TITRE : Protecteur de disque de frein

Domaine technique

L’ invention concerne des systèmes servant à améliorer la performance de freinage et à réduire l’ endommagement de la matière d’un disque de frein lors de l’ utilisation dans un véhicule et plus précisément pour améliorer le refroidissement du disque de frein.

Une application particulièrement intéressante de l’ invention concerne un état de freinage brutal, qui peut affecter la propriété de la matière qui à son tour dégradera la performance de freinage, dans le cas où le refroidissement n’ est pas suffisant.

Techniques antérieures

Dans le domaine des véhicules à moteur en cas de freinage à disque, il est nécessaire de réguler la température de disque de freinage, de sorte que la qualité du freinage ne soit pas dégradée par un chauffage excessif.

Le disque de frein atteint plus de 600 degrés pendant un état de freinage brutal. Par conséquent, la performance de refroidissement de frein est essentielle pour déterminer la charge thermique ou la température critique du disque qui peut potentiellement affecter la propriété de la matière et la forme souhaitée du disque. Ceci dégradera pour sa part la performance de freinage. Pour atteindre les critères de performance de refroidissement, l’ air chaud provenant du disque doit être évacué à une vitesse rapide.

Pour protéger les pistes de freinage du disque d’ un frein à disque contre les éclaboussures d’ eau, la boue ou autre, il est connu de les protéger en entourant le disque d’un « protecteur de disque » mais ceci dégrade les performances de refroidissement.

Dans le brevet US 10,487,897, des ouvertures sont formées sur le corps principal d’ un couvercle anti-poussière de frein pour permettre à l’ air de s’ écouler et de refroidir la piste de disque, cependant l’ amélioration de la performance de refroidissement demeure limitée avec cette solution.

Exposé de l’invention

Compte tenu des problèmes ci-dessus, il est souhaitable de fournir un protecteur de disque qui assure une performance de refroidissement du frein avec une structure légère.

Un aspect de la présente invention porte sur un dispositif formant protecteur de disque de frein pour un véhicule, en particulier pour un véhicule à moteur, comprenant : a) une bague de base centrale fixant le dispositif formant protecteur de disque de frein à un élément non rotatif structural de véhicule, b) une enveloppe de type à pales ayant une forme générale substantiellement circulaire présentant une étendue angulaire maximale d’ approximativement 300°, l’ enveloppe de type à pales s’ étendant à partir d’ une extrémité de la bague de base centrale et comprenant une première structure s’ étendant dans un plan substantiellement perpendiculaire à un axe de révolution de la bague de base centrale, la première structure comprenant une première série de pales, chaque pale de la première structure s ’ étendant radialement sur l’étendue angulaire de l’ enveloppe de type à pales avec un angle d’ inclinaison par rapport au plan substantiellement perpendiculaire à un axe de révolution de la bague de base centrale, et la première structure est assujettie à la bague de base centrale. Ainsi, l’ étendue de l’ enveloppe de type à pales est conçue pour fournir une découpe sur une partie angulaire de la zone circulaire pour un espace d’ étrier. Par ailleurs, la première structure s’ étend dans un plan parallèle à une surface de piste de disque de frein et grâce à l’ angle d’ inclinaison chaque pale de la première structure s’ étend radialement dans un plan non parallèle à la surface de piste de disque de frein de sorte qu’ elles peuvent chasser l’ air chaud de la surface de piste intérieure, ou interne, du disque. Ce protecteur de disque, qui peut également être monobloc, incorporant des structures de pale devant les pistes de disque, permet de refroidir plus rapidement, sur une plus grande surface et plus efficacement, le disque de frein. Ainsi, l’ air chaud n’est plus accumulé entre le disque de frein et le protecteur de disque, ne dégradant plus la performance du frein à disque grâce à la conception de structure de pale exposant davantage le disque à l’ air ambiant.

Avantageusement, l’ enveloppe de type à pales comprend des arcs à profil en forme de U surplombant la bague de base centrale et dans chaque arc une première branche des deux branches de U parallèles fait partie de la première structure, et de préférence une pale faisant partie de la première série de pales . Ainsi, le protecteur de disque de frein est conçu pour entourer au moins partiellement un disque de frein, définissant un volume dans lequel le disque est situé, l’ enveloppant partiellement et recouvrant les régions exposées du disque pour les protéger.

