Arrière-plan de l'invention Les dispositifs ralentisseurs connus sont fréquemment de type hydraulique ou électromagnétique et posent des problèmes d'encombrement et de poids.

On connaît par ailleurs des freins à disques utilisant des disques en matériau composite thermostructural, notamment en matériau composite carbone/carbone (C/C) qui offrent un très bon comportement en friction et un important gain de masse en comparaison avec des freins à disques métalliques traditionnels.

L'utilisation de dispositifs de friction à disques en matériau C/C a déjà été envisagée pour des ralentisseurs ou freins sur transmission de véhicules poids lourds. On pourra notamment se référer au document FR-A-2 607 566, et à la demande de brevet FR 97 06 959.

Il a aussi été envisagé d'utiliser de tels dispositifs pour des freins d'essieux de véhicules ferroviaires. On pourra se référer notamment aux documents FR-A-2 626 541, FR-A-2 697 218 et EP-A-0 478 943.

Pour des véhicules routiers poids lourds ou des véhicules ferroviaires, la réalisation de ralentisseurs, ou freins sur transmission, avec des disques en matériau composite thermostructural, sans faire appel à l'énergie hydraulique, est attractive.

Toutefois, il faut prendre en compte, d'une part, les fortes températures atteintes en friction par les matériaux composites thermostructuraux, en particulier les matériaux C/C et, d'autre part, la nécessité d'un niveau élevé des efforts à appliquer sur les disques pour obtenir l'efficacité souhaitée, et ce alors que l'espace disponible est souvent très restreint.

Objet et résumé de l'invention L'invention a pour but de fournir un dispositif de friction à disques, pour le freinage ou le ralentissement d'un arbre moteur ou de transmission, qui présente un encombrement très réduit tout en autorisant l'utilisation de disques en matériau composite thermostructural et d'une commande pneumatique.

Ce but est atteint grâce à un dispositif, comportant : -un boîtier non rotatif ayant au moins une paroi d'extrémité munie d'un palier pour l'arbre rotatif, -un ensemble de disques coaxiaux annulaires dont au moins des parties de friction sont en matériau composite thermostrutural, les disques étant logés à l'intérieur du boîtier et comportant au moins un disque rotor solidaire en rotation de l'arbre rotatif et au moins deux disques stators situés de part et d'autre du disque rotor et immobilisés en rotation par rapport au boîtier, -une structure de poussée située en regard d'une face externe d'un premier disque stator à une première extrémité de 1'ensemble de disques, -des moyens d'actionnement reliés à la structure de poussée, et -une structure d'appui supportée par le boîtier et située en regard d'une face externe d'un deuxième disque stator à une deuxième extrémité de l'ensemble de disques, dispositif dans lequel : -le boîtier a une forme de cage dans laquelle sont logés la structure de poussée, l'ensemble de disques et la structure d'appui, et comprend une première paroi d'extrémité du côté de la structure de poussée, une deuxième paroi d'extrémité du côté de la structure d'appui et une paroi périphérique munie d'ouvertures de ventilation, -les moyens d'actionnement sont constitués par un actionneur pneumatique relié mécaniquement à une partie centrale de la structure de poussée, à travers une ouverture centrale de la première paroi d'extrémité du boitier, et -des moyens d'isolation thermique sont agencés entre 1'ensemble de disques et l'extérieur du boîtier du côté de la paroi d'extrémité munie du palier pour l'arbre rotatif, comprenant au moins une barrière thermique située au niveau du palier.

Selon un premier mode de réalisation, I'actionneur pneumatique est fixé à la première paroi d'extrémité du boîtier, du côté de la structure de poussée, rendant le dispositif compact.

Selon un autre mode de réalisation, l'actionneur pneumatique est fixé à la deuxième paroi d'extrémité du boîtier et est relié à la structure de poussée par au moins un levier, de sorte qu'une amplification de la pression délivrée par l'actionneur est obtenue.

