JP2013019539A - カーボンセラミック製ブレーキディスクの磨耗を測定するための装置 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明の目的は、磨耗をより確実に計測可能な、上記したタイプの装置を提供することである。
【解決手段】カーボンセラミック製ブレーキディスクの磨耗を測定するための装置であって、ブレーキディスクに磁界を生成するように構成され、ブレーキディスクにおける渦電流を検知するための、いくつかのコイル（１５）を備える。これらコイルは、プリント回路プレート（２５）上に設けられた導電リードとして構成される。
【選択図】図３

Description

本願は、２０１１年７月１２日に出願された独国実用新案出願ＮＯ．２０ ２０１１ １０３ １０５．９に基づく優先権を主張するものである。この独国実用新案出願の内容は、この参照により本稿に含まれるものとする。

本発明は、カーボンセラミック製ブレーキディスクの磨耗を測定するための装置に関するものであり、この装置は、ブレーキディスクにおいて磁界を生成し、ブレーキディスクにおける渦電流を検知するための、少なくとも１つのコイルを備える。

「カーボンセラミック製ブレーキディスク」は、カーボンセラミックを含むブレーキディスクであり、カーボンセラミックは、セラミックマトリクスと、該セラミックマトリクスに組み込まれたカーボンファイバを有する。

このようなカーボンセラミックブレーキディスクにおいては、カーボンファイバの酸化と、それに起因する磨耗が、高い動作温度により発生する。この磨耗は、単なる光学検査によっては、確実に認識することができない。改善された磨耗認識は、誘電方法の計測によって達成される。このタイプの計測にて用いられる原理は、渦電流減衰に基づいており、これは、連続的に動作する２つのコイル（ＥＰ１３８７１６６号）、および、パルス動作における１つまたは２つのコイル（ＤＥ１０ ２００８ ０５１ ８０２号）のいずれかを用いるものである。これらの文献においては、誘導計測と、磨耗の重量測定との間の良好な相関関係が開示されている。従来取引されているプロフォメータ（ｗｗｗ．ｐｒｏｃｅｑ．ｃｏｍ）は、計測装置として用いられている。このタイプの技術を用いることによって、計測のためにディスクブレーキを解体する必要がない。また、計測値が、汚れや液体の存在と無関係であることが知られている。

このような手順における、これまでの最大の課題は、避けることのできない材料の不均一性のために、位置関数（１００％までの変動が観測されている）として、計測値が大きく異なってしまうという事実にある。さらなる変動が、ディスク内にて延在する通風ダクトによって引き起こされる。従来の装置は、数ｍｍの転位において、１０％以上逸脱した値を示す。新しいディスクと磨耗したディスクとの間の計測値の落ち込みは、約４０〜５０％となるので、このような位置依存性は、計測に対する大きな欠点となる。

ＤＥ１０ ２００８ ０５１ ８０２号は、ゲージと機械的位置決め手段による位置決め技術を記載しているが、これは、実現不可能であることが明らかとなっている。

さらに、計測装置がディスクに対して正確に設置されている場合のみ、信頼性の高い計測値が記録され得ることに留意するべきである。そして、このことが、動作位置において手動で操作される場合の、装置の形状に関する追加的な要求へと繋がってしまう。

さらなる阻害要因は、例えば、キャリパ、車軸、およびフェンダーといった、組み込み式のブレーキディスクの周囲に配される金属要素によって生じる。

したがって、本発明の目的は、磨耗をより確実に計測可能な、上記したタイプの装置を提供することである。

この目的は、以下の装置によって達成される。すなわち、この装置は、カーボンセラミック製ブレーキディスクにおける磨耗を測定するための装置であって、ブレーキディスクに磁界を生成するように構成され、ブレーキディスクにおける渦電流を検知するための、少なくとも１つのコイルを有するコイル装置を備える。そして、該コイル装置は、弧状の計測領域を有する。

ここで、「計測領域」とは、計測平面（例えば、コイル平面に対して平行な平面）における領域である。この計測平面に、コイルまたは複数のコイルの磁界が到達する。特に、上記計測領域は、計測平面におけるそれらの位置から構成され、該位置においては、（複数の）コイルによって生成される磁界の磁束が、上記計測平面における磁界の磁束の最大値の少なくとも５０％となっている。

