制动衬磨损指示装置 【技术领域】
本发明涉及一种用来指示交通工具制动装置中的制动衬的磨损的装置，其中制动装置最好通过一个具有内置制动调节器的自动的制动杆来使其动作，该制动杆安装在一个制动驱动凸轮轴上，并用来把制动力从制动缸中传递出来。该装置也可以用来指示连接于制动杆的制动缸推杆的冲程。尽管该装置被表述为和一个制动杆一起使用，但其它类似的使用也有可能在本发明的范围之内。
本发明的背景
有很多种用于上述目地的装置是为人所知的，包括简单的机械装置和颇为复杂的电气或电子装置。对于后一类装置来说，一个好例子是US-A-5 253 735中给出的装置，这类装置所用的技术被认为是最接近的现有技术。在这一装置中，三个圆盘安置在靠近制动杆的凸轮轴上，它们彼此之间可以相对旋转，圆盘上按一定方式布置有磁性物质和霍尔元件，用来提供关于制动装置的情况的一些信息。
如上所定义的装置，其基本功能是提供制动衬的磨损情况的有关信息，从而可以及时的更换制动衬，也正是基于此，可以采用磨损传感器这个名称。但是，一个经过恰当设计和安装的磨损传感器也可以提供关于所使用的制动缸的活塞冲程和交通工具制动装置的整体功能的有用信息。
一个磨损传感器应该是坚固的并且可以经受住在交通工具中极其苛刻的环境条件，这一点是非常重要的。由于可用的空间通常是非常有限的，磨损传感器也应该具有小的外形尺寸。磨损传感器提供的信息应该尽可能的精确，并且，在现代交通工具中，计算机和其它电子设备的使用已经不断增加到很大的程度，磨损传感器所提供的信息和现代交通工具中其它可用的信息也应该是兼容的。
本发明
根据本发明，通过一个编码盘可以得到一种满足上述要求和其它要求的磨损传感器，该编码盘的表面被分成多个大小相等的扇形区，在该编码盘上至少有一条编码道，该编码道被做成一个圆弧形部分，它在每一个扇形区中，具有多个长度相等的磁性区域，在不同的编码道中，这些磁性区域的长度是不同的，并且，在靠近编码盘的一个零件上装有霍尔元件用来感测每一条编码道，编码盘和该零件之间是可以相对转动的。
编码盘最好是连接于凸轮轴上，同时，霍尔元件安装于该装置的外壳的一个盖子上。
在一个实际的优先实施例中，编码盘有三个扇形区，每一个扇形区的角度是120°，从原理上来说，这将是磨损传感器的最大工作范围；这些扇形区中的两个每个具有两条编码道，而第三个扇形区具有三条编码道。霍尔元件的数目是七个。
通过这种方式，该装置的精度是1°，该精度被认为是非常好的。
如果只需要关于磨损情况的信息，磨损传感器的外壳将被连接于制动杆上，这是一种简单的装置，相比较来说，只有很少的其它型式。
如果也需要关于制动缸活塞中程以及制动装置功能的信息，该装置的外壳就应该连接于在交通工具的底座上的一个固定零件上。
从霍尔元件送出的信号要被转换为适于在交通工具中进行进一步处理的模拟的或数字的输出信号，用来完成这一转换的电子电路安装在上述的盖子上。
本装置(编码盘和装有霍尔元件以及电子电路的外壳)的总厚度可以小到10mm，在很多情况下，可以为传感器所用的空间也只有这么大。
对附图的简要描述
参考附图，以下将对本发明做进一步的详细描述，其中，图1是一个自动制动杆的部分剖视的侧视图，在该制动杆上装有根据本发明提出的装置或磨损传感器的第一个实施例，图2是从图1中右侧正视传感器中的编码盘而得到的一个编码盘的正视图，图3是从左侧看传感器的盖子得到的正视图，图4是一个自动制动杆的部分剖视的侧视图，在该制动杆上装有根据本发明提出的磨损传感器的第二个实施例，图5是从图4中右侧正视该传感器中的编码盘而得到的一个编码盘的正视图，以及图6是从左侧看该传感器的盖子得到的正视图。
对优选实施例的详细描述
如图1和图4中所示的自动制动杆1，在该项技术中是广为人知的。该制动杆被安装在一个花键S形凸轮轴2上并具有一个内置的制动调节器。在该轴2的另一端以一种图1和图4未示出的方式装有一个S形凸轮，当该轴转向制动位置时，便能够把制动瓦上的制动衬压紧于制动鼓上。图1和图4中示出了制动杆1的上端，该制动杆1与一个最好是气动的制动缸的推杆相连，而该制动缸则安装于交通工具的底座上。
这种S形凸轮的制动装置在诸如卡车和公共汽车一类的重载交通工具中是常见的。
在制动杆1中内置的制动调节器其作用是使制动衬与制动鼓之间的间隙保持为一个固定值，而与制动衬的磨损无关。该制动调节器通过使凸轮轴2相对于制动杆1逐渐转动来起作用。当制动衬完全磨损时，凸轮轴2总的转动量是在90-100°。
为了实现自动制动杆1想要达到的功能，需要一个参考点或固定点。在所给出的情形下，借助于控制臂3来实现这一点，控制臂3相对于制动杆1是可旋转的并且连接在一个固定臂4上，该固定臂4通过螺钉5和螺母6安装在交通工具底座上。
为了首先得到对于制动衬磨损情况的指示，而其次也得到把制动杆1连接到制动缸上的推杆的冲程的指示，以某种方式在制动杆1上装有传感器7(图1)或8(图4)，现在对这种安装方式将要进行进一步的描述。
在图1中所示出的传感器7包括三个构件；一个主环形件9，一个编码盘10(图2)，以及一个盖子11(图3)。
