lui-même et tenant de lui-même par élasticité au contact du tambour. [0008] Le but de la présente invention est de fournir un tambour de frein perfectionné pour un système de freinage de véhicule, en particulier de véhicule automobile, qui soit de masse inférieure à celle des tambours de frein connus de l'art antérieur. [0009] Un autre but de la présente invention est de fournir un tambour de frein, qui soit de structure relativement simple et épurée, qui comprenne un nombre minimal de pièces constituantes, qui soit robuste, fiable et relativement économique. [0010] Pour parvenir à ces buts, la présente invention a pour objet un tambour de frein perfectionné pour système de freinage de véhicule, en particulier de véhicule automobile, qui comprend, d'une part, une couronne axiale, circulaire, entraînée en rotation dont la surface intérieure forme une piste de frottement pour des segments de freins, et d'autre part, une chambre annulaire, qui est adossée sur toute la périphérie de la couronne axiale et qui contient un matériau de refroidissement. Dans ce tambour de frein, nouveau, le matériau de refroidissement est constitué d'un « tricot » d'aluminium baigné dans de la paraffine. [0011] Selon la présente invention, la chambre annulaire contient un élément d'absorption des variations de volume de la paraffine, réalisé, de préférence, en silicone. [0012] De manière préférentielle, cet élément d'absorption en silicone est réalisé sous la forme d'un boudin de mousse de silicone, qui est avantageusement disposé dans la partie de la chambre annulaire la plus éloignée de la piste de frottement. [0013] Selon un mode préféré de réalisation de l'invention, la paraffine utilisée pour le matériau de refroidissement est une cire de paraffine, à l'état solide à la température ambiante [0014] Selon un mode préféré de réalisation de l'invention également, la chambre annulaire est constituée, d'une part, par la tôle épaisse de la couronne axiale faisant office de piste de frottement pour les segments de freins, et d'autre part, par deux tôles fines, qui sont placées respectivement côté intérieur et côté extérieur du véhicule et qui coopèrent avec la tôle épaisse de la couronne axiale pour fermer la chambre annulaire. [0015] De manière préférentielle, le tambour comporte deux orifices de remplissage et d'évent sur la paroi de la chambre annulaire, de façon à permettre le remplissage de la chambre annulaire en matériau de refroidissement et l'évacuation de l'air lors dudit remplissage. [0016] Les deux orifices sont rebouchés de manière étanche, après remplissage de la chambre annulaire, au moyen de bouchons étanches, lesquels sont fixés sur la paroi de la chambre annulaire par l'un des moyens suivants : vissage, rivetage, soudage. [0017] Le tambour de frein de l'invention comprend un flasque transversal, en tôle fine, qui relie la chambre annulaire au moyeu central du tambour et qui est soudé sur un côté de la piste de frottement. [0018] En variante, le flasque transversal, en tôle fine, peut être assemblé avec la piste de frottement par accostage en faisant coïncider des créneaux ménagés dans le flasque et la piste, puis par repliement sur une zone de la piste de frottement de pattes faisant partie du flasque. [0019] Le tambour de frein peut avantageusement comprendre une chicane disposée transversalement, qui permet d'empêcher l'eau de pluie et les impuretés d'entrer en masse dans le tambour de frein. [0020] Enfin, il peut être prévu une protection contre la corrosion et autres agressions extérieures. [0021] L'invention a aussi pour objet un véhicule, en particulier un véhicule automobile, dont le système de freinage est équipé de tambours de frein conformes à celui décrit ci-dessus dans ses grandes lignes. [0022] D'autres buts, avantages et caractéristiques de l'invention apparaîtront dans la description qui suit d'un exemple de réalisation, non limitatif de l'objet et de la portée de la présente demande de brevet, accompagné de dessins dans lesquels : [0023] - la figure 1 est une vue en perspective, schématique, du côté extérieur d'un tambour de frein selon l'invention, [0024] - la figure 2 est une vue de face, schématique, du côté extérieur du tambour de frein de la figure 1, [0025] - la figure 3 est une vue en coupe, schématique, du tambour de frein des figures 1 et 2, selon la ligne de coupe III-Ill de la figure 2, [0026] - la figure 4 est une vue en coupe, détaillée, de la chambre annulaire du tambour de frein des figures précédentes, [0027] - la figure 5 est une vue en coupe, schématique, du tambour de frein des figures précédentes avec le flasque transversal soudé, et [0028] - la figure 6 est une vue en coupe, schématique, du tambour de frein des figures 1 à 4 avec le flasque transversal découplé. [0029] En référence aux dessins des figures 1 à 4, on a représenté un tambour de frein selon l'invention, de