FR3028904A1

FR3028904A1 - DISC BRAKE DEVICE HAVING A DISC CONNECTED TO A HUB WITH INTERMEDIATE FRICTION PIECES

Info

Publication number: FR3028904A1
Application number: FR1461398A
Authority: FR
Inventors: Vincent Puiseux
Original assignee: Peugeot Citroen Automobiles SA
Current assignee: PSA Automobiles SA
Priority date: 2014-11-25
Filing date: 2014-11-25
Publication date: 2016-05-27

Abstract

Dispositif de frein à disque comportant un disque périphérique (2) présentant deux surfaces de frottement, comprenant une ouverture centrale disposant de tenons (30) tournés radialement vers l'intérieur, qui sont ajustés dans des rainures axiales d'un moyeu (4), chaque rainure présentant deux faces axiales d'appui (32) recevant la pression d'une face d'appui complémentaire du tenon lors de la transmission d'un couple sur le disque, caractérisé en ce que chaque tenon (30) et rainure comporte une pièce de frottement (34) interposée entre eux sur au moins une de leurs faces axiales d'appui.A disc brake device comprising a peripheral disk (2) having two friction surfaces, comprising a central opening having radially inwardly facing pins (30) which are fitted in axial grooves of a hub (4), each groove having two axial bearing faces (32) receiving the pressure of a complementary bearing face of the pin during the transmission of a torque on the disk, characterized in that each tenon (30) and groove comprises a friction piece (34) interposed between them on at least one of their axial bearing faces.

Description

1 DISPOSITIF DE FREIN A DISQUE COMPORTANT UN DISQUE RELIE A UN MOYEU AVEC DES PIECES DE FROTTEMENT INTERMEDIAIRES La présente invention concerne un dispositif de frein à disque, en particulier pour véhicules automobiles, ainsi qu'un véhicule automobile équipé de tels dispositifs de frein à disque. Les véhicules automobiles comportent généralement un système de freinage comprenant une pédale de frein agissant sur un maître-cylindre, pour transmettre par des circuits hydrauliques une pression du fluide vers des freins qui agissent sur chaque roue du véhicule. En particulier il est connu d'utiliser des freins à disques comportant dans une même pièce, une partie centrale formant un moyeu de fixation lié en rotation à la roue, et un disque périphérique présentant deux surfaces parallèles de frottement, recevant l'appui des patins de frein maintenus dans un étrier qui exerce la pression hydraulique pour serrer le disque. Un type de dispositif de frein à disque connu, présenté notamment par le document EP-B1-1356214, comporte un disque périphérique comprenant une large ouverture centrale présentant des tenons tournés vers l'axe, qui s'engagent dans des rainures axiales correspondantes réalisées sur le contour extérieur d'un moyeu indépendant. Pour répondre à des contraintes de dilatation importantes dues à l'échauffement élevé du disque, les tenons comportent des appuis de forme particulière transmettant le couple sur le moyeu. Un autre type de dispositif de frein à disque connu, présenté notamment 25 par le document EP-2128476, comporte de la même manière un disque périphérique présentant des tenons qui sont calés axialement dans les rainures du moyeu, par des plaquettes rapportées sur ce moyeu disposées axialement d'un côté pour certains tenons, et de l'autre pour d'autres tenons. Pour ces types de dispositifs de frein à disque, on a alors un petit 30 mouvement axial possible du disque dans les rainures du moyeu, qui lui permet de se positionner librement. On a aussi une possibilité de petits mouvements radiaux du tenon dans sa rainure, permettant l'expansion 3028904 2 radiale du disque lors des échauffements élevés apportés par les freinages prononcés. De plus les matières de chacune de ces deux pièces peuvent être optimisées suivant leurs fonctions.BACKGROUND OF THE INVENTION The present invention relates to a disc brake device, in particular for motor vehicles, and to a motor vehicle equipped with such disc brake devices. BACKGROUND OF THE INVENTION . Motor vehicles generally comprise a braking system comprising a brake pedal acting on a master cylinder, for transmitting by hydraulic circuits a pressure of the fluid to the brakes which act on each wheel of the vehicle. In particular it is known to use disc brakes comprising in the same room, a central portion forming a fixing hub rotatably connected to the wheel, and a peripheral disc having two parallel friction surfaces, receiving the support skates brake held in a caliper that exerts hydraulic pressure to tighten the disc. A known type of disc brake device, presented in particular by the document EP-B1-1356214, comprises a peripheral disk comprising a large central opening having tenons turned towards the axis, which engage in corresponding axial grooves made on the outer contour of an independent hub. To meet significant expansion constraints due to the high temperature of the disc, the tenons comprise supports of particular shape transmitting the torque on the hub. Another type of known disk brake device, shown in particular in document EP-2128476, likewise comprises a peripheral disk having tenons which are wedged axially in the grooves of the hub, by plates inserted on this hub arranged. axially on one side for some tenons, and on the other for other tenons. For these types of disc brake devices, there is then a small possible axial movement of the disc in the grooves of the hub, which allows it to freely position itself. There is also a possibility of small radial movements of the tenon in its groove, allowing the radial expansion of the disk during the high temperatures brought by the pronounced braking. Moreover the materials of each of these two parts can be optimized according to their functions.

