FR3133812A1

FR3133812A1 - Module hydraulique générateur de pression pour un système de freinage

Info

Publication number: FR3133812A1
Application number: FR2202510A
Authority: FR
Inventors: François Gaffe; Philippe Richard; Guillaume Poyer
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2022-03-22
Filing date: 2022-03-22
Publication date: 2023-09-29
Anticipated expiration: 2042-03-22
Also published as: DE102023202291A1; CN116792359A; FR3133812B1

Abstract

TITRE : Module hydraulique générateur de pression pour un système de freinage Module MH comprenant un cylindre 1 avec une chambre de compression 2 reliée au circuit hydraulique et un piston 3 entraîné en translation par une vis à billes 6, une gorge périphérique 11 recevant un joint composite 4 exposé à la pression du liquide hydraulique de la chambre 2. Le piston 3 est guidé dans le cylindre 1 par la vis à billes 6, sans contact avec le cylindre 1, l’étanchéité de l’intervalle entre le piston 3 et le cylindre 1 est réalisé par le joint combiné 4, formé d’un anneau rigide 41 de hauteur supérieure à l’intervalle entre la surface de la jupe 32 et le cylindre 1 et venant contre la jupe 22 du piston et d’un joint thorique 42, élastique, logé entre l’anneau 41 et le fond 111 de la gorge périphérique 11. Figure 1

Description

Module hydraulique générateur de pression pour un système de freinage

DOMAINE DE L’INVENTION

La présente invention se rapporte à un module hydraulique générateur de pression pour un système de freinage comprenant un cylindre dont la chambre est reliée au circuit hydraulique du système de freinage qui loge un piston entraîné en translation par une vis à billes, un joint amont logé dans une gorge périphérique principale du cylindre et recevant un joint exposé à la pression du liquide hydraulique dans la chambre, et une gorge de récupération de fuites réalisée dans le cylindre en aval de la gorge du joint amont et un joint aval logé dans une gorge périphérique aval du cylindre, au-delà de la gorge de récupération de fuite.

ETAT DE LA TECHNIQUE

On connaît déjà ( ) un tel module hydraulique 100 générant la pression du liquide hydraulique dans le système de freinage. Ce module hydraulique comprend un cylindre 1a dont la chambre de compression 2a est reliée au circuit hydraulique du système de freinage. Le piston 3a est entrainé en translation par un train épicycloïdal 8a en sortie d’un moteur et transmettant son mouvement au piston par une vis à billes 6a.

Le piston 3a est guidé dans le cylindre 1a comportant un palier 1b guidant l’avant du piston. L’étanchéité est réalisée par deux joints à coupelle logés dans deux gorges périphériques 11a, 13a ouvertes dans la surface du palier 1b. Ces gorges sont séparées par une gorge de récupération 12a du liquide hydraulique de fuite. Le piston a une périphérie lisse sans gorge ni joint.

La vis à billes est logée dans la jupe du piston 3a en étant solidaire de la tête ; l’écrou 61a de la vis à billes 6a est un manchon également logé dans le piston mais solidaire en rotation de la sortie du train épicycloïdal 8a.

Le piston a une forme généralement cylindrique de section circulaire diminuant vers l’avant pour mieux passer sur le joint à coupelle du cylindre.

Une pression très forte dans la chambre lors d’un freinage brutal peut déformer le joint à coupelle principal 41a qui flue vers le côté aval à pression moindre en passant par la jonction usée entre la surface du palier et la gorge d’alimentation 12a. Ce fluage détruit ou abime le joint de sorte que les fuites de liquide de frein augmentent et détériorent les caractéristiques du freinage.

BUT DE L’INVENTION

La présente invention a pour but de développer un module hydraulique à faible usure de l’ensemble cylindre/piston et d’améliorer son fonctionnement et sa fiabilité tout en facilitant sa fabrication.

