FR3105327A1 - Dispositif de freinage à usure réduite - Google Patents

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Abstract

Dispositif de freinage (2) comprenant : - un organe formant piston (12), destiné à coopérer avec une garniture de frein (8) ; - un organe de poussée (14) destiné à actionner l’organe formant piston (12) ; - l’organe de poussée (14) et l’organe formant piston (12) comportant respectivement deux surfaces complémentaires de contact destinées à coopérer entre elles ; et - au moins une des surfaces de contact étant formée par la surface d’au moins une bille de contact (32, 40). Figure pour l’abrégé : Figure 1

Description

Dispositif de freinage à usure réduite
L’invention se rapporte à un dispositif de freinage et à un véhicule comprenant un tel dispositif.
On connaît déjà dans l’état de la technique un dispositif de freinage encore appelé «frein de stationnement» permettant d’immobiliser un véhicule à l’arrêt. A titre d’exemple, le frein de stationnement peut être actionné au moyen d’un levier (notamment dans le cas d’un «frein à main») ou d’un moteur.
On connaît par ailleurs un dispositif de freinage d’un véhicule en roulage comportant des garnitures de frein, commandées par un circuit hydraulique pour agir par pincement sur un disque lié en rotation à une roue du véhicule. Un tel dispositif de freinage est appelé généralement «frein à disque».
Enfin, il est connu d’intégrer des moyens du frein de stationnement dans certains moyens du frein à disque. Dans ce cas, on appelle le frein de stationnement «frein intégré».
Un dispositif de freinage tel qu’un frein de stationnement, par exemple un frein intégré, comprend habituellement un piston, destiné à coopérer avec une garniture de frein et un organe de poussée destiné à actionner le piston. Le piston et l’organe de poussée comprennent, respectivement, une première surface de contact femelle, portée par le piston, et une seconde surface de contact mâle, portée par l’organe de poussée. Ces surfaces de contact sont complémentaires et destinées à coopérer entre elles.
Toutefois, dans certains cas, on observe des frottements entre les surfaces de contact complémentaires qui peuvent être importants. De plus, l’organe de poussée exerce des contraintes locales sur la surface femelle tronconique de contact du piston accélérant l’usure des surfaces de contact. Cela engendre des pertes d’efforts de transmission, sous forme de dissipation de chaleur, et des vibrations, conduisant à des pertes d’efficacité du freinage du véhicule.
L'invention a notamment pour but de minimiser les contraintes locales et les frottements entre les surfaces de contact respectives du piston et de l’organe de poussée.
A cet effet, l’invention a pour objet un dispositif de frein caractérisé en ce qu’il comprend:
- un organe formant piston, destiné à coopérer avec une garniture de frein;
- un organe de poussée destiné à actionner l’organe formant piston;
- l’organe de poussée et l’organe formant piston comportant respectivement deux surfaces complémentaires de contact destinées à coopérer entre elles ; et
- au moins une des surfaces de contact étant formée par la surface d’au moins une bille de contact.
Grâce à la bille de contact, on minimise les zones de contact et donc les frottements entre les surfaces complémentaires de contact de l’organe de poussée et de l’organe formant piston.
De cette façon, l’efficacité du freinage du dispositif selon l’invention est améliorée au cours du temps du fait de la minimisation de l’usure et donc de la meilleure constance de transmission d’effort.
Avantageusement, chaque bille de contact est portée par l’organe formant piston. De cette manière, on allège l’organe formant piston.
De préférence, chaque bille est logée au moins partiellement dans une chambre de lubrification ménagée dans l’organe formant piston.
Ainsi chaque bille est lubrifiée en continu. Le dispositif nécessite donc moins de maintenance qu’un dispositif classique.
Avantageusement, le dispositif de freinage comprend au moins un moyen de retenue de chaque bille dans la chambre de lubrification.
Un tel moyen de retenue permet le contact direct entre chaque bille et les surfaces de contact complémentaires, tout en la gardant à l’intérieur de la chambre de lubrification.
Selon un premier mode de réalisation de l’invention, le dispositif de freinage comprend une seule bille de contact délimitant une surface de contact mâle, cette bille étant, de préférence, en appui sur une couche de billes d’appui portée par l’organe formant piston.