référence générale 10, d'axe AA', qui comporte les éléments suivants : [0030] - a) une couronne axiale 18, circulaire, entraînée en rotation dont la surface intérieure 22 forme une piste de frottement, dite aussi « piste de freinage », pour des segments de freins (non représentés), et [0031] - b) une chambre annulaire 15, qui est adossée sur toute la périphérie de la couronne axiale 18, et qui contient un matériau de refroidissement 17 remplissant totalement la chambre annulaire 15 et ayant pour fonction d'accueillir l'énergie thermique du freinage. [0032] Comme mieux représenté sur le dessin de la figure 4, la chambre annulaire 15 est formée par la tôle épaisse de la couronne axiale 18 et deux tôle fines 19, qui sont placées respectivement sur le côté intérieur et le côté extérieur du véhicule et qui ferment, avec la tôle épaisse de la couronne axiale 18, la chambre annulaire 15. [0033] L'épaisseur de la tôle formant la couronne axiale 18 est suffisante pour, d'une part, avoir une piste de frottement 22 suffisamment rigide et pour, d'autre part, permettre de réaliser, après la formation de la chambre annulaire 15, un usinage ou une rectification de la piste de frottement 22 afin d'assurer une bonne géométrie de cette piste. [0034] Les deux tôles 19 présentent une épaisseur relativement faible, de façon à permettre une fermeture de la chambre annulaire 15 avec des éléments plus légers qui peuvent être, chacun, facilement emboutis. [0035] Conformément au principe même de la présente invention, le matériau de refroidissement 17 est constitué par une masse de paraffine solide à la température ambiante, dite aussi « cire de paraffine », qui constitue la matrice d'un composite chargé d'un « tricot » d'aluminium dont la densité est à déterminer, de manière connue en soi, en fonction de la conductivité thermique souhaitée. Par « tricot » d'aluminium, on entend un réseau de fils d'aluminium. Ces fils d'aluminium, mélangés à la paraffine, ont pour fonction de diffuser, de façon volumique, la chaleur emmagasinée dans le bloc de paraffine et de profiter, ainsi, pleinement de la forte chaleur massique de la paraffine (de l'ordre de 3270 J/Kg.K assez proche de celle de l'eau qui est 4180 J/Kg.K). [0036] On notera qu'il et préférable d'utiliser de la paraffine qui est à l'état solide à température ambiante, parce que, contrairement à la paraffine à l'état liquide à la même température, elle apporte sur les premiers freinages un changement de phase (de solide vers liquide) qui absorbe de l'énergie à iso température (chaleur latente de changement de phase vers 70°C). De même le refroidissement de cette paraffine solide à la température ambiante se réalise en faisant un palier de température qui n'est pas gênant pour le fonctionnement du frein. [0037] On notera également que la faible conductivité thermique de la paraffine (de l'ordre de 0,26 W/m/°K) est contrebalancée par la présence des fils d'aluminium, qui sont d'excellents diffuseurs de chaleur. [0038] Un inconvénient majeur de la paraffine réside dans sa dilatation thermique relativement élevée : à savoir une dilation linéique solide de 590e-6/°K et une dilatation volumique liquide de 0,76e-6/°K. [0039] Conformément au principe de la présente invention également, une pièce en mousse de silicone, de référence 20, est placée à l'intérieur de la chambre annulaire 15, directement au contact de la paraffine. La compression de cette pièce en mousse vient compenser l'augmentation de volume de la paraffine. [0040] Cette pièce de mousse de silicone 20 se présente sous la forme d'un boudin de mousse, disposé dans la partie de la chambre annulaire 15 la plus éloignée possible de la source de chaleur, par conséquent dans la partie de la chambre annulaire 15 opposée à la tôle épaisse de la couronne axiale 18. Ce boudin de mousse de silicone 20 peut résister à des températures continues de l'ordre de 270°C. [0041] Les trois tôles constitutives de la chambre annulaire 15, à savoir les tôles fines 19 et la tôle épaisse 18, sont fixées entre elles par soudage, de façon continue. Les cordons de soudure qui résulte de ce soudage sont désignés par les références numériques 21A, 21B et 210 sur la figure 4. De cette façon, la chambre annulaire 15 est étanche et résistante à la pression. [0042] Le raccordement de la chambre annulaire 15 avec le moyeu central d'axe AA' se fait par l'intermédiaire d'une tôle soudée, fine, transversale, dite flasque et référencée 14, sur un côté de la piste de freinage 22. En variante, ce raccordement peut se faire par l'intermédiaire d'un découplage mécanique visant à ne transmettre que le couple de freinage en laissant libre la dilatation radiale de la piste. [0043] Le rôle du flasque 14 est de positionner la piste de freinage 22, de transmettre le couple de freinage et de permettre, par sa forme, une dilatation thermomécanique de la