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Publication
_________________________________________________________________
Number FR2521239A1
Family ID 8119298
Probable Assignee Domange Jarret
Publication Year 1983
Title
_________________________________________________________________
FR Title DISPOSITIF RALENTISSEUR AMORTISSEUR A FROTTEMENTS VISQUEUX
EN Title VEHICLE VISCOUS FRICTION TYPE DISC BRAKE AND DAMPER - USES
ARRAYS OF FIXED AND STATIONARY DISCS INTERLEAVED ONE TO OTHER WITH
INJECTION OF VISCOUS FLUID TO CONVERT KINETIC ENERGY TO HEAT
Abstract
_________________________________________________________________
L'INVENTION SE RAPPORTE A UN DISPOSITIF RALENTISSEUR.
SELON L'INVENTION, LE DISPOSITIF COMPREND UNE PREMIERE FAMILLE DE
DISQUES 1-4 ENTRAINEE EN ROTATION RELATIVE PAR RAPPORT A UNE SECONDE
FAMILLE 9-13, LA ROTATION RELATIVE ENTRE LES DEUX FAMILLES ETANT
FREINEE PAR INTERPOSITION D'UN AGENT DE COUPLE VISQUEUX 26.
L'INVENTION S'APPLIQUE A TOUTES SORTES DE DISPOSITIFS DE FREINAGE OU
DE RALENTISSEMENT.
The brake uses viscous friction exerted by a fluid placed between two
surfaces in relative motion as the means of conversion of kinetic
energy into heat energy. The brake unit has three elements: a fixed
surface; a moving surface; and a viscous medium in the 1 to 2mm space
between the surfaces. The moving surface is formed of an array of
coaxial discs which are evenly spaced along part of the shaft to be
braked. The fixed surface is made up of an array of annular discs
interleaved with the moving discs, and bolted together between two end
caps to form a sealed housing having bearings for the moving shaft.
Passages are provided to permit injection of a viscous fluid into the
housing, and external cooling fins incorporated in the housing to
dissipate the heat generated.
Description
_________________________________________________________________
La presente invention a pour objet un dispositif ralentisseur
permettant de dissiper sous forme de chaleur de l'energie depensee
entre au moins deux surfaces disposees au voisinage l'une de l'autre
et mobiles relativement l'une par rapport a l'autre.
A ce type de dispositifs appartiennent notamment les ralentisseurs
electromagnetiques- et les freins a disques.
On sait qu'un ralentisseur electromagnetique (ou welec- tromecanique")
est constitue essentiellement d'un disque metallique conducteur
electrique qui tourne entre les bobines fixes d'un electro-aimant.
Lorsqu'on veut mettre le ralentisseur en action, on alimente
electriquement les bobines de l'electroaimant, et par suite naissent
dans le disque metallique des courants electriques dits de Foucault
qui dissipent dans le disque sous forme de chaleur de l'energie
empruntee habituellement aux roues d'un vehicule sur l'axe desquelles
est monte le disque.
Le principe du frein a disque est bien connu qui utilise un disque
monte entre deux patins de frein qui viennent frotter sur le disque
pour le ralentir. Dans ce cas, l'energie de freinage est dissipee sous
forme de chaleur naissant dans le disque par suite des forces de
frottement solides des patins sur les faces du disque.
Les freins a disques et les ralentisseurs electromagnetiques sont des
dispositifs fiables ayant leurs avantages et inconvenients propres. Le
ralentisseur electromagnetique est plus efficace a grande vitesse que
le frein a disque mais, n'ayant pas de couple residuel a l'arret, ne
permet pas d'obtenir l'arret total. Le frein a disque, quant a lui,
necessite l'application d'une forte pression sur les patins de frein,
le mecanisme d'actionnement etant normalement assiste et son
efficacite diminue avec les grandes vitesses.
L'objet de l'invention est de produire un nouveau dispositif
ralentisseur, qui se rapproche plus dans sa fonction du ralentisseur
electromagnetique que du frein a disque, et qui presente des avantages
propres, notamment de simplicite de fabrication, d'efficacite et de
faible colt a la fois de construction et d'entretien.