Avantageusement, chaque arc à profil en forme de U de l’ enveloppe de type à pales comprend également :

- une deuxième branche de U qui est une pale faisant partie d’une deuxième série de pales d’une deuxième structure s ’ étendant dans un plan parallèle au plan dans lequel s ’ étend la première structure, chaque pale de la deuxième structure s ’ étendant radialement avec un angle d’ inclinaison diffèrent de zéro par rapport au plan dans lequel s’ étend la deuxième structure,

- une base du profil en forme de U connectant de manière continue la première branche à la deuxième branche est une partie de liaison faisant partie de la structure périphérique, la structure périphérique s ’ étend dans un plan substantiellement perpendiculaire aux plans dans lesquels s ’ étendent les première et deuxième structures. Ainsi, la deuxième structure s’ étend substantiellement parallèlement à la surface de piste de disque de frein, et grâce à l’ angle d’inclinaison ses pales s ’ étendent dans un plan non parallèle à la surface de piste de disque de frein de sorte qu’ elles peuvent chasser l’ air chaud de la surface de piste extérieure, ou externe, du disque. Ainsi conçue, la première structure est située plus à l’ intérieur par rapport au véhicule que la deuxième structure et chaque deuxième branche de l’ arc à profil en forme de U est attachée de manière continue à une pale de la première série par le biais d’une des parties de liaison, l’ arc surplombant la bague de base centrale.

Avantageusement, les pales de l’ enveloppe de type à pales sont plates et/ou hélicoïdales, soit pour simplifier la fabrication soit pour améliorer l'évacuation d’ air chaud.

Avantageusement, la deuxième série de pales comprend plus de pales que la première série de pales, afin de mieux protéger la piste de disque interne contres des éclaboussures .

Avantageusement, les pales de l’ enveloppe de type à pales sont inclinées par rapport au plan dans lequel s’ étend la structure à laquelle elles appartiennent d’un angle de 30 à 60° , et préférentiellement de 45°, cette inclinaison de la surface de piste de disque de frein améliore l’efficacité de refroidissement.

Avantageusement, la bague de base centrale et/ou l’ enveloppe de type à pales sont constituées de matière métallique ou de matière plastique ou de matière céramique, de sorte qu’ elles peuvent résister à des températures jusqu’ à 300 “Celsius.

Avantageusement, les pales faisant partie d’une série de pales sont espacées régulièrement de manière angulaire, et préférentiellement l’espacement entres deux pales faisant partie d’ une série de pales est dans la plage de 2 à 23 degrés en angle, afin de mieux chasser l’ air chaud des pistes de disque.

Avantageusement, les pales de la première série de pales sont espacées régulièrement de manière angulaire, et préférentiellement l’espacement maximal entres deux pales de la première série de pales est d’ approximativement 2,8 degrés en angle, afin de mieux protéger le disque contre des éclaboussures, de la boue ou autre.

Avantageusement, la longueur de pale d’ au moins certaines des pales de l’enveloppe de type à pales est supérieure ou égale à une largeur de piste de disque de frein, afin de maximiser la surface de refroidissement sur la surface de piste de disque de frein et de telle sorte qu’ en présence d’ un arc, l’ arc entoure le disque.

Avantageusement, l’ enveloppe de type à pales laisse un espace d’ au minimum 1 millimètre, préférentiellement d’ au maximum 3 millimètres, avec une surface de piste de disque de frein afin de mieux chasser l’ air chaud de la surface de piste de disque.

Avantageusement, la deuxième structure recouvre une étendue angulaire inférieure à l’ étendue angulaire de l’ enveloppe de type à pales, chevauchant partiellement la première structure de l’ enveloppe de type à pales, de préférence sa section d’ étendue supérieure, et de préférence l’ étendue angulaire de la deuxième structure est d’ au maximum 180 degrés, afin d’ optimiser le poids en limitant la deuxième structure à la zone de refroidissement nécessaire.

Le sujet de l’ invention est également un procédé de fabrication d’ un dispositif formant protecteur de disque de frein selon l’ une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu’ il comprend, en combinaison, les étapes suivantes : a) - formation d’ une bague de base centrale et d’une enveloppe de type à pales, de préférence par estampage d’ une plaque métallique ou par le biais d’ un procédé de moulage par injection de plastique, ou par le biais d’ un procédé de coulée de céramique, et b) - assemblage de la bague de base centrale à la première structure de l’ enveloppe de type à pales, de préférence par soudage ou brasage. Ce procédé ne nécessite pas d'outillage complexe et assure la robustesse du protecteur de disque ainsi fabriqué.

Le sujet de l’ invention est également un ensemble de frein à disque comprenant une fusée d’ essieu d'un ensemble de roue, un étrier, un disque de frein et un dispositif formant protecteur de disque de frein selon l’ invention présentant les mêmes qualités que mentionnées précédemment.

Le sujet de l’ invention est également un véhicule à moteur comprenant au moins un ensemble de frein à disque selon l’invention, l’ élément de structure de véhicule étant la fusée d’ essieu d’un ensemble de roue.