piste de freinage 22 lors de l'échauffement. [0044] Le tambour de frein de l'invention comporte également un organe appelé « chicane » et référencé 16, qui a pour fonction d'empêcher l'eau de pluie et les impuretés d'entrer en masse dans le tambour de frein. [0045] Selon un premier mode de réalisation du flasque 14 représenté sur le dessin de la figure 5, le flasque est soudé sur la piste de freinage 22. Dans ce mode de réalisation, l'usinage de finition de la piste de freinage 22 se fait en référence au trou centreur 23 du flasque 14 et au plan d'appui 24 sur le moyeu central. [0046] Selon un second mode de réalisation du flasque 14 représenté sur le dessin de la figure 6, le flasque peut être monté avec un jeu radial et un jeu axial modérés, qui permettent un découplage mécanique de la piste de freinage 22. Ainsi, la piste de freinage 22 n'est pas mécaniquement centrée sur le moyeu par le flasque 14. Ce centrage se fait naturellement grâce aux segments de freins lors du freinage. Il est toutefois nécessaire de limiter le jeu radial référencé 25 et le jeu axial référencé 26, de sorte que la piste de freinage 22 ne vienne pas systématiquement frotter sur les segments de freins dans leur position de repos (hors freinage). [0047] Selon cette variante de réalisation du flasque 14 représentée sur le dessin de la figure 6, la piste de freinage 22 est usinée seule de façon à la rendre parfaitement cylindrique. Le flasque 14 est, ensuite, assemblé avec la piste de freinage 22 par un simple accostage en faisant coïncider des créneaux ménagés dans le flasque 14 et la piste 22, nécessaires à la transmission du couple. Des pattes 29, qui font partie du flasque 14, sont ensuite repliées sur une zone de la piste de freinage 22 pour garantir un blocage axial mais avec jeu de la piste par rapport au flasque 14. [0048] Selon la présente invention également, il est prévu deux orifices 27 de remplissage et d'évent sur la paroi de la chambre annulaire 15, de façon à permettre le remplissage de ladite chambre annulaire 15 en matériau de refroidissement 17 et l'évacuation de l'air lors dudit remplissage. [0049] Lors du remplissage de la chambre annulaire 15 avec de la cire de paraffine préalablement liquéfiée, l'air est évacué par l'évent jusqu'à débordement. Il est important que le remplissage de la chambre annulaire 15 de matériau de refroidissement 17 soit total, le reliquat d'air contenu dans la chambre annulaire 15 pouvant, dans le cas contraire, générer avec les gaz de paraffine chauffée une combustion interne à la chambre, susceptible de provoquer une déchirure de la chambre. Il y aurait alors explosion avec projection de liquide brûlant et de gaz à la température idéale pour entretenir la combustion en milieu extérieur. [0050] Après remplissage, les deux orifices 27 sont rebouchés par un moyen classique de type bouchon, qui garantit l'étanchéité de la chambre annulaire 15. Ce moyen de rebouchage peut être un bouchon, référencé 28 sur la figure 4, qui peut être vissé, riveté ou soudé, ou fixé par tout autre moyen équivalent, connu en soi. Ces bouchons 28 peuvent avantageusement servir de fusible mécanique en cas de montée en pression dépassant les limites imposées au cahier des charges. [0051] Après l'opération de remplissage de la chambre annulaire 15 décrite ci-dessus, les parois externes des tôles fines 19 de la chambre annulaire 15 sont revêtues d'une protection contre la corrosion et autres agressions extérieures. Il peut s'agir d'un traitement par un bain dans une solution de paillettes métalliques d'aluminium et de zinc, de façon à constituer une protection cathodique sacrificielle durable parce que les tôles fines 19 de la chambre 15, du fait même de leur faible épaisseur, sont sensibles à la corrosion sous la caisse du véhicule. A titre d'exemple, cette protection peut être un revêtement de type Geomet O. [0052] La structure du tambour de frein décrit ci-dessus permet un gain important en masse, d'environ 50% par rapport aux tambours de freins connus de l'art antérieur. Ce gain en masse représente environ 2 Kg par tambour de frein, soit environ 4 Kg pour le véhicule équipé de tels tambours de freins. [0053] De plus, il importe de noter que l'utilisation du tambour de frein selon l'invention peut se faire en remplacement d'un tambour de frein actuel sans remettre profondément en cause l'ensemble des pièces mécaniques de l'environnement du tambour. [0054] Il importe de noter également que la solution technique du tambour de frein exposé ci-dessus ne demande pas de recourir à des technologies particulières, mais seulement à des connaissances des caractéristiques mécaniques et thermo physiques des métaux employés. [0055] Enfin, le tambour de frein de la présente invention est de structure relativement simple et épurée, avec des pièces constitutives en nombre relativement faible et aux formes simples.

