CH630155A5

CH630155A5 - Friction shoe and disc brakes comprising such shoes

Info

Publication number: CH630155A5
Application number: CH489178A
Authority: CH
Inventors: Louis Heraud
Original assignee: Europ Propulsion
Priority date: 1977-05-25
Filing date: 1978-05-05
Publication date: 1982-05-28
Also published as: JPS53146075A; FR2392280B1; NL7805580A; ES249532U; DE2822386A1; BR7803347A; BE867393A; SE7805380L; CA1090720A; IT7823768A0; SE441615B; GB1602542A; IT1095530B; FR2392280A1; ES249532Y

Description

La présente invention concerne un élément de friction et un frein à disques comportant de tels éléments; cet élément de friction comporte au moins une couche stratifiée, dont au moins une face constitue une surface de frottement de l'élément de friction, qui est constituée par un assemblage de feuilles d'un matériau de friction ayant une conductivité thermique élevée, notamment le carbone.

Des éléments de friction de ce type sont utilisés, en particulier, pour les freins à disques multiples d'avion et sont alors généralement formés par un empilage de feuilles annulaires planes. Les feuilles sont orientées perpendiculairement à l'axe des disques, et celle située à une ou chaque extrémité de l'empilage définit une surface de frottement de l'élément de friction. Cette disposition présente de multiples inconvénients.

En premier lieu, si l'on utilise des feuilles entières découpées en une seule pièce dans une nappe de renfort en fibres de carbone, les chutes de matière inutilisables qui en résultent sont très importantes, ce qui grève considérablement le prix de revient du fait du coût élevé du matériau utilisé. Par ailleurs, l'empilage des feuilles dans des plans parallèles à la surface de frottement ne favorise pas le rôle de puits de chaleur que doit remplir l'élément de friction, afin d'évacuer le plus rapidement et uniformément possible la chaleur produite par le frottement. Des contraintes thermiques peuvent donc être engendrées et favoriser l'apparition de clivages. De plus, les risques d'irrégularités des surfaces frottantes, du fait d'une usure irrégulière, ne sont pas négligeables. Il peut en résulter une décohésion des feuilles au voisinage des surfaces frottantes. De plus encore, le passage d'une feuille à l'autre, au cours de l'usure de l'élément de friction, provoque une discontinuité des caractéristiques de frottement. Enfin, dans le cas où la fabrication des disques nécessite des traitements au cours desquels les matériaux laissent échapper des gaz, ou doivent laisser pénétrer des gaz ou des liquides pour densification, la disposition des feuilles les unes au-dessus des autres perpendiculairement à l'axe du disque est la moins favorable, car l'évacuation ou la pénétration de ces fluides, qui s'effectue généralement parallèlement aux feuilles, ne peut alors se produire que par les faces latérales de l'empilement.

Cela favorise l'apparition des clivages en cours de traitement, si l'évacuation des gaz est rendue difficile, et peut conduire à une densification insuffisante ou hétérogène dans le cas où la pénétration ne peut être réalisée de façon complète ou uniforme à partir des faces latérales cylindriques de l'empilement.

La présente invention a pour but de fournir un élément de friction qui ne présente pas les inconvénients précités, à savoir un élément de friction stratifié résistant à la décohésion, qui remplit efficacement son rôle de puits de chaleur, dont l'usure est progressive et régulière, qui peut être formé par des secteurs de feuilles découpés avec un minimum de chutes de matière et qui a une disposition des feuilles favorisant au maximum l'admission ou l'échappement de gaz, ou de liquides, au cours d'un traitement thermique ou au cours d'une opération de densification.

Ce but est atteint par un élément de friction qui comporte au moins deux couches stratifiées ayant leurs faces extérieures constituant des surfaces de frottement opposées de l'élément de friction, chaque couche étant formée par un empilage de feuilles de matériau de friction avec une disposition en rosette en sens opposé par rapport à l'autre couche, chaque feuille d'une couche s'étendant depuis la surface de frottement sur toute l'épaisseur de la couche, en étant inclinée par rapport à la surface de frottement.

Grâce à la disposition en rosette, la chaleur est rapidement évacuée par les feuilles vers l'intérieur de l'élément de friction. Par ailleurs, les surfaces de frottement sont constituées par les bords juxtaposés des feuilles, et non par des feuilles d'extrémité comme dans le cas de la disposition par empilement de feuilles orientées perpendiculairement à l'axe des disques, d'où une usure plus régulière et l'obtention de surfaces frottantes avec des caractéristiques relativement constantes. La régularité de l'usure et la meilleure évacuation de la chaleur contribuent à diminuer les risques de décohésion.