Brève description des dessins

D’ autres objets, caractéristiques et avantages de l’invention apparaîtront à la lecture de la description suivante, fournie uniquement par le biais d’ un exemple non limitatif, et faite en référence au dessin annexé dans lequel : la [Fig 1 ] est un schéma de base représentant l’ environnement d'un disque de frein dans un véhicule selon l’ art antérieur avec un protecteur de disque classique ; et les [Fig 2a] , [Fig 2b] et [Fig 2c] sont des vues schématiques du disque, de l’ étrier et des pales : vue de dessus, vue de côté depuis l’extérieur dans le sens de la largeur du véhicule, vue de côté depuis l’intérieur dans le sens de la largeur du véhicule ; illustrant la position des pales selon un mode de réalisation de l’invention, et la [Fig 3] est une vue en perspective de l’ ensemble de frein à disque illustrant la position de pales de chaque côté du disque dans un mode de réalisation préféré de l’ invention ; et la [Fig 4] est une vue de côté de l’ ensemble de frein à disque depuis l’ intérieur dans le sens de la largeur du véhicule dans un mode de réalisation préféré de l’invention ; et la [Fig 5] est une vue de dessus de l’ensemble de frein à disque dans un mode de réalisation préféré de l’invention ; et la [Fig 6] est une vue en perspective de l’ enveloppe de type à pales depuis l’ extérieur dans le sens de la largeur du véhicule selon un mode de réalisation préféré de l’ invention ; et la [Fig 7] est une vue en perspective de l’ enveloppe de type à pales depuis l’ extérieur dans le sens de la largeur du véhicule selon un autre mode de réalisation de l’ invention; et la [Fig 8a] est une vue en section transversale schématique d’ une partie du protecteur de disque selon un mode de réalisation préféré de l’invention et la [Fig 8b] est une vue en perspective de celle-ci ; et les [Fig 9a] et [Fig 9b] sont des vues en perspective de l’ensemble de frein à disque avec et sans le disque ; et la [Fig. 10] représente une comparaison de la température de fluide proche de la paroi entre un protecteur de disque classique et le protecteur de disque selon un mode de réalisation préféré de l’invention ; et la [Fig. 1 1 ] représente une comparaison de coefficient de transfert thermique entre un protecteur de disque classique et le protecteur de disque selon un mode de réalisation préféré de l’invention.

Dans tout le texte, les directions et orientations font référence à un référentiel orthonormé direct XYZ, où X est la direction longitudinale du véhicule, Y est la direction transversale du véhicule, pointant vers l’ extérieur à partir du véhicule et Z est la direction verticale pointant vers le haut. Dans toute la description, le terme « substantiellement » signifie qu’ une légère déviation par rapport à une certaine position ou orientation nominale est admissible, par exemple « substantiellement vertical » signifie qu’une déviation de l’ordre de 10° par rapport à une orientation strictement verticale est admissible dans le contexte de l’ invention, et le terme « approximativement » implique une tolérance de 5 % par rapport à la valeur nominale indiquée. Pour des raisons de clarté, des éléments identiques ou similaires sont identifiés par des signes de référence identiques dans toutes les figures .

Description détaillée d’au moins un mode de réalisation

Comme illustré à [Fig 1 ] , de manière classique, dans un véhicule, le frein à disque, utilisé pendant qu’un véhicule se déplace, comporte un disque de frein D également appelé rotor de frein à disque disposé sur un côté de diamètre intérieur d'une jante R d’ une roue et un étrier C qui interpose et retient le disque de frein D avec les plaquettes de frein P. Dans un tel ensemble de frein à disque, un protecteur de disque classique, en forme de plaque, CDP est disposé de manière adjacente au disque de frein D en regard de la surface interne, ou piste, du rotor de frein à disque dans le sens de la largeur du véhicule et de manière à chevaucher au moins une partie du rotor de frein à disque, vu depuis une direction d’essieu de la roue dans un état installé où le protecteur de disque est installé dans le véhicule, afin de protéger, par exemple, le disque contre des matières étrangères telles que de la poussière, un petit cailloux et de l’ eau boueuse. Une forme plane du protecteur de disque vue dans le sens de la largeur du véhicule est typiquement une forme de disque substantiellement concentrique au rotor ou une forme sectorielle dotée d’ une découpe pour produire un espace pour l’ étrier C.

Un tel protecteur de disque classique crée une inhomogénéité dans le disque, en particulier entre sa piste distale et sa piste proximale par rapport au centre de l’ essieu de roue concerné, respectivement appelé également piste externe et piste interne, diminuant de manière significative la valeur de coefficient de transfert thermique global de la piste interne et augmentant également la constante de refroidissement, par comparaison avec un disque sans protecteur.

Selon l’ invention, le protecteur de disque de frein comprend :

- une bague de base centrale fixant le dispositif formant protecteur de disque de frein à un élément non rotatif structural de véhicule,

- une enveloppe de type à pales ayant une forme générale substantiellement circulaire présentant une étendue angulaire maximale d’ approximativement 300° , afin de fournir une découpe sur une partie angulaire de la zone circulaire pour un espace d’étrier, l’ enveloppe de type à pales comprenant une première structure s ’ étendant substantiellement parallèlement à une surface de piste de disque de frein et comprenant une première série de pales Bi, chaque pale de la première structure s ’ étendant radialement sur l’ étendue angulaire de l’enveloppe de type à pales dans un plan non parallèle à la surface de piste de disque de frein et la première structure est assujettie à la bague de base centrale.

