La présente invention se rapporte à unicylindre de frein à fluide sous pression et à ressort du type comportant un piston de service actionné par le fluide sous pression et un piston de frein à ressort (pour le frein de parc et/ou de secours) maintenu en posi- tion desserrée par la pression du fluide agissant à l'encontre de la force de réaction du ressort.

Les freins à ressort sont bien connus et nota ment les dis¬ positifs de freinage du type comprenant un frein de service à air comprimé combiné avec un frein â ressort maintenu desserré par une pression d'air comprimé pendant la marche du véhicule. Indépendamment du risque de déclenchement intempestif du frein à ressort en cas de rupture du flexible d'alimentation du cylindre à ressort, l'inconvé¬ nient principal de ces freins combinés, qui par ailleurs présentent une excellente modërabilitë pour le frein de service, réside dans le fait que l'effort de réaction du ressort qui applique le frein de parc et de secours, diminue rapidement lors de la course de détente du ressort. Cette course présente souvent des valeurs importantes pour rattraper: les jeux inévitables existant dans la timonerie de frei¬ nage et entre les garnitures et les pistes de freinage, ainsi que l'élasticité de la timonerie de freinage sous l'effet des efforts d'application importants de ces garnitures sur les pistes. On cons¬ tate ainsi dans de nombreux cas qu'après plusieurs années de service des freins à ressort, l'effort de réaction du ressort, dir.inué par la corrosion et le fluage de l'acier à ressort resté sous contrainte au cours du temps, n'atteint plus, en position de freinage, que des valeurs comprises entre la moitié et le tiers de l'effort de réaction initial maximal calculé.

Pour pallier ces inconvénients, il apparaît que l'on peut soit éviter de maintenir le ressort sous contrainte, ce qui a déjà été réalisé et présente divers inconvénients pour la sécurité du freinage de secours, soit prendre des dispositions pour limiter la course de détente du ressort, lorsqu'il applique le frein de parc et/ou de secours.

L'un des buts de la présente invention est précisément de mieux utiliser l'effort de réaction du ressort précontraint, ce qui

est déjà connu en utilisant comme intermédiaire pour l'appl cation de l'effort du frein à ressort un écrou à filets réversibles rappelé sur une butée du corps de cylindre à faible distance du piston de frein à ressort, mais aussi de réaliser un cylindre de frein compor- tant un piston de frein de service et un piston de frein à ressort agissant sur une même timonerie de freinage par l'intermédiaire d'un régleur de jeu commun aux deux pistons, le tout étant rassemblé en un ensemble compact, fiable et économique.

A cet effet le cylindre de frein à fluide sous pression et à ressort du type comportant un piston de frein de service actionné par la pression du fluide et un piston de frein à ressort (pour le frein de parc et/ou de secours) maintenu en position desserrée par une pression de desserrage du fluide agissant à 1 'encontre de la force de réaction du ressort, le piston à ressort étant susceptible de trans- mettre au piston de service tout ou partie de l'effort de réaction du ressort par l'intermédiaire d'une surface de transmission portée par le piston à ressort et venant en appui sur un écrou à filets réversi¬ bles vissé sur une tige filetée rendue solidaire du piston de service, des moyens de maintien étant prévus pour rappeler l'écrou sur une butée sensiblement fixe par rapport au corps du cylindre et maintenir ainsi, indépendamment des déplacements axiaux du piston de service, l'ëcrou à faible distance de la surface de transmission, lorsque le piston à ressort est en position de recul extrême sous l'action de la pression de desserrage, de telle sorte que le déplacement axial du piston à ressort, à partir de sa position de recul et sous l'action du ressort, d'une valeur supérieure à ladite faible distance, provo¬ que la mise en contact de la surface de transmission avec une surface de contact conjuguée de l'êcrou et le verrouillage axial de celui-ci par rapport à la tige filetée, est caractérisé en ce que la tige filetée est vissée sur un autre écrou dit de rattrapage, d'un régleur de jeu du piston de frein de service, ledit écrou de rattrapage étant solidaire, au moins en position d'actionnement des freins, d'une tige de transmission de l'effort d'actionnement du freinage. La tige filetée à pas réversible qui doit être réalisée avec soin et en un matériau résistant tel que l'acier cémenté et trempé, coopère

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ainsi avec deux écrous de fonctions différentes, ce qui améliore la fiabilité des mécanismes du cylindre et en diminue le coût.