Claims (12)

  1. REVENDICATIONS: 1. Tambour de frein perfectionné pour système de freinage de véhicule, en particulier de véhicule automobile, qui comprend, d'une part, une couronne axiale (18), circulaire, entraînée en rotation dont la surface intérieure forme une piste de frottement (22) pour des segments de freins, et d'autre part, une chambre annulaire (15), qui est adossée sur toute la périphérie de la couronne axiale (18) et qui contient un matériau de refroidissement (17), le tambour de frein étant caractérisé en ce que ledit matériau de refroidissement (17) est constitué d'un tricot d'aluminium baigné dans de la paraffine.
  2. 2. Tambour de frein selon la revendication 1, caractérisé en ce que la chambre annulaire (15) contient un élément d'absorption (20) des variations de volume de la paraffine.
  3. 3. Tambour de frein selon la revendication 2, caractérisé en ce que ledit élément d'absorption (20) et réalisé en silicone.
  4. 4. Tambour de frein selon la revendication 3, caractérisé en ce que ledit élément d'absorption (20) en silicone est réalisé sous la forme d'un boudin de mousse de silicone disposé dans la partie de la chambre annulaire (15) qui est la plus éloignée de la piste de frottement (22).
  5. 5. Tambour de frein selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que la paraffine utilisée pour le matériau de refroidissement (17) est une cire de paraffine, à l'état solide à la température ambiante
  6. 6. Tambour de frein selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que ladite chambre annulaire (17) est constituée par une tôle épaisse de la couronne axiale (18) faisant office de piste de frottement (22) pour les segments de freins, et par deux tôles fines (19), qui sont placées respectivement côté intérieur et côté extérieur du véhicule et qui viennent fermer avec la tôle épaisse de la couronne axiale (18) la chambre annulaire (15).
  7. 7. Tambour de frein selon la revendication 6, caractérisé en ce qu'il est prévu deux orifices de remplissage (27) et d'évent sur la paroi de la chambre annulaire (15), de façon à permettre le remplissage de la chambre annulaire (15) en matériau derefroidissement (17) et l'évacuation de l'air lors dudit remplissage, les deux orifices étant rebouchés de manière étanche, après remplissage de ladite chambre annulaire (15), au moyen de bouchons étanches (28).
  8. 8. Tambour de frein selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisé en ce qu'il comprend également un flasque (14) transversal, en tôle fine, qui relie la chambre annulaire (15) au moyeu central du tambour et qui est soudé sur un côté de la piste de frottement (22).
  9. 9. Tambour de frein selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisé en ce qu'il comprend également un flasque (14) transversal, en tôle fine, assemblé avec la piste de frottement (22) par accostage en faisant coïncider des créneaux ménagés dans le flasque (14) et la piste de frottement (22), puis par repliement sur une zone de la piste de frottement (22) de pattes (29) faisant partie du flasque (14).
  10. 10. Tambour de frein selon l'une quelconque des revendications 1 à 10, caractérisé en ce qu'il comprend, de plus, une chicane (16) disposée transversalement, qui permet d'empêcher l'eau de pluie et les impuretés d'entrer en masse dans le tambour de frein.
  11. 11. Tambour de frein selon l'une quelconque des revendications 6 à 8, caractérisé en ce que les parois externes des tôles fines (19) de la chambre annulaire (15) sont revêtues d'une protection contre la corrosion et autres agressions extérieures.
  12. 12. Véhicule, en particulier véhicule automobile, caractérisé en ce que son système de freinage comporte au moins un tambour de frein conforme à l'une quelconque des revendications précédentes.
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