**ATTENTION** debut du champ DESC peut contenir fin de CLMS **.
REVENDICATIONS
1. Frein à disque pour véhicule, comprenant au moins un disque de frein mobile entre les mâchoires de serrage d'au moins un étrier, lesdites mâchoires comportant chacune une garniture de freinage, caractérisé en ce que ledit disque comporte sur chaque face de frottement un revêtement de métal fritté, l'arrangement constitué par les garnitures de freinage et les mâchoires de serrage présentant une conductibilité thermique inférieure à la conductibilité thermique dudit revêtement.
2. Frein à disque selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit revêtement est constitué par une couronne circulaire de métal fritté, le coefficient de frottement statique des garnitures de freinage sur le revêtement étant compris entre 0,1 et 0,70.
3. Frein à disque selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit revêtement est constitué par un arrangement de plaquettes disjointes en matériau fritté, chaque plaquette ayant la forme d'un secteur de couronne circulaire.
4. Frein à disque selon la revendication 3, caractérisé en ce que lesdites plaquettes sont fixées au disque par frittage.
5. Frein à disque selon la revendication 1, caractérisé en ce que les garnitures de freinage sont constituées par de la fonte d'acier.
6. Frein à disque selon la revendication 1, caractérisé en ce que les garnitures de freinage sont constituées par de la fonte grise.
7. Frein à disque selon l'une des revendications 5 ou 6, caractérisé en ce que les garnitures de freinage comportent en surface une zone de friction en matériau dur.
8. Frein à disque selon l'une des revendications 5 à 7, caractérisé en ce que les garnitures de freinage sont constituées par une pièce unique formée par coulage.
9. Frein à disque selon l'une des revendications 6 ou 7, caractérisé en ce que les garnitures de freinage sont constituées chacune par une pièce-support et une plaquette de freinage fixée à la piècesupport.
10. Frein à disque selon la revendication 9, caractérisé en ce que les garnitures de freinage comportent en outre, intercalée entre la pièce-support et la plaquette de freinage, une couche d'isolation thermique.
11. Frein à disque selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le disque de frein comporte sur chaque face de freinage un revêtement de métal fritté imprégné avec un matériau d'un des types de métal ou alliage de métaux à point de fusion compris entre 750 et 1450 -C.
La présente invention est relative à un frein à disque pour véhicule.
Les freins à disque pour véhicule comportent habituellement au
moins un disque de frein mobile entre les mâchoires de serrage d'au
moins un étrier. Chaque mâchoire de serrage comporte une garni
ture de freinage. Le plus souvent, le disque est, par exemple, consti
tué par de la fonte d'acier ou par de l'acier tourné et meulé. Les gar
nitures de freinage sont constituées sous forme de plaquettes obte
nues par compression de fibres minérales et d'un liant, les fibres mi
nérales étant, le plus souvent, des fibres d'amiante, matériau recher
ché, dans cette utilisation, pour ses propriétés mécaniques de friction
et de tenue en température.
Cependant, la présence du liant, notam
ment, ne permet pas de conserver les propriétés mécaniques de fric
tion de ce type de plaquette, lors de l'usage dans des conditions
sévères de ce type de frein et de l'échauffement des surfaces de friction en contact, une diminution de l'efficacité du freinage apparaissant notamment lors de l'échauffement du disque.
Le remplacement de ce type de garniture par des garnitures de
métal fritté permet d'atténuer cette diminution de l'efficacité du frei
nage, la tenue en température de ce type de garnitures lors d'utilisa
tion dans des conditions sévères étant grandement améliorée. Cependant, la haute conductibilité thermique de ce type de garniture provoque, dans des conditions sévères d'utilisation et d'échauffement du disque, un échauffement inconsidéré des étriers de frein et, corrélativement, l'échauffement correspondant des circuits hydrauliques et du liquide de commande hydraulique, des chutes de pression du liquide pouvant alors, notamment pour des équipements de véhicules de compétition, entraîner une diminution dangereuse de l'efficacité du freinage.
Des garnitures de freinage aux surfaces de friction en graphite ont été décrites dans la demande de brevet allemand publiée sous le numéro DAS 2726741. De telles surfaces de friction ne permettent pas cependant une isolation thermique suffisante des organes de commande du freinage et leur usure sur des disques traditionnels en acier reste importante du fait de la faiblesse relative du coefficient de dureté du graphite 0,5 à 1 selon l'échelle MOHS.