Le terme pale se rapporte à une partie large, plate, utilisée pour pousser l’ air, comme un rotor à hélice ou une pale de ventilateur, et est utilisé ici en tant que tel pour se rapporter à un objet qui est plat, fin et long et par extension à une ailette qui n’ est pas nécessairement plate.

La bague de base centrale et/ou l’ enveloppe de type à pales sont constituées de métal, de préférence d’ aluminium ou d’ acier, ou de plastique qui peut résister à plus de 300 °C, ou de matière céramique. La base centrale peut présenter les mêmes caractéristiques en ce qui concerne l’ enveloppe de type à pales d’étendue angulaire maximale d’ approximativement 300 °, de préférence de 270 °C, afin de fournir une découpe sur une partie angulaire de la zone circulaire pour un espace d’étrier.

À la [Fig. 2a] , le mode de réalisation préféré avec des structures de pale bilatérales de l’ enveloppe de type à pales est esquissé avec seulement une pale de chaque côté, pour illustrer ce mode de réalisation avec une vue simplifiée. Chaque pale de l’enveloppe de type à pales s’ étend radialement dans un plan non parallèle à la surface de piste de disque de frein Ti, Te du disque de frein D. La pale Bi s ’ étendant latéralement à partir de la piste proximale vers l’intérieur du véhicule illustre l'orientation préférée de la première série de pales Bi, également appelées pales internes Bi. La pale Be s ’ étendant latéralement à partir de la piste distale vers la périphérie extérieure du véhicule illustre l'orientation préférée de la deuxième série de pales Be, également appelées pales externes Be. Toutes les pales d’une série se croisent virtuellement les unes les autres au centre de la fusée d’ essieu, quelle que soit l’ orientation choisie, si elles étaient reliées les unes aux autres toutes les pales de chaque série de pales formeraient comme une surface de révolution, l’ axe de révolution étant l’ axe passant par le centre de la bague de base centrale perpendiculairement aux surfaces de piste, une surface de révolution étant une surface dans l’ espace euclidien créée par rotation d’ une courbe (la génératrice) autour d’ une ligne droite dans son plan (l’ axe) .

En variante, l’ enveloppe de type à pales peut comporter seulement une série de pales et de l’ autre côté, à la place de l’ autre série de pales se trouverait une plaque plate parallèle à la piste de disque, de forme générale circulaire présentant une étendue angulaire maximale d’ approximativement 300° , afin de fournir une découpe sur une partie angulaire de la zone circulaire pour un espace d’ étrier, mais la performance de refroidissement serait réduite par comparaison avec le mode de réalisation préféré.

Chaque pale de l’ enveloppe de type à pales s ’ étend radialement dans un plan non parallèle à la surface de piste de disque de frein, la surface principale de la pale s ’ étendant soit perpendiculairement aux pistes de disque, à des fins de protection principalement, soit de manière inclinée par rapport à la surface de piste de disque de frein, préférentiellement suivant un angle d’inclinaison Bsa de 30 à 60°, à des fins de protection et de refroidissement, et en particulier de 45° comme présenté ici, où chaque pale est inclinée suivant un angle de 45 degrés par rapport à la surface de piste, positivement ou négativement, agissant comme des évents de disque. Comme illustré ci-dessous, à la figure 3, à la fois les pales latérales internes et externes sont reliées les unes aux autres à l’ aide d’ un élément de connexion sur la périphérie des évents de disque. L'inclinaison et les orientations des pales peuvent également être différentes pour la première série de pales et la deuxième série de pales pourvu que, dans la même série, toutes les pales s ’ étendent radialement suivant le même angle d’ inclinaison, également appelé orientation d’ inclinaison avec signe, par rapport à la piste de surface.

Comme représenté ici, le mode de réalisation préféré consiste en des pales symétriques par rapport au plan de symétrie Ps qui est le plan médian des pistes de disque parallèle aux pistes de disque Ti, Te. Préférentiellement, les bords de pale et la surface de disque devraient maintenir de un à trois millimètres d’ espace de tolérance. Ce décalage de 1 millimètre entre les pales, plus précisément entre leurs bords, parallèlement aux pistes de disque et près du disque, et la surface de piste respective en regard de celles-ci est représenté à la figure relativement à la piste proximale Ti et la pale Bi et symétriquement de l’ autre côté entre la pale Be et la piste distale Te. Ce décalage, d’ approximativement 1 millimètre entre la surface de piste et les bords de pale et d’ au minimum 3 millimètres entre la circonférence de disque et les parties de liaison, délimite plus généralement la limite des arcs . Les pales fendent l’ air chaud sur le disque, donc elles doivent être aussi près que possible, donc l’ espace G est nécessaire mais plus petit il peut être plus le refroidissement est optimisé. Représentée ici, en tant qu’ exemple, la hauteur de pale Bh est 10 millimètres et leur hauteur d’inclinaison Bsh est 7, 1 millimètres .