Selon un mode de réalisation pratique de l'invention, la tige filetée, d'une part, est solidaire d'une autre surface de trans- mission et de verrouillage sur laquelle est susceptible de venir en appui une surface conjuguée du piston de frein de service lorsqu'il est actionné, et d'autre part, est repoussée par un ressort de rappel en direction du piston de frein de service, le recul de la tige de transmission après une application du frein étant limité à une valeur dite de jeu normal, inférieure à la course maximale possible du frein de service, par l'intermédiaire de butées mobiles telles ue des seg¬ ments frotteurs serrés sur cette tige de transmission, de telle sorte qu'après un déplacement de ces butées mobiles sur la tige de trans¬ mission, le retour du piston de frein de service vers sa position inactive désolidarise l'autre surface de transmission et ce verrouil¬ lage de la surface conjuguée de ce piston de frein de service et que le ressort de rappel de la tige filetée entraîne celle-ci vers le piston de frein de service (en butée) en provoquant sa rotation par rapport à 1 'écrou de rattrapage. Selon un autre mode de réalisation de l'invention, le pis¬ ton de frein de service est immobilisé en rotation par rapport au corps du cylindre à l'aide d'au moins une broche traversait la paroi de séparation entre la chambre contenant le ressort de rappel de la tige filetée et la chambre contenant le ressort d'actionnement du piston de frein à ressort. Cette paroi de séparation présente deux renflements annulaires concentriques qui servent d'appui, l'un au ressort de rappel du piston de frein de service, l'autre, du côté opposé au piston de frein de service, au ressort du piston de frein à ressort. L'immobilisation en rotation du piston de freir, de service améliore le verrouillage du régleur en position de repos du cylindre qui peut être soumis à des vibrations intenses. La surface de transmission qui est portée par le piston à ressort, peut être solidaire d'un manchon tournant librement par rapport à ce piston mais verrouillé en rotation par rapport au corps cylindre

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par l'intermédiaire d'un crabotage constitué d'une couronne de verrouillage munie de dent(s) ou de crabot(s) et coopérant avec une autre couronne de même type solidaire en rotation du corps du cylin¬ dre et repoussëe par un ressort de rappel en direction de la couronne de verrouillage, et un levier de desserrage manuel, articulé sur le corps du cylindre, est susceptible de venir en appui sur un épaule- ment annulaire de dëverrouillage et de le repousser au contact de l'autre couronne pour provoquer à 1"encontre du ressort ce rappel de cette autre couronne, le dëverrouillage en rotation des dents ou crabots de la couronne de verrouillage par rapport à l'autre couronne et libérer ainsi le manchon en rotation pour autoriser alors la rota¬ tion du manchon en appui sur Têcrou à filets réversibles et, par voie de conséquence, la détente du ressort et, par suite de la libre rota¬ tion de cet écrou sur les filets de la tige solidaire du piston de service soumis à l'effort de réaction de la timonerie de freinage, Te desserrage manuel du frein à ressort.

Selon une autre disposition importante de l'invention le crabotage entre les deux couronnes de verrouillage est unidirection¬ nel et provoque l'immobilisation en rotation du manchon dans le sens assurant l'entraînement de Técrou à filets réversibles par le piston à ressort, tandis que la denture à cliquet d'au moins l'une des cou¬ ronnes autorise la rotation du manchon dans 1 'autre sens en repous¬ sant le ressort de rappel de l'autre couronne pour permettre le recul du piston à ressort sous l'action de la pression de desserrage avec mise en rotation de 1 'écrou à filets réversibles dans les phases où 1'écrou à filets réversibles et le manchon sont solidaires au moins en rotation.

D'autres buts, avantages et caractéristiques ce la présente invention apparaîtront à la lecture de la description qui va suivre, faite en regard du dessin annexé où la figure unique est une section transversale du cylindre de frein selon l'invention.

Le cylindre de frein selon l'invention comprend une bielle de poussée 1 pourvue en bout d'une chape munie d'un oeil 2 permettant le rattachement aux leviers de freinage. A l'intérieur du cylindre de frein, la bielle 1 est creuse et reçoit une tige filetée 3 à pas