特許請求されているように構成された計測領域によって、非局所的な計測が、ブレーキディスクの拡大された領域に亘って、実行され得る。これにより、該計測が、カーボンセラミックの局所的な不均一性に対して、より鈍いものとなる。

有利には、コイル装置は、少なくとも３つ、特に４つ以上のコイルを有し、これに加えて、これらのコイルを用いて計測領域に磁界を生成するためのドライバが設けられる。

本装置の第１の斜視図である。 ブレーキディスクに対して当接している状態の本装置の図である。 計測コイルの配置を示す図である。 ディスクブレーキ上の計測領域を示す図である。 角度関数としての計測値を示すグラフである。 本装置の部分的ブロック回路図である。 ２列の計測コイルを有する装置を示す図である。

本発明は、以下の詳細な説明を考慮した場合、より理解され、上記に説明した以外の目的もより明確になるであろう。この説明は、添付の図面を参照する。

図１の装置は、計測面２を有するハウジング１を備え、該計測面２は、計測中（図２を参照）にブレーキディスク４の前面３と当接するように構成されている。さらに、ストッパ５、６が、ハウジング１に設けられており、これらストッパ５、６は、計測面２に対して横断する方向（特に、直交する方向）に延びている。ストッパ５、６は、ハウジング１を、ブレーキディスク４の外縁端７に対して径方向に当接させるように機能する。すなわち、これらストッパ５、６は、ハウジング１を、ブレーキディスクに関して径方向に配列させるために用いられる。ストッパ５、６は、計測面２を超えて延びる突出部として構成されている。有利には、ブレーキディスク４上における径方向の規定された当接を確実とするために、このような突出部が２つ設けられる。

図１の装置は、表示部８をさらに備え、該表示部８は、有利には、計測面２の反対側のハウジングの側部に配置されている。これにより、表示部８は、使用者によって良好に視認可能となる。ハウジング１の側部９上には、光源１１が設けられている。ここで、側部９は、装置をブレーキディスク４に対して正確に当接させるために、ブレーキディスクの車軸に面している。光源１１は、例えば、半導体レーザを有し、該半導体レーザの光ビームは、例えば、平面的な光照射領域１２を形成するように、前面３に直交する方向に向けて延びる。本装置がブレーキディスクに正確に当接しているときに、光１３のストリップが前面３上に形成されるように、光源１１とストッパ５、６とが互いに整列すべく配置されるので、光源１１は、位置決めの補助として機能する。本装置を、ブレーキディスク上に配置された１以上のマーク１４に対して、定められた方法で方位角度的に整列させるために、使用者は、光１３のストリップを用いることができる。この手段は、追加的な機械的マーカーを必要とせず、且つ、あらゆる寸法のディスクに適合する。より良好な識別のために、光源は、輝度において変調されてもよい。

使用者は、ハウジング１を、図２に示す方法で、ブレーキディスクに対して設置することができる。ここで、突出部５、６は、本装置を径方向に配列させ、計測面２は、軸方向への配列をもたらす。本装置を正確な方位角度位置に移動させるために、使用者は、本装置をブレーキディスク４の周方向に沿って移動させる。この動きを容易にするために、突出部５、６は、ブレーキディスク４の外縁端７に沿って転動するローラ、すなわち回転可能なシリンダによって、形成され得る。

上記したように、計測は、１以上のコイルによって実行される。図３は、複数のコイル１５が設けられた、有利なコイル装置を示している。この実施形態においては、コイル１５は、一列に整列するように配置されており、これにより、これらの中心が、弧状のカーブ１６（特に、円弧）に沿って存在することとなる。ここで、円形コイルの中心とは、その周囲にコイルが巻かれた中心軸であるものと理解される。

コイル１５は、図４に点線で描かれているような、弧状の計測領域１８を形成する。計測領域は、同心円線２０と２１との間のリング１９内に存在している。リングの径方向の幅Ｄ（すなわち、円線２０と２１との間の距離）は、２ｃｍよりも小さい。リングに沿って接線方向に測られる、計測領域の長さＬは、少なくとも８ｃｍの長さである。リング１９の内径Ｒは、１０〜１５ｃｍの範囲である。このタイプの計測領域によって、金属部材を取り付けること、または、ブレーキディスクの端部領域が計測領域内に含まれてしまうことなく、従来のブレーキディスクの実質的な領域に到達可能となる。