Aux figures 2b [Fig. 2b] et 2c [Fig. 2c] , des vues de côté depuis l’extérieur dans le sens de la largeur du véhicule et une vue de côté depuis l’ intérieur dans le sens de la largeur du véhicule, sont illustrés les motifs d’ empilement de pales préférés, pour la première série de pales à la figure 2c et pour la deuxième série de pales à la figure 2b, les pales Bi, Be étant distribuées de manière répétée à de petits intervalles angulaires de sorte qu’ elles recouvrent toute la surface de piste à l’exception de la section angulaire recouverte par l’ étrier C. Les pales internes Bi et/ou externes Be sont espacées de manière angulaire et préférablement régulièrement, et préférentiellement l’espacement maximal entre deux pales dans l’ une des première et/ou deuxième séries est d’ approximativement 23 degrés en angle pour des raisons de performance de refroidissement. Plus précisément l’ angle maximal entre deux pales Bi, Be est un quart d’ un quart de cercle : 22,5 ° . Ainsi distribuées de manière dispersée, comme représenté ici à la figure 2b pour les pales externes Be, avec un espacement angulaire Béas de 22,5 ° entre les pales externes Be consécutives . Les pales permettent une réduction de poids et ainsi une réduction de consommation de carburant puisqu’ elles réduisent le poids de la masse non suspendue du véhicule, ce qui améliorera typiquement la manière dont le véhicule roule et sa maniabilité. Dans un mode de réalisation préféré, pour améliorer le refroidissement sur le côté interne, les pales internes Bi sont distribuées de manière serrée, les pales internes étant espacées régulièrement de manière angulaire avec un espacement maximal entre deux pales de la première série de pales Bi d’ approximativement 2,8 degrés en angle et plus précisément avec un espacement de 22,5°/(7 + l) permettant à 7 pales internes Bi d’ être placées entre les pales internes Bi qui sont prolongées par les parties de liaison. Ainsi, distribuées de manière dense, comme représenté ici à la figure 2c pour les pales internes, avec un espacement angulaire Béas de 2,8° entre les pales Bi, les pales Bi agissent comme un protecteur de disque, par exemple en cas d’éclaboussures, ce qui supprime la nécessité de fournir un garde-boue externe dédié puisqu’il recouvre la zone projetée sur le disque, et permettant ainsi une réduction de poids et ainsi une réduction de consommation de carburant.

Préférablement, à la fois la longueur de pale interne Bi et la longueur de pale externe Be devraient être supérieures ou égales à la largeur de piste pour obtenir une efficacité maximale sur la zone de piste de disque.

À la [Fig. 3] la vue en perspective de l’ ensemble de frein à disque représente l’ étrier C, la fusée d’ essieu K d’un ensemble de roue, le disque ayant sa piste externe Te et l’enveloppe de type à pales avec ses structures de pale Bi, Be bilatérales entourant le disque, et ayant une forme générale substantiellement circulaire, comprenant des arcs à profil en forme de U, entourant au moins partiellement le disque de frein, avec une étendue angulaire maximale d’ approximativement 300° afin de fournir une découpe sur une partie angulaire de la zone circulaire pour un espace d’ étrier. Chaque pale Bi, Be de l’ enveloppe de type à pales s’ étend radialement dans un plan non parallèle à la surface de piste de disque de frein Ti, Te, et en tant que mode de réalisation préféré illustré ici, les deux branches de U parallèles de l’enveloppe de type à pales sont constituées de pales seulement. Sur cette image d’ un mode de réalisation préféré, les trois parties de l’ enveloppe de type à pales sont clairement visibles :

- une première structure Sbi définissant une surface s ’étendant substantiellement parallèlement à la surface de piste distale Te de disque de frein, la première structure Sbi comprenant une première série de pales Bi,

- une deuxième structure Sbe définissant une surface s ’étendant substantiellement parallèlement à la surface de piste proximale Ti de disque de frein, préférablement la deuxième Sbe structure comprenant une deuxième série de pales Be, la première structure Sbi correspondant à la structure proximale relativement au centre de l’ axe de roue concerné, en d’ autres termes, située plus à l’intérieur relativement au véhicule que la deuxième structure Sbe,

- une structure périphérique Sp connectant la première structure Sbi à la deuxième structure Sbe définissant des parties de liaison dont la surface est substantiellement perpendiculaire à la surface de piste Ti, Te de disque de frein et parallèle à la tangente locale au disque D, chaque pale Be de la deuxième série étant attachée de manière continue à une pale Bi de la première série par l’ une des parties de liaison. Sur cette figure, la deuxième structure Sbe avec ses pales Be empilées sur la moitié supérieure du disque sur le côté externe est mieux représentée, la deuxième structure recouvrant une étendue angulaire inférieure à l’étendue angulaire de l’ enveloppe de type à pales du fait de l’ étendue angulaire de la première structure, mieux visible à la figure suivante, et préférablement l’ étendue angulaire de la deuxième structure est d’ au maximum 180 degrés, chevauchant la section d’ étendue supérieure de la première structure de l’ enveloppe de type à pales . Ici, l’espace entre les deux pales Be est de 1 1 ,25 degrés en angle.