EXPOSE ET AVANTAGES DE L’INVENTION

A cet effet l’invention a pour objet un module hydraulique générateur de pression pour un système de freinage comprenant

- un cylindre avec une chambre de compression reliée au circuit hydraulique du système de freinage et un piston entraîné en translation par une vis à billes,

- une gorge périphérique principale du cylindre recevant un joint exposé à la pression du liquide hydraulique de la chambre,

- une gorge de récupération de fuites réalisée dans le cylindre en aval de la gorge principale, ainsi qu’une gorge auxiliaire avec un joint aval,

ce module hydraulique étant caractérisé en ce que

- le piston de section inférieur à celle du cylindre est guidé dans le cylindre par la seule vis à billes, sans contact avec le cylindre,

- l’étanchéité de l’intervalle périphérique laissé entre le piston et le cylindre est réalisée par un joint combiné, logé dans la gorge périphérique principale du cylindre et arrivant au contact de la jupe du piston,

- le joint combiné est formé d’un anneau rigide de hauteur radiale supérieure à l’intervalle entre la surface de la jupe et le cylindre et il vient contre la surface de la jupe et d’un joint torique, élastique, logé entre l’anneau rigide et le fond de la gorge périphérique principale recevant ce joint combiné, de façon à appuyer élastiquement l’anneau rigide contre la jupe du piston.

Dans ce module hydraulique selon l’invention, l’intervalle entre le piston et le cylindre dans le segment d’étanchéité réalisé entre le piston et le cylindre au niveau de la gorge principale est variable selon la position longitudinale du piston et du jeu de la vis à billes. Cet intervalle n’est pas régulier sur toute la périphérie du piston et varie entre une limite inférieure qui peut être quasi nulle et un intervalle maximum égal à l’écart entre le piston et le cylindre, c’est-à-dire la différence des diamètres du cylindre et du piston tout en évitant le contact entre le piston et le cylindre et une limite supérieure égale à la différence des diamètres du cylindre et du piston.

Toutefois la somme des deux intervalles en deux points diamétralement opposés du piston par rapport au cylindre est toujours égale à cette différence des diamètres.

Ce module hydraulique évite les frottements entre le piston et le cylindre et l’étanchéité est assurée uniquement par le joint combiné qui est un joint flottant s’adaptant à la variation de l’intervalle piston/cylindre en tout point de la périphérie du piston et de la trajectoire du piston par rapport au cylindre.

L’invention permet d’améliorer globalement la fiabilité du module hydraulique en réduisant l’usure et les fuites. De plus cette réalisation qui évite tout contact entre le cylindre et le piston est plus simple puisque le piston ne coulisse pas au contact du cylindre. En d’autres termes, la précision de l’alésage du cylindre et celle de la surface de la jupe du piston n’intervient dans l’étanchéité entre ces deux surfaces puisque celle-ci est réalisée par le joint combiné, flottant.

De plus la partie élastique de ce joint combiné c’est-à-dire le joint torique appliqué entre le fond de la gorge principale et le dessus de l’anneau rigide est protégé contre les déformations de cisaillement et l’usure ; il n’est soumis à aucune poussée qui le ferait fluer.

Suivant une autre caractéristique la vis à billes, logée dans le piston, est fixée à la tête du piston, solidairement en rotation du piston et l’écrou également logé dans le cylindre est solidaire en rotation de la couronne de sortie du train épicycloïdal entraînant la vis à billes.

Le guidage du piston est stabilisé efficacement par l’écrou en forme de cylindre, solidaire de la couronne de sortie du train épicycloïdal si bien que l’écrou est et reste coaxial à l’axe du cylindre du module pendant le mouvement d’entraînement du piston.

Suivant une autre caractéristique le cylindre comporte une gorge périphérique auxiliaire recevant un joint auxiliaire, en aval de la gorge principale, fermant l’intervalle dans lequel débouche la gorge de récupération de fuites entre le joint combiné et le joint auxiliaire.

Ce joint auxiliaire n’est exposé qu’au liquide de fuite pratiquement sans pression qui arrive en aval du joint composite et est évacué vers une bâche à huile ou autre réservoir en général à la pression ambiante.