Le dispositif ralentisseur conforme a l'invention permettant de
dissiper sous forme de chaleur de l'energie depensee entre au moins
deux surfaces disposees au voisinage l'une de l'autre et mobiles
relativement l'une par rapport a l'autre se caracterise en ce qu'il
comporte en combinaison
- au moins une premiere surface entratnee en deplacement relatif par
rapport a une deuxieme surface sous l'actipn d'une force appliquee que
l'on veut ralentir ou amortir
- - au moins une deuxieme surface disposee au voisinage immediat de la
premiere surface et sur- laquelle est appliquee une force de reaction
tendant a immobiliser ladite deuxieme surface par rapport a la
premiere;
- et au moins un agent de couple visqueux dispose entre lesdites deux
surfaces tendant a y adherer.Avantageusement, la distance separant
lesdites surfaces et qui est occupee par ledit agent est comprise
entre quelques dixiemes de millimetres et quelques millimetres,
avantageusement de l'ordre de 1 a 2 millimetres.
Dans une realisation adaptee a de nombreux usages, lesdites surfaces
ont la forme de disques circulaires coaxiaux arranges en deux
familles, celui ou ceux de la premiere famille etant solidaire(s) d'un
moyeu central, et celui ou ceux de la seconde famille etant
solidaire(s) d'un boitier exterieur, ledit moyeu et ledit boitier
pouvant tourner en mouvements relatifs l'un par rapport a l'autre, la
force a amortir ou ralentir etant appliquee aux disques de l'une des
deux familles et la force de reaction aux disques de l'autre famille.
Le dispositif conforme a l'invention ainsi construit met donc en
oeuvre un phenomene nouveau, a savoir la mise a profit d'un frottement
visqueux etabli entre les surfaces d'action et de reaction du
dispositif. On notera qu'il s'agit ici de la mise a profit tout a fait
nouvelle dans cette technique des forces moleculaires de collage
existant entre des surfaces solides et un agent de couple visqueux,
qui pourra etre constitue exemplairement par des gommes de silicone.
La mise en oeuvre de ce phenomene conduit a des caracteristiques de
fonctionnement nouvelles et particulierement interessantes. En
particulier, on note que la chaleur degagee par l'energie dissipee
prend naissance essentiellement dans le volume de l'agent de couple
visqueux, ce qui, si l'agent de couple est convenablement choisi et le
dispositif convenablement dimensionne, reduit pratiquement a neant
l'usure du dispositif et permet, notamment a grande vitesse, des
couples de freinage extremement efficaces. A l'inverse des freins a
disques, on n'aura donc pas a proceder a la revision et au
remplacement frequents d'organes tels que les plaquettes de freins,
tandis qu'au niveau du prix de la construction, le dispositif est
beaucoup plus economique et necessite une fabrication moins precise
que celle des freins a disques ou des ralentisseurs
electromagnetiques.
L'invention apparattra plus clairement a l'aide de la description qui
va suivre faite en reference aux dessins annexes donnant uniquement a
titre d'exemple un mode de mise en oeuvre.
Dans ces dessins
- la figure 1 montre en demi-coupe transversale et eleva- tion un
dispositif ralentisseur construit selon l'invention, la demi-coupe
etant faite au niveau du plan reperd I a la figure 2
- la figure 2 est une vue faite moitie en coupe, moitie en elevation
du meme dispositif, la demi-coupe etant faite au niveau du plan repere
II a la figure 1
- la figure 3 montre en vue eclatee et perspective quelques pieces
entrant dans la construction du dispositif
- la figure 4 illustre le couple de freinage obtenu en fonction de la
vitesse de rotation relative des disques entrant dans la construction
du dispositif illustre aux figures precedentes.
Selon le mode de realisation illustre aux dessins, le dispositif
comprend essentiellement une premiere famille de disques comportant,
selon le mode de realisation illustre, quatre disques 1, 2, 3, 4
montes cales sur un moyeu commun 5. Les disques peuvent etre maintenus
a distance convenable les uns des autres par des entretoises 6, tandis
que le blocage sur le moyeu 5 peut etre obtenu par des cannelures 7 du
moyeu par exemple a pans carres engrenant des dents 8 en
correspondance des disques Ivoir figure 3).
Le dispositif comprend en outre des disques appartenant a une seconde
famille, au nombre de cinq dans l'exemple illustre, reperes
respectivement 9, 10, 11, 12, 13, de sorte que chaque disque de la
premiere famille est compris entre deux disques adjacents de la
seconde famille. Chaque disque de la seconde famille comporte en son
centre, comme il apparait plus clairement a la figure 3, un orifice 14
pour le libre passage du moyeu 5 et des entretoises 6. L'ensemble des
disques 9-13 de la seconde famille est entretoise par des segments
annulaires respectivement 15, 16, 17 et 18. Chaque entretoise, comme
il apparait plus clairement a la figure 3, comprend un orifice central
19 dans lequel peut tourner librement le disque correspondant, tel que
2, de la premiere famille.
