KR102399405B1 - 제동 요소와 피제동 요소 사이의 정지마찰의 물리화학적 조건들을 연구하고 확립하기 위한 방법 및 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은, 제1 및 제2 기계적 요소들(4, 5)이 각각 제1 및 제2 지지체들(7, 9)에 부착되며, 이들은 전기화학 셀(2)을 형성하기 위하여 상대 전극(19) 및 기준 전극(20)과 함께 하는 전해질(21) 내에 침지되고, 전기화학 셀의 제2 기계적 요소는 절연 전선(12)에 연결되는 작동 전극이고, 절연 전선은 또한 상대 전극을 전위/전류 발생기(23)에 연결하고; 제2 지지체 내에 나머지가 포함된 제2 요소의 덮이지 않은 제1 면(15)이 제1 요소(4)에 대항하여 가압되고, 적어도 하나의 미리결정된 값의 제2 요소에 인가되는 전위 및/또는 미리결정된 전류가 통과되어, 전해질을 통해 전송되는 전류를 인가된 전위의 함수로서 그리고/또는 확립되는 전위를 미리결정된 전류의 함수로서 검출하는, 방법을 제공한다.

Description

제동 요소와 피제동 요소 사이의 정지마찰의 물리화학적 조건들을 연구하고 확립하기 위한 방법 및 장치

본 발명은 제동 요소(braking element), 특히 브레이크 패드와 피제동 요소(element to be braked), 특히 차량 브레이크 디스크 사이의 정지마찰의 물리화학적 조건들을 연구하고 확립하기 위한 방법 및 장비에 관한 것이다.

특히 가혹한 작동 및/또는 환경 조건 하에서, 예를 들어, 빈번한 오프-로드 구동 및/또는 염분이 섞인 공기 또는 산성 비에 노출된 진창길 상에서의 구동 하에서, 이는 사용 시, 차량의 브레이크 패드들 중 하나 이상의 브레이크 패드가 주철 또는 강철로 제조된 상대 브레이크 디스크에 대해 "접착(gluing)"을 초래할 수 있는 것으로 알려져 있다. 이는 일반적으로 부식 현상 때문에 발생하며, 이러한 부식 현상은 브레이크 디스크에 영향을 주며, 그리고 제동 동안, 부식성 제품들이 브레이크 패드의 마찰 재료와 조합하여 브레이크 디스크에 대한 브레이크 패드의 우발적인 접착을 야기하며, 이러한 접착은 차량 브레이크가 비활성화될 때에도 일시적으로 유지된다. 이러한 접착 현상은 영어 기술 용어 "stiction(정지마찰)", 즉 용어 "static(정지)" 및 "friction(마찰)", 즉 용어 "static friction(정지 마찰)"을 축약하고 병합한 것으로부터 유래되는 용어로서 알려져 있다.

명백하게는, 사용 중에 차량에 대한 정지마찰 접착 현상의 발생은, 제동 동안의 덜컥거림(jolt)/변형(straining), 후속으로 브레이크의 해제, 에너지 소비의 증가, 및 극단적인 경우에, 차량 고장 및/또는 브레이크 패드의 조기 교체의 필요성을 야기하는 브레이크 패드의 마찰 재료의 파손과 같은 다양한 단점을 포함한다.

현재, "정지마찰" 현상의 발생을 예상하거나 적어도 신뢰성 있게 검출하기 위해 표준화된 정밀한 방법 또는 시스템이 없으며, 이는 또한 그러한 현상의 개시를 야기할 수 있는 화학적-물리적 조건을 실험적으로 확립하기 위해 쉽게 해석가능한 결과를 제공하지도 않는다.

본 발명의 목적은 2개의 기계적 요소 사이, 구체적으로, 제동 요소, 특히 브레이크 패드와 피제동 요소, 특히 차량 브레이크 디스크 사이에서 정지마찰의 물리화학적 조건을 연구하고 확립하기 위하여, 다시 말하면, 차량에서의 정지마찰 접착 현상의 원인을 실험실에서 연구하고 측정하기 위하여 단순하고 신뢰성 있는 방법 및 단순하고 신뢰성 있는 장비를 제공하는 것이다.

따라서, 본 발명은 첨부된 청구범위에 기재된 특징을 갖는, 2개의 기계적 요소 사이, 구체적으로 제동 요소, 특히 브레이크 패드와 피제동 요소, 특히 차량 브레이크 디스크 사이에서 정지마찰의 물리화학적 조건을 연구하고 확립하기 위한 방법 및 장비를 제공한다.

본 발명은 이제 첨부 도면들의 도면들을 참조하여 더욱 상세하게 설명될 것이다.
도 1은 본 발명에 따라 제조된 측정 장비에 관계되는 전기화학 셀의 일부를 형성하는 정지마찰 셀로 불리는 요소의 정면도를, 부분적으로 단면으로, 개략적으로 도시한다.
도 2는 도 1의 정지마찰 셀을 사용하여 구현된 3전극 전기화학 셀, 및 전기화학 기술의 사용에 의해 정지마찰 현상을 촉발시키기 위해 어떻게 전기화학 셀이 본 발명에 따라 측정을 수행하기 위해 포텐시오스타트(potentiostat)/갈바노스타트(galvanostat)에 연결되는지를 개략적으로 도시한다.
도 3은 도 2에 도시된 본 발명에 따른 측정 장비 구성요소들을 사용하는 것에 의해 얻어질 수 있는 전기화학 측정의 예를 도시한다.
도 4 및 도 5는 각각 본 발명에 따른 측정 장비 구성요소의 추가 구성요소의 개략적인 3/4 사시도를 도시한다. 도 5는 제동 요소(브레이크 패드)와 접촉하여 장착된 피제동 요소(브레이크 디스크)의 샘플이 도 4의 장비 구성요소 내에 어떻게 위치되는지를 상세히 도시한다.