Avantageusement, la surface de contact portée par l’organe de poussée a une forme générale femelle tronconique.
La forme de la surface de contact tronconique est choisie de sorte qu’elle soit complémentaire à celle de la bille. De cette façon, la rotation de cette dernière et le contact entre la bille et la surface de contact complémentaire de la bille sont améliorés. En outre, cette complémentarité des surfaces de contact permet de centrer et de guider axialement l’organe de poussée par rapport à l’organe formant piston.
Selon un deuxième mode de réalisation de l’invention, le dispositif de freinage comprend au moins trois billes de contact délimitant une surface de contact femelle.
Cette surface de contact femelle créée par les trois billes permet de centrer la surface de contact complémentaire par rapport à son axe. En outre elle permet de répartir de façon uniforme l’effort transmis par l’organe de poussée sur la surface de contact femelle de l’organe formant piston. Cela a pour effet de minimiser l’usure des éléments de contact, c’est-à-dire l’usure de l’organe de poussée, de chaque bille et de l’organe formant piston.
Avantageusement, la surface de contact de l’organe de poussée a une forme générale mâle ogivale.
Ainsi, cette forme de l’organe mâle est complémentaire de la surface de contact femelle de sorte à être centrée axialement.
Avantageusement, on peut prévoir que le dispositif de freinage comprend des moyens d’entraînement de l’organe de poussée de type mécanique comportantun organe d’entraînement agissant sur l’organe de poussée par l’intermédiaire d’un organe élastique, notamment d’un ressort de compression intercalé entre des premier et second sièges d’appui portés respectivement par l’organe d’entraînement et l’organe de poussée.
Le ressort permet un effet élastique de serrage en début de course d’actionnement d’un levier de commande du dispositif de freinage. Ce ressort rappelle automatiquement l’organe d’entraînement en position de repos lorsque le dispositif de freinage est désactivé.
Préférentiellement, on peut prévoir que l’organe d’entraînement comprend une partie formant écrou de réglage de course, portant le premier siège d’appui, en liaison hélicoïdale avec une partie formant vis de réglage de course.
Ainsi, la position de la vis de réglage de course peut être ajustée par rapport à l’écrou de réglage de course, selon l’usure notamment de l’organe élastique.
L’invention a également pour objet un véhicule caractérisé en ce qu’il comprend un dispositif de freinage selon l’invention.
Brève description des figures
L’invention sera comprise plus en détail à la lecture de la description qui va suivre, donnée uniquement à titre d'exemple et faite en se référant aux dessins annexés dans lesquels:
La figure 1 est une vue de coupe axiale d’un dispositif de freinage selon un premier mode de réalisation de l’invention;
La figure 2 est une vue de détail de la zone II de la figure 1;
La figure 3 est une vue de coupe axiale d’un dispositif de freinage selon un deuxième mode de réalisation de l’invention; et
La figure 4 est une vue d’un détail de la figure 3 vu selon la flèche IV de cette figure 3.
Description détaillée
Premier mode de réalisation: figures 1 et 2
On a représenté sur les figures 1 et 2 un dispositif de freinage selon un premier mode de réalisation de l’invention, désigné par la référence générale 2.
Dans l’exemple illustré, le dispositif de freinage 2 est un frein de stationnementpermettant d’immobiliser un véhicule à l’arrêt.
Le frein de stationnement est intégré dans un frein à disque qui comprend un corps 4 porté par un étrier classique (non-représenté). Un tel dispositif de freinage 2 est appelé, de façon générale, «frein intégré».
Dans ce qui suit, on qualifie un élément de «proximal» ou de «distal» selon que, dans une chaîne de commande du dispositif de freinage 2, il est proche ou éloigné d’un organe de commande actionné par un utilisateur.
La chaîne de commande du dispositif de freinage 2 comprend des moyens d’actionnement classiques de ce dispositif de freinage 2. Ces moyens d’actionnement comprennent, par exemple, un organe d’actionnement 6, tel que schématisé sur la figure 1, activé par exemple par un levier ou un moteur.
Le dispositif de freinage 2 comprend des garnitures de frein 8 classiques destinées à coopérer par frottement avec un disque de frein 10. Les garnitures 8 ainsi que le disque 10 sont agencés de façon connue en soi dans le dispositif de freinage 2.
