Un domaine d'application envisagé est notamment celui des dispositifs de freinage, de transmission ou ralentisseurs pour des véhicules automobiles, en particulier des poids lourds.

Des dispositifs de freinage de type multidisques composés de plusieurs disques stators alternant avec des disques rotors sont bien connus. Dans de tels dispositifs de freinage installés sur des avions, les disques sont maintenant couramment réalisés en matériau composite thermostructural, notamment en matériau composite carbone/carbone (C/C). En effet, ces matériaux possèdent d'excellentes propriétés mécaniques et ont la faculté de les conserver jusqu'à des températures élevées. Ils offrent en outre un très bon comportement en friction et un important gain de masse en comparaison avec des disques métaliiques traditionnels.

Des dispositifs de freinage à disques de type stator/rotor/stator (SRS) utilisant des matériaux composites C/C ont aussi été proposés pour des véhicules terrestres, mais leur utilisation reste à ce jour limitée à des domaines très particuliers, par exemple la compétition automobile en Formule 1. On pourra se référer notamment au brevet FR-A-2 655 397.

Le gain de masse par rapport à des disques métalliques et les performances de tels dispositifs invitent à envisager une extension de leur utilisation à d'autres véhicules automobiles, en particulier à des poids lourds et ce non seulement pour des freins de roue, mais aussi pour des freins de transmission ou des ralentisseurs.

Un problème qui se pose, et que vise à résoudre la présente invention, est alors de réaliser des structures de montage et d'appui des disques stators qui non seulement présentent la résistance mécanique nécessaire pour reprendre les efforts de freinage, mais aussi permettent d'évacuer efficacement la chaleur engendrée par le frottement, et ce sur une période de temps qui peut tre très longue en comparaison avec ce qui est observé sur les avions où les freinages peuvent tre intenses mais

brefs. Avec des disques réalisés au moins en partie en matériau composite thermostructural, une autre difficulté à surmonter réside dans la différence entre les coefficients de dilatation thermique de ce matériau et du métal utilisé pour les structures de montage et d'appui des disques.

A cet effet, la présente invention propose un ensemble de friction du type comprenant : un premier et un deuxième disques stators ayant chacun une face extérieure d'appui et une face intérieure de frottement et un disque rotor disposé entre les disques stators et ayant deux faces de frottement, les disques étant en matériau composite thermostructural au moins dans des parties d'usure adjacentes aux faces de frottement ; une première et une deuxième structures d'appui respectivement pour les faces extérieures d'appui des disques stators ; et un dispositif d'actionnement destiné à agir sur au moins l'une des structures d'appui pour provoquer un serrage mutuel des disques, ensemble dans lequel, conformément à l'invention : -la première structure d'appui présente une forme de cloche avec une partie de fond sur laquelle s'appuie le premier disque stator et une partie de jupe qui se raccorde à la partie de fond et entoure les disques, la structure en forme de cloche présentant des moyens de refroidissement pour favoriser l'évacuation de la chaleur produite par le frottement mutuel des disques ; -la deuxième structure d'appui a une partie en forme de plaque d'appui annulaire sur laquelle s'appuie le deuxième disque stator ; et -la partie de fond de la structure en forme de cloche et la plaque d'appui sont munies de clavettes ou nervures radiales qui coopèrent avec des logements radiaux correspondants formés dans les faces extérieures des disques stators afin d'immobiliser ceux-ci en rotation par rapport aux structures d'appui.

Ainsi, une caractéristique de 1'ensemble de friction réside dans le mode d'immobilisation des disques stators par des clavettes ou nervures des structures d'appui qui coopèrent avec des logements correspondants en forme de rainures radiales formés dans la face extérieure des disques rotors. De la sorte, des dilatations différentielles entre les disques et les structures d'appui peuvent tre compensées par un déplacement axial relatif. En outre, le transfert de chaleur vers les structures d'appui peut tre minimisé et il est possible de dimensionner les clavettes ou nervures et les

logements pour ménager des lames d'air dans les intervalles entre les clavettes ou nervures, au niveau des faces extérieures des disques, ce qui favorise la ventilation du dispositif de friction.

