CN111868408A - 智能石墨装置 - Google Patents

Abstract

一种石墨材料装置(1)，其中，该石墨材料装置的内部和/或外部设置有至少一个导电图案(2)和/或至少一个传感器(2)，并且其中，该石墨材料装置用作碳刷、制动盘、衬套和轴承中的任何一种。

Description

智能石墨装置

技术领域

本文档涉及智能石墨装置。

更具体地，本披露涉及设置有导电图案和/或传感器的石墨装置及其用途。

背景技术

包括石墨的装置被用于许多不同的技术中。通常，这些装置用作消耗件或磨损件，比如电气应用中的碳刷、车辆中的制动盘、以及衬套和轴承。

在一些应用中，需要能够监测例如石墨装置的磨损量和影响这些装置的质量和利用率的其他参数。

在US 7877216 B2中，描述了一种制动系统，比如制动盘，该制动系统具有嵌入在制动器的摩擦材料内的传感器磨损材料。

需要能够向比如制动盘以及其他消耗件和磨损件等装置提供监测可能性，以改善和监测这些装置的安全性、持续时间和寿命。

发明内容

本披露的目的是提供一种改进的石墨装置，该石墨装置消除或减轻了现有技术的石墨装置的至少一些缺点。

该目的全部或部分地通过根据所附独立权利要求的石墨装置和方法来实现。在所附从属权利要求以及以下的说明书和附图中阐述了实施例。

根据第一方面，提供了一种石墨材料装置，其中，该石墨材料装置的内部和/或外部设置有至少一个导电图案和/或至少一个传感器。

通过直接为石墨装置设置导电图案和/或传感器，可以实现对石墨材料装置的特性的容易且可靠的监测。可以监测的特性例如是磨损量、温度、振动、剪切力、摩擦力和电损耗等。这些特性可以通过由导电图案或传感器提供的信号直接测量，或者基于这些信号进行计算。这样可以通过提供装置(比如碳刷和制动盘)的实时状态而不是仅仅指示这些装置何时例如磨损至不可用来提供监测这些装置的更加数字化的方式。这确保了不同类型的电机和车辆的安全操作，并且简化了对结合有这些装置的电机和车辆的维修。例如可以在例如碳刷磨损至不可用之前较长的时间将信号发送到维修功能，从而使电机因碳刷不均匀磨损而达到不期望的静止状态或损坏的风险降到最低。这也可以用在车辆中，其中信号可以直接发送到维修设施。进而，这可以带来巨大的经济收益，因为降低了对这些备件进行存储的需求，并且以更高效的方式提供维修和修理操作。

该至少一个导电图案和/或至少一个传感器可以设置在所述装置的表面的至少一部分上或集成到所述装置的表面的至少一部分中，并且该至少一个导电图案和/或至少一个传感器可以通过蚀刻到所述表面的至少一部分中或印刷到所述表面的至少一部分上而被集成到所述装置中。

通过将导电图案或传感器集成到装置中，提供了不包含可能损害装置的功能的任何可移除零件的稳健的装置。进一步地，可以容易地使导电图案或传感器的集成成为生产过程的一部分，这允许以高效且经济的方式来制造装置。

可替代地，至少一个导电图案和/或至少一个传感器可以附接到所述表面的至少一部分。

通过“附接至”指例如使用粘合剂或热熔或其他附接手段将导电图案或传感器施加到装置。导电图案可以例如已经被印刷或蚀刻到附接到装置的表面或侧面的聚合物板或其他材料中。其他传感器(比如高电阻导线)可以例如通过使用粘合剂或其他类型的固定附接件而附接到该装置。

根据又一替代方案，该至少一个导电图案和/或至少一个传感器可以被设置在该装置的内部。

这意味着可以已通过装置中的钻孔来设置导电图案或传感器，或者分至少两个部分制造装置，并且在连接这些部分时导电图案或传感器布置在装置的面向内的表面上。

该至少一个导电图案可以是电路板。

所述一个或多个传感器可以是温度传感器、应变计和高电阻电缆、加速度计或其组合中的任何一种。

设置到装置上的传感器可以是提供即时测量值或者被计算为测量值的信号的传感器。

所述导电图案和/或传感器可以被布置成将信号传输到信号接收和/或信号处理单元。

信号接收和/或信号处理单元是指能够接收导电图案和传感器的信号的任何装置。该单元还可能能够处理信号，例如从信号计算不同的测量值。然后可以以适合于本申请的不同格式来呈现或可视化测量值。