Suivant une autre caractéristique, l’anneau rigide du joint combiné a une arête tronquée entre son dessous et son côté aval, en appui contre le côté aval de la gorge principale, le côté aval de l’anneau ayant une réhausse constituant une surface d’appui décalée radialement vers l’extérieur.

Comme cela sera développé ensuite, la réhausse augment la section apparente de l’anneau rigide exposée au liquide hydraulique sous pression et la poussée générée dans la direction axiale applique la surface d’appui de la réhausse contre le côté aval de la gorge principale.

Le rapport entre la surface apparente de l’anneau rigide (surface correspondant à une section perpendiculaire à l’axe du module ou du cylindre) et la surface de contact entre l’anneau rigide et le côté aval de la gorge principale est inférieure à l’unité du fait que la surface apparente est très supérieure à la surface réelle d’application de l’anneau contre le côté aval de la gorge principale ce qui augmente la pression du contact. En outre la forme du dessus de l’anneau décompose l’effort exercé par le joint torique en une composante radiale et une composante axiale appliquant ainsi l’anneau rigide à la fois contre la surface de la jupe et contre le côté aval de la gorge principale, même en l’absence de pression dans la chambre de compression.

Suivant une autre caractéristique la hauteur de l’anneau rigide, mesurée dans la direction radiale (axe XX) entre le dessous de l’anneau et le dessus de la surface d’appui de l’anneau venant contre le côté aval de la gorge périphérique principale est supérieur à la différence des diamètres du cylindre et du piston et en particulier la hauteur radiale de l’anneau est comprise entre deux et quatre fois la différence des diamètres.

Le module hydraulique selon l’invention a l’avantage de l’efficacité, de la fiabilité et de la simplicité de réalisation et de montage par rapport aux modules hydrauliques connus.

La présente invention sera décrite ci-après de manière plus détaillée à l’aide des dessins annexés dans lesquels :

vue en section axiale d’un module hydraulique selon l’invention,

vue du détail des moyens d’étanchéité entre le cylindre et le piston du module hydraulique,

vue de détail selon la mais sans les joints et avec des indications géométriques,

vue de détail à échelle agrandie de la gorge principale et du joint combiné,

vue en coupe d’un module hydraulique selon l’état de la technique.

DESCRIPTION DE MODES DE REALISATION

Selon la , l’invention a pour objet un module hydraulique MH générateur de pression de système de freinage. Le module est composé d’un cylindre 1 avec une chambre de compression 2 pour comprimer le liquide hydraulique et un piston 3 entraîné en translation par un moteur par l’intermédiaire d’un train épicycloïdal 8 relié au piston 3 par une vis à billes 6.

Pour faciliter la description du mode de réalisation, il sera fait référence au côté amont AM et au côté aval AV du module hydraulique MH ; le côté amont AM est celui de la chambre de compression et le côté aval AV est celui du train épicycloïdal 8.

Le cylindre 1 est réalisé dans le module hydraulique ou est inséré dans celui-ci. Le cylindre est relié par un roulement à billes 7 au train épicycloïdal 8 entraîné par un moteur (non représenté), comme cela sera détaillé ci-après.

La couronne 81 en sortie du train épicycloïdal 8 est reliée à l’écrou 61 de la vis à billes 6 en forme de manchon cylindrique logé dans le piston et recevant la vis à billes 6 solidaire en rotation et en translation de la tête 31 du piston 3. Les billes circulent dans le chemin hélicoïdal entre l’écrou et la vis ; elles ne sont pas représentées.

Le piston 3 est mobile en translation dans le cylindre 1 mais bloqué en rotation par un organe en relief de la périphérie de la jupe formant un organe de blocage en rotation, coulissant dans une ou plusieurs rainures longitudinales du cylindre 1. Ces rainures sont dans la partie du cylindre 1 en aval du segment Z comportant les moyens d’étanchéité du cylindre par rapport au piston, pour ne pas interférer avec ces moyens d’étanchéité.

Le segment d’étanchéité Z est la zone du cylindre 1 qui reste couverte par la surface de la jupe 32 du piston 3 près de la tête du piston pour les différents mouvements de translation du piston 3 pour la mise en pression du liquide hydraulique et le mouvement de retrait du piston.