Le corps 4 comprend un organe formant piston 12 destiné à coopérer avec une des garnitures 8 et un organe de poussée 14 destiné à actionner l’organe formant piston 12.
L’organe d’actionnement 6 est destiné à coopérer avec des moyens d’entraînement de l’organe de poussée 14 de type mécanique.
Ces moyens d’entrainement comportentun organe d’entraînement 15 destiné à agir sur l’organe de poussée 14 par l’intermédiaire d’un organe élastique, en particulier d’un ressort de compression 16 intercalé entre des premier 18 et second 20 sièges d’appui portés respectivement par l’organe d’entraînement 15 et l’organe de poussée 14.
Dans cet exemple, l’organe d’entraînement 15 comprend une partie formant écrou de réglage de course 22, portant le premier siège d’appui 18, en liaison hélicoïdale avec une partie formant vis de réglage de course 24. On a représenté sur la figure 1 l’axe A des parties formant écrou 22 et vis 24. Le positionnement relatif de la partie formant vis de réglage 24 par rapport à la partie formant écrou de réglage 22 est adapté selon l’usure d’éléments du dispositif de freinage 2, plus particulièrement selon l’usure des garnitures 8 ou la diminution de l’élasticité du ressort de compression 16.
On notera que la vis de réglage 24 est partiellement logée dans un carter 26 agencé dans un chambrage 28 du corps 4. De même, on notera que l’écrou de réglage 22 ainsi que le ressort de compression 16 sont logés dans le carter 26. Enfin, on notera que l’organe de poussée14 est également logé dans le carter 26 et forme une paroi séparant l’intérieur du carter 26 de l’extérieur de ce carter 26. L’organe de poussée14 est monté coulissant axialement sur la partie formant vis de réglage 24.
L’organe d’entrainement 15 et l’organe formant piston 12 sont montés coulissant axialement, parallèlement à l’axe A, sur le corps 4.
L’extrémité proximale de l’organe d’entrainement 15, plus particulièrement l’extrémité proximale de la vis de réglage 24, s’étend à l’extérieur du corps 4 de façon à pouvoir coopérer avec l’organe d’actionnement 6. Une membrane d’étanchéité classique 30 est agencée entre le corps 4 et l’extrémité proximale de la vis de réglage 24.
L’organe formant piston 12 est partiellement logé dans le chambrage 28 du corps 4. Plus particulièrement, l’extrémité distale de l’organe formant piston 12 s’étend à l’extérieur du corps 4 de façon à pouvoir coopérer avec une des garnitures 8 de frein. Une membrane d’étanchéité 30 est agencée entre le corps 4 et l’extrémité distale de l’organe formant piston 12.
L’organe de poussée 14 et l’organe formant piston 12 comportent respectivement deux surfaces complémentaires de contact destinées à coopérer entre elles.
Pour minimiser les zones de contact et donc les frottements entre les surfaces complémentaires de contact de l’organe de poussée 14 et de l’organe formant piston 12, au moins une des surfaces de contact est formée par la surface d’au moins une bille de contact 32.
Dans le premier mode de réalisation de l’invention, le dispositif de freinage 2 comporte une bille de contact 32 portée par l’organe formant piston 12.
La bille de contact 32 est logée au moins partiellement dans une chambre de lubrification 34, ménagée dans l’organe formant piston 12, contenant une graisse (minérale ou synthétique) habituellement utilisée pour lubrifier.
La bille de contact 32 délimite une surface de contact mâle de façon à coopérer avec la surface de contact portée par l’organe de poussée qui a une forme générale femelle tronconique 36.
On notera que la surface de contact de forme générale femelle tronconique 36 est ménagée dans la paroi 20 de l’organe de poussée 14 séparant l’intérieur du carter 26 de l’extérieur de ce carter 26.
Comme on peut le voir plus en détail sur la figure 2, la bille de contact 32 est de préférence en appui sur une couche de billes d’appui 40 portée par l’organe formant piston 12. Ces billes d’appui 40 ont chacune un diamètre inférieur à celui de la bille de contact 32 et s’intercalent entre la bille de contact 32 et la surface de l’organe formant piston 12 délimitant la chambre de lubrification 34.
Les billes de contact 32 et d’appui 40 sont retenues dans la chambre de lubrification 34 par des moyens de retenus classiques comprenant une bague de retenue 42 portée par l’organe formant piston 12.