Une autre caractéristique de 1'ensemble de friction réside dans la réalisation d'une structure d'appui sous forme d'une cloche munie de moyens de refroidissement. Ceux-ci peuvent consister en des ouvertures de ventilation, par exemple en forme de lumière formées dans la partie de jupe, et/ou en des ailettes de refroidissement par exemple formées à la périphérie de la jupe. La structure en forme de cloche est avantageusement réalisée en une seule pièce de fonderie, par exemple en fonte, ce qui permet de lui conférer aisément les propriétés mécaniques requises.

L'ensemble de friction pourra aussi comporter une structure de support ayant une partie en forme de couronne reliée à la partie de jupe de la structure d'appui en forme de cloche, cette structure de support étant avantageusement munie d'ouvertures de ventilation.

L'évacuation des calories produites par le frottement pourra encore tre facilitée en prévoyant des canaux de ventilation dans les disques, au moins dans le disque rotor. Ces canaux s'ouvrent à la couronne extérieure du disque et peuvent s'étendre jusqu'à la couronne intérieure du disque ou tre borgnes. II est aussi possible de former des canaux ramifiés afin d'uniformiser dans le volume du disque le rapport entre masse de matériau composite et surface d'échange. En outre, au moins l'un des disques peut tre formé de plusieurs secteurs.

D'autres particularités et avantages de l'invention ressortiront à la lecture de la description faite ci-après, à titre indicatif mais non limitatif, en référence aux dessins annexés sur lesquels : -la Figure 1 est une vue en coupe partielle montrant un mode de réalisation d'un frein de roue de poids lourds selon un mode de mise en oeuvre d'un ensemble de friction à disques conforme à l'invention ; -la Figure 2 est une vue en élévation de face du disque rotor du frein de la Figure 1 ; -la Figure 3 est une vue en coupe selon le plan ttt-ttt de la Figure 2 ; -la Figure 4 est une vue en élévation de face d'un disque stator du frein de la Figure 1 ; -la Figure 5 est une vue en coupe selon le plan V-V de la Figure 4 ;

-la Figure 6 est une vue partielle en élévation montrant la face d'appui interne de la structure d'appui en forme de cloche du frein de la Figure 1 ; -la Figure 7 est une vue en coupe selon les plans Vil-Vil de la Figure 6 ; -la Figure 8 est une vue partielle en élévation montrant la face d'appui externe de la structure d'appui de la Figure 6 ; -la Figure 9 est une vue de côté montrant la partie de jupe de la structure d'appui de la Figure 6 ; -la Figure 10 est une vue en élévation montrant la face d'appui de la structure d'appui en forme de plaque en frein de la Figure 1 ; -la Figure 11 est une vue en coupe suivant les plans XI-XI de la Figure 10 ; -la Figure 12 est une vue en élévation de face montrant le support de frein du frein de la Figure 1 ; -la Figure 13 est une vue en coupe suivant les plans XIII-XIII de la Figure 12 ; -la Figure 14 montre différentes variantes de réalisation de canaux de ventilation dans le disque rotor des Figures 2 et 3 ; -la figure 15 est une vue en coupe méridienne d'une variante de réalisation d'un disque rotor dans un ensemble de friction à disques selon l'invention ; -la figure 16 est une vue de la face interne d'un des demi-disques du disque de la figure 15 ; -la figure 17 est une vue en coupe méridienne d'une autre variante de réalisation d'un disque rotor dans un ensemble de friction à disques selon l'invention ; et -la Figure 18 est une vue en coupe partielle montrant un mode de réalisation d'une transmission pour poids lourds selon un mode de mise en oeuvre d'un ensemble de friction à disques conforme à l'invention.