Le mouvement d’entraînement est réversible de façon à faire avancer ou reculer le piston 3 selon la demande de liquide hydraulique sous pression. Le piston 3 se déplace en translation dans le cylindre 1 en restant écarté du cylindre :

- le diamètre DP du piston 3 est inférieur au diamètre DC du cylindre 1 de façon à rester hors contact en laissant un intervalle (i) entre le piston 3 et le cylindre 1.

Le diamètre DP du piston 3 est le même sur toute sa longueur alors que le cylindre 1 a un diamètre DP au moins sur le segment Z à l’entrée de la chambre de compression 2.

Le segment Z forme la zone d’étanchéité avec une gorge périphérique principale 11 garnie d’un joint combiné 4 formé d’un anneau rigide 41 et d’un joint torique, élastique 42. Le joint torique élastique 42 qui vient sur le dessus de l’anneau 41 s’appuie élastiquement contre le fond 111 de la gorge 11 sans risque de se déformer et de gêner le mouvement du piston 3.

En aval de la gorge principale 11, le cylindre 1 a une gorge de récupération 12 pour évacuer le liquide de fuite qui peut passer entre la jupe 22 du piston et le joint combiné 4 ; en aval de cette gorge de récupération 12, l’intervalle (i) entre le piston 3 et le cylindre 1 est couvert par un joint à coupelle auxiliaire 43 s’appliquant sur la jupe 22 sous la pression réduite qui règne dans cet intervalle du fait de la très forte réduction de la pression du liquide dans ce volume intermédiaire en communication avec la gorge de récupération 12. Le joint auxiliaire 5 est logé dans une gorge périphérique auxiliaire 13.

La montre, à échelle agrandie, le segment d’étanchéité Z du cylindre 1 avec ses gorges 11, 12, 13 et le joint combiné 4 ainsi que le joint auxiliaire 5.

En correspondance avec la , la montre le segment Z sans les joints 4, 5 pour mettre en évidence les caractéristiques géométriques du module hydraulique MH:

- le diamètre DP du piston 3,

- le diamètre DC du cylindre 1 dans le segment Z,

- le diamètre DE du cylindre 1 en aval du segment Z. Ce diamètre est quelconque ; il peut être le même que le diamètre DC.

La différence e entre les diamètres DC-CP est imposée par le choix de ces diamètres : e=DC-DP. Cette différence (e) est aussi la somme des deux intervalles i1, i2 en deux points diamétralement opposés du piston / Cylindre.

La longueur de ces deux intervalles i1, i2 dépend de la précision initiale du montage et du jeu de la vis à bille 6 et autre jeu ; mais la somme des deux intervalles diamétralement opposés reste constante, égale à e quel que soit le décalage du piston 3 (axe X1X1) par rapport au cylindre 1 (axe XX) ou de l’inclinaison de l’axe X1X1 par rapport à l’axe XX qui est fixe :

i1+i2=AE.

Le module selon l’invention évite les frottements du piston 3 dans le cylindre 1 ainsi que le risque de fluage du joint ce qui améliore aussi globalement la fiabilité de ce module hydraulique en réduisant l’usure et les fuites et facilitant la réalisation.

La réalisation du module MH est simplifiée d’autant plus que la précision de l’alésage du cylindre 1 et celle de la surface de la jupe 32 du piston 3 n’interviennent pas dans la qualité de l’étanchéité entre ces deux surfaces puisque cette étanchéité est réalisée par le joint combiné 4 qui est un joint combiné flottant, ce joint ne risque pas de fluer. La partie élastique (joint torique 42) du joint combiné 4 est protégée contre les déformations de cisaillement et l’usure.

Pour tenir compte de cet intervalle (i) en différents points d’une section du piston 3, l’anneau rigide 41 a une épaisseur radiale supérieure à l’intervalle variable entre le cylindre 1 et le piston 3 pour rester en contact avec la paroi aval 112 de cette gorge 11 quelles que soient les variations de l’intervalle en tout point entre une valeur quasi nulle et une valeur maximale e selon les jeux du mouvement du piston 3 porté par la vis à billes 6.