単列のコイルを用いる代わりに、少なくとも２列のコイルを用いることも可能である。この構成が、図７に示されており、ここでは、２列のコイル１５が、２列の平行な弧状カーブ１６’、１６”（特に、２つの同心の円弧）に配置されている。有利には、異なるカーブに配置された、２つの隣接するコイル１５の各々は、図７において＋印と−印として示されているように、逆平行に分極されている。この手段によって、１つのコイルの磁界が、隣接する各コイルに偏向され、これにより、ブレーキディスク４内の非常に深い位置まで達することなく、ブレーキディスク４の実質的な体積に亘って延在することとなる。これにより、コイルの磁界が、金属部材によって影響を受け得る位置である、ブレーキディスク４の反対側にまで貫通して到達してしまうことを防止することができる。

原則として、図３および図４の実施形態においても、隣接する２つのコイルの各々は、逆平行に分極されてもよい。しかしながら、図７に示すように、２列のコイルが設けられた配置における、逆平行に分極されたコイルを使用することが、特に有利であることが明らかとなっている。

ここで、「逆平行に分極された（Ｐｏｌｅｄ ａｎｔｉ−ｐａｒａｌｌｅｌ）」との語は、２つのコイルによって生成された磁界が、互いに逆平行となるものとして理解されるべきである。この構成は、例えば、２つのコイルを反対の巻き方向に巻線し、且つ、これらに同位相の電流を入力することによって、達成され得る。または、この構成は、２つのコイルを同じ巻き方向に巻線し、且つ、これらに逆位相の電流を入力することによっても、達成され得る。

図３に示すコイル１５は、共通のキャリアプレート２５に有利に配置され、該キャリアプレート２５は、これらコイルの取り付けと、互いの整列を簡易化させる。有利には、これらコイルは、多層プリント回路基板として実施される、キャリア２５上の同心導電リードとして構成される。

図３に示す実施形態においては、キャリアプレート２５は、計測面２を形成するハウジングの壁部２６上に設置されている。有利には、キャリアプレート２５は、壁部２６にラミネートされている。代替的には、キャリアプレート２５は、ハウジングの外壁、すなわち計測面２自体を形成してもよい。これらの実施形態は、双方とも、コイル１５を、ブレーキディスクの表面に対して、近接且つ良好に規定された空間的関係の位置に、位置決めすることができる。特に、コイル１５と測定対象サンプルとの間の距離は、一方を他方に押し付ける力が変化した場合においても、変動することがない。ほんの数十ミリメートルでの距離の変動が、非常に大きな信号の変動に繋がってしまうので、上記事項は、重要である。

コイル１５は、サンプルの厚みの半分に凡そ相当する直径を有する。これにより、これらコイルによる磁界は、該磁界の実質的な部分がディスクブレーキの反対側から放出してしまうことなく、ブレーキディスクの十分に深い位置まで達することとなる。典型的なブレーキディスクに関するこれらの要求を満たすために、コイル１５の有利な直径は、１０〜１５ｍｍの範囲となる。コイルが非回転対称である場合、この直径は、計測装置がブレーキディスクに対してその計測位置に設置されたときに、ブレーキディスクに対して接線方向となる直径である。

図５は、選択された配置が要求を満たしている状態を示す。波状の線は、その直径がディスクの厚みに凡そ相当する単一のコイルを用いて計測した場合の、信号の位置依存性を示している。変調の一部が、通風チャネルによって引き起こされる。ここで、変動は、組成物の元々の不均一性により、重複的且つ非周期的となる。滑らかな線は、ここで説明された装置を用いてサンプリングした場合に、生成される線である。縦軸は、線形単位での測定値を示し、横軸は、ブレーキディスクの外縁端に沿った、装置の角度または方位位置を示す。