La Figure 1 montre une roue de train avant de poids lourd avec, de façon classique, une jante 10 fixée sur un moyeu 12 qui est monté sur une fusée 14 par l'intermédiaire d'un roulement 16 à rouleaux coniques.

Le frein comporte un ensemble de friction comprenant un disque rotor 20 disposé entre deux disques stators 30,40, une structure d'appui 50 en forme de cloche contre laquelle s'appuie le disque stator 30, une

structure d'appui en forme de plaque annulaire 80 contre laquelle s'appuie le disque stator 40, des actionneurs 90 agissant sur la plaque 80, et un support de frein 100 monté sur le porte-fusée 18 portant la fusée 14.

Les disques stators et rotor sont des anneaux coaxiaux réalisés en matériau composite thermostructural, soit intégralement, soit au moins dans leurs parties de friction ou parties d'usure adjacentes aux faces de frottement des disques. Dans ce dernier cas, les parties d'usure peuvent tre sous forme de garnitures de friction annulaires en matériau composite thermostructural fixées sur une âme en un autre matériau.

Les matériaux composites thermostructuraux sont des matériaux composites qui possèdent des propriétés mécaniques les rendant aptes à constituer des éléments de structure et qui sont capables de conserver ces propriétés jusqu'à des températures élevées. Ils sont constitués d'un renfort fibreux en fibres réfractaires, telles que des fibres de carbone ou de céramique, qui est densifié par une matrice réfractaire, telle qu'une matrice également en carbone ou céramique. Les matériaux composites thermostructuraux les plus couramment utilisés pour des disques de frein sont les matériaux carbone/carbone ou C/C (renfort fibreux et matrice en carbone). II a aussi été proposé d'utiliser des matériaux C/C-SiC dans lesquels la matrice est une matrice mixte carbone-carbure de silicium. La phase SiC de la matrice peut tre obtenue par infiltration chimique en phase vapeur ou par siliciuration partielle de la matrice carbone par imprégnation du matériau C/C par du silicium en fusion.

Le disque rotor 20 (Figures 2 et 3) est une pièce annulaire solidaire en rotation de la roue à freiner. A cet effet, le disque 20 présente à sa périphérie ou couronne intérieure 20a des crantages 26 qui coopèrent avec des logements correspondants formés à la périphérie d'une pièce, ou bol, 28 fixés sur le moyeu 12.

Le disque rotor présente deux faces de frottement opposées 22,24 adjacentes respectivement aux faces de frottement 32,42 des disques stators 30,40.

Chaque disque stator 30,40 est immobilisé en rotation par rapport au support de frein 100 au moyen de clavettes ou rainures que présentent les structures d'appui 50,80 et qui coopèrent avec des logements radiaux formés dans les faces extérieures respectives 34,44 des disques stators.

Les disques 30,40 étant identiques, seul le disque 30 est représenté plus en détail sur les Figures 4,5. On voit que les logements 36 ménagés dans la face arrière 34 ont une forme de rainure radiale de largeur constante et sont répartis régulièrement autour de I'axe du disque.

Dans le mode de réalisation illustré, le freinage est produit en exerçant un effort axial sur la face extérieure 44 du disque stator 40, au moyen des actionneurs 90 et par l'intermédiaire de la plaque d'appui 80 formant plaque de poussée. Le disque stator 40 est monté libre axialement, de mme que le disque rotor 20, de sorte que, sous l'effort exercé, le disque rotor 20 est pressé entre les deux disques stators. On notera que le disque stator 30 peut également tre monté libre axialement. L'effort de poussée axiale est repris par la structure d'appui 50 en forme de cloche illustrée par les Figures 6 à 9.

Cette structure 50 est constituée par une pièce venue de fonderie, par exemple en fonte, comprenant une partie de fond annulaire 52 à laquelle se raccorde une jupe annulaire 70 entourant les disques.