Quelle que soit la section de l’anneau rigide 41, la hauteur de son côté aval 413 à partir du dessous 411 doit toujours chevaucher l’intervalle (i) et venir en appui sur le côté aval 112 de la gorge 11 même lorsque la dimension de l’intervalle est maximale.

En première approximation cette hauteur est supérieure à l’écart (e).

Selon le mode de réalisation, l’anneau rigide 42 ( ) a une section globalement rectangulaire munie d’une réhausse 414 s’inscrivant dans les limites géométriques définies ci-dessus, de façon que ses deux surfaces d’appui, restent toujours en contact :

- la surface axiale du dessous 411 en appui contre la surface de la jupe 22,

- la surface radiale du côté aval 413 en appui contre la paroi du côté aval 112 de la gorge principale 11.

L’arête tronquée 415 entre le dessous 411 et le côté aval 413 de l’anneau rigide 41 évite que l’anneau risque se déformer par usure et vienne en saillie par une sorte de relief entre la surface de la jupe 22 et la surface du cylindre 1 ce qui limiterait ou bloquerait le mouvement relatif entre le piston 3 et le cylindre 1.

La montre, à échelle agrandie, la coupe axiale du cylindre 1 et du piston 3 au niveau de la gorge périphérique principale 11 soulignant le détail de la gorge 11 et du joint composé 4.

La gorge 11 apparaît en section avec son fond 111, son côté aval 112, son arête aval 113 et son côté amont 114.

L’anneau rigide 41 de section globalement rectangulaire a une déformation, côté aval, réalisant la réhausse 414. Cette réhausse 414 et l’arête tronquée 415 peuvent se réaliser par une simple déformation du bord de l’anneau 441 correspondant à une sorte de translation.

La réhausse 414 s’appuie contre le côté aval 12 de la gorge principale 11 par sa surface 416 en enjambant l’intervalle (i) sans avoir à augmenter l’épaisseur radiale de l’anneau 41 pour venir en appui contre le côté 112.

La montre également la section apparente Sa de l’anneau 41, perpendiculaire à la direction XX. Cette section Sa est la projection de l’anneau 41 avec sa réhausse 414 sur un plan radial perpendiculaire à la direction XX qui est la surface de l’anneau rigide 41 sur laquelle s’exerce la pression du liquide.

Par rapport à la section rectangulaire de l’anneau, hors réhausse, la section apparente Sa de l’anneau rigide 41 exposée au liquide hydraulique sous pression est augmentée de sorte que la poussée ainsi générée dans la direction axiale XX applique la surface d’appui 416 de la réhausse 414 contre le côté aval 112 de la gorge 11 avec une pression augmentée.

De plus, la réhausse 414 forme sur le dessus 412 de l’anneau 41 un dièdre de sorte que les efforts exercés par le joint torique élastique 42 comprimé sur l’anneau rigide 41 donnent une composante axiale XX qui, même au repos, presse le dessous 411 de l’anneau rigide contre la jupe 22 du piston et son appui aval 416 contre le côté aval 112 de la gorge principale 11.

Le joint torique 42 a une section apparente Sb mais qui n’intervient que dans l’hypothèse d’un contact étanche du joint 42 avec le fond 111 et le dessus 412.

Le joint torique 42 soumis à la pression du liquide se déforme vers le côté aval 112 en s’appuyant de manière étanche contre le dessous 111, le côté 112 de la gorge 11 et le dessus 412 de l’anneau 41.