La bague de retenue 42 est en matériau résistant aux graisses (minérale ou synthétique) habituellement utilisées. Elle a une forme adaptée pour empêcher la sortie de chaque bille 32, 40 de la chambre de lubrification 34.
Lorsque le dispositif de freinage 2 est activé, conformément à un fonctionnement classique, l’organe d’actionnement 6 sollicite l’organe d’entrainement 15 de façon à mettre en contact la surface de contact femelle 36 portée par l’organe de poussée, de forme générale tronconique, avec la surface de la bille de contact 32 portée par l’organe formant piston 12. Le déplacement de l’organe d’entrainement se poursuit jusqu’au serrage des garnitures 8 sur le disque de freinage 10. Le ressort de compression 16 est alors dans un état comprimé de serrage du frein. L’organe d’entrainement et l’organe formant piston 12 sont immobilisés dans cette position de serrage par des moyens connus en soi.
Lorsque le dispositif de freinage 2 est désactivé, conformément à un fonctionnement classique, l’organe d’actionnement 6, l’organe d’entraînement 15 et le ressort de compression 16 reviennent dans un état de repos, correspondant au desserrage du frein, dans lequel la surface de contact femelle 36 portée par l’organe de poussée 14, de forme générale tronconique, est écartée de la surface de la bille de contact 32 portée par l’organe formant piston 12.
Dans ce qui suit, on décrira un autre mode de réalisation de l’invention en se référant aux figures 3 et 4. Sur ces figures, les éléments analogues à ceux des figures précédentes sont désignés par des références identiques.
Deuxième mode de réalisation: figures 3 et 4
On décrira ci-dessous un second mode de réalisation du dispositif de freinage 2 selon l’invention. Dans ce qui suit, on décrira essentiellement ce qui le distingue du dispositif de freinage 2 selon le premier mode de réalisation.
Dans ce second mode de réalisation de l’invention, pour minimiser les zones de contact et donc les frottements entre les surfaces complémentaires de contact de l’organe de poussée 14 et de l’organe formant piston 12, au moins une des surfaces de contact est formée par la surface de trois billes de contact 32. Ces trois billes de contact 32, portées par l’organe formant piston 12, délimitent une surface de contact femelle 44 (voir figure 4) centrée autour de l’axe A. En effet, Les billes de contact 32 sont disposées de façon symétrique par rapport à l’axe longitudinal A. Cette disposition des billes de contact 32 crée une surface de contact femelle 44 complémentaire de la surface de contact mâle décrite plus bas
En variante, cette surface de contact femelle 44 pourrait être formée par plus de trois billes.
Les trois billes de contact 32 sont logées au fond de la chambre de lubrification 34, cette chambre 34 étant agencée à une extrémité proximale de l’organe formant piston 12. Comme dans le premier mode de réalisation, la chambre de lubrification 34 contient une graisse (minérale ou synthétique) d’un type habituellement utilisé pour lubrifier.
Les billes de contact 32, en appui sur une même surface transversale de l’organe formant piston 12, sont retenue, dans la chambre de lubrification 34, en appui contre cette surface transversale par un organe de retenue classique tel qu’une bague de retenue 42.
Par ailleurs, dans ce second mode de réalisation de l’invention, la surface de contact de l’organe de poussée 14 a une forme générale mâle ogivale 46 ménagée sur un prolongement axial distal 47 de l’organe formant piston.
On notera que ce prolongement axial distal 47, d’axe A, est agencé de façon à s’étendre au moins partiellement dans la chambre de lubrification.
De préférence, ce prolongement axial distal 47 participe à l’obturation de la chambre de lubrification 34 et porte, à cet effet, des moyens d’étanchéité, par exemple un joint torique 48 comme illustré sur la figure 3.
Le fonctionnement du dispositif de freinage 2 selon le second mode de réalisation est similaire,mutatis mutandis, à celui du premier mode de réalisation de l’invention.
On peut prévoir que l’organe de poussée 2 et l’organe formant piston 12 sont fabriqués à partir d’alliages métalliques tels que l’acier. Optionnellement, des revêtements métalliques et/ou non-métalliques peuvent être déposés sur la surface des organes 12, 14 pour les renforcer. Par exemple, le revêtement peut être de nature métallique, par exemple à base de nitrure ou de carbure ou de nature non-métallique, à base de matériaux habituellement utilisés dans les billes des roulements à billes.