Dans la partie de fond 52, sont formées des lumières radiales 54 réparties régulièrement autour de I'axe du frein, de la mme manière que les logements radiaux 36 en face extérieure du disque 30. Dans chaque lumière 54 est montée une clavette 60 qui est montrée sous forme d'une vue de détail en perspective à échelle agrandie sur la Figure 7. Chaque clavette 60 a une embase 62 qui s'appuie sur un épaulement 54a d'une lumière 54 et une partie 64 qui fait saillie à l'intérieur de la structure en cloche 50, à travers une lumière 54, et au-delà de la surface intérieure 56 de la partie de fond 52. On notera que du côté extérieur, la partie de fond annulaire 52 présente des nervures de rigidification 58, au niveau de ses périphéries interne et externe, ainsi qu'en direction radiales.

La jupe 70 présente sur son pourtour une pluralité de lumières 72 (une seule est montrée sur la figure 7) qui sont formées sur une partie de la longueur de la jupe à partir de son raccordement avec la partie de fond 52, et une pluralité d'ailettes 74 venues de fonderie avec la pièce 50. Les lumières 72, réparties régulièrement autour de l'axe du frein, constituent des ouvertures de ventilation du frein. Les ailettes 74, qui sont formées parallèlement à I'axe du frein et sont réparties régulièrement autour de cet axe, constituent des ailettes de refroidissement favorisant l'évacuation des

calories reçues par la pièce 50. On notera que les nervures de rigidification 58 constituent aussi des ailettes de refroidissement.

Avantageusement, les parties de clavettes 64 font saillie à l'intérieur de la structure 50 sur une distance légèrement supérieure à la profondeur des logements radiaux 36 formés en face extérieure 34 du disque stator 30.

De la sorte, une lame d'air 66 (figure 1) peut tre ménagée, entre la face 34 et la surface du fond 56, dans les intervalles entre clavettes 60. Des évidements 56_, 56k formés dans la surface de fond 56 entre les lumières 54 permettent d'augmenter le volume de la lame d'air 66 qui contribue à la ventilation du frein.

A l'extrémité libre de la jupe 70 est formée une collerette 76 dans laquelle sont formés des alésages 78 pour le raccordement de la structure d'appui 50 au support de frein 100.

La plaque d'appui, ou de poussée, annulaire 80 (Figures 10,11) présente, sur sa face 82 tournée vers le disque stator 40, des nervures radiales 84. Les nervures 84 sont réparties régulièrement autour de I'axe de la plaque 80, de la mme manière que les logements radiaux formés en face extérieure 44 du disque stator 40, et sont dimensionnées de manière à s'engager sans jeu circonférentiel dans ces logements. Les nervures 84 font saillie sur une distance légèrement supérieure à la profondeur des logements de la face 44 du disque 40 de manière à ménager une mince lame d'air 86 (figure 1) entre la face 82 et la face 44. Des évidements 82a, 82b formés dans la face 82 de la plaque 80, dans des intervalles entre les nervures 84, permettent d'augmenter le volume de la lame d'air 86 qui participe à la ventilation du frein. On notera qu'il est possible aussi de former des lumières à travers la plaque 80, dans des intervalles entre nervures 84, pour contribuer encore plus au refroidissement du frein.

Sur sa face extérieure 88, opposée à la face 82, la plaque de poussée 80 présente des logements 92 recevant des ttes cylindriques 94 des actionneurs 90 (figure 1). Ceux-ci sont par exemple des pistons mus par un fluide de commande hydraulique admis dans des cylindres (non représentés) en réponse à une action sur un organe de commande de freinage, d'une façon bien connue en soi.

Le support de frein 100 (Figures 12,13) est une pièce annulaire munie de logements 102 pour les actionneurs 90 et solidaire de la structure

50 en forme de cloche. il s'agit de préférence d'une pièce métallique, par exemple en fonte, venue de fonderie.