NOMENCLATURE DES ELEMENTS PRINCIPAUX

MH Module hydraulique

1 Cylindre

11 Gorge périphérique principale

111 Fond

112 Côté aval

113 Arête aval

114 Côté amont

12 Gorge de récupération de fuites

13 Gorge périphérique auxiliaire

2 Chambre de compression

3 Piston

31 Tête

32 Jupe

4 Joint combiné

41 Anneau rigide

411 Dessous de l’anneau

412 Dessus de l’anneau

413 Côté aval

414 Réhausse

415 Arête tronquée

416 Surface d’appui de la réhausse

42 Joint torique élastique

5 Joint auxiliaire

6 Vis à billes

61 Ecrou

7 Roulement à billes

71 Bague extérieure

72 Bague intérieure

8 Train épicycloïdal

81 Couronne

AM Amont

AV Aval

Z Segment d’étanchéité du cylindre

DP Diamètre du piston

DC Diamètre (alésage) du cylindre

DE Diamètre du prolongement aval du cylindre

e Ecart entre le piston et le cylindre (différence des diamètres)

i Intervalle entre le piston et le cylindre

i1, i2 Intervalles entre deux points diamétralement opposés du

piston

Sa Section apparente de l’anneau rigide

Sp Section apparente d’appui de l’anneau rigide contre le côté

aval de la gorge principale

Sb Section apparente de l’anneau élastique

XX Axe du cylindre

X1X1 Axe du piston

Claims

Module hydraulique (MH) générateur de pression pour un système de freinage comprenant
- un cylindre (1) avec une chambre de compression (2) reliée au circuit hydraulique du système de freinage et un piston entraîné en translation par une vis à billes (6),
- une gorge périphérique principale (11) du cylindre recevant un joint exposé à la pression du liquide hydraulique de la chambre,
- une gorge de récupération de fuites (12) réalisée dans le cylindre en aval de la gorge principale (11), ainsi qu’une gorge auxiliaire avec un joint aval,
module hydraulique caractérisé en ce que
- le piston (3) de section inférieure à celle du cylindre (1) est guidé dans le cylindre (1) par la seule vis à billes (6), sans contact avec le cylindre (1),
- l’étanchéité de l’intervalle périphérique laissé entre le piston (3) le cylindre (1) est réalisée par un joint combiné (4), logé dans la gorge périphérique principale (11) du cylindre (1) et arrivant au contact de la jupe (32) du piston,
- le joint combiné (4) est formé d’un anneau rigide (41) de hauteur radiale supérieure à l’intervalle (i) entre la surface de la jupe (32) et le cylindre (1) et il vient contre la surface de la jupe et d’un joint torique, élastique (42), logé entre l’anneau rigide (41) et le fond (111) de la gorge périphérique principale (11) recevant ce joint combiné (4) de façon à appuyer élastiquement l’anneau rigide (41) contre la jupe (32) du piston (3).
Module hydraulique selon la revendication 1,
caractérisé en ce que
la vis à billes (6), logée dans le piston (3), est fixée à la tête (31) du piston, solidairement en rotation du piston (3) et l’écrou (61) également logé dans le cylindre (3) est solidaire en rotation de la couronne de sortie (81) du train épicycloïdal (8) entraînant la vis à billes (6),
Module hydraulique selon la revendication 1,
caractérisé en ce que
le cylindre (1) comporte une gorge périphérique auxiliaire (13) recevant un joint auxiliaire (43), en aval de la gorge principale (11), fermant l’intervalle dans lequel débouche la gorge de récupération de fuites (12) entre le joint combiné (4) et le joint auxiliaire (43).
Module hydraulique selon la revendication 1,
caractérisé en ce que
l’anneau rigide (41) du joint combiné (4) a une arête tronquée (415) entre son dessous (411) et son côté aval (413), en appui contre le côté aval (112) de la gorge principale (11),
le côté aval (112) de l’anneau ayant une réhausse (414) avec une surface d’appui (416) décalée radialement vers l’extérieur.
Module hydraulique selon la revendication 1,
caractérisé en ce que
la hauteur de l’anneau rigide (41), mesurée dans la direction radiale (axe XX) entre le dessous (411) de l’anneau (41) et le dessus de la surface d’appui (416) de l’anneau (41) venant contre le côté aval (112) de la gorge périphérique principale (11) est supérieur à la différence (e) des diamètres (DC) du cylindre (1) et (DP) du piston (3).
Module hydraulique selon la revendication 5,
caractérisé en ce que
la hauteur radiale de l’anneau (41) est comprise entre deux et quatre fois l’écart (e) des diamètres (DC) et (DP).