Il pourra tre conféré à la partie centrale de la structure de poussée la forme d'un renfoncement logé dans un passage axial entouré par les disques, de sorte que la liaison mécanique entre l'actionneur et la structure de poussée s'étend au moins en partie dans ce passage axial, contribuant ainsi à la compacité du dispositif.

La structure de poussée peut tre formée par une pièce de poussée ayant une partie centrale reliée à l'actionneur et une partie périphérique annulaire, et par un ensemble de coupelles fixées sur cette partie périphérique annulaire et s'appuyant contre la face externe du premier disque stator, limitant ainsi les surfaces de contact, et donc le transfert thermique entre les disques et la structure de poussée.

De façon similaire, la structure d'appui peut tre formée par une pièce d'appui annulaire et un ensemble de coupelles fixées sur la pièce d'appui et s'appuyant contre la face externe du deuxième disque stator.

La liaison en rotation entre l'arbre rotatif et le ou chaque disque rotor peut tre réalisée au moyen d'une pièce fixée sur l'arbre et munie de cavaliers qui pénètrent dans des encoches formées à la périphérie intérieure du ou de chaque disque rotor, les cavaliers étant en un matériau faiblement conducteur de la chaleur afin de limiter le transfert de chaleur entre les disques et l'arbre rotatif En outre, il est avantageusement prévu au moins un écran thermique situé à l'intérieur du boîtier entre l'ensemble de disques et le palier pour l'arbre rotatif. L'écran thermique peut tre porté par la structure d'appui.

La barrière thermique située au niveau du palier est par exemple constituée par au moins une chicane imposant un trajet tortueux à l'air le long du palier. Cette barrière thermique, avantageusement combinée avec un écran thermique à l'intérieur du boîtier, permet de s'opposer efficacement au transfert de la chaleur engendrée par le frottement des disques vers des organes moteurs ou de transmission couplés à l'arbre rotatif à l'extérieur du boîtier.

Brève description des dessins Dans la description détaillée faite ci-après, il sera fait référence aux dessins annexés sur lesquels :

-la figure 1 est une vue en coupe selon les plans I-I de la figure 2 d'un mode de réalisation d'un dispositif de friction à disques selon l'invention, pour frein bogie moteur de véhicule ferroviaire ; -la figure 2 est une vue en coupe selon le plan II-II de la figure 1 ; -la figure 3 est une vue en coupe selon les plans in-m de la figure 5 d'un autre mode de réalisation d'un dispositif de friction à disques selon l'invention, pour frein bogie moteur de véhicule ferroviaire ; -la figure 4 est une vue en coupe selon les plans IV-IV de la figure 4 ; -la figure 5 est une vue en coupe montrant encore un autre mode de réalisation d'un dispositif de friction à disques selon l'invention pour un frein de transmission de véhicule routier poids lourd ; -la figure 6 est une vue en perspective du dispositif de la figure 5 ; et -la figure 7 est une vue de détail à plus grande échelle du dispositif de la figure 5.

Description détaillée de modes préférés de réalisation On se réfère tout d'abord aux figures 1 et 2 qui illustrent un premier mode de réalisation d'un dispositif de friction selon l'invention dans une application pour frein bogie moteur de véhicule ferroviaire.

Le dispositif de friction est monté en bout d'un arbre d'essieu moteur 10. Il comprend un ensemble de disques coaxiaux comportant trois disques stators 21,23,25 alternant avec deux disques rotors 22,24, situés entre une structure de poussée 30 et une structure d'appui 40, à l'intérieur d'un boîtier 50. Les disques ont mme axe A que l'arbre 10. Le freinage de l'arbre 10 est réalisé par serrage mutuel des disques 21 à 25 entre la structure de poussée 30 et la structure d'appui 40 sous 1'effet d'une pression engendrée par un actionneur pneumatique 60.

Le boîtier 50 a une première paroi d'extrémité 51 située du côté de la structure de poussée, une deuxième paroi d'extrémité 52 opposée à la première et supportant la structure d'appui, et une paroi périphérique. Celle-ci est matérialisée par des barrettes 53 orientées parallèlement à l'axe A et régulièrement réparties autour de celui-ci. Les barrettes 53 s'étendent entre deux couronnes 53a, 53b fixées par vis aux parois d'extrémité 51,52 et ménagent entre elles des lumières 54 en direction axiale. La paroi d'extrémité 52 présente une ouverture centrale dans laquelle est logé un palier 11 pour l'arbre 10.