Le frein à disque selon l'invention permet de remédier aux inconvénients précités.
Un objet de la présente invention est la mise en oeuvre d'un type de frein à disque d'une sûreté de fonctionnement absolue, quelles que soient les conditions d'utilisation.
Un autre objet de la présente invention est la mise en oeuvre d'un type de frein à disque dans lequel les causes de pollution de l'environnement par des poussières d'amiante, réputées hautement cancérogènes, sont supprimées.
Un autre objet de la présente invention est la mise en oeuvre d'un type de frein à disque de faible coût de mise en oeuvre et d'entretien.
Le frein à disque selon l'invention est caractérisé par un disque de frein comportant sur chaque face de frottement un revêtement de métal fritté, l'arrangement constitué par les garnitures de freinage et les mâchoires de serrage des étriers présentant une conductibilité thermique inférieure à la conductibilité thermique du revêtement.
Un frein à disque d'un tel type peut notamment être utilisé sur tout véhicule dans lequel la vitesse angulaire de rotation de l'arbresupport du disque à freiner est élevée, jusqu'à 5000-6000 tr/min, l'énergie cinétique du véhicule en mouvement à dégrader en chaleur pouvant être élevée, comme par exemple dans le cas d'avions en atterrissage ou de véhicules automobiles.
L'invention sera mieux comprise à l'aide de la description et des dessins ci-après ou les mêmes références représentent les mêmes éléments, et dans lesquels:
la fig. 1 représente un frein à disque selon l'invention,
la fig. 2 représente un mode de réalisation non limitatif du disque de frein selon l'invention,
la fig. 3 représente une variante de réalisation du disque, représenté fig. 2,
la fig. 4 représente une autre variante de réalisation du disque de frein représenté fig. 2,
les fig. Sa et 5b représentent un mode de réalisation particulier non limitatif des garnitures du frein à disque selon l'invention,
les fig. 6a à 6c et 7a à 7d et 7e représentent schématiquement les différentes étapes du procédé de mise en oeuvre d'un disque de frein conformément à l'invention.
Selon la fig. 1, le frein à disque selon l'invention comporte au moins un disque de frein 1 mobile entre les mâchoires de serrage 2 formant un étrier. Les mâchoires 2 comportent chacune une garniture de freinage 3. Tout mode de réalisation comportant une pluralité de disques, notamment en vue du freinage de grandes masses en mouvement, ne sort pas du cadre de la présente invention. Le disque de frein réalisé conformément à l'invention comporte sur chaque face de frottement un revêtement de métal fritté 11. L'arrangement constitué par les garnitures de freinage 3 et les mâchoires de serrage 2 présente une conductibilité thermique WLG inférieure à la conductibilité thermique WLR du revêtement, WLG < WLR.
A titre d'exemple non limitatif, le revêtement de métal fritté peut être constitué par un revêtement constitué d'un mélange de poudres métalliques comportant essentiellement du bronze ou du cuivre auquel est ajoutée de la poudre de silice (quartz). Compte tenu des qualités du revêtement de métal fritté à obtenir, la porosité du revêtement est comprise
entre 20 et 5%. Le coefficient de frottement statique Ms des garnitures de freinage sur le revêtement est compris entre 0,1 et 0,70 et le facteur de qualité rl rapport des coefficients de frottement dynamique Md au coefficient de frottement statique Ms,
EMI2.1
est de l'ordre de 0,8.
Selon un mode de réalisation non limitatif représenté fig. 2, le revêtement est constitué par une couronne circulaire de métal fritté. A titre d'exemple, le disque-support 12 est, par exemple, un disque en fonte d'acier obtenu par coulage ou, au contraire, un disque en acier façonné par usinage par enlèvement de copeaux. Chaque face de frottement du disque est recouverte par une couronne de matériau fritté Il d'épaisseur e au moins égale à 0,1 mm, par exemple. Le revêtement 11 peut être directement fritté sur le disque-support 12, ainsi qu'il sera expliqué de manière plus détaillée ci-après.
Selon une autre variante de réalisation représenté fig. 3, le revêtement de métal fritté est constitué par un arrangement de plaquettes disjointes 110 en matériau fritté. Le matériau constituant les plaquettes a la composition définie précédemment. Chaque plaquette 110 a la forme d'un secteur de couronne circulaire en rapport avec les dimensions de construction du disque-support 12.