L'assemblage peut se faire simplement par des tirants tels que 20
traversant des orifices appropries 21, 22 des entretoises 15 a 18 et
des disques 9 a 13 de la seconde famille, l'assemblage se terminant
par le serrage d'ecrous de blocage 23, 24 (figure 1).
En outre, entre chaque disque de la seconde famille et chaque
entretoise, on prevoit avantageusement un joint plat d'etancheite, tel
que le joint repere 25 a la figure 1 entre l'entretoise 18 et le
disque 12.
En choisissant convenablement les epaisseurs des entretoises et des
joints plats, on determine ainsi pour chaque disque de la premiere
famille une chambre dans laquelle ce disque peut tourner entre deux
disques adjacents de la seconde famille.
Dans ces chambres, on introduit un agent de couple visqueux 26.
Pour l'introduction de l'agent de couple dans le dispositif, onprevoit
au moins un orifice d'entree tel que 27, et un orifice de purge tel
que 28 dans les disques formant flasques lateraux d'extremite 9, 13 du
boitier. Les orifices 27, 28 forment avantageusement chambre de
compensation de volume en prevoyant leur obturation par un joint tel
que 29, 30 sollicite par un ressort 31, 32 et presse par une vis 33,
34 formant orifice d'obturation. Pour faciliter le cheminement de
l'agent de couple dans le dispositif et egalement assurer un bon
equilibrage des pressions a l'interieur du boitier, on prevoit en
outre des orifices tels que 35 dans les disques de la seconde famille
10, 11, 12 formant cloisons medianes intermediaires a l'interieur du
boiter.
On note enfin que l'exterieur du boitier presente un aspect ailete du
fait de la moindre largeur donnee aux entretoises 15 a 18 sur leur
peripherie pour former des ailettes de ventilation telles que reperees
36 sur les entretoises et reperees 37 sur les cloisons intermediaires
10, 11, 12 de la seconde famille.
Si desire, on peut egalement, comme illustre aux dessins, prevoir en
sus des chambres de compensation a soupapes tarees par des ressorts,
formees au nombre de auatre reperees 38, 39, 40 et 41, un clapet, par
exemple a bille, 42 de remplissage en agent visqueux du dispositif. On
devra prendre soin lors de ce remplissage de ne pas exercer une trop
forte pression qui pourrait annihiler l'action des chambres de
compensation a ressorts tares.
Enfin, en 43, 44 sont illustres des joints d'etancheite permettant la
rotation de la partie cylindrique circulaire du moyeu 5 supportant les
disques de la premiere famille a l'interieur du bottier, la piece 43
se vissant dans le flasque 9 pour assurer simultanement le reglage de
l'entretoisement des disques.
On decrira maintenant le fonctionnement du dispositif.
On supposera tout d'abord, pour faciliter les explications, qu'il
s'agit d'un ralentisseur, par exemple pour vehicule automobile, qui
peut etre mis en action par accouplement d'un plateau 45 (dont seule
la naissance a dte illustree) et qui est cale sur le moyeu 5 avec les
roues du vehicule a freiner.
Dans de telles conditions, le bottier exterieur constitue
essentiellement par l'assemblage des disques 9 a 13 de la seconde
famille et des entretoises 15 a 18 est fixe, etant immobilise par
exemple en etant convenablement solidarise du bti du vehicule.
Lorsque le plateau 45 est accouple aux roues (par exemple au moyen
d'un embrayage non represente), les disques de la premiere famille 1 a
4 sont entraides en rotation avec le moyeu 5 a l'interieur du bottier
entre les disques fixes en regard. L'agent de couple visqueux
constitue par exemple par une gomme aux silicones qui colle en
adherant fortement aux parois en regard des disques mobiles 1 a 4 et
des disques fixes 9 a 13 provoque des frottements visqueux tres
importants assurant le ralentissement recherche.
Ces frottements se traduisent par une elevation de temperature de la
gomme, laquelle est choisie pour etre stable dans des larges plages de
temperatures de fonctionnement, par exemple comprises entre -900C et
+3000C. La chaleur ainsi developpe dans le volume de l'agent visqueux
est evacuee essentiellement par conduction vers la surface exterieure
du boitier qui peut etre convenablement refroidie, par exemple par-une
ventilation naturelle ou forcee. Lorsque la temperature de la gomme
s'eleve, celle-ci se dilate et les augmentations de volume sont
absorbees dans les chambres de compensation 38 d 41. Ainsi, le volume
de l'enceinte n'est pas soumis a des surpressions qui seraient
defavorables et risqueraient notamment d'endommager les joints de
palier 43, 44.