Le palier 11 comprend un manchon logé dans l'ouverture centrale de la paroi 52 et fixé à celle-ci par vissage d'un rebord extérieur 1 la. Dans le palier 11

sont montés un roulement à billes 13 et un roulement à rouleaux 14 supportant l'arbre 10.

La liaison entre l'arbre 10 et les disques rotors est assurée au moyen d'une pièce 15 fixée à l'arbre 10 par vissage de sa partie centrale sur le bout de l'arbre. A la périphérie, la pièce 15, ou bol, présente une pluralité de branches 16 qui s'étendent parallèlement à l'axe A. Un cavalier 17 est fixé par rivetage sur chaque branche 16. Les cavaliers 17 pénètrent dans des encoches correspondantes formées dans la couronne intérieure des disques 22,24.

Les disques stators 21,23,25 présentent le long de leur couronne extérieure, des créneaux séparés par des encoches. Les barrettes 53 du boîtier 50 pénètrent dans les encoches des disques stators, immobilisant les disques stators en rotation par rapport au boîtier. Ce dernier est fixé sur le bogie du véhicule par sa paroi 52, au moyen de vis (non représentées).

La structure de poussée 30 comprend une pièce de poussée 31 ayant une partie centrale 31a formant un renfoncement logé dans le passage axial 18 entouré par les disques et les branches 16 de la pièce de liaison 15. La partie centrale 3 la se raccorde à une partie périphérique annulaire 31c de la pièce de poussée par une partie cylindrique 3 oh. La partie périphérique 3 le de la pièce de poussée se situe à l'intérieur du boîtier 50, à proximité de la paroi d'extrémité 51.

L'appui de la pièce de poussée 31 sur la face externe du disque stator 21 est réalisé au moyen de coupelles 32 fixées sur la partie périphérique 31c en étant réparties régulièrement autour de l'axe A (voir en pointillé sur la figure 2).

Chaque coupelle 32 est fixée au moyen d'une vis 34 qui applique la base 32a de la coupelle contre la pièce de poussée avec interposition d'une entretoise 35. Chaque coupelle, qui s'évase en direction de la face externe du disque stator 21, prend appui sur celui-ci par son bord extérieur 32k.

La structure d'appui 40 comprend une pièce d'appui annulaire 41 engagée sur un épaulement inteme 52a de la paroi 52 du boîtier et fixée par vissage sur celle-ci. La pièce d'appui 41 porte deux ensembles de coupelle 42,43 disposées par paires, avec leurs bases 42a, 43a dos à dos, en étant régulièrement réparties autour de l'axe A. Chaque paire de coupelles 42-43 est fixée sur la pièce 41 par une vis 44. Les coupelles 42 s'appuient sur la face externe du disque stator 25 tandis que les coupelles 43 s'appuient sur la pièce 41 par leurs bords extérieurs 43b, avec interposition d'entretoises 45.

Comme le montre la figure 1, l'actionneur pneumatique 60 est directement fixé sur la paroi d'extrémité 51 du boîtier 50 du côté extérieur. La

partie mobile 61 de l'actionneur, formant piston, passe à travers une ouverture centrale de la paroi 51 et est fixée sur la partie centrale 3 1 a de la pièce de poussée 31. De la sorte, 1'encombrement est réduit au minimum, la liaison entre la pièce de poussée et l'actionneur s'étendant dans le passage 18.

Il est important de limiter le transfert de la chaleur engendrée par le frottement mutuel des disques 21 à 25 en direction de l'arbre 10, notamment vers les roulements à l'intérieur du palier 11 et, au-delà, vers les organes moteurs (non représentés), ainsi que vers l'actionneur 60.