Les plaquettes 110 de matériau fritté sont par exemple fixées au disque-support 12 par collage à l'aide d'une colle résistant à l'échauffement du disque au cours du freinage. De préférence les plaquettes 110 de matériau fritté sont fixées au disque-support 12 par frittage afin d'assurer, par une adhésion métal sur métal, une bonne qualité du point de vue de la conductibilité thermique de l'ensemble disque-support 12/revêtement 11.
Ainsi que représenté fig. 4, les plaquettes 110 de matériau fritté peuvent également être fixées au disque à l'aide de rivets 10, permettant également d'assurer une bonne qualité du contact thermique disque-support 12/revêtement 11.
Le fonctionnement du dispositif est le suivant:
Lors de la commande du freinage par serrage des mâchoires et frottement des garnitures sur le disque, l'énergie cinétique des pièces en mouvement est dégradée en chaleur. Du fait que l'arrangement constitué par les garnitures de freinage et l'étrier a une conductibilité thermique inférieure à la conductibilité thermique du revêtement, l'énergie calorifique dégagée par le frottement est dissipée préférentiellement dans ce revêtement, une partie étant transmise, par contact, au disque-support 12.
Le disque et principalement le revêtement 11 sont le siège d'un échauffement, l'énergie calorifique se répartissant, du fait de la conductivité thermique du revêtement, sur toute la circonférence du revêtement, l'élévation de température pour un point d'abscisse curviligne s du revêtement par rapport au centre de la zone de frottement f étant sensiblement décroissante.
L'énergie calorifique répartie dans le revêtement bon conducteur de la chaleur est alors absorbée sur toute la périphérie du revêtement par convection de l'air ambiant du fait de la rotation du disque.
Ainsi, au cours d'essais comparatifs de disques de frein selon l'invention comportant un revêtement de métal fritté et de disques de frein de dimensions analogues constitués par le seul disque-support en acier venu de fonderie, on a pu constater une réduction de l'élévation de température moyenne des disques dans un rapport voisin de 2 pour des conditions d'utilisation sensiblement identiques. Préférentiellement, le revêtement est constitué par de la poudre de métal fritté ou un mélange de ces poudres, le revêtement final présentant une conductibilité thermique comprise entre 2,3 et 3,9W-cm-1 x0K-1.
Selon une caractéristique du frein à disque selon l'invention, la surface de friction S, surface de contact entre le revêtement du disque et la garniture du frein, peut, du fait de la conductibilité thermique élevée du revêtement du disque, être augmentée dans un rapport de 10 par rapport aux dispositifs classiques pour une élévation de température comparable voisine de 300 C. II en résulte correlativement une efficacité de freinage particulièrement accrue pour un coefficient d'usure des garnirtures de frein sensiblement diminué.
Ainsi, des garnitures de frein pour automobile particulière, présentant le plus souvent une surface de friction de l'ordre de 20 cm2, peuvent sans difficulté être remplacées par des garnitures de surface de friction de 200 cm2 pour une utilisation du frein et du disque de frein conformément à l'invention dans des conditions de température analogues.
Selon le mode de réalisation représenté fig. Sa et 5b, les garnitures de frein 3 présentent un coefficient de frottement statique Ms sur le revêtement compris entre 0,1 et 0,70. Ainsi, les garnitures de frein 3, comme représenté fig. Sa, peuvent être constituées par de la fonte grise ou par de la fonte d'acier, les valeurs du coefficient de frottement du revêtement 11 sur ce matériau précédemment citées convenant à cet effet. Dans ce cas, les garnitures de freinage sont constituées par une pièce unique formée par coulage comme représenté fig.
Sa. Le coefficient de conductibilité thermique de la fonte grise ou de la fonte d'acier est, par exemple, égal au Ys du coefficient de conductibilité thermique du revêtement décrit précédemment comportant environ 60% de cuivre.
Selon le mode de réalisation de la fig. 5b, les garnitures de frein 3 sont constituées par une pièce-support 30 et une plaquette de freinage ou de friction 31 fixée à la pièce-support 30. Bien entendu, la plaquette de friction 31 est, par exemple, constituée par de la fonte grise ou de la fonte d'acier. Tout mode de réalisation des garnitures de frein dans lequel un matériau autre que la fonte grise ou la fonte d'acier est utilisé, matériau présentant avec le revêtement un coefficient de frottement statique compris entre 0,1 et 0,7 sensiblement, ne sort pas du cadre de la présente invention.