도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 대상인 장비(3)의 일부를 형성하는 정지마찰 셀이 전체적으로 도면 부호 1로 표시되어 있다. 정지마찰 셀(1)은 도 2에 도시된 3전극 구성을 갖는 전기화학 셀(2)을 생성하는 데 사용된다. 또한, 도 2는 전기화학 셀(2)이 어떻게 포텐시오스타트/갈바노스타트에 연결되어 있는지를 도시한다. 전기화학 셀(2)은 포텐시오스타트/갈바노스타트와 함께 장비(3)의 일부이다. 이러한 장비(3)는 2개의 기계적 요소들(4, 5) 사이, 특히 브레이크 패드와 같은 제동 요소와, 강철 또는 주철 브레이크 디스크와 같은 피제동 요소 - 공지되어 있으며 단순함을 위해 도시되지 않음 - 사이에서 정지마찰의 물리화학적 조건을 연구하고 확립하기 위해 사용된다.

정지마찰 셀(1)은, 도시된 예에서는 직사각형 프레임의 형태로 형상화된 합성 플라스틱 재료 또는 다른 전기 비전도성 재료로 제조되고 제1 지지체(7)를 가지며, 이러한 제1 지지체는 제1 지지체 위에 놓여 있지만 그 자체를 중심으로 기계적 요소의 회전 가능성을 갖는 제1 기계적 요소(4)를 수용하도록 설계된, 본체(6); 지지체(7)의 반대측 면 상에 본체(6)에 의해 활주하도록 담지되고, 제2 기계적 요소(5)를 각방향으로(angularly) 고정되는 방식으로 견고하게 수용하기에 적합한 제2 지지체(9)를 담지하는 슬라이드(8); 및 슬라이드(8)를 지지체(7)에 대해 이동시키기 위한 장치(10)를 포함한다(도 1).

지지체(9)는, 알 수 있는 바와 같이, 중합체 수지의 블록이며, 여기에서 도시된 바람직한 실시예에서 디스크 샘플(5)이 매설/포함되며, 작동 전극으로서 포텐시오스타트에 대한 샘플(5)의 연결을 위한 절연 전기 접점(12)을 추가로 포함한다.

슬라이드(8)는, 이 슬라이드가 회전하는 것을 방지하는 본체(6)의 각각의 측방향 가이드(11)를 따라 활주하며, 가이드(11)를 따라 제1 지지체(7)로 그리고 그로부터 이동가능하다.

제2 지지체(9)는, 도 1에 잘 도시된 바와 같이, 사용 시 제2 기계적 요소(5)를 내부에 매설된 채로 담지하도록 설계된 에폭시 수지의 프리즘형 블록으로 이루어져서, 제1 지지체(7)와 대면하는 제2 지지체(9)의 하나의 전방 단부(16)와 동일 평면에 배열된 단 하나의 면(15)을 덮지 않은 채로 남겨둔다.

이러한 프리즘형 블록에는 제2 기계적 요소(5)에 연결된 전기적으로 절연된 전선으로 이루어진 접점(12)이 제공되며; 지지체(7)는 본체(6)에 의해 정적이고 고정되고 미리결정된 위치에서 담지되고, 지지체(9)와 축방향으로 배열된다.

취급 장치(10)는 바람직하게는, 지지체들(7, 9)과 축방향으로 배열되고 슬라이드(8)에 기계적으로 연결된 금속 스크류(13), 및 스크류(13)와 맞물리고 본체(6)를 통해 본체와 일체로 장착된 금속 너트(14)를 포함한다.

슬라이드(8)는, 바람직하게는 프리즘형인 금속 바(bar)로 이루어진다.

전선(12)은, 용접 스폿(18)(도 1)에 의해, 또는 전류 통과를 허용하며 다만 이어서 지지체(9)인 임의의 다른 유형의 조인트에 의해 면(15) 반대편인 기계적 요소(5)의 제2 면(17)에 기계적으로 그리고 전기적으로 부착되는데, 지지체(9)는 냉간 성형(에폭시 수지는, 알려진 바와 같이, 실온에서 중합되는데, 그 이유는 요소(5)가 절연 전선(12)에 이미 부착되어 배열되어 있었던 개방 주형 내로 수지를 붓는 데 충분하기 때문임)에 의해 기계적 요소(5)에 용접된 전선(12)의 단부 부분, 및 면(15)을 제외한 기계적 요소(5)의 실질적 전부 둘 모두를 유체 밀봉 방식으로 통합하여 제조되며, 면(15)은 지지체(9)에 의해 덮이지 않고 이에 따라 주위 환경에 노출된 채로 유지된다. 전선(12)의 나머지는 그의 전체 길이에 대해 그리고 지지체(9)를 넘어서 유체 밀봉 방식으로 돌출된다.

장비(3)는 전기화학 셀(2) 전체를 포함하며(도 2), 전기화학 셀(2)은 이미 설명된 정지마찰 셀(1), 전기화학 셀 내의 캐소드로서 통상 사용되는 유형의 상대 전극(19), 예를 들어 백금 와이어, 예를 들어 유형 Ag/AgCl(은/염화은)의 전위 측정을 위한 기준 전극(20), 및 전해질(21)을 위한 용기(22)를 포함하며, 전해질(21) 내에 전극들(19, 20) 및 기계적 요소들(4, 5)과 일체로 제공된 지지체들(7, 9)이 침지되지만 슬라이드(8)는 침지되지 않는다.