réversible qui coopère par ses filets avec un écrou 4 solidaire de la bielle 1. La bielle 1 et la tige filetée 3 font partie d'un cylin¬ dre de frein 5 dont le corps se compose d'une virole 6, fermée par un couvercle 7 et d'un fond cylindrique 8 rapporté sur la virole 6 au moyen de joncs 9, d'une couronne 10 et de deux anneaux 11 serrés par des boulons 12, le tout étant rendu ëtanche par des joints coopé¬ rant avec la partie 13 de la couronne 10 faisant saillie à l'intérieur du cylindre. Un piston de frein de service 14 monté mobile à l'inté¬ rieur de l'alésage du fond 8 du corps est muni d'une garniture d'étan- chéité 15 maintenue de façon convenable par exemple au moyen d'une couronne 16 fixée par des boulons 17. La partie centrale du piston présente un renflement dirigé vers le raccord d'alimentation du cylin¬ dre et renforcé du côté opposé par une bague 18 munie d'une portée conique. Un ressort hélicoïdal 19 de rappel du piston 14 en position inactive est monté en appui entre un épaulement 20 d'une paroi de séparation 21 délimitant la chambre de respiration du cylindre de frein de ser¬ vice et respectivement un anneau 22 en contact avec la bague 18. Un manchon d'arrêt 23 axialement mobile est monté sur la bielle de poussée 1 entre une douille d'arrêt réglable 24 ^' vissée dans un alé¬ sage 25 du couvercle 7 à l'aide d'un contre-écrou 26, et une bague d'appui 30. La douille d'arrêt 24 présente un rebord annulaire 27 servant d'appui à un épaulement correspondant 28 ménagé sur le man¬ chon d'arrêt 23. Le manchon 23 est repoussé vers la droite de la figure par un ressort de rappel 29 disposé entre la bague 30 en appui sur le couvercle et une bride 31 solidaire du manchon 23.

Une tête d'embrayage 32 est montée sur l'extrémité droite de la tige filetée 3. Cette tête 32 comporte une surface conique 33 susceptible de venir en contact avec une surface conique correspondante 34 de la bague 18 solidaire du piston de service 14, et un épaulement 35 sur lequel l'anneau 22 vient en appui. En position de repos telle que représentée sur la figure, les surfaces coniques 33 et 34 sont éloi¬ gnées Tune de l'autre tandis que 1 'épaulement 35 est en appui sur l'anneau 22. Le piston de frein de service 14 est immobilisé en

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rotation par rapport au corps du cylindre à l'aide d'au moins une broche 36 traversant la paroi de séparation 21. Un jeu de segments 37 est porté par le manchon d'arrêt 23 et vient serrer la surface extérieure polie de la bielle de poussée pour s'opposer en réaction au déplacement axial de cette bielle 1 par rapport au manchon 23. Ces segments 37 peuvent par exemple comporter chacun un ressort annu¬ laire 38 précontraint qui vient serrer ënergiquement un anneau fendu monté sur la bielle 1. Tous moyens tels qu'un soufflet peuvent être prévus à la sortie de la bielle 1 pour empêcher l'entrée de polluants extérieurs dans le jeu de segments frotteurs 37.

Un piston de frein à ressort 42 logé à l'intérieur de la virole 6 du cylindre de freinage 5 est soumis du côté droit de la figure à la réaction d'un puissant ressort précontraint 43 en appui sur la paroi de séparation 21 et du côté gauche de la figure, à la pression de fluide admise dans une chambre de frein à ressort 44. Pour assurer le couplage mécanique entre le frein de service et le frein de parc, un écrou 45 portant.un cône 46 et taraudé au même pas réversible que 1 'écrou 4, est vissé sur la tige filetée 3. L'écrou 45 est repoussé en direction du piston de service 14 dans une position axiale fixe contre la paroi 21 par l'action d'un ressort 39 en appui sur une butée à billes 47. Le piston 42 du cylindre à ressort est solidaire, par l'intermédiaire d'un roulement de butée 48, d'un man¬ chon 49, muni d'un cône 50 et rendu solidaire par une goupille 51 d'un second manchon 52 muni d'un carbotage 53 en prise unidirection¬ nelle avec un crabotage correspondant 54 d'un manchon 55 coulissant dans des cannelures 56 solidaires du corps du couvercle 7 du cylin- dre 5. Le manchon 55 est repoussé en direction du crabotage 53 du manchon 52 par un ressort de rappel 57. Le bloc de freinage qui vient d'être décrit fonctionne de la façon qui va maintenant être explicitée:

En service normal du véhicule ferroviaire équipé de cylin¬ dres de frein selon l'invention, la chambre 44 du frein de parc est alimentée en air comprimé à une pression suffisante pour repousser le piston à ressort 42 vers la droite en butée sur le fond au

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cylindre (de la paroi de séparation 21).

Au serrage du frein de service, la chambre de frein de service 8a_ du cylindre 8 est alimentée en air comprimé et le piston de service 14 est repoussé vers la gauche de la figure à 1 'encontre du ressort de rappel 19.

La distance entre le rebord 28 et la butée 27 est alors égale au jeu théorique du frein régulé par le régleur du cylindre de frein. La valeur de ce jeu peut être ajustée sur le régleur en faisant tourner la douille filetée 24 après desserrage du contre-écrou 26 et en bloquant à nouveau le contre-écrou 26 sur la douille 24.