La flèche représente le sens de rotation du disque, connu comme sens de rotation antihoraire, et la ligne en pointillés représente l’ axe de rotation du disque. Le disque, lorsqu’il tourne, amènera l’ air autour de lui à tournoyer avec lui. L’ air tournoyant reçoit la chaleur du disque et se comporte comme une couverture chaude sur le disque. Cette couverture chaude d’ air dissipe beaucoup moins de chaleur vers l’ air environnant, agissant comme une couche résistive thermique. Une solution efficace est de perturber cette couche, de sorte que l’ air froid frais provenant de l’ environnement puisse enlever plus de chaleur du disque. La conception de pale selon l’ invention empêche l’ air de tourner avec le disque et donc elles agissent comme des séparateurs d’ écoulement d’ air. La séparation d’ écoulement augmente la turbulence dans l’ écoulement d’ air, ce qui améliore le mélange d’ air froid et d’ air chaud. Ceci résulte pour sa part en une performance de refroidissement accrue. Dans un mode de réalisation préféré de l’ invention illustré ici, les pales Bi sont distribuées de manière dense sur le côté interne pour avoir la fonctionnalité d’ un protecteur de disque tandis que, sur le côté externe, les pales Be sont distribuées de manière dispersée pour se concentrer seulement sur la seule fonctionnalité de séparation d’ écoulement. Une jante, en particulier une jante semi-ajourée ou pleine, peut également être ajoutée sur ce côté externe.

La [Fig 4] représente une vue de côté de l’ ensemble de frein à disque depuis l’intérieur du véhicule dans le sens de la largeur du véhicule, comme depuis le centre de l’ axe de roue concerné. On voit dans cette vue la fusée d’ essieu K, l’étrier C, la piste proximale Ti, ou interne, et les pales internes Bi, espacées ici régulièrement avec un espace de 2,8° entre chacune d’ elles et recouvrant l’ étendue de 270° . Dans ce mode de réalisation, le nombre total de pales sera d'environ 80 mais il peut varier avec la configuration et la conception du disque et de l’ étrier. La flèche représente le sens de rotation du disque.

À la [Fig 5] sont représentés le disque C, l’ étrier C et l’enveloppe de type à pales assujettie à la fusée d’ essieu K et la structure périphérique Sp constituée de parties de liaison Bp connectant la première structure à la deuxième structure agissant comme fixations transversales.

La [Fig 6] représente une vue en perspective de l’enveloppe de type à pales depuis l’ extérieur dans le sens de la largeur du véhicule dans un mode de réalisation préféré de l’ invention. La flèche représente le sens de rotation du disque. L’ architecture de l’ enveloppe de type à pales constituée de trois parties de l’ enveloppe de type à pales apparaît clairement tout comme la continuité entre la première structure Sbi, la structure périphérique Sp et la deuxième structure Sbe grâce aux pales Bi de la première structure Sbi reliées par le biais de parties de liaison Bp de la structure périphérique Sp à des pales Be de la deuxième structure Sbe. Sur cette figure, la caractéristique de légèreté ressort clairement.

En variante, comme représenté à la [Fig. 7] , l’ enveloppe de type à pales peut comporter deux séries de pales Bi Be, et l’ une d’ entre elles, préférablement les pales internes Bi, est supportée par une plaque plate Fpi de forme générale circulaire parallèle à la piste Ti de disque interne et en regard de celle-ci, avec la même étendue que la première série de pales Bi, avec une étendue angulaire maximale d’ approximativement 300° afin de fournir une découpe sur une partie angulaire de la zone circulaire pour un espace d’ étrier. Ici, la plaque plate Fpi et les pales internes Bi forment la première structure Sbi. La plaque plate Fpi se comporte comme un couvercle périphérique circonférentiel des pales internes Bi sur le côté proximal (relativement au centre de l’ axe de roue) du protecteur de disque lorsqu’il est assemblé au véhicule, ce qui permet de protéger le disque contres des éclaboussures . L’ extrémité proximale (relativement au centre de l’ axe de roue) des pales internes Bi est assujettie, de préférence soudée, à la plaque plate. Dans ce cas les pales Bi sont distribuées de manière angulaire régulièrement mais de manière moins dense que représenté sur les figures précédentes, par exemple avec des intervalles de 1 1 ° entre elles comme les pales externes Be. La flèche représente le sens de rotation du disque. Cette variante protège mieux contre les éclaboussures et améliore la robustesse vis-à-vis de critères de bruit et de vibration. Par ailleurs, la plaque plate parallèle peut être semi-ajourée pour améliorer le refroidissement et le poids sans dégrader l’ efficacité anti-éclaboussures.

