(57)【要約】  本発明は、乗物における乗物ボディのボディスキン要素（１）に取り付けられる補強要素（２）の分離を検出するための方法に関し、ボディスキン要素（１）及び補強要素（２）は、中間の接着層（３）を伴って共に電気コンデンサ（４）を構成し、前記コンデンサは、補強要素（２）からのボディスキン要素（１）の少なくとも部分的な分離がある場合に変化する静電容量（Ｃ）を有し、補強要素（２）の分離を検出するために、コンデンサ（４）の静電容量（Ｃ）又はコンデンサ（４）の静電容量における変化が測定される。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
乗物ボディのボディスキン要素（１）に取り付けられる補強要素（２）の分離を検出するための方法であって、
ボディスキン要素（１）及び補強要素（２）は、中間の接着層（３）を伴って共に電気コンデンサ（４）を構成し、前記コンデンサは、ボディスキン要素（１）からの補強要素（２）の少なくとも部分的な分離があるときに変化する静電容量（Ｃ）を有し、静電容量（Ｃ）又はコンデンサの静電容量（Ｃ）における変化（ΔＣ）が補強要素（２）の分離を検出するために測定される方法。
【請求項２】
静電容量（Ｃ）を測定するために、調整可能な周波数（ｆ）を伴う交流電圧信号が電気コンデンサ（４）に適用される請求項１に記載の方法。
【請求項３】
静電容量における変化を測定するために少なくとも１つの信号パルスが電気コンデンサ（４）に適用される請求項１に記載の方法。
【請求項４】
電気コンデンサ（４）の測定される静電容量（Ｃ）がセットポイント静電容量（Ｃセットポイント）と比較される請求項１又は２に記載の方法。
【請求項５】
測定された静電容量（Ｃ）とセットポイント静電容量（Ｃセットポイント）との間の差が、調整可能な許容閾値を越えた場合に、補強要素（２）の分離が検出される請求項１から４のいずれか１項に記載の方法。
【請求項６】
補強要素（２）に取り付けられるボディスキン要素（１）を備える乗物ボディにおいて、
ボディスキン要素（１）及び補強要素（２）は、中間の接着層（３）を伴って共に１以上の電気コンデンサ（４）を構成し、前記コンデンサは、１以上の補強要素（２）が各ボディスキン要素（１）から分離した場合に変化する静電容量（Ｃ）を有し、静電容量（Ｃ）又はコンデンサ（４）の静電容量における変化が、補強要素（２）の分離を検出するために測定可能となる乗物ボディ。
【請求項７】
前記補強要素（２）及びボディスキン要素（１）が、炭素繊維強化プラスチック材料（ＣＦＲＰ）からなる請求項６に記載の乗物ボディ。
【請求項８】
前記接着層（３）が誘電材料からなる請求項６又は７に記載の乗物ボディ。
【請求項９】
ジェネレータ（Ｇ）によって生成される調整可能な周波数（ｆ）を伴う交流電圧信号が、前記静電容量（Ｃ）を測定するために補強要素（２）又はボディスキン要素（１）に適用され得る請求項６から８のいずれか１項に記載の乗物ボディ。
【請求項１０】
前記補強要素（２）が乗物ボディの長手方向又は横方向に延びる安定化ストラットである請求項６から９のいずれか１項に記載の乗物ボディ。
【請求項１１】
乗物が航空機である請求項６から１０のいずれか１項に記載の乗物ボディ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、乗物のボディスキン要素に固定される補強要素の分離を検出するための方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
軽量構造の乗物が、益々製造されてきており、重量を軽減することは、燃費を最小にすることにつながる。
【０００３】
航空機の乗物ボディは、複数のセクションから構成され得る。１つのセクションは、フォーマ、長手方向の補強要素、及びそこに固定されるボディスキン要素のような、構造要素部分又は構造要素からなる。
【０００４】
図１は、乗物ボディの基礎構造アセンブリを示す。安定化ストラット（支柱）又はストリンガが、乗物の長手方向に延び、かつ、ボディの長手方向の軸に対して横切って延びる横フォーマに取り付けられている。安定化ストラット又はストリンガ要素及び横フォーマは、車体に強固な断面形状を与える。ボディスキン要素は、補強要素、例えば、長手方向の補強要素及び横フォーマにリベット止めされ、「シェル（殻）」を構成する。複数のシェルは、「バレル」として参照されるボディのセクションを構成する。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
乗物の組み立て及び運行中に、荷重を受けるボディスキン要素から、部分的に又は完全に、平坦な補強要素が分離し得る。補強要素の分離は、特に航空機において、安全性に関して危機的なものである。乗物の製造後に、乗物のシェルの外部の目視検査が、分離したボディスキン要素又は補強要素があるかどうかを確認するために、品質管理工程の一部として実行される。これらのチェックは、非常に時間を浪費するものである。加えて、より時間の浪費になるが、内部の目視検査もまた、内部のクラッディング部品の分解後に実行され得る。
【０００６】
それ故、本発明の目的は、最小限の労力で、かつ、最小の時間で実行され得る補強要素の部分的又は完全な分離を決定するための方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、乗物の乗物ボディのボディスキン要素に取り付けられる補強要素の分離を検出するための方法であって、ボディスキン要素及び補強要素は、中間の接着層を伴って共に電気コンデンサを構成し、前記コンデンサは、ボディスキン要素からの補強要素の少なくとも部分的な分離があるときに変化する静電容量を有し、コンデンサの静電容量又は静電容量における変化が補強要素の分離を検出するために測定される方法を提供する。