En outre, on peut prévoir que les billes de contact 32 ou d’appui 40 sont fabriquées à partir d’un matériau tel qu’acier rapide et/ou autre type d’acier habituellement utilisé pour la fabrication de billes de roulement à billes.
L'invention n'est pas limitée aux modes de réalisation présentés et d'autres modes de réalisation apparaîtront clairement à l'homme du métier.
Ainsi, on peut prévoir que le dispositif de freinage 2 selon l’invention s’applique à d’autres dispositifs qu’un frein de stationnement, par exemple un dispositif de freinage d’un véhicule en roulage.
Nomenclature:
A : axe longitudinal
2: dispositif de freinage
4 : corps
6: organe d’actionnement
8: garnitures de frein
10: disque de freinage
12: organe formant piston
14 : organe de poussée
15: organe d’entraînement
16: ressort de compression
18: premier siège d’appui porté par l’organe d’entraînement (ou par l’écrou)
20: second siège d’appui porté par l’organe de pousse
22 : écrou de réglage
24 : vis de réglage
26: carter
28: chambrage
30 : membrane d’étanchéité
32: bille de contact
34: chambre de lubrification
36: surface de contact ayant une forme femelle tronconique
40: bille d’appui
42: bague de retenue
44: surface de contact femelle délimitée entre les billes
46: surface de contact mâle ogivale
47: prolongement axial distal
48: joint torique

Claims (11)

  1. Dispositif de freinage (2) caractérisé en ce qu’il comprend :
    - un organe formant piston (12), destiné à coopérer avec une garniture de frein (8) ;
    - un organe de poussée (14) destiné à actionner l’organe formant piston(12) ;
    - l’organe de poussée (14) et l’organe formant piston (12) comportant respectivement deux surfaces complémentaires de contact destinées à coopérer entre elles ; et
    - au moins une des surfaces de contact étant formée par la surface d’au moins une bille de contact (32, 40).
  2. Dispositif de freinage (2) selon la revendication précédente, dans lequel chaque bille de contact (32, 40) est portée par l’organe formant piston (12).
  3. Dispositif de freinage (2) selon la revendication 2, dans lequel chaque bille (32, 40) est logée au moins partiellement dans une chambre de lubrification (34) ménagée dans l’organe formant piston (12).
  4. Dispositif de freinage (2) selon la revendication 3, comprenant au moins un moyen de retenue (42) de chaque bille (32, 40) dans la chambre de lubrification (34).
  5. Dispositif de freinage (2) selon l’une quelconque des revendication 2 à 4, comprenant une seule bille de contact (32) délimitant une surface de contact mâle, cette bille étant de préférence en appui sur une couche de billes d’appui (40) portée par l’organe formant piston (12).
  6. Dispositif de freinage (2) selon la revendication 5, dans lequel la surface de contact portée par l’organe de poussée (14) a une forme générale femelle tronconique (36).
  7. Dispositif de freinage (2) selon l’une quelconque des revendication 2 à 4, comprenant au moins trois billes de contact (32) délimitant une surface de contact femelle (44).
  8. Dispositif de freinage (2) selon la revendication 7, dans lequel la surface de contact de l’organe de poussée a une forme générale mâle ogivale.
  9. Dispositif de freinage (2) selon l’une quelconque des revendications précédentes, comprenant des moyens d’entraînement de l’organe de poussée (14) de type mécanique comportantun organe d’entraînement (15) agissant sur l’organe de poussée (14) par l’intermédiaire d’un organe élastique, notamment d’un ressort de compression (16) intercalé entre des premier (18) et second (20) sièges d’appui portés respectivement par l’organe d’entraînement (15) et l’organe de poussée (14).
  10. Dispositif de freinage (2) selon la revendication 9, dans lequel l’organe d’entraînement (15) comprend une partie formant écrou de réglage de course (22), portant le premier (18) siège d’appui, en liaison hélicoïdale avec une partie formant vis de réglage de course (24).
  11. Véhicule caractérisé en ce qu’il comprend un dispositif de freinage (2) selon l’une quelconque des revendications 1 à 10.
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