Les matériaux constitutifs des garnitures de frein, fonte grise ou fonte d'acier par exemple, ont été choisis compte tenu de leur coefficient de frottement avec le revêtement considéré et compte tenu de leur prix de revient modique, ces matériaux, au cours du frottement dû au freinage, s'usant plus rapidement que le revêtement de métal fritté du disque lui-même, permettant une diminution de l'usure du disque lui-même dans un rapport de 9.
Afin de diminuer l'usure des garnitures de frein elles-mêmes, la garniture elle-même, formée d'une seule pièce, ou la plaquette de friction 31, comporte une zone superficielle de friction de dureté voisine de 6 à 7 selon l'échelle MOHS. Cette zone de friction de matériau dur peut, par exemple, être obtenue par nitruration de la surface de frottement de la garniture ou de la plaquette de friction.
Une telle zone de matériau dur permet de diminuer notablement Usure des garnitures de frein pour un accroissement minime de l'usure du revêtement du disque, compte tenu de l'augmentation importante de la surface de frottement par rapport aux dispositifs classiques. En cas d'usure importante du revêtement de métal fritté, ce revêtement peut être remplacé sans difficultés, le disque-support étant intact.
De préférence, comme représenté fig. 5b, les garnitures de freinage comportent en outre, intercalée entre la pièce-support 30 et la plaquette de freinage 31, une couche d'isolation thermique 32. Cette couche d'isolation thermique 32 peut être constituée, par exemple, par un matériau céramique, une couche de mica ou une plaquette d'amiante. L'ensemble ainsi constitué présente une conductibilité thermique notablement inférieure au 1/l o ode la conductibilité thermi- que du revêtement de métal fritté par exemple.
Les fig. 6a, b, c représentent les différentes étapes d'un procédé de fabrication du disque de frein selon l'invention. La poudre, ou le mélange de poudre métallique, est répandue selon une couche sensiblement uniforme sur le disque-support 12 selon une épaisseur déterminée. Un frittage en atmosphère réductrice est effectué comme représenté en b, la couche de poudre et le disque-support 12 étant portés à une température pouvant varier entre 800 C et 1400 -C selon la composition du mélange des poudres. Le frittage est effectué par exemple dans une atmosphère d'amoniac craqué, 2 NH 3fin2 + 3H2, ou d'un mélange air/propane à pression de l'ordre de 1,5 atm. Le frittage permet d'obtenir, sur la face du disque considérée, un revêtement adhérant au disque-support 12 formant une couche continue de friction.
Dans la phase représentée en fig. 6c, la couche de friction, comportant une surface libre irrégulière après frittage, est pressée à l'aide d'un outil 120 d'une presse hydraulique, l'outil 120 ayant une face de pressage plane. La couche de friction est pressée avec une pression P comprise entre 2 et 10 t/cm2.
Cette phase de pressage permet, d'une part, une uniformisation de la surface libre de la couche de friction de manière à former une surface de friction sensiblement parallèle à la face correspondante du disque-support 12 et, d'autre part, compte tenu du choix de la valeur de la pression P, d'obtenir un revêtement de métal fritté constituant la couche de friction de porosité déterminée comprise entre 25 et 5%, et de dureté correspondante comprise par exemple entre 1,5 et 2,6 selon l'échelle MOHS. Bien entendu, le procédé précédemment décrit est ensuite mis en oeuvre pour l'autre face du disque.
Selon un autre procédé, on peut également, comme représenté fig. 7a à 7e, former par frittage, à partir d'une matrice correspondant à un secteur de couronne circulaire du disque-support 12, une pluralité de plaquettes 110 de matériau métallique fritté. Les plaquettes 110 sont frittées en atmosphère réductrice ainsi que décrit précédemment. Préalablement au frittage représenté en fig. 7b, la poudre métallique répandue en a dans la matrice est soumise à un pressage à une pression P' comprise entre 2 et 6 t/cm2 de manière à former pour chaque plaquette une ébauche de compact. Les ébauches de compact sont ensuite frittées dans les conditions précédemment décrites. Après frittage, les plaquettes 110 sont soumises, comme représenté fig. 7c, à un pressage secondaire à une pression P comprise entre 2 et 10 t/cm2.
Ce pressage secondaire permet une remise en forme des plaquettes en raison d'éventuelles déformations dues au frittage, défaut de planéité, et, si nécessaire, une modification de la porosité et de la dureté correspondante de ces plaquettes.
Les plaquettes 110 sont ensuite fixées au disque-support 12 soit par rivetage deux à deux comme représenté fig. 7d, soit par frittage comme représenté fig. 7e.