Dès le début de sa course vers la gauche de la figure, la bague 18 repousse l'anneau 22 et sa surface conique 34 s'applique sur la surface conique 33 pour la solidariser en rotation avec le piston de service 14 immobilisé en rotation par les broches 36. La tige filetée 3 immobilisée en rotation par le coincement des cônes 33 et 34 se déplace vers la gauche en entraînant par son filetage 1 'écrou 4 et la bielle 1 jusqu'à ce que 1 'épauleπent 28 du manchon 23 vienne en appui sur le rebord 27. A cet instant, les freins sont normalement appliqués puisque les jeux éventuels apparus au frei- nage précédent ont été rattrapés. Si le freinage se poursuit et qu'une usure sensible des sabots ou garnitures de frein et des pistes de frei¬ nage se manifeste, pour appliquer les freins à pleine puissance, la bielle 1 doit effectuer une course supplémentaire sous l'action du piston 14 soumis à la pression pneumatique régnant dans la chambre 8a_. Pendant cette course supplémentaire, le manchon 23 et les segments 37 qu'il porte sont immobilisés en translation et la surface extérieure de la bielle 1 glisse avec frottement sous les segments 37.

Pendant le déplacement du piston de frein de service 14 vers la gauche, le piston à ressort n'entrave pas le fonctionnement du piston de service car le filetage réversible de la vis 3 entraîne en rotation 1 'écrou 45 maintenu en position axiale fixe et en appui sur un roulement à aiguille par la réaction du ressort 39.

Au desserrage du frein de service, la chambre de frein de service 8a_ est reliée à l'échappement par un distributeur de pression de freinage et le piston de service 14 est repoussé vers la droite de

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la figure par son ressort de rappel 19 en entraînant en rotation en sens inverse 1 'écrou 45 toujours maintenu en position axiale fixe sur des roulements par le ressort 39. Après une course de desserrage correspondant au jeu normal, le manchon 23 vient en butée sur la bague 30 et immobilise par les segments 37 la bielle 1. Le ressort de rappel 19 repousse alors le piston 14 vers la droite par l'inter¬ médiaire de l'anneau 22 et désolidarise les surfaces coniques 33 et 34. La tige filetée 3 est alors repoussëe vers la droite par le res¬ sort 19 et elle se met en rotation. par rapport à 1 'écrou 4 pour rattra- per le jeu supplémentaire apparu par suite de l'usure des sabots de frein. La rotation de la vis 3 se poursuit jusqu'à ce que le piston de service 14 vienne en butée, par son renflement central, sur le fond du cylindre 8 et que l'anneau 22 vienne en appui sur la bague 18. L'anneau 22 est également en appui direct sur la tête d'eir.brayage 32 solidaire en rotation de la tige filetée 3 et il immobilise celle-ci en rotation par un effet de friction tout en maintenant les surfaces coniques 33 et 34 à distance l'une de l'autre. La rotation de la tige filetée 3 sous l'action de rappel du ressort 19 a ainsi rattrapé le jeu supplémentaire apparu au cours du freinage. Pour donner du jeu à la timonerie de freinage actionnée par la bielle 1, on peut repousser celle-ci en direction du piston de service 14 à l'encontre des seg¬ ments 37 et la tige filetée 3, en appui sur l'anneau 22, entre en rotation.

L'application du frein de parc ou de secours à ressort s'effectue après un serrage des freins par le frein de service à la pression maximale, de façon à rattraper tous les jeux ainsi que la course élastique de la timonerie et de tous les organes soumis aux efforts d'application des freins.

Pour appliquer le frein d'immobilisation, la valve de contrôle du frein de parc réduit alors la pression dans la chambre 44 en la reliant à l'échappement, ce qui permet au piston 42, poussé par le ressort 43, de se déplacer vers la gauche. Après la prise de contact entre les deux cônes 46 et 50, l'effort de réaction du ressort 43 se transmet à 1 'écrou 45 immobilisé en rotation et par les filets de la vis 3 immobilisée à son tour en rotation, à l 'écrou 4 et à la bielle 1.

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Le manchon 55 repoussé par le ressort 57 empêche par ses cannelures 56 la rotation de la pièce porte-cône 49, rendue solidaire de la vis 3 par l'accouplement des cônes 46 et 50. On peut alors desserrer le frein pneumatique car le frein d'immobilisation à ressort s'applique comme frein de parc de puissance sensiblement équivalente à celle du frein de service à sa pression maximale.