따라서, 전기화학 셀(2)은 작동 전극에 의해 전기적으로 구성되는데, 상기 작동 전극은 샘플로 예시된 예에서 정지마찰 셀(1)에 의해 제동 요소(4)(패드)의 전부 또는 일부와 접촉하도록 조립된 피제동 요소(5)(디스크)로 이루어지며; 상기 기준 전극(20)은 전기화학 측정을 위해 사용될 수 있는 임의의 기준 전극(예를 들어, Ag/AgCl 전극(3M KCl))으로 이루어지며; 상기 상대 전극(19)은 전기화학 측정을 위해 사용될 수 있는 임의의 상대 전극(예를 들어, Pt 전극)으로 이루어진다.

전해질은, 예를 들어 1 중량%의 NaCl의 농도에서, 예를 들어 염화나트륨 수용액으로 된, 임의의 전기 전도성 수용액으로 이루어진다.

장비(3)는 또한 전자 포텐시오스타트/갈바노스타트로 이루어지는 전위/전류 발생기(23)를 포함하며, 발생기(23)에는 기준 전극(20) 및 상대 전극(19)이 적절한 케이블(24)에 의해 전기적으로 연결되고 절연 전선(12)이 또한 전기적으로 연결되어, 제2 기계적 요소(5)는, 그가 절연 전선(12)에 전기적으로 연결될 때, 전기화학 셀(2)의 작동 전극을 구성하게 한다. 명백하게는, 수행될 실험에 따라, 고정된 또는 가변하는 전위차와, 미리설정된 또는 가변하는 값의 전류 둘 모두를 생성하는 데, 그리고 정전위 분극 곡선(potentiostatic polarization curve) 또는 동전위 분극 곡선(potentiodynamic polarization curve), 즉 기구(23) 상에서 조정될 수 있는 설정에 따라 모든 것을 얻기 위해 작동 전극을 분극화하는 데 사용될 수 있는 기구 대신에, 포텐시오스타트와 같은 전압 발생기만이 사용될 수 있거나 갈바노스타트와 같은 전류 발생기만이 사용될 수 있다. 장비(3)는 최종적으로, 미리결정된 알려진 크기의 토크를 스크류(13)에 인가함으로써 제2 지지체(9)를 제1 지지체(7)를 향해 미는 방식으로 스크류(13)를 회전시키기 위한 임의의 공지된 유형의 토크 렌치(25)를 포함한다.

스크류(13)를 회전시킴으로써, 기계적 요소(5)의 노출된 면(15)은 기계적 요소(4)와 접촉하게 되고, 이어서 그에 대항하여 토크 렌치(25)에 의해 조절가능한 미리결정된 알려진 힘으로 밀린다.

장비(3)는, 본 발명의 태양에 따라, 도 4에 개략적으로 도시된 시험 벤치(26)에 의해 완성된다.

시험 벤치(26)는, 이전에 전기화학 셀(2) 내에서 발생된 전기화학적 프로세스의 효과에 의해, 알게 되는 바와 같이, 정지마찰에 의해 함께 접착되는 기계적 요소들(4, 5)을 사용 시에 수용하도록 설계된 지지 베이스(27)를 포함하고; 지지 베이스(27)에는 사용 시에 기계적 요소들(4, 5) 중 하나에 점진적으로 증가하는 추력을 인가하도록 설계된 푸셔(pusher)(28) 및 바이스(vice)(29)가 구비되고, 한편 다른 하나는 바이스(29)에 의해 단단히 유지된다. 예를 들어, 베이스(27) 상에서 이동가능하고 요소(4)와 함께 정지마찰로 인하여 요소(4)에 접착되지만 바이스(29)에 의해 조여지지 않은 요소(5)를 유지하는 바이스(29)는, 레버(30)에 의해 지지 베이스(27) 상에 고정된 푸셔(28)를 향해 밀리며; 바이스(29)의 이동으로 인해 푸셔(28)와 요소(4) 사이에서 교환되는 추력, 즉 힘을 측정하기 위해, 푸셔(28)에 연결되고 베이스(27)에 의해 일체로 담지된 기구(31)가 시험 벤치(26)를 완성한다.

특히, 알게 되는 바와 같이, 스크류(13)가 미리결정된 힘으로 요소(4)에 대항하여 면(15)을 미는 동안에, 전해질(21)에 대한 노출 및 전기화학 셀(2)에 의해 수행되는 전기화학적 과정의 결과로서, 2개의 기계적 요소들(4, 5)은 정지마찰 접착 현상으로 인해 서로 영구적으로 접착하게 되고, 함께 결합된 시험 벤치(26)에 옮겨지며; 또한, 요소(5)는 지지체(9) 내로 견고하게 통합되며, 이는 이어서 시험 벤치(26)로 또한 전달되고, 푸셔(27)가 기계적 요소(4)에 대항하여 측방향으로 작용하는 동안, 예를 들어 바이스(29)에 의해 지지 베이스(27) 상에서 요소(5)를 봉쇄(block)하기 위해 사용된다.

지금까지 설명된 장비(3)를 사용하여, 본 발명에 따라, 2개의 기계적 요소들(4, 5) 사이, 특히 제동 요소와 차량의 피제동 요소 사이에 정지마찰의 물리화학적 조건을 연구하고 확립하기 위한 방법이 나올 수 있다.

실제로, 본 발명의 방법에 따르면, 제1 기계적 요소(4)는 마찰 재료(32)(도 5)를 포함하는 방식으로 차량 제동 요소로부터 취해진 미리결정된 제1 치수의 샘플이고, 특히, 이는, 마찰 재료(32)가 상향으로 향하는, 즉 지지체(7)에 반대측 면 상에서 지지체(9) 및 스크류(13)를 향하는 상태에서 지지체(7) 상에 제거가능한 방식으로 배치되는 브레이크 패드의 부분으로 구성된다.