Afin d'obtenir un revêtement 11, constituant la couche de friction du disque, de porosité minimale et donc de dureté se rapprochant des caractéristiques de dureté des métaux coulés, les plaquettes 110, ou éventuellement les couches continues de revêtement 11, pouvant être comprimées à une pression permettant d'obtenir une porosité de l'ordre de 15%, peuvent également être ensuite impréguées avec un métal ou un alliage de métaux à point de fusion relativement bas, tels par exemple le cuivre et ses alliages. Après diffusion du métal ou de l'alliage, on obtient un revêtement 11 de friction dont les propriétés sont celles d'un alliage demi-dur courant de dureté comprise entre 6 et 7 selon l'échelle MOHS.
De telles duretés peuvent être obtenues notamment à partir d'un alliage de cuivre tel que, par exemple, cuivre/béryllium, le béryllium présentant un point de fusion de 1278 C, ou d'un alliage cuivre/ nickel, le nickel présentant un point de fusion de 1453 C et un coefficient de dureté de 5 selon l'échelle MOHS.
Les alliages utilisés présentent de préférence un point de fusion compris entre 750 et 1450 C. Dans le cas des alliages cuivre/ béryllium ou cuivre/nickel, le coefficient de conductibilité thermique d'un alliage comportant de l'ordre de 20 à 30% de ces métaux, béryllium et/ou nickel, est suffisant, compte tenu des valeurs respectives des coefficients de conductibilité thermique correspondants de ces métaux, pour assurer une bonne dissipation de la chaleur dégagée par le freinage.
Ce revêtement garde de bonnes propriétés mécaniques, quelles que soient les conditions d'utilisation, et peut supporter des températures de l'ordre de 500 C sans altération des valeurs des coeffi dents de frottement et de la qualité du freinage.
Les procédés ainsi décrits permettent la mise en oeuvre de disques de frein présentant une bonne résistance à l'usure et aux contraintes mécaniques de dilatation dues à l'échauffement du disque au cours du freinage, la différence de conductibilité thermique entre le revêtement de matériau fritté et le disque-support, qui peut être atténuée par le choix de la composition du revêtement pour un coefficient de frottement donné, pouvant être tenue pour négligeable au niveau du développement de ces contraintes pour des disques usuels dans lesquels l'épaisseur du disque-support est au moins de 5 à 6 mm.
** ATTENTION ** start of the DESC field may contain end of CLMS **.
CLAIMS
1. Disc brake for a vehicle, comprising at least one movable brake disc between the clamping jaws of at least one caliper, said jaws each comprising a brake lining, characterized in that said disc has on each friction face a coating of sintered metal, the arrangement consisting of the brake linings and the clamping jaws having a thermal conductivity lower than the thermal conductivity of said coating.
2. Disc brake according to claim 1, characterized in that said coating is constituted by a circular ring of sintered metal, the coefficient of static friction of the brake linings on the coating being between 0.1 and 0.70.
3. Disc brake according to claim 1, characterized in that said coating is constituted by an arrangement of disjointed pads of sintered material, each pad having the shape of a circular crown sector.
4. Disc brake according to claim 3, characterized in that said pads are fixed to the disc by sintering.
5. Disc brake according to claim 1, characterized in that the brake linings consist of cast iron.
6. Disc brake according to claim 1, characterized in that the brake linings consist of gray cast iron.
7. Disc brake according to one of claims 5 or 6, characterized in that the brake linings have on the surface a friction zone of hard material.
8. Disc brake according to one of claims 5 to 7, characterized in that the brake linings are constituted by a single piece formed by casting.
9. Disc brake according to one of claims 6 or 7, characterized in that the brake linings each consist of a support piece and a brake pad fixed to the support piece.
10. Disc brake according to claim 9, characterized in that the brake linings further comprise, interposed between the support piece and the brake pad, a layer of thermal insulation.
11. Disc brake according to one of claims 1 to 3, characterized in that the brake disc comprises on each braking face a coating of sintered metal impregnated with a material of one of the types of metal or metal alloy to melting point between 750 and 1450 -C.
The present invention relates to a disc brake for a vehicle.
Vehicle disc brakes usually include
at least one movable brake disc between the clamping jaws
minus a stirrup. Each clamping jaw has a trim
braking ture. Most often, the disc is, for example, made up of
killed by cast iron or turned and ground steel. Guys
brake nitrides are made in the form of pads
bare by compression of mineral fibers and a binder, the mid fibers
most often being asbestos fibers, a desirable material
priced, in this use, for its mechanical friction properties
and temperature resistance.