Le desserrage du frein à ressort s'opère en faisant remon¬ ter la pression régnant dans la chambre 44. Le piston à ressort 42 refoule alors les cônes accouplés 46 et 50 vers la droite ainsi que l'écrou 45 jusqu'à l'instant où la tige 3 arrête son déplacement vers la droite. Le piston à ressort 42 continue seul sa course jusqu'à sa butée de droite et les cônes 46 et 50 se désolidarisent.

En cas de vidange intempestive de la chambre de frein à ressort, par exemple par suite d'une défaillance de son flexible d'alimentation, le piston à ressort 42 se déplace vers la gauche, rattrape le jeu entre les cônes 46 et 50 et les applique l'un sur l'autre puis entraîne vers la gauche l'écrou 45 alors solidaire de la tige filetée 3. Le manchon 55 coulisse dans les cannelures 56 également vers la gauche sous l'action du ressort 57 mais vient en butée sur un manchon 58 lui-même en appui sur un galet 59 d'un levier de desserrage manuel 60 du frein à ressort, avant que le piston 42 n'ait pu appli¬ quer les semelles de frein sur la surface de freinage. Les crabotages 53 et 54, en prise unidirectionnelle, se désolidarisent et le piston 42 continue sa course jusqu'à sa butée de gauche sur le corps du cylin- dre 5. La pièce porte-cône 49 n'étant plus immobilisée en rotation par le manchon 55, la tige filetée 3 se met à tourner avec l'écrou 45 par suite de la réaction de la bielle 1 vers la droite jusqu'à ce que le piston 14 vienne en appui contre sa butée de droite au fond du cylin¬ dre 8 et que la bielle 1 ne reçoive plus d'effort de réaction vers la droite.

Le réarmement du frein à ressort, après un fonctionnement intempestif du frein d'immobilisation, s'effectue automatiquement en remettant sous pression la chambre à ressort 44 (normalement après réparation de son circuit d'alimentation). Le piston 42 est refoulé vers sa butée de droite et l'appui de l'écrou 45, par sa butée à

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aiguilles, sur la paroi de séparation 21 désolidarise les cônes 46 et 50.

Le frein d'immobilisation ainsi réarmé est prêt pour une nouvelle utilisation. En cas de nécessité, le desserrage manuel du frein d'immobilisation s'opère de la façon qui va être décrite:

Le frein d'immobilisation ayant été serré, la chambre à ressort 44 est reliée à l'atmosphère et l'effort de réaction du ressort 43 s'est substitué à la pression pneumatique agissant en service sur le piston de service 14. Le véhicule étant immobilisé en position freinée et sans source d'air pour desserrer le frein d'immobilisation par voie pneumatique, on exerce une traction manuelTe sur le levier 60 qui pivote autour de son axe d'articulation 61 soli¬ daire du couvercle 7 et repousse le galet 59 vers la droite de la figure. Sous la poussée du galet 59, le manchon 58 se déplace vers la droite jusqu'au moment où il entre en contact avec le manchon 55 qui coulisse dans ses cannelures 56 et décrabote les crabotages 53 et 54. Sous l'effet de l'effort de réaction de la timonerie de frei¬ nage qui repousse la bielle 1 vers la droite, la pièce porte-cône 49, alors solidaire de l'écrou 45, se met en rotation pour autoriser le piston à ressort 42 à venir en appui sur sa butée de gauche et la tige filetée 3 à tourner pour permettre le recul du piston 14 jusqu'à sa butée sur le fond du cylindre 8. Dès que l'opératuer relâche sa trac¬ tion sur le levier 60, le manchon 58 est rappelé vers la gauche de la figure par son ressort de rappel et les crabotages 53 et 54 reviennent en contact sous l'action du ressort 57. Pour réarmer le frein, il suffit de remettre sous pression la chambre 44 pour repousser le pis¬ ton 43.

Au cours du déplacement du piston 42 vers la droite de la figure, l'écrou 45 peut tourner librement en entraînant la pièce 49 car le crabotage 53 glisse sur le crabotage 54 sans l'entraîner. En effet, la rotation de l'écrou 45 s'effectue en sens inverse de celui de l'application des freins et pour lequel les crabotages 53 et 54 n'entrent pas en prise sous la poussée du ressort 57 repoussé légère¬ ment au passage de chaque dent du crabotage. Bien entendu, la présente invention n'est pas limitée aux

modes de réalisation décrits et représentés. Elle est susceptible de nombreuses variantes accessibles à l'homme de l'art suivant les appli¬ cations envisagées et sans que l'on ne s'écarte pour cela de l'esprit de l'invention. Ainsi d'autres types de régleur comportant une vis à filetage réversible peuvent être utilisés en combinaison avec l'écrou 45 de rappel en position d'armement du frein à ressort.