Les logements 102 sont des trous traversants formés à travers la couronne du support de frein. Comme le montrent les Figures 1,2, chaque actionneur 90 a un cylindre 96 maintenu entre un épaulement d'un logement 102 et une pièce annulaire 104 vissée sur la face extérieure 106 du support de frein, c'est-à-dire la face opposée à la face intérieure 108 tournée vers la structure 50. La tte 94 de chaque actionneur s'appuie sur le fond d'un logement 92 de la plaque de poussée. Des conduits 98 relient chaque actionneur 90 à un circuit de commande hydraulique (non représenté). On notera que les actionneurs pourraient tre aussi commandés par des moyens pneumatiques ou mécaniques. Une collerette 101 à la périphérie du support de frein présente des trous 103 permettant la liaison avec la structure 50 au moyen de vis 105 (Figure 1) vissées dans les alésages 78 à l'extrémité de la partie de jupe 70.

Des lumières 107 sont formées à travers le support de frein 100 pour constituer des ouvertures de ventilation s'ouvrant dans les faces 108,106.

Dans le dispositif de freinage qui vient d'tre décrit, la ventilation et le refroidissement sont assurés de façon efficace grâce aux lumières 72,107, aux lames d'air 66,86 et aux ailettes 74. En outre, la transmission vers les parties métalliques de la chaleur produite par le frottement mutuel des disques est limitée en raison de la faible surface de contact entre les disques stators 30,40 et les structures d'appui 50,80. De plus, ce contact réalisé entre des clavettes ou nervures et des logements ou rainures en faces extérieures des disques permet de s'accommoder de dilatations différentielles entre les disques et les structures d'appui, par déplacements relatifs axiaux.

Une possibilité complémentaire de ventilation et refroidissement des disques consiste dans la formation de canaux débouchant à la couronne extérieure des disques. II peut s'agir de canaux formés par des trous borgnes ou des trous traversants reliant la couronne extérieure à la couronne intérieure.

La Figure 14 illustre différentes formes possibles de canaux de ventilation pour le disque rotor 20. Pour simplifier, quatre modes de réalisation différents sont représentés sur la mme figure, un par quadrant du disque.

Selon un premier mode de réalisation, tes canaux 220 sont des perçages radiaux s'ouvrant à leurs extrémités dans les couronnes intérieure 20a et extérieure 20b du disque.

Dans un deuxième mode de réalisation, tes canaux 222 sont des perçages borgnes radiaux s'ouvrant seulement à la couronne extérieure 20b du disque.

Selon un troisième mode de réalisation les canaux sont par paires 224a, 224b. Dans chaque paire, ils s'ouvrent en des emplacements distincts à la couronne extérieure 20b du disque et convergent l'un vers l'autre pour s'ouvrir par un orifice commun à la couronne intérieure 20a du disque.

Enfin, dans un quatrième mode de réalisation, les canaux sont par groupes de quatre 226a, 226b, 228a, 228Et. Dans chaque groupe, deux canaux 226a, 226b s'ouvrent en des emplacements distincts à la couronne extérieure 20b et à la couronne intérieure 20a du disque 20. Les deux autres canaux 128a, 128b s'ouvrent par un orifice commun à la couronne extérieure du disque, cet orifice étant situé entre les orifices des canaux 226a, 226b et à égaie distance de ceux-ci, et divergent pour rejoindre les canaux 226a, 226b, respectivement, au sein du disque.

On notera que les orifices par lesquels les canaux débouchent à la couronne intérieure du disque (sauf les canaux 222) sont situés aux sommets des dents entre crantages 26.

On notera aussi que les troisième et quatrième modes de réalisation permettent de régler la valeur du rapport entre masse du matériau et surface d'échange de sorte que son manque d'uniformité au sein du disque soit moindre. Dans ces modes de réalisation, les canaux voisins appartenant à des paires de canaux ou groupes de canaux successifs sont parallèles entre eux.