However, the presence of the binder, in particular
does not allow the mechanical properties of the cash to be preserved
tion of this type of insert, when used under conditions
severe of this type of brake and of the heating of the friction surfaces in contact, a reduction in the braking efficiency appearing in particular during the heating of the disc.
The replacement of this type of packing with packing of
sintered metal helps mitigate this decrease in frei efficiency
swimming, the temperature resistance of this type of lining during use
tion under severe conditions being greatly improved. However, the high thermal conductivity of this type of lining causes, under severe conditions of use and heating of the disc, reckless heating of the brake calipers and, correspondingly, the corresponding heating of the hydraulic circuits and of the control liquid. hydraulics, drops in fluid pressure which can then, particularly for competition vehicle equipment, lead to a dangerous reduction in braking efficiency.
Brake linings with graphite friction surfaces have been described in the German patent application published under number DAS 2726741. However, such friction surfaces do not allow sufficient thermal insulation of the brake control members and their wear on Traditional steel discs remain important due to the relative weakness of the hardness coefficient of graphite 0.5 to 1 according to the MOHS scale.
The disc brake according to the invention overcomes the aforementioned drawbacks.
An object of the present invention is the implementation of a type of disc brake with absolute operational safety, whatever the conditions of use.
Another object of the present invention is the implementation of a type of disc brake in which the causes of pollution of the environment by asbestos dust, reputed to be highly carcinogenic, are eliminated.
Another object of the present invention is the implementation of a type of disc brake of low cost of implementation and maintenance.
The disc brake according to the invention is characterized by a brake disc comprising on each friction face a coating of sintered metal, the arrangement constituted by the brake linings and the clamping jaws of the calipers having a thermal conductivity lower than the thermal conductivity of the coating.
A disc brake of this type can in particular be used on any vehicle in which the angular speed of rotation of the shaft support of the disc to be braked is high, up to 5000-6000 rpm, the kinetic energy of the vehicle in movement to be degraded into heat which may be high, as for example in the case of landing planes or motor vehicles.
The invention will be better understood using the description and the drawings below, or the same references represent the same elements, and in which:
fig. 1 represents a disc brake according to the invention,
fig. 2 represents a nonlimiting embodiment of the brake disc according to the invention,
fig. 3 shows an alternative embodiment of the disc, shown in FIG. 2,
fig. 4 shows another alternative embodiment of the brake disc shown in FIG. 2,
fig. Sa and 5b represent a particular non-limiting embodiment of the disc brake linings according to the invention,
fig. 6a to 6c and 7a to 7d and 7e schematically represent the different stages of the method of implementing a brake disc according to the invention.
According to fig. 1, the disc brake according to the invention comprises at least one brake disc 1 movable between the clamping jaws 2 forming a caliper. The jaws 2 each have a brake lining 3. Any embodiment comprising a plurality of discs, in particular for the braking of large masses in motion, does not depart from the scope of the present invention. The brake disc produced according to the invention comprises on each friction face a coating of sintered metal 11. The arrangement constituted by the brake linings 3 and the clamping jaws 2 has a thermal conductivity WLG lower than the thermal conductivity WLR coating, WLG <WLR.
By way of nonlimiting example, the coating of sintered metal may consist of a coating consisting of a mixture of metallic powders essentially comprising bronze or copper to which is added silica powder (quartz). Given the qualities of the sintered metal coating to be obtained, the porosity of the coating is included
between 20 and 5%. The coefficient of static friction Ms of the brake linings on the lining is between 0.1 and 0.70 and the quality factor rl ratio of the dynamic coefficients of friction Md to the coefficient of static friction Ms,
EMI2.1
is around 0.8.
According to a nonlimiting embodiment shown in fig. 2, the coating consists of a circular crown of sintered metal. By way of example, the support disc 12 is, for example, a cast iron disc obtained by casting or, on the contrary, a steel disc shaped by machining by chip removal. Each friction face of the disc is covered by a crown of sintered material Il of thickness e at least equal to 0.1 mm, for example. The coating 11 can be directly sintered on the support disc 12, as will be explained in more detail below.
According to another alternative embodiment shown in fig. 3, the coating of sintered metal consists of an arrangement of separate plates 110 made of sintered material. The material constituting the wafers has the composition defined above. Each plate 110 has the shape of a circular crown sector in relation to the construction dimensions of the support disc 12.