반면에, 제2 기계적 요소(5)는 차량 제동 요소로부터 취해진 미리결정된 제2 치수의 샘플이고, 특히, 이는 요소(4)의 횡방향 치수보다 더 (예를 들어, 2배 또는 3배) 큰 횡방향 치수(즉, 스크류(13)에 대해 수직으로 측정됨)의 강철 또는 주철로 제조된 브레이크 디스크의 부분으로 이루어진다.

기계적 요소(5)를 형성하는 이러한 브레이크 디스크 부분은 제품 브레이크 디스크 시편으로부터 절단되며; 이어서, 브레이크 디스크(5)의 이러한 부분에는 전선(12)이 면(15)의 반대편 면(17)에 용접되며, 마지막으로 브레이크 디스크(5) 부분은, 여기에 전선(12)의 단부가 용접된 상태에서, 지지체(9) 내로 통합되고, 이는 요소(5) 및 브레이크 디스크(5) 부분을 향하는 전선(12)의 단부 부분을 매설함으로써 일체로 형성되며, 면(15)은 덮이지 않은 상태로, 즉 지지체(9)에 의해 덮이지 않게 남아 있다. 브레이크 패드(4) 및 브레이크 디스크(5)의 부분들을 갖는 정지마찰 셀(1)이 전해질(21) 내에 침지될 때, 전해질(21)과 접촉하게 되는 면(15)은 그에 따라서 브레이크 패드 부분(4)의 면보다 더 크며, 따라서, 브레이크 패드(4)의 일부분과 일체로 절단된 마찰 재료(32)의 부분의 횡방향 치수보다 더 크다.

따라서, 본 발명의 일 태양에 따르면, 면(15)은 제1 기계적 요소(4)의 횡방향 치수를 초과하는 부분(33)을 갖고, 대체적으로 환형 형태이며 주변이 외부에 있는 이러한 부분(33)은 기계적 요소(4)에 바로 인접한, 이러한 경우에 마찰 재료(32)에 바로 인접한 작은 환형 영역(35)을 제외하고는 마스킹된다. 예를 들어, 마스킹은 전기 비전도성 래커(lacquer)(34) 또는 방수성 접착 테이프로 수행되며, 항상 동일한 노출된 디스크 표면적을 갖는 방식으로, 미리결정된 직경을 갖는 중심 구멍을 갖는다.

따라서, 작은 영역(35)은 래커(34) 또는 접착 테이프에 의해 덮이지 않은 채로 있다. 여기서 그리고 이하에서 용어 "작은"은 수 밀리미터 정도의 측정치를 의미한다는 것에 유의하여야 한다.

따라서, 지금까지 기술된 것에 기초하여, 본 발명의 방법은,

- 제2 기계적 요소(5)를 절연 전선(12)에 전기적으로 연결하는 단계;

- 서로 반대편에 위치되는 제1 지지체(7) 및 제2 지지체(9)를 포함하고 제1 지지체를 향해 제2 지지체가 축방향으로 상대 이동가능한 정지마찰 셀(1)에 제1 기계적 요소(4) 및 제2 기계적 요소(5)를 장착하고, 제1 기계적 요소(4)를 제1 지지체(7) 상에 배치하고, 절연 전선(12)이 제2 지지체(9)로부터 유체 밀봉 방식으로 연장되고 제2 기계적 요소(5)가 제1 면(15)을 제외하고는 제2 지지체(9) 내에 완전히 매설되는 방식으로 제2 기계적 요소(5)를 제2 지지체(9)에 부착하는 단계 - 제1 면(15)은 제2 지지체(9)에 의해 덮이지 않고 제1 지지체(7) 및 그와 결합된 제1 기계적 요소(4)를 향하는 제2 지지체(9)의 전방 단부(16)와 동일한 평면에 배열됨 -;

- 제1 기계적 요소(4)에 대항하여 제2 기계적 요소(5)의 제1 면(15)을 접착하고 이어서 제1 미리결정된 힘(F1)(도 2)으로 가압하여 제2 지지체(9)를 제1 지지체(7)를 향해 미는 단계;

- 제2 기계적 요소(5)가 작동 전극을 구성하는 전기화학 셀(2)을 형성하는 방식으로 상기 제1 및 제2 지지체들(7, 9)과 함께 상기 제1 및 제2 기계적 요소들(4, 5)을 적어도 하나의 상대 전극(19) 및 기준 전극(20)과 함께 전해질(21) 내에 침지시키는 단계;

- 절연 전선(12), 상대 전극(19) 및 기준 전극(20)을 전위 및/또는 전류 발생기(23)에, 도시된 예에서 포텐시오스타트/갈바노스타트(23)에 전기적으로 연결시키는 단계;

- 전기화학 셀(2)에 연결되어 있는 전위 및/또는 전류 발생기(23)에 의해 전기화학적 시험을 수행하는 단계 - 제2 기계적 요소(5)의 제1 면(15)과 제1 기계적 요소(4) 사이에서 부식 현상이 일어나게 되는 작용에 의해, 작동 전극(5)과 기준 전극(20) 사이에 점진적으로 가변적인 전위가 인가되고/되거나 상대 전극(19)과 작동 전극(5) 사이에 점진적으로 가변적인 전류 통로가 확립됨 -;

- 제2 기계적 요소(5)와 상대 전극(19) 사이에서 전해질(21)을 통과하는 전류를, 인가된 전위의 함수로서 전위/전류 발생기(23)에 의해 또는 다른 기구로 검출하거나, 또는 반대로, 제2 기계적 요소(5)와 기준 전극(20) 사이에 확립된 전위를, 전위/전류 발생기(23)에 대해 설정된 미리결정된 전류의 함수로서 검출하는 단계를 포함한다.