Une autre variante de réalisation d'un disque rotor 20 est illustrée par les figures 15 et 16. Selon cette variante, le disque est formé de deux demi-disques accotés 20', 20"symétriques l'un de l'autre par rapport à leur plan de contact mutuel. Chaque demi-disque 20', 20"présente des crantages 28', 28"à sa couronne intérieure, pour sa liaison avec un organe tournant, une face de frottement 22,24 et une face interne 23,25. Des évidements 229', 229"sont formés dans les faces internes adjacentes 23,

25 pour constituer des canaux de ventilation 229 qui s'étendent entre les couronnes intérieure et extérieure du disque.

Comme le montre la figure 16, les canaux 229 s'étendent suivant une trajectoire incurvée et ont une largeur qui croit légèrement entre la couronne intérieure et la couronne extérieure du disque. De la sorte, le rendement aérolique est amélioré et le rapport entre surface d'échange et masse du matériau peut tre rendu sensiblement uniforme dans tout le volume du disque. La réalisation du disque rotor en deux demi-disques accotés permet un usinage aisé de canaux ayant de telles formes.

Selon encore une autre variante illustrée par la figure 17, le disque rotor 20 comprend une âme centrale métallique annulaire 21 et deux parties de friction annulaire 21', 21"de part et d'autre de l'âme centrale. Les parties de friction 21', 21"sont en matériau composite thermostructural, par exemple en composite C/C. Elle peuvent tre munies de crantages, à leur couronne intérieure, ainsi que l'âme 21, pour assurer la liaison avec un organe tournant. Dans ce cas, il n'est pas nécessaire de relier les faces de t'âme aux faces en regard des parties de friction. L'âme et les parties de friction sont alors montées flottantes en direction axiale, comme décrit dans le document FR-A-2 615 259. Des canaux de ventilation 219 peuvent tre ménagés dans l'âme métallique, également comme décrit dans ce document. II est possible en variante de relier les parties de friction à l'âme métallique et d'assurer la liaison en rotation avec un organe tournant uniquement par l'intermédiaire de t'âme.

Bien que l'on ait envisagé une application d'un ensemble de friction conforme à l'invention à un dispositif de freinage, un tel ensemble peut aussi tre utilisé, comme déjà indiqué, pour un dispositif de transmission ou un dispositif ralentisseur, également pour poids lourd.

Un frein de transmission est illustré très schématiquement par la Figure 18.

On retrouve un ensemble de friction très semblable à celui du frein des figures 1 à 13 avec un disque rotor 120 situé entre deux disques stators 130,140, les disques étant identiques à ceux des figures 2 à 5.

Une première structure d'appui 150 en forme de cloche coopère avec la face extérieure du disque stator 130, tandis qu'une deuxième structure d'appui 180 en forme de plaque annulaire coopère avec la face extérieure du disque stator 140. Les liaisons entre la partie de fond de la cloche 150 et

le disque 130 et entre la face d'appui de la plaque 180 et le disque 140 sont réalisées au moyen respectivement de clavettes et de rainures (non représentées) qui coopèrent avec des rainures radiales formées dans les faces extérieures des disques 130,140, en ménageant des lames d'air, comme précédemment.

La cloche 150 est une pièce de fonderie métallique avec une partie de jupe 170 munie d'ailettes de refroidissement 174 et de lumières de ventilation (non représentées). A son extrémité, la jupe 170 est reliée à un support de frein 200. Des actionneurs 190 sont montés dans le support de frein pour agir axialement contre la face extérieure de la structure d'appui 180 formant plaque de poussée.

Le support de frein 200 est relié en outre à sa périphérie, par des oreilles de fixation 201, à une structure de support 118 en forme de bol, qui est montée sur un arbre de transmission 114 par l'intermédiaire de roulements 116. Le disque rotor 120 engrène par ses crantages intérieurs avec une couronne 110 solidaire en rotation de I'arbre 114.

Le fonctionnement de ce frein de transmission est identique à celui du frein de roue décrit plus haut. Comme également envisagé précédemment, le rotor pourra tre muni de canaux de ventilation 220 et/ou tre réalisé en plusieurs parties.