5 Toutefois les micro-mouvements des tenons du disque dans leurs rainures du moyeu avec des pressions qui peuvent être élevées, et les conditions physico-chimiques contraignantes comprenant des températures et une hygrométrie qui peuvent être élevées, peuvent entraîner une oxydation et une détérioration des surfaces de contact, en particulier pour les 10 matériaux ferreux utilisés couramment. On a alors un risque de grippage des surfaces en contact, qui peut entraîner un blocage complet du tenon dans sa rainure, en particulier par un phénomène de rouille qui peut entraîner une fusion des matériaux. Le disque alors n'est plus libre de se positionner, ce qui peut générer des vibrations lors 15 des freinages, une perte d'efficacité de ce freinage, et des usures prématurées de l'ensemble. La présente invention a notamment pour but d'éviter ces inconvénients de la technique antérieure. Elle propose à cet effet un dispositif de frein à disque comportant un 20 disque périphérique présentant deux surfaces de frottement, comprenant une ouverture centrale disposant de tenons tournés radialement vers l'intérieur, qui sont ajustés dans des rainures axiales d'un moyeu, chaque rainure présentant deux faces axiales d'appui recevant la pression d'une face d'appui complémentaire du tenon lors de la transmission d'un couple sur le disque, caractérisé en ce que chaque tenon et rainure comporte une pièce de frottement interposée entre eux sur au moins une de leurs faces axiales d'appui. Un avantage de ce dispositif de frein à disque est qu'en prévoyant une pièce de frottement comprenant un matériau ou un revêtement de surface adapté, répondant aux contraintes physico-chimiques sévères, on peut conserver un disque et un moyeu réalisé avec des matériaux ordinaires, ce 3028904 3 qui permet d'éviter de manière simple et économique les risques de grippage pendant la durée de vie de ce dispositif. L'élément rotatif de freinage selon l'invention peut de plus comporter une ou plusieurs des caractéristiques suivantes, qui peuvent être combinées 5 entre elles. Selon un mode de réalisation, la pièce de frottement est formée dans une tôle métallique. Dans ce cas, la pièce de frottement peut constituer un profilé orienté axialement, qui est indépendant pour chaque tenon.However, the micro-movements of the tenons of the disc in their grooves of the hub with pressures which can be high, and the physicochemical binding conditions including temperatures and hygrometry which can be high, can lead to oxidation and deterioration of the surfaces. contact, especially for ferrous materials commonly used. There is then a risk of seizing the surfaces in contact, which can cause a complete blocking of the tenon in its groove, in particular by a phenomenon of rust that can cause a melting of materials. The disc then is no longer free to position itself, which can generate vibrations during braking, a loss of effectiveness of this braking, and premature wear of the assembly. The present invention is intended to avoid these disadvantages of the prior art. It proposes for this purpose a disc brake device comprising a peripheral disk having two friction surfaces, comprising a central opening having tenons turned radially inwards, which are fitted in axial grooves of a hub, each groove having two axial bearing faces receiving the pressure of a complementary bearing surface of the pin during the transmission of a torque on the disk, characterized in that each pin and groove comprises a friction piece interposed between them on the at least one of their axial support faces. An advantage of this disc brake device is that by providing a friction piece comprising a material or a suitable surface coating, meeting the severe physicochemical constraints, it is possible to retain a disc and a hub made of ordinary materials, this 3028904 3 which avoids in a simple and economical way the risk of seizure during the life of this device. The rotary braking element according to the invention may further comprise one or more of the following features, which may be combined with each other. According to one embodiment, the friction piece is formed in a metal sheet. In this case, the friction piece may constitute an axially oriented section, which is independent for each tenon.