该单元可以被布置成远离该装置或与该装置集成。

这些信号可以以无线方式或有线方式来传输。该无线传输可以通过

来进行。该无线传输也可以是技术人员可以想到的任何其他类型。

该石墨材料可以是天然石墨、电子石墨和金属石墨中的任何一种。

该石墨材料可以是烧结的金属石墨。

该石墨装置可以是碳刷、制动盘、衬套和轴承中的任何一种。

该装置可以是消耗件或磨损件。

根据第二方面，提供了一种包括根据第一方面的石墨材料装置以及信号接收和/或信号处理单元的系统。该信号接收和/或信号处理单元可以是计算机机箱、应用接口和基于云的单元中的任何一种，或者是适合于接收和/或处理信号的任何其他单元。

根据第三方面，提供了一种用于监测根据第一方面的石墨材料装置的方法，其中，该方法包括以下步骤：

为石墨材料装置设置导电图案和/或至少一个传感器；

将所述石墨材料装置放置在使用该石墨材料装置的应用中；在所述应用中使用所述石墨材料装置；以及

通过信号接收和/或信号处理单元接收来自所述导电图案和/或传感器的信号，由此所述信号用于监测所述石墨材料装置。

根据第四方面，提供了根据第一方面的石墨材料装置用作碳刷、制动盘、衬套和轴承中的任何一种的用途。

附图说明

现在将通过举例方式、参照随附示意图来描述本解决方案的实施例。

图1是根据本发明的装置和系统的一个实施例的示意图。

具体实施方式

图1展示了系统10，该系统包括设置有导电图案2的石墨材料装置1、信号接收和/或信号处理单元5以及显示装置3。

在一个实施例中，石墨材料装置可以是消耗件或磨损件。

在一个替代方案中，石墨材料装置可以是碳刷、制动盘、衬套和轴承中的任何一种。

石墨材料装置的石墨材料可以是天然石墨、电子石墨和金属石墨中的任何一种。

根据一个实施例，石墨材料是烧结的金属石墨。

石墨材料装置设置有至少一个导电图案2和/或至少一个传感器2。

如图1所展示的，石墨材料装置1可以是设置有导电图案2的碳刷。在图1中，该导电图案被展示为电路板。

因此，导电图案2可以是设置到装置1的表面上或布置在装置1内的电路板。导电图案2可以以不同的方式施加到装置1或设置在该装置上。一个替代方案是将导电图案印刷到表面上。另一替代方法是使用蚀刻技术在装置的表面上设置导电图案。蚀刻技术或印刷技术是技术人员众所周知的，并且可以容易地引入到装置的制造方法中，而不会损失效率或产生任何大量附加成本。

导电图案2也可以作为单独的装置设置在该装置上，其中，例如通过利用适合于用于石墨材料装置的不同类型的粘合剂(比如，胶水)、热熔等来附接导电图案。

导电图案也可以设置在装置的内部，这例如通过在装置上钻孔或将装置的两个部分彼此附接并在内部包含传感器来实现。导电图案可以例如被印刷到装置的一部分上或蚀刻到装置的一部分中，并且然后一旦部分已经彼此附接，该导电图案就会被包含在装置内。

石墨材料装置还可以设置有至少一个传感器2，即可以除了导电图案之外还设置一个或多个传感器。可替代地，装置1仅设置有至少一个传感器2。一个或多个传感器2可以被布置成检测装置本身和周围环境的不同物理特性。一个或多个传感器可以例如被布置成检测温度、振动、电损耗、加速度、磨损量等。因此，可以确定一个或多个传感器的尺寸，并且使其装并且适于装配到装置上。

可以将一个或多个传感器2设置到装置的表面上或中，或者至少设置在该表面的一部分上。传感器可以例如被印刷到装置上，或者通过使用蚀刻技术附接到装置。可替代地，取决于传感器的类型和在上/其中使用传感器的装置的类型，可以通过使用比如胶水等粘合技术或热熔技术将传感器附接到装置。

传感器也可以设置在装置的内部，这例如通过在装置上钻孔或将装置的两个部分彼此附接并在内部包含传感器来实现。一个或多个传感器可以例如被印刷到装置的一部分上或蚀刻到装置的一部分中，并且然后一旦部分已经彼此附接，该导电图案就会被包含在装置内。

作为示例，该一个或多个传感器可以是温度传感器、应变计和高电阻电缆、加速度计或其组合中的任何一种。

当装置1在使用中(例如用作车辆中的制动盘或布置成与电机中的滑环接合的碳刷(这些用途未在附图中示出))时，导电图案和/或传感器将向至少一个信号接收和/或信号处理单元5提供至少一个信号。

如图1所展示的，来自导电图案和/或(多个)传感器的信号可以以有线方式(未示出)或无线方式4传输。无线传输可以通过

来实现。

一个或多个信号可以由信号接收和/或信号处理单元5或由任何其他单元(未披露)处理，并且然后传输6到显示装置3。在图1中，显示装置3被展示为手持装置(例如智能电话)，但是显示装置可以是能够显示从导电图案和/或传感器发送的信号的结果的任何类型的装置。显示装置可以例如是灯，该灯响应于从导电图案和/或传感器发送的信号而点亮。根据一个实施例，信号接收/信号处理单元和显示装置可以是集成装置。