Une partie significative de la chaleur est évacuée à travers les lumières de ventilation 54, à la périphérie du boîtier 50. Les coupelles 32,42,43, qui offrent des surfaces de contact limitées, et les entretoises 35,45, par exemple réalisées en acier inoxydable, tel que l'acier A151 316L, limitent le transfert par conduction entre les disques stator 21,25 et les structures de poussée et d'appui, respectivement. Le transfert par conduction entre les disques rotor 22,24 et l'arbre 10 peut tre limité en réalisant les cavaliers 17 en un matériau faiblement conducteur de la chaleur, par exemple également en acier inoxydable.

Le transfert par rayonnement ou convection vers l'arbre 10 est limité par la pièce de liaison 15 qui forme un écran thermique à l'extrémité du passage 18.

Un écran thermique supplémentaire pourra tre prévu sous forme d'une paroi 70 dont le profil a la forme voulue pour tre logée dans l'espace situé autour de l'arbre et délimité, d'un côté par la pièce d'appui 41, la paroi 52 et le palier 11 et, de l'autre côté, par les disques et la pièce de liaison 15. La paroi 70 est maintenue en position par son bord périphérique serré entre les coupelles 42 et les coupelles 43. La paroi 70 peut tre constituée par une tôle, par exemple en acier inoxydable, ou par plusieurs tôles espacées les unes des autres par une ou plusieurs lames d'air ou espaces remplis d'isolant. Dans 1'exemple illustré, la paroi 70 est une paroi multiple formée par deux tôles 71,72 appliquées l'une contre l'autre aux extrémités et ménageant entre elles une lame d'air 73 entre ces extrémités.

En outre, le transfert de chaleur le long de l'arbre 10 est limité par une ou, comme illustré, plusieurs barrières thermiques ménagées dans le palier 11. Une première barrière est formée par un rebord interne du palier 12 qui forme une lèvre llb, à l'intérieur du boîtier 50, coopérant avec une bague 74 montée sur l'arbre 10 et munie d'un joint 75, protégeant le roulement 13. Entre ce dernier et le roulement 14 est prévue une deuxième barrière formée par deux bagues 76,77 à profils complémentaires respectivement solidaires de l'arbre 10 et du manchon 11 et imposant un trajet tortueux à l'air. Enfin, à l'extrémité extérieure du manchon 11,

deux bagues 78,79, outre qu'elles maintiennent le roulement 14 dans son logement, présentent des parties à profils complémentaires imposant encore à l'air de suivre un trajet tortueux.

Les figures 3 et 4 illustrent un autre mode de réalisation d'un dispositif de friction pour frein bogie moteur. Les éléments communs entre ce mode de réalisation et celui des figures 1 et 2 portent les mmes numéros de référence et ne seront pas à nouveau décrits en détail.

Par rapport au dispositif décrit précédemment, celui des figures 3 et 4 se distingue notamment en ce que l'actionneur 60 est fixé à la paroi d'extrémité 52 du boîtier 50 opposée à celle située du côté de la structure de poussée 130 et 1'effort de pression exercé par l'actionneur est transmis à la structure de poussée par l'intermédiaire d'une liaison mécanique à levier.

La structure de poussée 130 comprend une pièce de poussée 131 ayant une partie centrale 13 la de forme tubulaire et une partie périphérique annulaire 131b reliée à la partie centrale. Des coupelles 32 sont fixées à la partie périphérique 131b comme dans le mode de réalisation précédent. La partie tubulaire 13 la peut coulisser parallèlement à l'axe A dans un manchon 55 logé dans une ouverture centrale de la paroi 51 et solidaire d'une jupe 55a fixée sur la paroi d'extrémité 51 du boîtier 50 par vissage.