10 En variante la pièce de frottement peut constituer une bande de tôle annulaire, qui comporte une succession de plis formant des créneaux présentant des surfaces d'appui qui s'ajustent entre les faces d'appui des rainures et des tenons. Les pièces de frottement peuvent aussi constituer des pavés interposés 15 entre les faces d'appui des rainures et des tenons. Avantageusement, les pièces de frottement sont formées dans un acier inoxydable. Les pièces de frottement peuvent aussi comporter un revêtement métallique de frottement déposé par projection thermique.As a variant, the friction piece may constitute an annular sheet metal strip, which comprises a succession of creases forming slots having bearing surfaces which fit between the bearing faces of the grooves and tenons. The friction pieces may also constitute blocks interposed between the bearing faces of the grooves and tenons. Advantageously, the friction parts are formed in a stainless steel. The friction parts may also include a friction metal coating deposited by thermal spraying.

20 Selon une autre solution, les pièces de frottement sont réalisées dans un matériau composite. Avantageusement, les tenons comportent deux faces d'appui qui sont sensiblement parallèles. L'invention a aussi pour objet un véhicule automobile comportant des 25 disques de frein constituant un dispositif de frein à disque comprenant l'une quelconque des caractéristiques précédentes. 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 : 30 - les figures 1 et 2 présentent successivement en vue de face et en coupe axiale suivant le plan de coupe Il-Il, un dispositif de frein à disque selon l'art antérieur ; 3028904 4 - les figures 3 et 4 présentent successivement en vue de face et en coupe axiale suivant le plan de coupe IV-IV, un dispositif de frein à disque selon l'invention ; et - les figures 5 et 6 présentent successivement en vue de face et en 5 coupe axiale suivant le plan de coupe VI-VI, un autre dispositif de frein à disque selon l'invention. Les figures 1 et 2 présentent un dispositif de frein à disque centré sur l'axe O, comportant un disque extérieur de frottement 2 disposant de deux surfaces parallèles de frottement 6, ce disque comprenant un perçage 10 central de grand diamètre relié à un moyeu 4 pour assurer son entraînement. Le disque de frottement 2 comporte dans un plan médian des perçages radiaux 8 destinés à une ventilation intérieure, obtenus directement lors du moulage en fonte de cet élément. Le moyeu 4 réalisé en tôle emboutie, comporte une partie radiale 10 15 présentant des perçages 12 de fixation sur un élément tournant lié à la roue, et une partie axiale extérieure cylindrique 14 présentant une succession de rainures axiales 16 qui reçoivent chacune de manière ajustée une nervure 18 formée dans le perçage central du disque de frottement 2. Les flancs de chaque rainure 16 comprenant en section transversale un 20 « V » ouvert radialement vers l'extérieur, constituent des faces recevant l'appui des côtés correspondants des nervures 18, de manière à transmettre le couple de freinage appliqué sur le disque de frottement 2. Ces deux