図６は、コイル回路の可能性のある実施形態を示す。すなわち、ここでは、コイル１５の動作を制御し、該コイル１５によって計測領域に磁界を生成するドライバ３０が設けられている。電子スイッチ３１は、コイル１５が、スイッチ３１を閉じることによって、互いに並列に、電圧源３２から供給される電圧に連結され得るように、それぞれのコイルに連結されている。この並列構造は、電圧変換器を用いることなく、例えば簡単な電池のように、電圧源３２を低い電圧で用いることを可能とする。スイッチ３１が遮断された場合、コイルは、電圧源との接続を切られ、ブレーキディスクにおける渦電流のために、各コイルにおいて誘導電圧が生成される。これらの誘導電圧が、ドライバ３０によって、演算または電子的に加えられる。このような方法で、低い供給電圧が使用された場合であっても、比較的に強力な信号が生成されることとなる。

有利には、本装置は、例えば実行された計測のプロトコルを生成するために、外部装置とデータを交換するためのインターフェース３９を備える。さらに、１以上のボタン４０が、現在の計測値を記録、および／またはマーキングするために、本装置に配置されてもよい。

原則として、弧状の断面を有する単列のコイルのみが設けられた装置を備えることも可能である。しかしながら、このようなコイルは、高いインダクタンスを有し、より多くの電力を要し、且つ、動作が遅くなる。さらに、その磁界は深い位置まで達し、これにより、ブレーキディスクの背面に配置されたコンポーネントが計測に含まれてしまう虞を生じさせる。これらの理由から、複数のコイル（特に、４つ以上のコイル）を用いることが有利である。

以上、本発明の有利な実施形態を示し、且つ説明した。しかしながら、本発明は、これに限定されるものではなく、添付の特許請求の範囲において様々に具体化され、実施され得ることを、明確に理解するべきである。

上記説明したように、本稿においては、以下の発明が記載されている。

本発明の一実施形態に係る装置は、カーボンセラミック製ブレーキディスクにおける磨耗を測定するための装置であって、ブレーキディスクに磁界を生成するように構成され、ブレーキディスクにおける渦電流を検知するための、少なくとも１つのコイルを有するコイル装置を備え、コイル装置は、弧状の計測領域を有する。

好ましくは、弧状の計測領域は、リング状に配置され、リングの径方向の幅は、２ｃｍよりも小さく、リングの内径は、１０〜１５ｃｍの範囲であり、計測領域の、リングに沿う接線方向の長さは、少なくとも８ｃｍである。

好ましくは、装置は、計測領域に磁界を生成するように構成された、少なくとも３つのコイルを備える。

好ましくは、装置は、計測領域に磁界を生成するように構成された、４つ以上のコイルを備える。

好ましくは、装置は、電圧源をさらに備え、ドライバは、コイルを、互いに並列に電圧源に接続するように構成されている。さらに好ましくは、ドライバは、コイルと電圧源との接続を切り、コイルと電圧源との接続を切った後に、コイルにおいて生じた誘導電圧を合算する。

好ましくは、コイルは、共通のキャリアプレートに配置される。さらに好ましくは、コイルは、キャリアプレート上の導電リードによって形成される。

好ましくは、コイルの各々は、中心の周りに延在し、複数のコイルの中心は、弧状のカーブ上に配置される。さらに好ましくは、コイルの中心は、円弧上に配置される。

好ましくは、コイルの各々は、中心の周りに延在し、コイルの中心は、弧状の、互いに平行な、少なくとも２つのカーブ上に配置される。さらに好ましくは、コイルの中心は、少なくとも２つの同心の円弧上に配置される。さらに好ましくは、異なるカーブ上の、隣接する２つのコイルの各々は、互いに対して逆平行に分極される。

好ましくは、互いに隣接するコイルは、互いに対して逆平行に分極される。

好ましくは、装置は、ハウジングと、ハウジング上に配置され、ブレーキディスクに対して径方向に当接するように構成されたストッパとをさらに備える。さらに好ましくは、装置は、ブレーキディスクの前側部に対して当接するための計測面を備え、ストッパは、計測面に対して横断する方向に延びる突出部によって構成される。さらに好ましくは、コイルは、共通のキャリアプレート上に配置され、キャリアプレートは、計測面を形成し、または、計測面を形成する壁部の内側部に当接する。

好ましくは、突出部は、ローラによって構成される。

好ましくは、位置決めの補助として、光領域を生成するための光源をさらに備える。

好ましくは、装置は、位置決めの補助として、光領域を生成するための光源をさらに備え、光源およびストッパは、装置をブレーキディスクに対して当接させているときに、ブレーキディスクの前面上に光のストリップを生成するように、互いに配置される。