L'actionneur 60 a son corps 62 articulé, du côté de sa face arrière, autour d'un axe 63 porté par deux pattes 64 fixées sur un prolongement de la paroi d'extrémité 52 du boîtier 50. La liaison entre la partie mobile 61 de l'actionneur et la partie centrale 131a de la pièce de poussée 131 est réalisée au moyen de deux biellettes 65. A une première extrémité, les biellettes sont articulées sur des pivots 67 situés en des emplacements diamétralement opposés à l'avant de la partie mobile 61 de l'actionneur. A leur deuxième extrémité opposée à la première, les biellettes sont articulées aux extrémités d'une tige 68 qui passe dans des trous opposés formés dans la partie 13 la de la pièce de poussée et s'étend perpendiculairement à 1'axe A. La tige 68 traverse également des lumières de guidage 56 formées dans le manchon 55 parallèlement à l'axe A. Entre leurs extrémités, les biellettes sont articulées sur des axes 69 portés par des pattes 57 solidaires du manchon 55. Une entretoise 66 renforce l'ensemble des deux biellettes 65.

Lorsque le fonctionnement de l'actionneur est commandé, le pivotement des biellettes 65,66 autour des axes 69 provoque le déplacement en translation de la pièce de poussée 131, guidé par les lumières 56, et par là mme, l'application d'un effort de pression sur les disques 21 à 25. Les biellettes 65,66,

par 1'effet de levier, amplifient la pression engendrée par l'actionneur. Pendant son déploiement, le corps 62 de l'actionneur pivote légèrement autour de l'axe 63. Il peut tre supporté au moyen d'un berceau articulé 58 monté sur une platine 59 fixée à la paroi d'extrémité 52 du boîtier. Le berceau 58 présente deux fourches 58a dans lesquelles sont supportés des ergots 62a situés en des emplacements diamétralement opposés du corps 62 de l'actionneur, du côté avant du corps.

La liaison entre l'arbre 50 et les disques rotors 22,24 est réalisée au moyen d'une pièce 115 dont la partie centrale a une forme de manchon tronconique 115a emmanché à force sur une partie d'extrémité 10_ de forme tronconique correspondante de l'arbre 10. Le manchon 115a est immobilisé axialement par un écrou 117 vissé sur l'extrémité de l'arbre 10. Le manchon 115a est solidaire d'une pluralité de branches 116 régulièrement réparties autour de l'axe A. Comme dans le mode de réalisation précédent, la liaison des branches 116 avec les disques rotors 22,24 est réalisée au moyen de cavaliers 17 rivetés sur les branches 116 et pénétrant dans les encoches de la couronne intérieure des disques.

La structure d'appui 40, avec la pièce d'appui 41 et les deux ensembles de coupelles 42,43, de mme que le palier 11, avec les roulement 13,14 et les barrières thermiques situées le long du palier, sont identiques à ceux du mode de réalisation précédent. De façon similaire à ce qui est prévu dans ce dernier, un écran thermique 170 est interposé entre l'ensemble de disques et le palier lia l'intérieur du boîtier. L'écran 170 est à parois multiples formé de deux tôles 171, 172 séparées par une lame d'air 173. L'écran 170 est maintenu par serrage de sa partie périphérique entre les ensembles de coupelles 42,43. Sa forme est telle qu'il s'étend depuis les coupelles 42,43, jusqu'au voisinage de la pièce de liaison 115.

Un mode de réalisation d'un dispositif de friction selon l'invention utilisé comme frein de transmission pour un véhicule poids lourd est illustré par les figures 5 à 7.

Le frein de transmission est monté entre un arbre 202 de sortie de boîte de vitesses et un arbre de transmission 204 d'axe commun C qui sont liés en rotation au moyen d'une pièce de liaison 206, ou bol. L'arbre 202 est supporté par un palier central 208 prévu en sortie du carter 210 de la boîte de vitesses et comprenant un roulement 212 logé entre la partie d'extrémité 210 du carter 210 et une bague 214 montée sur l'arbre 202.

Le dispositif de friction comprend un ensemble de trois disques coaxiaux comportant un disque rotor 220 disposés entre deux disques stators 222, 224. L'ensemble de disques est logé à l'intérieur d'un boîtier fixe 226, entre une

plaque annulaire de poussée 228 et une surface d'appui formée par le fond 226a du boîtier 226.

Le disque rotor d'axe C présente dans sa couronne intérieure des encoches parallèles à l'axe C dans lesquelles pénètrent des branches 206a formées à la périphérie du bol 206.