Par ailleurs, la forme en secteur des feuilles permet de les découper en une pièce dans une nappe de renfort avec un minimum de chutes. Le prix de revient de l'élément de friction peut donc être notablement abaissé. Leur disposition permet d'autre part une meilleure pénétration, ou un meilleur échappement de fluides, par toutes les faces de l'élément de friction qu'elles forment, d'où une nette diminution des risques d'apparition de défauts de fabrication.

Enfin, grâce à la disposition en double rosette, l'élément de friction est sollicité de la même façon sur chaque surface de frottement, par exemple dans le cadre de son utilisation comme élément intermédiaire de frein à disques.

La présente invention concerne également un frein à disques tel que défini à la revendication 6.

Les particularités et avantages de l'élément de friction conforme à l'invention, et de son application aux freins à disques multiples, ressortiront à la lecture de la description faite ci-après, à titre indicatif mais non limitatif, en référence au dessin joint sur lequel:

la fig. 1 est une vue schématique en perpective d'un mode de réalisation d'un élément de friction conforme à l'invention;

la fig. 2 est une vue schématique en perspective partiellement arrachée illustrant une couche de l'élément de friction représenté à la fig-1;

la fig. 3 est une vue schématique en perspective illustrant un autre mode de réalisation d'un élément de friction conforme à l'invention;

la fig. 4 est une vue schématique en perspective illustrant l'utilisation comme disque de frein d'un élément de friction conforme à l'invention, et

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les fig. 5 et 6 sont deux vues schématiques en perspective illustrant deux modes d'utilisation d'éléments de friction, conformes à l'invention, pour réaliser un frein à disques multiples.

L'élément de friction 10 représenté à la fig. 1 est un élément de forme annulaire constitué de deux couches annulaires de friction 11, 12 superposées, coaxiales, reliées l'une à l'autre. Les faces planes extérieures 13,14 des couches de friction 11,12 constituent les surfaces de frottement de l'élément de friction 10.

Chaque couche 11,12 est formée par un assemblage de feuilles 15 disposées en rosette. Chaque feuille 15 d'une couche s'étend depuis la face extérieure de cette couche, où elle affleure sensiblement radiale-ment, jusqu'à la face intérieure, où elle affleure également sensiblement radialement en étant inclinée par rapport à la face de frottement. Les traces de chaque feuille 15 sur les faces latérales d'une couche s'étendent donc le long d'une partie du pourtour de celle-ci.

A titre d'exemple, les feuilles 15 de chaque couche sont disposées sur des surfaces réglées engendrées chacune par une droite qui se déplace en s'appuyant sur l'axe 16 de l'élément et sur une hélice (par exemple 17) tracée sur une face latérale 18 de cette couche.

La fig. 2 illustre la disposition des feuilles 15 dans la couche 11. Ces feuilles sont disposées de manière analogue dans la couche 12, mais avec une inclinaison, par rapport aux surfaces de frottement, opposée par rapport à celle des feuilles de la couche 11. Les dispositions des feuilles des couches 11,12 sont de préférence symétriques l'une de l'autre par rapport au plan radial médian de l'élément 10, les couches 11,12 ayant la même épaisseur.

Les couches 11,12 peuvent être jointives (fig. 1) ou, à titre de variante, être séparées par une couche intermédiaire 19 (fig. 3) en un matériau identique à celui des couches 11 et 12 ou en un matériau différent, par exemple métallique.

Les feuilles 15 sont, par exemple, découpées dans des nappes de renfort constituées par des fibres de carbone imprégnées ou non. Comme ces feuilles ont sensiblement une forme de secteur d'anneau, la découpe peut être faite avec des chutes minimes, ce qui est très important compte tenu du coût de telles nappes. Ainsi, par rapport à la découpe de feuilles annulaires, en une seule pièce, l'économie de matière réalisée peut être de l'ordre de 30% ou plus, pour former des éléments de friction de mêmes dimensions.

Après assemblage des feuilles de chaque couche par disposition en rosette les unes sur les autres et superposition des couches, on peut former l'élément 10 par un procédé connu de rigidification par densification, par exemple par dépôt de pyrocarbone. On notera que la disposition en rosette facilite, au cours d'un traitement de densification, la pénétration de gaz ou liquides, ou l'évacuation de gaz, puisqu'elles peuvent avoir lieu par toutes les faces de l'élément 10. Cela favorise bien entendu l'obtention d'un élément de friction

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aux caractéristiques physiques homogènes, donc aux propriétés de freinage constantes au fur et à mesure de son usure. On notera à ce propos qu'une telle usure est progressive et régulière, puisque les feuilles ne sont pas orientées perpendiculairement à l'axe 16.