수행되는 전기화학적 시험은 하기로 이루어진 군으로부터 선택된다:

1) 시간에 따른 OCP("개방 회로 전위") 측정;

2) 정전위 또는 동전위 분극 곡선들;

3) 시간-전위차 측정(chrono-potentiometric measure);

4) 시간-전류 측정(chrono-amperometric measure);

5) 상기의 임의의 조합.

전기화학적 시험의 실행은 제2 기계적 요소(5) 상의 부식 현상을 야기하도록 마무리되며, 이는 정지마찰 현상을 위한 화학적-물리적 조건을 확립한다.

이러한 방식으로, 도 3에 도시된 유형의 전류-전압 다이어그램과 같은 상이한 유형의 전기화학적 측정이 얻어진다.

본 발명의 방법의 바람직한 제1 실시예에 따르면, 이는

- 기준 전극(20)에 의해, 제2 기계적 요소(5)로 이루어진 작동 전극의 개방 회로 전위(즉, 제2 기계적 요소(5)로 이루어진 작동 전극과 상대 전극(19) 사이에 전압이 인가되지 않을 때)를 측정하는 단계;

- 제1 값으로부터 시작하여 최대 제2 값까지 기준 전극(20)에 대해 점진적으로 증가 또는 감소하는 전위로 제2 기계적 요소(5)를 취하는 단계 - 상기 값들은 작동 전극(5)의 개방 회로 전위가 이전에 또는 기준 전극(20)으로 측정된 상태에서의 미리결정된 전위차의 함수임 -; 및

- 전위/전류 발생기(23)에 의해 또는 다른 기구로, 제2 기계적 요소(5)와 대향 전극(19) 사이를 통과하는 전류의 값을 인가된 전위의 함수로서 검출하는 단계를 포함한다.

본 발명의 방법의 바람직한 제2 실시예에서, 이는 제1 기간 동안 작동 전극을 구성하는 기계적 요소(5)에 제1 미리결정된 일정 전위를, 그리고 이어서 제2 기간 동안 제2 미리결정된 일정 전위를 계속하여 인가하는 단계; 및 제1 미리결정된 일정 전위 및 그 후의 제2 미리결정된 일정 전위를 인가하는 동안 제2 기계적 요소(5)와 상대 전극(19) 사이를 통과하는 전류의 값을 전위/전류 발생기(23)에 의해 또는 다른 기구로 검출하는 (시간-전류계(chrono-ammeter) 측정) 단계를 포함한다. 본 발명의 방법의 바람직한 제3 실시예에서, 시간-전위차 측정이 수행되고, 여기서 작동 전극(요소 5)과 상대 전극(19) 사이에 고정된 전류가 통과되고, 요소(5)의 전위가 작동 전극에 대해 미리결정된 시간(예를 들어, 1시간) 동안 작동 전극에 대해 측정된다.

이어서, 고정되어 있는 주사 속도(즉, 전위의 변동 속도)를 사용하여 제1 미리결정된 전위로부터 시작하여 최대 제2 미리결정된 전위까지 동전위 측정이 취해진다(동전위 분극 곡선).

모든 경우에, 본 발명의 방법에 따르면, 추가의 가능한 실시예에 따라 전위/전류 발생기(23)에 설정된 전류 및/또는 전술된 바람직한 실시예에 따라 제2 기계적 요소(5)에 인가된 전위는 양극 용해로 인하여 제2 기계적 요소(5)의 제1 면(15)의 부식을 유발하기 위해 선택되고; 특히, 면(15)이 래커(34) 또는 접착 테이프에 의해 부분적으로 마스킹되는 한, 브레이크 패드의 부분에 의해 구성되는 기계적 요소(4)의 마찰 방지 재료(32)와 직접 접촉하는 면(15)의 부분과 영역(35)에서만 부식이 유발된다.

전해질(21)에서 수행되는 전기화학 측정의 종료 시에, 정지마찰 셀(1)을 사용하여 제조된 전기화학 셀(2)은 포텐시오스타트로부터 연결해제된다. 이어서, 정지마찰 셀(1)은 시험 전해질로부터 추출되고 그가 건조/탈수 처리를 거치는 오븐 내에 배치된다. 후속으로, 정지마찰 셀(1)은 다시 미리결정된 기간, 예를 들어 수 시간 동안 실온에서 냉각되도록 방치되어야 한다.

오븐 내에서의 건조/탈수 절차 및 실온에서의 후속 냉각 후에, 제2 기계적 요소(5)의 제1 면(15)은 정지마찰 접착 현상으로 인해 제1 기계적 요소(4)에 접착되며; 특히, 마찰 방지 재료(32)와 접촉하는 면(15)의 부분은 정지마찰 접착을 겪는다.

본 발명의 추가의 특징에 따르면, 지금까지 설명된 방법은 또한, 정지마찰로 인하여 함께 그렇게 접착된 기계적 요소들(4, 5)(후자는 그가 포함되어 있는 지지체(9)와 함께)을 전기화학 셀(2)로부터 픽업하고, 기계적 요소(5) 및 지지체(9)가 하향으로 즉 지지 베이스(27)를 향해 배열되는 상태로 기계적 요소들을 시험 벤치(26) 상에 장착하는 단계, 및 제1 기계적 요소(4) 상에 측방향으로 그리고 제1 면(15)에 평행한 방향으로 작용하는 푸셔(28)에 의해 제1 기계적 요소(4)로부터 제2 기계적 요소(5)를 분리하고 분리 중에 푸셔(28)에 의해/푸셔(28) 상에 인가되는 제2 힘(F2)(도 4)을 측정하는 단계를 포함하고; 이러한 제2 힘(F2)은 시험 중인 제1 기계적 요소(4)와 제2 기계적 요소(5) 사이의 전해 셀(1) 내에 유발되는 정지마찰 접착 현상의 정도의 지표이며; 힘(F2)이 클수록, 전해 셀(2)에서 유발되는 정지마찰 접착 현상이 더 악화된다(더 강하게 된다).