在一个替代方案中，信号接收和/或信号处理单元可以是两个物理上分开的装置。在一个替代方案中，信号接收和/或信号处理单元可以是一个集成装置。

信号接收和处理也可以在基于云的应用中进行。

信号接收和/或信号处理单元可以被布置在装置1附近、或者甚至被附接到该装置、或者可以被远程放置。

作为示例，该信号接收和/或信号处理单元5可以是计算机机箱、应用接口和基于云的单元中的任何一种。

信号接收和/或信号处理单元5可以被布置成从(多个)导电图案和/或(多个)传感器接收信号，并且基于这些信号来变换、转换或计算出结果。然后，可以将结果可视化或以不同方式呈现。如图1所展示的，可以将这些信号发送到智能电话中的应用，从而显示温度、装置的位置(例如，通过使用附接到装置的比如GPS等地理位置传感器)、电损耗和磨损率等。

在另一替代方案中，转换这些信号并将其显示在比如汽车等车辆的通信系统中，从而例如指示制动盘的温度或制动盘的磨损状态。

这样可以通过提供装置(比如碳刷和制动盘)的实时状态而不是仅仅指示这些装置何时例如磨损至不可用来提供监测这些装置的数字化的方式。

Claims (19)

1.一种石墨材料装置(1)，

其特征在于，

该石墨材料装置的内部和/或外部设置有至少一个导电图案(2)和/或至少一个传感器(2)。

2.如权利要求1所述的石墨材料装置(1)，其中，所述至少一个导电图案(2)和/或至少一个传感器(2)设置在所述装置的表面的至少一部分上或集成到所述装置的表面的至少一部分中。

3.如权利要求2所述的石墨材料装置，其中，所述至少一个导电图案和/或至少一个传感器通过蚀刻到所述表面的至少一部分中或印刷到所述表面的至少一部分上而被集成到所述装置中。

4.如权利要求2所述的石墨材料装置(1)，其中，所述至少一个导电图案(2)和/或至少一个传感器(2)附接到所述表面的至少一部分。

5.如权利要求1所述的石墨材料装置(1)，其中，所述至少一个导电图案(2)和/或至少一个传感器(2)被设置在该装置的内部。

6.如前述权利要求中任一项所述的石墨材料装置，其中，所述至少一个导电图案(2)是电路板。

7.如前述权利要求中任一项所述的石墨材料装置，其中，所述传感器(2)是温度传感器、应变计和高电阻电缆、加速度计或其组合中的任何一种。

8.如前述权利要求中任一项所述的石墨材料装置(1)，其中，所述导电图案(2)和/或传感器(2)被布置成将信号传输到信号接收和/或信号处理单元(5)。

9.如权利要求8所述的石墨材料装置，其中，所述单元被布置成远离该装置或与该装置集成。

10.如权利要求8所述的石墨材料装置，其中，这些信号以无线方式或有线方式来传输。

11.如权利要求10所述的石墨材料装置，其中，该无线传输通过

来进行。

12.如前述权利要求中任一项所述的石墨材料装置，其中，该石墨材料是天然石墨、电子石墨和金属石墨中的任何一种。

13.如权利要求12所述的石墨材料装置，其中，该石墨材料是烧结的金属石墨。

14.如前述权利要求中任一项所述的石墨材料装置，其中，该石墨装置是碳刷、制动盘、衬套和轴承中的任何一种。

15.如前述权利要求中任一项所述的石墨材料装置，其中，该装置是消耗件或磨损件。

16.一种包括如权利要求1至15中任一项所述的石墨材料装置(1)以及信号接收和/或信号处理单元(5)的系统(10)。

17.如权利要求16所述的系统，其中，所述信号接收和/或信号处理单元(5)是计算机机箱、应用接口和基于云的单元中的任何一种。

18.一种用于监测如权利要求1至15中任一项所述的石墨材料装置的方法，其中，该方法包括以下步骤：

为石墨材料装置(1)设置导电图案(2)和/或至少一个传感器(2)；

将所述石墨材料装置(1)放置在使用该石墨材料装置的应用中；

在所述应用中使用所述石墨材料装置(1)；以及

由信号接收和/或信号处理单元(5)接收来自所述导电图案(2)和/或传感器的信号，由此使用所述信号来监测所述石墨材料装置。

19.如权利要求1至15中任一项所述的石墨材料装置(1)用作碳刷、制动盘、衬套和轴承中的任何一种的用途。

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