À la [Fig. 8a] se trouve une vue en section transversale schématique d’une partie du protecteur de disque selon un mode de réalisation préféré de l’invention illustrant l’ arc à profil en U et la fixation des pales Bi de la première structure Sbi à la bague de base centrale Cbr fixe. Comme représenté ici, la bague de base centrale Cbr consiste en une première plaque annulaire, encerclant la fusée d’ essieu K et attachée à la fusée d’ essieu, avec une saillie consistant en une extension à décalage latéral circonférentiel vers l’ essieu de la roue (lorsque le protecteur de disque est installé dans le véhicule) . Cette extension à décalage latéral circonférentiel, partant de la périphérie interne (relativement au véhicule) de la première plaque annulaire, consiste en une deuxième plaque annulaire substantiellement verticale prolongée par une troisième plaque annulaire substantiellement horizontale formant une saillie Cbr_Ls en forme de L autour de la première plaque annulaire, le diamètre de la bague de base centrale Cbr étant à cette extrémité légèrement plus grand que le diamètre de la première plaque annulaire et préférentiellement recouvre la même étendue angulaire que l’ étendue de l’ enveloppe de type à pales . Le rôle de la plaque annulaire horizontale est d’ être une base inférieure pour retenir les pales internes Bi de sorte que la largeur (étendue dans la direction Y, perpendiculaire à la surface de disque) de cette deuxième plaque annulaire soit au minimum la largeur de pale. Le procédé de fabrication d’un tel dispositif formant protecteur de disque de frein comprend, en combinaison, les étapes suivantes : a) - formation d’une bague de base centrale Cbr et d’ une enveloppe de type à pales, de préférence par estampage d’ une plaque métallique ou par le biais d’ un procédé de moulage par injection de plastique, ou par le biais d’ un procédé de coulée de céramique, et b) - assemblage de la bague de base centrale Cbr à la première structure Sbi de l’ enveloppe de type à pales, la bague de base centrale Cbr étant par exemple soudée ou boulonnée, et/ou de préférence ajustée par serrage sur la fusée d’ essieu K.

La plaque annulaire horizontale agit comme une plaque de fixation retenant les extrémités centrales des pales internes Bi. Ainsi, dans la première étape, lorsque les pales sont des parties séparées de la bague de base centrale Cbr, les extrémités centrales des pales sont attachées à la bague de base centrale, par exemple par soudage par résistance ou brasage ou soudage à l’ arc sous protection gazeuse. Préférablement, des fentes diagonales sont découpées dans la bague de base pour obtenir l’ angle d’ inclinaison préférentiel de 45° , puis la première extrémité de chacune des pales Bi est glissée dans les fentes et ajustées par serrage, et les jonctions sont soudées ou brasées avec de la chaleur pour assujettir fermement les pales internes Bi sur la bague de base centrale Cbr. Puis certaines des pales, préférentiellement une sur 8, sont approximativement deux fois plus longues et pliées en forme de U pour créer les arcs, ou en variante certaines des pales Bi sont fixées perpendiculairement, par soudage par exemple, à des parties de liaison Bp, elles-mêmes fixées perpendiculairement, par soudage par exemple, à des pales externes Be, pour former les arcs. En variante, le procédé de fabrication peut suivre un processus de formage de tôle métallique, de sorte que la bague de base centrale Cbr et les pales soient d'une seule pièce. Dans cette variante, le bord en forme de L de la bague de base centrale est extrudé à la longueur requise maximale de la pale (approximativement deux fois la longueur des pales internes) formant comme un tube, la région extrudée est découpée en des intervalles réguliers égaux à la hauteur requise de la pale (qui ne sont pas nécessairement toutes de la même longueur, comme expliqué précédemment pour former les arcs), et les pales sont pliées à 90° radialement vers l’ extérieur jusqu’ à ce qu’ elles recouvrent l’étendue requise (les autres sont découpées au niveau de leur base), la région de base de la pale est inclinée pour donner à l’ angle de pale une inclinaison de 45°, et le processus de formation d’ arc demeure le même qu’ énoncé précédemment, le protecteur de disque étant monobloc ici.

Sur cette image le profil en U est clairement visible, les pales externes Be sont en surplomb et sont maintenues en place grâce à la structure périphérique Sp à l’ une de leurs extrémités. Chaque extrémité de la pale externe Be opposée aux parties de liaison Bp est ainsi libre, et n’ est reliée à aucuns autres éléments de fixation les connectant à la fusée d’ essieu K. La rigidité du profil en U est proportionnelle à l’ épaisseur des pales . Par conséquent des pales d’ épaisseur appropriée d’ au moins 1 mm résisteront à des situations de conduite sans vibrer. Cependant, quelle que soit l’ épaisseur des pales, les parties de liaison Bp des arcs à profil en U peuvent être renforcées par des raidisseurs transversaux pour améliorer la robustesse et empêcher des vibrations à une vitesse de véhicule élevée. Par exemple, comme présenté sur la vue en perspective de la [Fig. 8b] , les trois coins libres d’ arcs consécutifs sont reliés les uns aux autres à l’ aide de tôles métalliques de connexion comme raidisseurs transversaux S, tandis que le quatrième coin est fixé à la bague de base centrale Cbr par défaut. Dans ce cas, ceci implique que les extrémités libres des pales internes Bi qui ne font pas partie des arcs à profil en U sont assujetties à l’ un des raidisseurs transversaux S .