faces en appui l'une sur l'autre sont soumises à des micro-mouvements lors des freinages qui alliés à des conditions de température et d'hygrométrie 25 particulières, entraînent des risques d'usure et de corrosion des matériaux en contact. De plus la disposition en « V » des faces d'appui des rainures 16, ne conserve pas l'ajustement de ces faces pendant la dilatation thermique radiale du moyeu 4. Les deux faces d'appui d'une même rainure 16 30 s'écartent l'une de l'autre avec la croissance du diamètre de la partie axiale extérieure 14 de ce moyeu 4, ce qui crée du jeu tangentiel avec la nervure 18 ajustée dedans.According to another solution, the friction parts are made of a composite material. Advantageously, the tenons comprise two bearing faces which are substantially parallel. The invention also relates to a motor vehicle comprising brake discs constituting a disc brake device comprising any one of the preceding features. The invention will be better understood and other features and advantages will appear more clearly on reading the following description given by way of example, with reference to the appended drawings in which: FIGS. 1 and 2 present successively in FIG. front view and in axial section along the section plane II-II, a disc brake device according to the prior art; - Figures 3 and 4 show successively in front view and in axial section along the section plane IV-IV, a disk brake device according to the invention; and - Figures 5 and 6 show successively in front view and in axial section along the section plane VI-VI, another disc brake device according to the invention. FIGS. 1 and 2 show a disk brake device centered on the axis O, comprising an outer friction disc 2 having two parallel friction surfaces 6, this disc comprising a large diameter central bore 10 connected to a hub 4 to ensure his training. The friction disc 2 has in a median plane radial bores 8 for indoor ventilation, obtained directly during the cast iron of this element. The hub 4 made of stamped sheet metal has a radial part 10 15 having fixing holes 12 on a rotating element connected to the wheel, and a cylindrical outer axial portion 14 having a succession of axial grooves 16 which each receive in an adjusted manner a rib 18 formed in the central bore of the friction disk 2. The flanks of each groove 16 comprising in cross-section a "V" open radially outwardly, constitute faces receiving support from the corresponding sides of the ribs 18, in order to transmit the braking torque applied to the friction disk 2. These two faces bearing against each other are subjected to micro-movements during braking which are allied to particular temperature and humidity conditions. , lead to wear and corrosion of materials in contact. Moreover, the "V" arrangement of the bearing faces of the grooves 16 does not retain the adjustment of these faces during the radial thermal expansion of the hub 4. The two bearing faces of the same groove 16 30 ' spacing apart from each other with the growth of the diameter of the outer axial portion 14 of the hub 4, which creates tangential clearance with the rib 18 fitted therein.