L'experience montre que l'effet de freinage est le meilleur lorsque la
distance separant les disques mobiles des disques fixes est comprises
entre quelques dixiemes de millimetres et quelques millimetres, et en
general de l'ordre de 1 a 2 millimetres. Dans de telles conditions, le
couple de freinage, nul au depart, augmente rapidement lorsque la
vitesse relative augmente pour devenir sensiblement constant lorsque
la vitesse est suffisante. A la figure 4, on a ainsi represente par la
courbe C1 le couple de freinage obtenu avec un dispositif tel que
decrit precedemment en fonction de la vitesse portee en abscissesen
tours/minute. Par comparaison, la courbe C2 montre le couple de
freinage d'un frein a disque dont le couple est important au demarrage
et dont l'efficacite diminue au fur et a mesure que la vitesse
augmente.Bien entendu, la valeur du couple de freinage est directement
proportionnelle au nombre de disques en mouvement entre disques fixes,
la construction illustree permettant de modifier facilement le couple
nominal par un assemblage geometrique axial d'un plus ou moins grand
nombre d'elements empiles.
En ce qui concerne l'agent de couple, celui-ci est cons titue par un
produit pateux, tel notamment qu'une gomme de silicone d'un type
utilise actuellement dans la fabrication des amortisseurs. La gomme
peut etre chargee ou non, mais il est important que de toutes facons
elle conserve dans le temps ses caracteristiques et ne "vieillise" pas
trop rapidement. Cependant, on notera que les caracteristiques de
l'agent de couple peuvent etre differentes selon que le dispositif est
destine a fonctionner couramment, ou seulement occasionnellement, par
exemple en temps que dispositif de securite.Dans ce dernier cas, on
pourra tolerer l'usage de gommes tres visqueuses et "collantes",
comportant eventuellement des charges speciales additionnelles qui
pourront etre tres efficaces pour des usages occasionnels mais ne
soutiendraient pas un usage repete normal, la charge influant sur le
couple residuel.
En ce qui concerne les materiaux constitutifs des disques, ils seront
choisis de facon a assurer un bon "collage" avec l'agent de couple
visqueux. Les disques lies au bottier sercnt de preference constitues
en un materiau metallique bon conducteur de la chaleur tel qu'acier ou
aluminium, de facon a assurer une bonne dissipation de la chaleur vers
l'exterieur. Au contraire, les disques solidaires du moyeu pourront
etre constitues en un materiau peu conducteur de la chaleur, par
exemple une matiere plastique de qualite appropriee ou un acier revetu
d'un isolant thermique de facon a reduirel'elevation de temperature du
moyeu dont le refroidissement peut poser des problemes.Eventuellement,
le refroidissement peut etre assure cependant par une circulation de
fluide et par exemple d'un liquide tel que de l'water de
refroidissement qui pourrait circuler dans des passages menages dans
le moyeu et/ou le bottier exterieur du dispositif.
En ce qui concerne la pression de l'agent de couple, les essais ont
montre qu'elle a tres peu d'influence sur la valeur du couple
resistant. En consequence, on prefere limiter cette pression pour
faciliter la construction, notamment des joints tournants, et reduire
l'epaisseur de la paroi enveloppe, et l'on prevoit, comme decrit
precedemment, au moins une chambre de compensation pour absorber les
variations de volume de l'agent de couple en fonction de sa
temperature, ces chambres de compensation pouvant revetir la forme des
chambres a soupapes tarees a ressorts ou toute autre forme, telle par
exemple qu'un accumulateur sous pression gazeuse communiquant avec le
volume du dispositif.
Les domaines d'application du dispositif de l'invention sont tres
divers et nombreux.
Par exemple, il peut s'agir de freins de secours ou de ralentisseurs
pour toutes sortes d'appareils tels que vehicules automobiles,
ascenseurs, rotors d'eoliennes, etc. il peut s'agir de ralentisseurs
occasionnels tels que dispositifs pour ceintures de securite
d'automobiles, bites d'amarragbites tournantes de gros navires, etc.
il peut egalement s'agir de freinage en fin de course de toutes sortes
de dispositifs tels que cabines de telepherique arrivant a la station,
heurtoirs glissants d'arret de wagons ferroviaires, ralentisseurs de
basculement d'objets tournants, etc.
On comprend qu'en fonction des applications, le dispositif pourra
revetir des configurations et aspects differents dependant notamment
de son implantation et de son usage, soit frequent, soit occasionnel.