好ましくは、コイルの直径は、１０〜１５ｍｍの範囲である。

Claims (21)

1. カーボンセラミック製ブレーキディスクにおける磨耗を測定するための装置であって、
   前記ブレーキディスクに磁界を生成するように構成され、前記ブレーキディスクにおける渦電流を検知するための、少なくとも１つのコイル（１５）を有するコイル装置を備え、
   前記コイル装置は、弧状の計測領域（１８）を有する、装置。
2. 前記弧状の計測領域（１８）は、リング状に配置され、
   前記リングの径方向の幅（Ｄ）は、２ｃｍよりも小さく、
   前記リングの内径（Ｒ）は、１０〜１５ｃｍの範囲であり、
   前記計測領域（１８）の、前記リングに沿う接線方向の長さ（Ｌ）は、少なくとも８ｃｍである、請求項１に記載の装置。
3. 前記計測領域（１８）に磁界を生成するように構成された、少なくとも３つのコイル（１５）を備える、請求項１または２に記載の装置。
4. 前記計測領域（１８）に磁界を生成するように構成された、４つ以上のコイル（１５）を備える、請求項１〜３のいずれか１項に記載の装置。
5. 電圧源（３２）をさらに備え、
   ドライバ（３０）は、前記コイル（１５）を、互いに並列に前記電圧源（３２）に接続するように構成されている、請求項３または４に記載の装置。
6. 前記ドライバ（３０）は、前記コイル（１５）と前記電圧源（３２）との接続を切り、前記コイル（１５）と前記電圧源（３２）との接続を切った後に、コイル（１５）において生じた誘導電圧を合算する、請求項５に記載の装置。
7. 前記コイル（１５）は、共通のキャリアプレート（２５）に配置される、請求項４〜６のいずれか１項に記載の装置。
8. 前記コイルは、前記キャリアプレート（２５）上の導電リードによって形成される、請求項７に記載の装置。
9. 前記コイルの各々は、中心の周りに延在し、複数の前記コイル（１５）の中心は、弧状のカーブ（１６）上に配置される、請求項４〜８のいずれか１項に記載の装置。
10. 前記コイル（１５）の中心は、円弧上に配置される、請求項９に記載の装置。
11. 前記コイルの各々は、中心の周りに延在し、前記コイル（１５）の中心は、弧状の、互いに平行な、少なくとも２つのカーブ（１６）上に配置される、請求項４〜８のいずれか１項に記載の装置。
12. 前記コイル（１５）の中心は、少なくとも２つの同心の円弧上に配置される、請求項１１に記載の装置。
13. 互いに隣接するコイル（１５）は、互いに対して逆平行に分極される、請求項１〜１２のいずれか１項に記載の装置。
14. 異なるカーブ上の、隣接する２つのコイル（１５）の各々は、互いに対して逆平行に分極される、請求項１１に記載の装置。
15. ハウジング（１）と、
    前記ハウジング（１）上に配置され、前記ブレーキディスクに対して径方向に当接するように構成されたストッパ（５、６）と、をさらに備える、請求項１〜１４のいずれか１項に記載の装置。
16. 前記ブレーキディスクの前側部に対して当接するための計測面（２）を備え、
    前記ストッパ（５、６）は、前記計測面に対して横断する方向に延びる突出部によって構成される、請求項１５に記載の装置。
17. 前記コイル（１５）は、共通のキャリアプレート（２５）上に配置され、
    前記キャリアプレート（２５）は、前記計測面を形成し、または、前記計測面（２）を形成する壁部（２６）の内側部に当接する、請求項１６に記載の装置。
18. 前記突出部は、ローラによって構成される、請求項１６または１７に記載の装置。
19. 位置決めの補助として、光領域（１２）を生成するための光源をさらに備える、請求項１〜１８のいずれか１項に記載の装置。
20. 位置決めの補助として、光領域（１２）を生成するための光源をさらに備え、
    前記光源（１１）および前記ストッパ（５、６）は、前記装置を前記ブレーキディスクに対して当接させているときに、前記ブレーキディスクの前面上に光のストリップを生成するように、互いに配置される、請求項１５に記載の装置。
21. 前記コイル（１５）の直径は、１０〜１５ｍｍの範囲である、請求項１〜２０のいずれか１項に記載の装置。