3028904 5 Les figures 3 et 4 présentent un dispositif de frein à disque comprenant un moyeu 4 comportant dans sa partie extérieure cylindrique 14 une succession de rainures axiales, présentant des flancs sensiblement parallèles 32 formant des faces d'appui pour les faces correspondantes des 5 tenons 30 réalisés à l'intérieur du disque de frottement 2. Chaque face d'appui 32 d'une rainure du moyeu 4 reçoit un profilé intermédiaire en forme de « U » 34, comprenant une partie centrale intercalée entre la face d'appui de la rainure et celle du tenon 30, et deux bords qui sont repliés sur les surfaces radialement intérieure et extérieure de 10 la partie cylindrique 34 de ce moyeu. Le profilé intermédiaire 34 réalisé dans une tôle pliée, comporte une épaisseur qui donne un ajustement en largeur du tenon 30 dans sa rainure présentant un jeu réduit. Le profilé intermédiaire 34 comporte une matière ou un revêtement de 15 surface présentant une dureté importante, ainsi qu'une résistance élevée à la corrosion et à la température, permettant des petits glissements des surfaces l'une sur l'autre en évitant les usures ainsi que la corrosion. On évite ainsi un grippage et un blocage du disque de frottement 2 sur son moyeu 4, qui permet de conserver pendant la durée de vie une liberté de 20 mouvement donnant un positionnement axial libre de ce disque, ainsi que des mouvements radiaux venant en particulier de la dilatation du disque, ce qui évite des phénomènes de vibration lors des freinages, ou d'usure prématurée du système. On peut alors utiliser des matériaux ferreux couramment choisis pour 25 réaliser le moyeu 4 et le disque de frottement 2, comme la fonte ou l'acier, qui sont économiques, tout en présentant des bonnes qualités de frottement pour les patins de frein. On peut aussi utiliser un matériau non-ferreux pour le moyeu 2, comme par exemple un alliage d'aluminium, avec le profilé intermédiaire 34 qui le protège de l'usure, et de la corrosion galvanique du 30 fait de l'hétérogénéité des métaux en présence donnant un effet de pile électrique.FIGS. 3 and 4 show a disk brake device comprising a hub 4 comprising in its cylindrical outer part 14 a succession of axial grooves, presenting substantially parallel sides 32 forming bearing faces for the corresponding faces of the tenons. 30 each inside of the friction disc 2. Each bearing face 32 of a groove of the hub 4 receives a U-shaped intermediate section 34, comprising a central part inserted between the bearing face of the groove and that of the tenon 30, and two edges which are folded over the radially inner and outer surfaces of the cylindrical portion 34 of this hub. The intermediate profile 34 made in a folded sheet has a thickness which gives a width adjustment of the post 30 in its groove having a reduced clearance. The intermediate profile 34 comprises a material or a surface coating having a high hardness, and a high resistance to corrosion and temperature, allowing small sliding of the surfaces on one another avoiding wear and that corrosion. This avoids jamming and blocking of the friction disc 2 on its hub 4, which allows to preserve during the service life a freedom of movement giving a free axial positioning of this disc, as well as radial movements coming especially from the expansion of the disc, which avoids vibration phenomena during braking, or premature wear of the system. It is then possible to use commonly selected ferrous materials to make the hub 4 and the friction disc 2, such as cast iron or steel, which are economical, while having good frictional qualities for the brake pads. It is also possible to use a non-ferrous material for the hub 2, for example an aluminum alloy, with the intermediate profile 34 which protects it from wear, and from galvanic corrosion due to the heterogeneity of the metals. in the presence giving an electric battery effect.