编码盘10相对于其外壳是可旋转的，其外壳由主环形件9与盖子11咬合而成的组合体来构成。传感器7安装于从制动杆1中伸出的上述轴2的一端，并且比如说借助于一个垫圈12和一个锁紧环13使传感器7保持在适当的位置，此时编码盘10的内圆周10′是被设计成与S形凸轮轴2的花键相配合的形状从而能与之一起转动。正如在图1中14处所表示出的，在如图1所表示的实施例中，传感器外壳9、11是连接在制动杆1上。为此，盖子11上有一个突出部分11′。
编码盘10上设有某种型式的磁性区域，下面会描述这种磁性区域的型式，编码盘可以由聚酰胺和磁性材料制成，同时，盖子11上设有多个用来感测磁性区域的霍尔元件15。
前面已经提到，直至制动衬完全磨损，制动杆1的总转动量是在90-100°之间。相应于推杆的最大冲程，一个约30°的转动量会加到上述的总转动量上。由此，对于转动量在0-120°范围内时，传感器7应该有能力发出有效信号。
把编码盘10的表面分成三个扇形区，每一个扇形区的角度是120°，由此来得到传感器的上述工作范围。(与精确的120°有所偏差是可能的)这些扇形区中的两个具有两条圆弧形的编码道，第三个扇形区具有三条这样的编码道。如在图2中分别用白色区域和阴影区域所表示出的，每一条编码道包括多个彼此相连的S磁极区域和N磁极区域。不同的编码道之间，其磁性区域的长度是不同的，而在某一条编码道之内，S极区域和N极区域具有相同的长度。
用在盖子11上的一个霍尔元件15来感测某条编码道中的S极或N极的出现。由此，在盖子11上的霍尔元件15的数目是七，并分别分成两个一组，两个一组和三个一组。
在编码盘10和盖子11的相对转动中，磁性区域和霍尔元件的布置方式如上所述，这样，可以证明，联合采用从七个霍尔元件15中送出的信号，可以达到1°的精度。
随机的选择一个角度范围30-40°来论证每一个角度都相应于从七个霍尔元件15中送出的信号的某种组合(1＝N极，0＝S极)，结果如下表所示： 霍尔元件号 1 2 3 4 5 6 7 1 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 1 1 0 1 0 0 0 1 1 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1 0 0 1 1 0 0 1 1 0 1 1 0 1 1 1 0 1 1 0 1 0 1 0 1 1 0 0 0 1 0 1 1 0 0 0 1 1 1 1 030° 31°32° 33°34° 35°36° 37°38° 39°40°
需要一个电子电路来把从霍尔元件15中送出的不同信号转换为模拟的或数字的输出信号，该电子电路也装在盖子11上。一条电缆16和一个接触器17连接在突出部分11′上用来传送输出信号以及给传感器传送一个输入电压。
为了使工作过程中的瞬时电流流量最小，最好把电子电路的工作方式设置为顺次的去读取各霍尔元件。标准霍尔元件的额定电流是5mA，于是7个霍尔元件同时工作就意味着总的电流流量达到35mA(加上电子电路所消耗的电流流量)。根据本发明，电子电路被设计为顺次作用于不同的霍尔元件，即每次只作用于一个霍尔元件，其间的时间间隔以毫秒计，这就意味着本指示装置的瞬时电流流量将只为5mA(加上电子电路所需的电流流量)，而且从七个霍尔元件联合读取信号的功能不会受到损害。
图4-6示出了一种略有改动的实施例。除了传感器8的盖子以外，所有的零部件都与前一个实施例中的相同，并且相应的用同样的数字在图中指示它们。盖子此处用数字18来表示。该盖子18具有一个突出部分18′，该突出部分18′连接于固定臂4，制动杆1的控制臂3也连接于固定臂4。在盖子18上以与在盖子11上同样的方式装有多个霍尔元件15。
如图1-3所示出的第一种实施例是简单的，并且相比较来说，只有很少的安装型式，其中，传感器外壳9、11连接于制动杆1从而与之一起转动，同时，编码盘10连接于凸轮轴2并且与之一起转动。通过电缆16和接触器17给出的信号是用以指示制动杆1和凸轮轴2之间的相对转动，由此，该信号仅能给出关于制动衬磨损的信息；对于本装置来说，该信息也正是最基本的。
可以从如图4-6所示的实施例中获得更多的信息，其中，传感器外壳9、11连接于固定臂4上，而固定臂4安装于交通工具底座上。由此，该实施例将能给出所有有关凸轮轴2的转角或转动的信息。
由此，我们可以得到如下三方面的信息：
1.制动衬磨损的信息：知道了在用新的制动衬时的角度值，便很容易确定制动衬完全磨损时的角度值。
2.关于活塞冲程的信息：知道了制动装置完全释放开时角度值，便很容易将此角度与制动装置起作用时的角度相比较。
3.制动装置功能：通过比较从装在交通工具所有轮子上的不同传感器送出的信息，便很容易看出一个制动装置是否在正常的起作用，比如说，如果制动空气脱开或S形凸轮轴断裂，都可以发觉。
在优选实施例中，扇形区的数目是三，编码道和霍尔元件的数目都是七，如上所述的此种设计给出的精度是1°。然而，也可以采用与上述数目不同的设计方案并得到不同的精度：越少的数目——越低的精度，以及越多的数目——越高的精度。