Sur les différentes images les pales de l’ enveloppe de type à pales sont conçues de manière à être plates pour une meilleure compréhension des dessins, mais elles peuvent également être conçues de manière hélicoïdale, comme des ailettes agencées en une spirale autour d’ un axe. Par ailleurs, en présence de raidisseurs, les parties de liaison Bp peuvent être plus facilement tordues ou réalisées non seulement perpendiculairement à la surface de piste Ti, Te de disque de frein mais encore perpendiculairement à la tangente locale au disque D, afin d’ améliorer le refroidissement puisque les parties de liaison Bp perpendiculaires à la surface de piste Ti, Te de disque de frein et parallèles à la tangente locale au disque D obstruent légèrement l’ écoulement d’ air. À la [Fig. 9a] est représenté l’ ensemble de disque (sans l’ étrier à des fins de clarté) comprenant le disque D, la fusée d’ essieu K fixe et le protecteur de disque selon un autre mode de réalisation de l’invention. La figure 9b [Fig. 9b] est la même figure sans le disque. Dans ce mode de réalisation de l’ invention, la deuxième structure Sbe des pales externes Be recouvre non seulement la moitié supérieure du disque D mais toute l’étendue, ou arc angulaire, de l’ enveloppe de type à pales, ce qui signifie que l’ étendue du disque mise à part la zone angulaire demeure ouverte pour l’ étrier C. La bague de base centrale Cbr est fixe, encerclant la fusée d'essieu K et attachée à la fusée d’ essieu.

La [Fig. 10] représente la comparaison de la température de fluide proche de la paroi dans un cas d’ utilisation à une vitesse de véhicule constante de 80 kmph, entre un protecteur de disque classique CDP, dans la colonne de gauche, et le protecteur de disque DPI selon le mode de réalisation préféré de l’ invention (comme aux figures 3 à 6), dans la colonne de droite, pour la piste interne Ti à la première ligne, et pour la piste externe Te à la deuxième ligne. Il est clair que sur le côté de la piste interne Ti le protecteur de disque piège l’ air chaud dans l’ espace étroit (ici 1 millimètre) entre le protecteur de disque et la piste de disque Ti. La flèche représente le sens de rotation du disque. Les pales sont ouvertes sur l’ air ambiant et séparent l’ air chaud fixé au disque, donc la température de l’ air proche de la paroi chute dans la plage de 100 °C à 135 °C, et sur le côté de la piste externe Te, en l’ absence de la partie formant protecteur de disque dans la conception classique CDP, une température uniformément distribuée de 135 °C est observée, tandis que, dans le mode de réalisation préféré DPI, les pales séparent l'écoulement d’ air chaud et aident l’ air froid ambiant à se mélanger et à réduire la température de l’ air proche de la paroi à 100 °C.

À la [Fig. 1 1 ] le coefficient de transfert thermique (HTC) est comparé, dans un cas d’ utilisation à une vitesse de véhicule constante de 80 kmph, entre un protecteur de disque classique CDP (colonne de gauche) et le protecteur de disque DPI selon un mode de réalisation préféré (comme aux figures 3 à 6) de l’ invention (colonne de droite), en ce qui concerne la piste interne Ti à la première ligne, et la piste externe Te à la deuxième ligne. La flèche représente le sens de rotation du disque. Sur le côté de la piste interne, un HTC d’ environ 75 W/(m ² .K) est observé avec le protecteur classique CDP, tandis que dans le mode de réalisation préféré DPI, les pales augmentent le HTC jusqu’ à presque 100 W/(m ² .K) . Ceci représente une amélioration d’ approximativement 25 % dans cette région. Sur le côté de la piste externe, avec le protecteur classique CDP, l’ étrier lui-même agit comme un séparateur d’ écoulement majeur qui lui-même améliore le HTC dans la moitié inférieure du disque. Par conséquent, dans le mode de réalisation préféré DPI dans lequel des pales sont présentes sur la région restante de la piste de disque, on y observe que grâce aux pales le HTC augmente de 75 W/(m ² .K) à 100 W/(m ² .K) .

Le disque est en rotation (rotateur) et les pales sont statiques (stator), ce qui crée un mouvement relatif du disque par rapport aux pales, ce qui est similaire au comportement d’ un disque maintenu statique et de pales comme parties rotatives, et dans un cas comme dans l’ autre les pales se comportent comme un ventilateur devant le disque. La performance de refroidissement de frein du mode de réalisation préféré selon l’invention est également évaluée par le biais de la constante de temps, également appelée constante de refroidissement. Par exemple, dans un cas où les pistes de disque de frein sont initialisées à 600 °C et sont autorisées à refroidir jusqu’ à 200 °C, la période de temps de refroidissement de 555 °C à 200 °C est évaluée, et une différence de 80 secondes est obtenue entre le boîtier formant protecteur de disque classique et le mode de réalisation préféré.