Pour son utilisation, par exemple comme disque de frein (fig. 4), l'élément de friction 10 est placé entre deux anneaux 21,22 par rapport auxquels il est animé d'un mouvement relatif de rotation. Lors du freinage, les disques 21 et 22 sont appliqués contre les surfaces de frottement 13 et 14 de l'élément 10. En effet, la conductivité thermique des feuilles perpendiculairement aux faces frottantes est améliorée en comparaison avec une stratification perpendiculaire à l'axe de friction.

La régularité de l'usure et une évacuation de chaleur améliorée contribuent bien entendu à limiter la possibilité de création de contraintes mécaniques ou thermiques tendant à la décohésion des feuilles 15, bien ancrées au sein de l'élément de friction.

Grâce à la disposition en double rosette, les surfaces de frottement 13,14 de l'élément de friction 10 sont sollicitées dans le même sens, soit dans le sens de glissement lorsque l'élément 10 tourne, par rapport aux disques 21,22, dans le sens matérialisé par la flèche 23, soit à contresens lorsque l'élément 10 tourne dans l'autre sens (flèche 24).

Les fig. 5 et 6 illustrent deux dispositions relatives d'éléments de friction, conformes à l'invention, pour réaliser un frein à disques multiples du type de ceux utilisés pour les avions.

Aux fig. 5 et 6 sont représentés des éléments de friction coaxiaux alternativement fixes 31,33,35 (stators) et rotatifs 32,34 (rotors). Dans l'exemple illustré, chaque élément intermédiaire 32,33,34 est constitué par un élément de friction, conforme à l'invention, du type de celui représenté à la fig. 1, avec deux couches stratifiées accolées constituées par des assemblages de feuilles disposées en rosette avec des sens opposés pour les deux couches. Les éléments de friction d'extrémité 31, 35 peuvent être de constitution identique à celle des éléments intermédiaires ou, comme illustré, être des éléments de friction comportant une seule couche stratifiée, puisque ces éléments 31,35 n'ont qu'une surface de frottement.

Lors du freinage, les éléments de friction sont pressés les uns contre les autres.

Dans le cas illustré par la fig. 5, les éléments sont disposés de manière que toutes les surfaces de frottement sont sollicitées de façon identique, soit à contresens lorsque les éléments rotatifs 32,34 tournent dans le sens matérialisé par les flèches 36, soit dans le sens du glissement lorsque les éléments rotatifs tournent dans l'autre sens (flèches 37).

Dans le cas illustré par la fig. 6, les surfaces de frottement de chaque élément de friction sont sollicitées de façon identique, mais ces sollicitations sont opposées pour deux éléments adjacents.

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2 feuilles dessins

Claims

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REVENDICATIONS

1. Elément de friction comportant au moins une couche stratifiée, dont au moins une face constitue une surface de frottement de l'élément de friction, qui est constituée par un assemblage de feuilles d'un matériau de friction ayant une conductivité thermique élevée, caractérisé en ce qu'il comporte au moins deux couches stratifiées (11,12) ayant leurs faces extérieures (13,14) constituant des surfaces de frottement opposées de l'élément de friction, chaque couche étant formée par un empilage de feuilles de matériau de friction avec une disposition en rosette en sens opposé par rapport à l'autre couche, chaque feuille (15) d'une couche (11,12) s'étendant depuis la surface de frottement sur toute l'épaisseur de la couche en étant inclinée par rapport à la surface de frottement.
2. Elément de friction selon la revendication 1 ayant une forme de disque ou d'anneau, caractérisé en ce que les feuilles sont disposées chacune sensiblement suivant une surface réglée engendrée par une droite qui passe par l'axe de l'élément de friction et qui s'appuie sur une hélice tracée sur sa face latérale.
3. Elément de friction selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce qu'il comporte au moins une couche intermédiaire entre les deux couches stratifiées.
4. Elément de friction annulaire ou en forme de disque selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que les dispositions des feuilles des couches stratifiées sont symétriques l'une de l'autre par rapport au plan radial médian de l'élément de friction.
5. Elément de friction selon la revendication 1, caractérisé en ce que le matériau de friction à conductivité thermique élevée est le carbone.
6. Frein à disques multiples comportant des éléments de friction annulaires selon la revendication 1, alternativement fixes et rotatifs et constitués chacun par au moins deux couches stratifiées, les faces planes extérieures des couches stratifiées constituant les surfaces de frottement parallèles les unes aux autres desdits éléments.
7. Frein à disque selon la revendication 6, caractérisé en ce que les dispositions des feuilles des couches stratifiées de chaque élément intermédiaire sont symétriques l'une de l'autre par rapport au plan radial médian de cet élément intermédiaire.