L'appui de la plaque de poussée 228 contre la face externe du disque stator 222 est réalisé au moyen d'une structure de poussée 230, par l'intermédiaire de coupelles 232. La structure de poussée 230 a une partie centrale 230a en forme de bague traversée par l'arbre de transmission 204 raccordée à une partie périphé- rique annulaire 230c en forme de couronne.

Chaque coupelle 232 a une base sur laquelle s'appuie la couronne 230_ avec interposition d'une entretoise 235 formant barrière thermique. Chaque coupelle 232, qui s'évase en direction de la plaque de poussée 228, prend appui sur celle-ci par son bord extérieur.

Le boîtier 226 se situe à l'intérieur d'une cage formée par le carter de boîte 210, une plaque 240 formant paroi d'extrémité et sur laquelle est fixée par vissage un manchon 244, et des longerons 242 parallèles à l'axe C sur lesquels la plaque 240 est vissée. A sa partie périphérique, le manchon 244 présente une couronne 244a contre laquelle la plaque de poussée 228 peut venir en butée, avec interposition d'un écran thermique 250. Dans sa partie centrale 244b, le manchon 244 présente un passage axial pour la bague 230_ de la structure de poussée. Le manchon 244 présente en outre des ouvertures de ventilation 244c.

Un actionneur pneumatique 260 est monté sur une platine 246 solidaire du boîtier 226. La partie mobile de l'actionneur est articulée à une extrémité d'une biellette 262 en forme de fourche. Les parties terminales des branches 262a, 262k de la biellette sont engagées sur des ergots 263 solidaires de la bague 230a de la structure de poussée et diamétralement opposés. Entre ses extrémités, la biellette 262 est montée pivotante sur un axe 264 supporté à ses extrémités par des flasques 248 portés par le manchon 244 (voir figure 6).

Lorsque le fonctionnement de l'actionneur 260 est commandé, le pivo- tement de la biellette 262 autour de l'axe 264 provoque le déplacement en transla- tion de la structure de poussée et, par l'intermédiaire des coupelles 232 et de la plaque de poussée 228, l'application d'un effort de pression sur les disques 222, 220,224 qui réalise le freinage ou ralentissement désiré par la liaison entre le disque rotor 220 et les axes 202,204.

Les efforts en rotation exercés sur le fond du boîtier 226 par le disque stator 222 lors du freinage ou ralentissement sont repris par liaisons à baïonnette 245 entre le boîtier 226, à son extrémité axiale opposée au fond, et la couronne 244a du manchon, comme le montre en détail la figure 7.

Une partie significative de la chaleur engendrée par le frottement est évacuée à travers des lumières 226c formées à la périphérie du boîtier 226 et les ouvertures 243 entre les longerons 242 (figure 6). Les coupelles 232 et les entretoises 235 limitent le transfert de chaleur par conduction entre la plaque de poussée 228 et la structure de poussée 230. L'écran thermique 250 limite le transfert de chaleur par conduction entre la plaque de poussée 228 et le manchon 244. Le transfert par conduction entre le disque rotor 220 et le bol 206 peut tre limité en munissant les branches de liaison 206a de cavaliers en un matériau faiblement conducteur, comme dans les modes de réalisation précédents.

Du côté boîte de vitesses, le bol 206 présente une jupe 206b qui entoure la partie de palier 208 du carter 210 en s'engageant dans une ouverture centrale du fond du boîtier 226, et forme ainsi une barrière thermique en imposant un trajet tortueux à l'air entre l'intérieur du boîtier 226 et l'intérieur du carter 210.

Le trajet tortueux peut tre complété par des profils complémentaires de l'extrémité du palier 208 et de la bague 214. Un joint à lèvre 215 peut en outre tre monté à l'extrémité extérieure du palier 208. Du côté intérieur du roulement 212, le transfert de chaleur par convection peut encore tre limité au moyen d'une bague 213 fixée au carter 210 et traversée pratiquement sans jeu par l'arbre 202.