중요한 태양은 또한, 지지체들(7, 9)을 또한 담지하는 비전도성 재료 내에서 본체(6)에 의해 담지된 너트(14) 내에서의 스크류(13)의 회전에 의해 제1 미리결정된 힘(F1)이 발생되고 인가되는데, 토크 렌치(25)를 사용하여 미리결정된 토크를 스크류(13)에 인가하는, 방법이다.

마지막으로, 측정을 변경할 수 있는 외부 전기 간섭을 피하기 위해, 전기화학 셀(2)은 패러데이 케이지(Faraday cage) 내에 수용된다.

적절한 작동을 보장하기 위해, 기계적 요소들(5, 4)을 각각 구성하는 브레이크 디스크 및 브레이크 패드 샘플들은, 예를 들어 탄화규소 연마지(abrasive paper)를 사용하여 샌딩(sanding)되고, 이어서 이들을 정지마찰 셀(1) 상에 또는 전기화학 셀(2)에 조립하기 전에 이들을 수 분, 예를 들어 10 분 동안 전해질(21) 내에 침지시킴으로써 전처리되고; 또한, 전해 셀(2)의 조립 후에, 전술된 방식으로 전기화학적 시험을 수행하기 전에, 소정 기간, 예컨대, 20 내지 30 분이 경과하도록 허용된다.

기술된 방법 및 장비의 유용성은 명백하다.

첫째로, 정확하고 재현가능한 조건 하에서 정지마찰 접착의 현상을 연구할 수 있고, 또한 측정된 힘(F2)의 값에 따라 그의 중력을 평가하는 것이 가능하다.

둘째로, 이러한 방식으로, 동일한 조건 하에서, 브레이크 디스크를 위해서 뿐만 아니라 특히 브레이크 패드(4)의 마찰 재료(32)를 위해 상이한 재료들을 시험할 수 있고 상기 재료들이 사용 시에 정지마찰 현상을 저지하고/회피하기에 더 적합한지를 검증하는 것이 가능하다. 실제로, 기술된 방법은 제조에 사용될 가장 적합한 재료의 쌍들(브레이크 디스크 및 마찰 재료)을 시험하기 위해 가속화된 실험실 정지마찰 시험으로서의 역할을 한다.

예를 들어, 전술된 시험 절차들 중 하나(시간-전위차 플러스 동전위 분극)를 2개의 상이한 마찰 재료 A 및 B에 적용하여, 정지마찰 현상을 선호하는 화학적-물리적 특징을 갖는 재료 A에 대해 150 N의 분리력(F2)을 기록하였으며, 정지마찰 현상에 저항성이게 하는 화학적-물리적 특징을 갖는 재료 B에 대해 단지 10 N의 분리력을 기록하였다. 또한, 그러한 샘플들에 대해 검출된 F2 분리력은 마찰 재료 A 및 B에 대한 현장 시험으로부터 얻어진 표시와 일치한다.

유사하게, 특정 재료들에 대한 현상을 야기하는 특정 물리화학적 조건이 이해될 수 있으며, 따라서 이러한 조건들 중 일부 또는 전부가 차량에서 사용 시에 발생할 때 현상 자체가 방지될 수 있다.

따라서, 본 발명의 목적이 충분히 달성된다.

Claims (17)