The plates 110 of sintered material are for example fixed to the support disc 12 by bonding using an adhesive resistant to the heating of the disc during braking. Preferably the plates 110 of sintered material are fixed to the support disc 12 by sintering in order to ensure, by a metal-to-metal adhesion, a good quality from the point of view of the thermal conductivity of the disc-support 12 / coating assembly. 11.
As shown in fig. 4, the plates 110 of sintered material can also be fixed to the disc using rivets 10, also making it possible to ensure good quality of the thermal contact between disc and support 12 / coating 11.
The operation of the device is as follows:
When controlling braking by clamping the jaws and rubbing the linings on the disc, the kinetic energy of the moving parts is degraded into heat. Because the arrangement constituted by the brake linings and the caliper has a thermal conductivity lower than the thermal conductivity of the coating, the heat energy released by friction is preferentially dissipated in this coating, a part being transmitted, by contact , to the support disk 12.
The disc and mainly the covering 11 are the seat of a heating, the heat energy being distributed, due to the thermal conductivity of the covering, over the entire circumference of the covering, the rise in temperature for a point of curvilinear abscissa s of the coating with respect to the center of the friction zone f being substantially decreasing.
The heat energy distributed in the coating which conducts heat well is then absorbed over the entire periphery of the coating by convection of the ambient air due to the rotation of the disc.
Thus, during comparative tests of brake discs according to the invention comprising a coating of sintered metal and brake discs of similar dimensions constituted by the only steel support disc from foundry, it was possible to observe a reduction in the rise in average temperature of the discs in a ratio close to 2 for substantially identical conditions of use. Preferably, the coating consists of sintered metal powder or a mixture of these powders, the final coating having a thermal conductivity between 2.3 and 3.9W-cm-1 x0K-1.
According to a characteristic of the disc brake according to the invention, the friction surface S, the contact surface between the coating of the disc and the lining of the brake, can, due to the high thermal conductivity of the coating of the disc, be increased in a ratio of 10 compared with conventional devices for a comparable temperature rise close to 300 C. This results in a particularly increased braking efficiency for a significantly reduced coefficient of wear of the brake linings.
Thus, brake linings for a particular automobile, most often having a friction surface of the order of 20 cm 2, can easily be replaced by friction surface linings of 200 cm 2 for use of the brake and the disc. brake according to the invention under analogous temperature conditions.
According to the embodiment shown in fig. Sa and 5b, the brake linings 3 have a coefficient of static friction Ms on the coating of between 0.1 and 0.70. Thus, the brake linings 3, as shown in FIG. Sa, may be constituted by gray cast iron or by cast iron, the values of the coefficient of friction of the coating 11 on this material previously mentioned being suitable for this purpose. In this case, the brake linings consist of a single piece formed by casting as shown in fig.
Sa. The coefficient of thermal conductivity of gray cast iron or cast iron is, for example, equal to Ys of the coefficient of thermal conductivity of the coating described above comprising approximately 60% copper.
According to the embodiment of FIG. 5b, the brake linings 3 consist of a support piece 30 and a brake or friction pad 31 fixed to the support piece 30. Of course, the friction pad 31 is, for example, made of cast iron gray or cast iron. Any embodiment of the brake linings in which a material other than gray cast iron or cast iron is used, material having with the coating a coefficient of static friction of between 0.1 and 0.7 substantially, does not come out of the scope of the present invention.
The materials constituting the brake linings, gray cast iron or cast iron for example, were chosen taking into account their coefficient of friction with the coating considered and taking into account their low cost price, these materials, during the friction due when braking, wearing out more quickly than the sintered metal coating of the disc itself, allowing a reduction in the wear of the disc itself in a ratio of 9.
In order to reduce the wear of the brake linings themselves, the lining itself, formed in one piece, or the friction pad 31, has a surface friction zone of hardness close to 6 to 7 depending on the MOHS scale. This hard material friction zone can, for example, be obtained by nitriding the friction surface of the lining or of the friction plate.
Such an area of hard material makes it possible to significantly reduce wear on the brake linings for a minimal increase in wear on the coating of the disc, given the significant increase in the friction surface compared with conventional devices. In the event of significant wear of the sintered metal coating, this coating can be replaced without difficulty, the support disc being intact.