Au lieu de disques tournants freines dans un boitier fixe, on pourra
adopter la construction inverse du boitier tournant autour d'un moyeu
fixe, ou encore utiliser des surfaces rectilignes glissantes en
regard, par exemple pour freiner un mouvement rectiligne le long d'un
rail rectiligne.
Dans tous les cas, ce qui est essentiel est que la force a freiner
soit amortie par frottements visqueux d'un agent de couple d'epaisseur
reduite maintenu entre deux surfaces glissant a faible distance l'une
par rapport a l'autre.
Claims
_________________________________________________________________
REVENDICATIONS
1. Dispositif ralentisseur permettant de dissiper sous forme de
chaleur de l'energie depensee entre au moins deux surfaces disposees
au voisinage l'une de l'autre et mobiles relativement l'une par
rapport a l'autre, caracterise en ce qu'il comporte en combinaison- au
moins une premiere surface (1-4) entrainee en deplacement relatif par
rapport a une deuxieme surface (9-13) sous l'action d'une force
appliquee que l'on veut ralentir ou amortir- au moins une deuxieme
surface (9-13) disposee au voisinage immediat de la premiere surface
(1-4) et sur laquelle est appliquee une force de reaction tendant a
immobiliser ladite deuxieme surface par rapport a la premiere- et au
moins un agent de couple visqueux (26) dispose entre lesdites deux
surfaces tendant a y adherer.
2. Dispositif selon la revendication 1, caracterise en ce que la
distance separant lesdites surfaces (1-4 A 9-13) et qui est occupee
par ledit agent (26) est comprise entre quelques dixiemes
der:millimetres et quelques millimetres, avantageusement de l'ordre de
1 a 2 millimetres.
3. Dispositif selon la revendication 1 ou la revendication 2,
caract8rise en ce que lesdites surfaces (1-4, 9-13) ont la forme de
disques circulaires coaxiaux arranges en deux familles, celui ou ceux
de la premiere famille (1-4) etant solidaire(s) d'un moyeu central (5)
et celui ou ceux de la seconde famille (9-13) etant solidaire(s) d'un
bottier exterieur, ledit moyeu et ledit boitier pouvant tourner en
mouvement relatif l'un par rapport a l'autre, la force a amortir ou
ralentir etant appliquee aux disques de lune des deux familles, et la
force de reaction aux disques de l'autre famille
4.Dispositif selon la revendication 3, caracterise en ce que les
disques de l'une des familles sont immobilises par rapport au chassis
porteur du dispositif, tandis que les autres disques recoivent le
couple d'entratnement en rotation de la force a ralentir ou amortir.
5. Dispositif selon l'une des revendications precedentes, caracterise
en ce qu'on utilise comme agent de couple visqueux des gommes de
silicone chargees ou non.
6. Dispositif selon l'une des revendications 3 a 5, caracterise en ce
que l'agent de couple 26 est enferme de facon etanche dans ledit
boitier et il est prevu des moyens de compensations hydrauliques de
volume telles qu'au moins une chambre de compensation (38-41) chargee
par un ressort absorbant les modifications de volume de l'agent de
couple en fonction de sa temperature.
7. Dispositif selon l'une des revendications 3 a 6, caractbrise en ce
qu'il est prevu des moyens de refroidissement tels queues ailettes de
ventilation (36, 37) et des echangeurs a liquide pour extraire la
chaleur a la peripherie dudit bottier et/ou sur ledit moyeu.
8. Dispositif selon l'une des revendications 3 a 7, caracterise en ce
que des trous (35) d'equilibrage de pression sont formes a travers
certains au moins desdits disques (10,11, 12).
9. Dispositif selon l'une des revendications 3 a 8, caracterise en ce
que plusieurs disques (1-4) formant ladite premiere famille sont
montes sur un meme moyeu (5) a l'interieur d'un bottier comportant des
cloisons transversales formant les disques paralleles (9-13) de la
seconde famille, presentant un orifice central (14) pour le passage du
moyeu (5), lesdites cloisons transversales (9-13) etant entretoisees
par des segments annulaires (15-18) entourant les disques (1-4) de la
premiere famille et d'epaisseur superieure a eux, l'ensemble etant
maintenu assemble par des tirants (20) traversant lesdites cloisons
transversales (9-13) et lesdits segments (15-18).
10. Dispositif selon la revendication 6 ou la revendication 9,
caracterise en ce que les chambres de compensation precitees (38-41)
sont prevues dans au moins une cloison transversale precitee (9,13)
situee a une extremite axiale du dispositif.
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