1. 2개의 기계적 요소들 사이의 접착의 물리화학적 조건을 연구하고 결정하기 위한 장비(3)에 있어서,
   a) 정지마찰 셀(1) - 상기 정지마찰 셀(1)은 합성 플라스틱 또는 다른 전기 비전도성 재료로 제조되고, 상기 기계적 요소들 중 하나의 제1 기계적 요소(4)를 각방향으로(angularly) 견고한 방식으로 일체로 수용하기 위한 제1 지지체(7)를 갖는 본체(5); 상기 지지체의 반대측 면 상에서 상기 본체에 의해 활주가능하게 담지되고, 상기 기계적 요소들 중 하나의 제2 기계적 요소(5)를 일체로 수용하도록 설계된 제2 지지체(9)를 담지하는 슬라이드(8)로서, 상기 슬라이드는 상기 본체의 측방향 가이드(11)를 따라 맞물려 있어, 상기 슬라이드가 회전하는 것을 방지하고, 상기 제2 지지체에는 상기 제2 기계적 요소에 전기적으로 연결가능한 절연 전선(12)이 제공되는, 상기 슬라이드(8); 및 상기 슬라이드를 상기 가이드들을 따라 상기 제1 지지체로 그리고 그로부터 이동시키기 위한 취급 장치(10)를 포함함 -;
   b) 상기 정지마찰 셀(1), 상대 전극(19), 기준 전극(20), 및 사용 시 상기 전극들이 침지되는 전해질(21)을 위한 용기(22)를 포함하며, 상기 제1 및 제2 지지체들에는 상기 제1 및 제2 기계적 요소들이 제공되지만 상기 슬라이드(8)가 제공되지 않는, 전기화학 셀(2); 및
   c) 상기 제2 기계적 요소가 상기 절연 전선에 전기적으로 연결될 때 상기 전기화학 셀의 작동 전극(5)을 구성하는 방식으로 상기 기준 전극, 상기 상대 전극 및 상기 절연 전선이 전기적으로 연결되는 전자 포텐시오스타트(potentiostat) 및/또는 갈바노스타트(galvanostat)(23)를 포함하는 것을 특징으로 하는, 장비.
2. 제1항에 있어서, 상기 슬라이드(8)는 금속 바(bar)에 의해 구성되는 것; 상기 제2 지지체(9)는, 사용 시에, 상기 제2 기계적 요소의 단 하나의 면(15)만이 덮이지 않게 남겨두고 상기 면이 상기 제1 지지체를 향하는 상기 제2 지지체의 전방 단부와 동일 평면에 있도록 배열된 상기 제2 기계적 요소를 완전히 매설하도록 설계된 에폭시 수지의 블록에 의해 구성되는 것; 및 상기 슬라이드를 위한 상기 취급 장치는, 상기 제1 및 제2 지지체들과 축방향으로 배열되고 상기 슬라이드에 기계적으로 연결되는 금속 스크류(13), 및 상기 스크류에 의해 맞물리고 상기 본체를 통과하여 상기 본체에 일체로 장착되는 금속 너트(14)로 이루어지는 것을 특징으로 하는, 장비.
3. 제2항에 있어서, 상기 스크류에 미리결정된 토크를 인가함으로써 상기 제2 지지체(9)를 상기 제1 지지체(7)를 향해 미는 방식으로 상기 스크류를 회전시키기 위한 토크 렌치(25)를 포함하는 것을 특징으로 하는, 장비.
4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 시험 벤치(26)를 추가로 포함하고, 상기 시험 벤치(26)는 서로 결합된 상기 제1 및 제2 기계적 요소들을 사용 시에 고정된 위치에서 수용하도록 설계된 지지 베이스(27), 상기 지지 베이스에 의해 담지된 푸셔(pusher)(28) - 둘 모두는 상기 제1 및 제2 기계적 요소들 중 하나에 점진적으로 증가하는 추력을 사용 시에 인가하도록 설계됨 -, 및 상기 푸셔에 의해/푸셔 상에 인가된 상기 추력을 측정하기 위한 공구(31)를 포함하는 것을 특징으로 하는, 장비.
5. 제1 기계적 요소(4)와 제2 기계적 요소(5) 사이의 접착의 물리화학적 조건을 연구하고 결정하는 방법으로서,
   - 상기 제1 기계적 요소를 제1 지지체(7)에 결합하고, 상기 제2 기계적 요소(5)가 그의 제1 면(15)을 제외하고는 제2 지지체(9) 내에 완전히 매설되는 방식으로 상기 제2 기계적 요소를 상기 제2 지지체(9)에 결합하는 단계 - 상기 제1 및 제2 지지체는 서로 반대편에 위치되고 상기 제1 지지체를 향해 상기 제2 지지체가 축방향으로 상대 이동가능하고, 상기 제1 면(15)은 상기 제2 지지체(9)에 의해 덮이지 않고, 상기 제1 지지체 및 그와 결합된 상기 제1 기계적 요소를 향하는 상기 제2 지지체의 전방 단부(16)와 동일 평면에 배열됨 -;
   - 상기 제2 지지체로부터 유체 밀봉 방식으로 돌출되는 절연 전선(12)에 상기 제2 기계적 요소를 전기적으로 연결하는 단계;
   - 예컨대, 상기 제1 및 제2 기계적 요소들(4, 5) 및 상기 제1 및 제2 지지체들(7, 9)을 포함하는 정지마찰 셀(1)을 실현하기 위해, 상기 제1 기계적 요소에 대항하여 상기 제2 기계적 요소의 제1 면을 접착하게 하고 이어서 제1 미리결정된 힘(F1)으로 가압하여 상기 제1 지지체를 향해 상기 제2 지지체를 미는 단계;
   - 상기 제2 기계적 요소가 작동 전극(5)을 구성하는 전기화학 셀을 형성하는 방식으로 상기 제1 및 제2 지지체들과 함께 상기 제1 및 제2 기계적 요소들을 적어도 하나의 상대 전극 및 기준 전극과 함께 전해질(21) 내에 침지시키는 단계;
   - 상기 절연 전선, 상기 상대 전극 및 상기 기준 전극을 전위 및/또는 전류 발생기(23)에 전기적으로 연결시키는 단계;
   - 상기 전위 및/또는 전류 발생기(23)에 의하여 전기화학적 시험을 수행하는 단계 - 상기 제2 기계적 요소(5)와 상기 제1 기계적 요소(4) 사이에서 부식 현상이 일어나게 되는 작용에 의해, 상기 작동 전극(5)과 상기 기준 전극(20) 사이에 점진적으로 가변적인 전위가 인가되고/되거나 상기 상대 전극(19)과 상기 작동 전극(5) 사이에 점진적으로 가변적인 전류 통로가 확립됨 -;