3028904 6 Les figures 5 et 6 présentent un disque de frottement 2 et un moyeu 4 recevant une pièce intermédiaire 40 comprenant une bande de tôle annulaire continue, qui comporte une succession de plis formant des créneaux présentant une partie radialement intérieure 42 venant en dessous d'un 5 tenon du disque 30, une partie radialement extérieure 44 venant au-dessus de la partie cylindrique 14 du moyeu, et deux surfaces d'appui parallèles 46 qui s'ajustent entre les faces d'appui des rainures et des tenons 30. En utilisant de la même manière pour la pièce intermédiaire 40 une matière ou un revêtement de surface adapté pour la pression et le 10 frottement, on évite ainsi une corrosion et des risques de grippage. On notera que dans ce cas on a une seule pièce intermédiaire 40 à mettre en place, et non pas plusieurs petits profilés 34 comme pour la version précédente. D'une manière générale on peut disposer d'autres types de pièces 15 intermédiaires entre les faces d'appui des tenons du disque de frottement 30 et du moyeu 4, comme des pavés sensiblement parallélépipédiques, comprenant des matériaux ou des revêtements de surface présentant les caractéristiques adaptées. Pour les matériaux de ces pièces intermédiaires, on peut en particulier 20 utiliser une tôle en acier inoxydable pour des températures élevées, ou un composite comportant des fibres de verre et de la résine phénolique pour des températures moins élevées. Pour les revêtements de surface, on peut utiliser notamment des revêtements de frottement métalliques nobles, en particulier des revêtements déposés par projection thermique.FIGS. 5 and 6 show a friction disc 2 and a hub 4 receiving an intermediate piece 40 comprising a continuous annular sheet metal strip, which comprises a series of creases forming crenellations having a radially inner portion 42 coming from below a tenon of the disk 30, a radially outer portion 44 coming above the cylindrical portion 14 of the hub, and two parallel bearing surfaces 46 which fit between the bearing faces of the grooves and tenons. similarly using for the intermediate piece 40 a material or surface coating suitable for pressure and friction, thereby avoiding corrosion and risk of seizure. It should be noted that in this case there is only one intermediate piece 40 to put in place, and not several small sections 34 as for the previous version. In general, other types of intermediate parts can be disposed between the bearing faces of the tenons of the friction disc 30 and the hub 4, such as substantially parallelepipedic blocks, comprising materials or surface coatings having the adapted characteristics. For the materials of these intermediate pieces, it is possible in particular to use a stainless steel sheet for high temperatures, or a composite comprising glass fibers and phenolic resin for lower temperatures. For surface coatings, noble metal friction coatings can be used, in particular coatings deposited by thermal spraying.

25 Dans tous les cas on obtient des matériaux ou des revêtements plus onéreux, mais utilisés pour des surfaces réduites. On notera que les disques de frein en deux parties comprenant le disque de frottement et le moyeu, se développent sur les véhicules de haut de gamme qui présentent des exigences élevées en matière de qualité du 30 freinage et de prestation ressentie par le client. Le dispositif de frein à disque suivant l'invention permet d'accroître la qualité perçue du freinage, en évitant sa dégradation lors du vieillissement du véhicule.In all cases, more expensive materials or coatings are obtained but used for reduced areas. It should be noted that the two-piece brake discs comprising the friction disk and the hub, develop on high-end vehicles which have high demands on the quality of the braking and the performance felt by the customer. The disk brake device according to the invention makes it possible to increase the perceived quality of the braking, avoiding its degradation during the aging of the vehicle.

Claims

CLAIMS1 - A disk brake device comprising a peripheral disk (2) having two friction surfaces (6), comprising a central opening having radially inwardly facing pins (30) which are fitted in axial grooves of a hub (4), each groove having two axial bearing faces (32) receiving the pressure of a complementary bearing face of the tenon during transmission of a torque on the disk, characterized in that each tenon (30) ) and groove comprises a friction piece (34, 40) interposed between them on at least one of their axial bearing faces.

2 - disc brake device according to claim 1, characterized in that the friction piece is formed in a metal sheet (34, 40).

3 - disc brake device according to claim 2, characterized in that the friction piece is an axially oriented section (34), which is independent for each tenon (30).

4 - disc brake device according to claim 2, characterized in that the friction piece is an annular sheet metal strip (40), which comprises a series of creases forming crenellations having bearing surfaces (46) which 'fit between the bearing faces grooves and tenons (30).

5 - disk brake device according to claim 1, characterized in that the friction parts are blocks interposed between the bearing faces of the grooves and tenons (30).

6 - disc brake device according to any one of the preceding claims, characterized in that the friction parts (34, 40) are formed in a stainless steel.

7 - disc brake device according to any one of the preceding claims, characterized in that the friction parts 30 comprise a friction metal coating deposited by thermal spraying. 3028904 8

8 - disc brake device according to claim 1, characterized in that the friction parts are made of a composite material.

9 - disk brake device according to any one of the preceding claims, characterized in that the tenons (30) 5 comprise two bearing faces which are substantially parallel.

10 - A motor vehicle having brake discs, characterized in that these discs constitute a disc brake device made according to any one of the preceding claims.