Preferably, as shown in fig. 5b, the brake linings further include, interposed between the support piece 30 and the brake pad 31, a layer of thermal insulation 32. This layer of thermal insulation 32 can be constituted, for example, by a ceramic material , a layer of mica or a wafer of asbestos. The assembly thus formed has a thermal conductivity notably less than 1 / l o ode the thermal conductivity of the coating of sintered metal for example.
Figs. 6a, b, c represent the different stages of a process for manufacturing the brake disc according to the invention. The powder, or the mixture of metallic powder, is spread in a substantially uniform layer on the support disc 12 according to a determined thickness. Sintering in a reducing atmosphere is carried out as shown in b, the powder layer and the support disc 12 being brought to a temperature which can vary between 800 ° C. and 1400 ° C. depending on the composition of the powder mixture. The sintering is carried out for example in an atmosphere of cracked ammonia, 2 NH 3fin2 + 3H2, or of an air / propane mixture at a pressure of the order of 1.5 atm. Sintering makes it possible to obtain, on the face of the disc in question, a coating adhering to the support disc 12 forming a continuous layer of friction.
In the phase shown in fig. 6c, the friction layer, comprising an irregular free surface after sintering, is pressed using a tool 120 of a hydraulic press, the tool 120 having a flat pressing face. The friction layer is pressed with a pressure P of between 2 and 10 t / cm2.
This pressing phase makes it possible, on the one hand, to standardize the free surface of the friction layer so as to form a friction surface substantially parallel to the corresponding face of the support disc 12 and, on the other hand, taking into account of the choice of the value of the pressure P, of obtaining a coating of sintered metal constituting the friction layer of determined porosity between 25 and 5%, and of corresponding hardness for example between 1.5 and 2.6 according to l MOHS scale. Of course, the method described above is then implemented for the other face of the disc.
According to another method, it is also possible, as shown in FIG. 7a to 7e, forming by sintering, from a matrix corresponding to a circular crown sector of the support disc 12, a plurality of plates 110 of sintered metallic material. The plates 110 are sintered in a reducing atmosphere as described above. Prior to sintering shown in fig. 7b, the metal powder spread in a in the matrix is subjected to a pressing at a pressure P 'of between 2 and 6 t / cm 2 so as to form a blank of compact for each wafer. The compact blanks are then sintered under the conditions described above. After sintering, the wafers 110 are subjected, as shown in FIG. 7c, at a secondary pressing at a pressure P of between 2 and 10 t / cm2.
This secondary pressing allows the platelets to be reshaped due to possible deformations due to sintering, flatness defect, and, if necessary, a modification of the porosity and of the corresponding hardness of these platelets.
The plates 110 are then fixed to the support disc 12 either by riveting two by two as shown in FIG. 7d, either by sintering as shown in fig. 7th.
In order to obtain a coating 11, constituting the friction layer of the disc, of minimum porosity and therefore of hardness approaching the hardness characteristics of the cast metals, the plates 110, or possibly the continuous layers of coating 11, which can be compressed to a pressure making it possible to obtain a porosity of the order of 15%, can also then be impregnated with a metal or an alloy of metals with relatively low melting point, such as for example copper and its alloys. After diffusion of the metal or alloy, a friction coating 11 is obtained, the properties of which are that of a common semi-hard alloy with a hardness of between 6 and 7 according to the MOHS scale.
Such hardnesses can be obtained in particular from a copper alloy such as, for example, copper / beryllium, beryllium having a melting point of 1278 C, or from a copper / nickel alloy, nickel having a point 1453 C and a hardness coefficient of 5 according to the MOHS scale.
The alloys used preferably have a melting point between 750 and 1450 C. In the case of copper / beryllium or copper / nickel alloys, the coefficient of thermal conductivity of an alloy comprising of the order of 20 to 30% of these metals, beryllium and / or nickel, is sufficient, taking into account the respective values of the corresponding thermal conductivity coefficients of these metals, to ensure good dissipation of the heat released by braking.
This coating retains good mechanical properties, whatever the conditions of use, and can withstand temperatures of the order of 500 ° C. without altering the values of the coefficients of friction and the quality of the braking.
The methods thus described allow the use of brake discs having good resistance to wear and to mechanical stresses of expansion due to the heating of the disc during braking, the difference in thermal conductivity between the coating of sintered material. and the support disc, which can be attenuated by the choice of the composition of the coating for a given coefficient of friction, which can be held to be negligible in terms of the development of these constraints for usual discs in which the thickness of the support disc is at least 5 to 6 mm.