   - 상기 제2 기계적 요소(5)와 상기 상대 전극(19) 사이에서 전해질(21)을 통과하는 전류를, 상기 인가된 전위의 함수로서 상기 전위/전류 발생기에 의해 또는 다른 기구로 검출하거나, 또는 반대로, 상기 제2 기계적 요소(5)와 상기 기준 전극(20) 사이에 확립된 전위를, 상기 전위/전류 발생기에 대해 설정된 미리결정된 전류의 함수로서 검출하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는, 방법.
6. 제5항에 있어서, 수행되는 전기화학적 시험은
   1) 시간에 따른 OCP("개방 회로 전위") 측정;
   2) 정전위 또는 동전위 분극 곡선들;
   3) 시간-전위차 측정(chrono-potentiometric measure);
   4) 시간-전류 측정(chrono-amperometric measure);
   5) 상기의 임의의 조합으로 이루어진 그룹에서 선택되고;
   상기 전기화학적 시험의 실행은 정지마찰 현상에 대한 화학적-물리적 조건을 확립하는 상기 제2 기계적 요소(5) 상의 부식 현상을 야기하도록 마무리되는 것을 특징으로 하는, 방법.
7. 제5항 또는 제6항에 있어서, 제1 기간 동안 상기 제2 기계적 요소에 제1 미리결정된 일정 전위를 그리고 제2 기간 동안 제2 미리결정된 일정 전위를 계속하여 인가하는 단계; 및 상기 제1 미리결정된 일정 전위 및 그 후의 상기 제2 미리결정된 일정 전위를 인가하는 동안 상기 제2 기계적 요소와 상기 상대 전극 사이를 통과하는 전류의 값을 상기 전위/전류 발생기에 의해 또는 다른 기구로 검출하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는, 방법.
8. 제5항 또는 제6항에 있어서, 미리결정된 전류가 상기 제2 기계적 요소(5)에 의해 구성된 상기 작동 전극과 상기 상대 전극(19) 사이를 통과하게 하고 상기 기준 전극(20)에 대한 상기 제2 기계적 요소(5)의 전위가 미리결정된 시간 동안 측정되는 시간-전위차 측정; 및 전위의 고정된 속도 변동을 사용하여 제1 미리결정된 전위로부터 시작하여 최대 제2 미리결정된 전위까지의 동전위 측정(동전위 분극 곡선)을 포함하는 것을 특징으로 하는, 방법.
9. 제5항 또는 제6항에 있어서, 상기 전위/전류 발생기에 대해 설정된 전류 및/또는 상기 제2 기계적 요소와 상기 상대 전극 사이에 인가된 전위는 양극 용해에 의해 상기 제2 기계적 요소의 제1 면(15)의 부식을 유발하도록 선택되는 것을 특징으로 하는, 방법.
10. 제5항 또는 제6항에 있어서, 상기 제1 기계적 요소는 차량 제동 요소로부터 취해진 미리결정된 제1 치수를 갖고 마찰 재료(32)를 포함하는 제1 샘플인 한편, 상기 제2 기계적 요소는 차량 제동 요소로부터 취해진 미리결정된 제2 치수의 제2 샘플이고; 상기 제2 지지체에 의해 덮이지 않고 따라서 전해질과 접촉하는 상기 제2 기계적 요소의 제1 면(15)에는 상기 제1 면을 향하는 상기 제1 기계적 요소(4)의 치수보다 더 큰 치수가 제공되고, 상기 제1 기계적 요소의 치수를 초과하는 상기 제1 면의 부분(33)은 전기 비전도성 래커(lacquer)(34) 또는 접착 테이프에 의해 마스킹되며, 다만 상기 제1 기계적 요소(4)에 바로 인접한 작은 환형 영역(35)은 상기 래커 또는 접착 테이프에 의해 덮이지 않은 채로 남아있는 것을 특징으로 하는, 방법.
11. 제5항 또는 제6항에 있어서, 상기 전기화학적 시험의 끝에서 그리고 상기 정지마찰 셀(1)을 오븐 내에 위치시킨 후에, 상기 정지마찰 셀(1)은 배출/건조 처리를 거치고, 이어서 주위 온도에서 냉각되도록 방치되어, 상기 제2 기계적 요소의 제1 면(15)이 정지마찰 접착 현상으로 인해 상기 제1 기계적 요소(4)에 일체로 접착되게 하는 것; 및 상기 방법은, 정지마찰로 인하여 그렇게 함께 접착된 상기 제1 및 제2 기계적 요소들을 상기 정지마찰 셀로부터 픽업하는 단계 및 이들을 시험 벤치(26) 상에 장착하는 단계, 및 상기 제1 기계적 요소(4) 상에 측방향으로 그리고 상기 제1 면에 평행한 방향으로 작용하는 푸셔(28)에 의해 상기 제1 기계적 요소(4)로부터 상기 제2 기계적 요소(5)를 분리하여, 상기 분리 중에 상기 푸셔에 의해/푸셔 상에 인가되는 제2 힘(F2)을 측정하는 단계 - 상기 제2 힘은 상기 제1 기계적 요소와 상기 제2 기계적 요소 사이의 전해 셀 내에서 유발된 정지마찰 접착 현상의 정도의 지표임 - 를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는, 방법.
12. 제5항 또는 제6항에 있어서, 상기 제1 미리결정된 힘(F1)은 상기 제1 및 제2 지지체들을 또한 담지하는 비전도성 재료로 제조된 본체에 의해 담지된 너트(14) 및 스크류(13)에 의하여 인가되는데, 토크 렌치에 의해 상기 스크류에 미리결정된 크기의 토크를 인가하는 것을 특징으로 하는, 방법.
13. 제5항 또는 제6항에 있어서, 상기 전기화학 셀(2)은 패러데이 케이지(Faraday cage)(36) 내에 수용되는 것을 특징으로 하는, 방법.
14. 제1항에 있어서, 상기 2개의 기계적 요소들은 제동 요소(braking element)와 차량의 피제동 요소(element to be braked)인 것인, 장비.
15. 제2항에 있어서, 상기 금속 바는 프리즘형인 것인, 장비.
16. 제5항에 있어서, 상기 제1 기계적 요소와 제2 기계적 요소는 제동 요소와 차량의 피제동 요소인 것인, 방법.
17. 제10항에 있어서, 상기 제1 샘플은 브레이크 패드의 일부분에 의해 구성되고, 상기 제2 샘플은 강철 또는 주철 브레이크 디스크의 일부분에 의해 구성되는, 방법.

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