【０００８】
本発明による方法の一実施形態において、調整可能な周波数を伴う交流電圧信号が、その静電容量を測定するためにコンデンサに適用される。
【０００９】
本発明による方法の一実施形態において、電気パルスがコンデンサに導入される。
【００１０】
本発明による方法の一実施形態において、電気コンデンサの測定される静電容量は、セットポイント静電容量と比較される。
【００１１】
本発明による方法の一実施形態において、測定された静電容量とセットポイント静電容量との間の差が調整可能な許容閾値を越える場合に、補強要素の少なくとも部分的な分離が検出される。
【００１２】
本発明による方法の一実施形態において、後方散乱測定によって静電容量の変化が検出された場合に、補強要素の少なくとも部分的な分離が検出される。
【００１３】
本発明は、さらに、補強要素に取り付けられるボディスキン要素を備える乗物ボディにおいて、ボディスキン要素及び補強要素は、中間の接着層を伴って共に１以上の電気コンデンサを構成し、前記コンデンサは、１以上の補強要素が各ボディスキン要素から分離した場合に、静電容量又はコンデンサの静電容量の変化が、補強要素の分離を検出するために測定可能となる乗物ボディを提供する。
【００１４】
本発明による乗物ボディの一実施形態において、補強要素及びボディ要素は、金属又は炭素繊維強化プラスチック材料（ＣＦＲＰ）からなる。
【００１５】
本発明による乗物ボディの一実施形態において、接着層は、誘電材料からなる。
【００１６】
本発明による乗物ボディの一実施形態において、ジェネレータによって生成される調整可能な周波数を伴う電子交流電圧信号が、静電容量を測定するために補強要素又はボディスキン要素に適用される。
【００１７】
本発明による乗物ボディの一実施形態において、ジェネレータによって生成される電気パルスが、静電容量の変化を検出するために、補強要素又はボディスキン要素に沿って導かれる。
【００１８】
本発明による乗物ボディの一実施形態において、補強要素は、乗物ボディの長手方向に延びる安定化ストラットである。
【００１９】
本発明による乗物ボディの一実施形態において、前記乗物ボディは、航空機の機体である。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】図１は、従来技術による乗物ボディの構造アセンブリを示す。
【図２】図２は、本発明による乗物ボディ内のボディスキン要素と補強要素との接続点の断面図である。
【図３】図３は、本発明による検出方法を例示するために、ボディスキン要素の分離を検出するための測定アセンブリを示す。
【図４】図４は、本発明による検出方法の一実施形態を例示する信号グラフである。
【図５】図５は、本発明による検出方法を例示するために、ボディスキン要素の分離を検出するための他の測定アセンブリを示す。
【図６】図６は、本発明による検出方法のさらなる実施形態を例示する信号グラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
補強要素及び乗物ボディの分離を検出するための本発明による両方の方法のさらなる望ましい実施形態が、本発明の本質的な特徴を例示するための添付図面を参照して記述される。
【００２２】
図２に示すように、乗物ボディの場合において、ボディスキン要素１は、補強要素２に取り付けられ、すなわち、接着層３を介して接着される。接着層３は、ボディスキン要素１と補強要素２との間で誘電層を構成する。接着層に加えて、ボディスキン要素１及び補強要素２はまた、追加の固定手段、例えば、絶縁されたリベットを介して相互に接続される。可能な実施形態において、誘電層３は、エポキシ系接着剤からなる。ボディスキン要素１及び補強要素２は、中間の接着層３を伴って共に電気コンデンサ４を構成する。
【００２３】
コンデンサ４の静電容量は、以下の方程式によって与えられる。
【数１】
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ここで、
ε0は、真空誘電率、
εrは、接着材料の誘電体誘電率、
Ａは、接着面積、
ｄは、ボディスキン要素１と補強要素２との間の距離、若しくは接着層３の厚さである。
【００２４】
補強要素２がボディスキン要素１から完全に又は部分的に分離する場合には、コンデンサ４の静電容量Ｃが変化する。コンデンサ４の静電容量Ｃは、ボディスキン要素１からの補強要素２の部分的な又は完全な分離を検出するために測定される。例えば、補強要素２は、乗物ボディの長手方向又は横方向に延びる安定化ストラット（支柱）である。乗物は、例えば自動車又は航空機等の乗物であり得る。
【００２５】
図２は、ボディスキン要素と補強要素２との間の接続点を示す。乗物ボディ内では、異なる補強要素２に関する複数の接続点が、各ボディスキン要素１に備えられ、それぞれの場合に、誘電層３は、ボディスキン要素１と補強要素２との間に設けられる。これらの接続点は、並列に接続されるコンデンサＣを構成する。
【００２６】
ボディスキン要素１及び補強要素２は、軽量材料からなる。可能な実施形態において、ボディスキン要素１及び補強要素２は、繊維複合材料からなり、特に、炭素繊維強化プラスチック材料（ＣＦＲＰ）からなる。他の実施形態において、ボディスキン要素１及び補強要素２は、軽量金属材料、例えばアルミニウム又はチタニウムからなる。
【００２７】
図３は、補強要素２の分離を検出するために、本発明による方法を実行するための測定アセンブリを示す。
【００２８】
ボディスキン要素１及び補強要素２は、中間の接着層３とともにコンデンサ４を構成し、前記コンデンサは、スイッチ５を介して、調整可能な周波数ｆを伴う電気交流電圧信号ＡＣを供給するジェネレータ６に接続可能になっている。測定装置７が、コンデンサ４を横切る電圧降下Ｕを測定し、コンデンサ４の静電容量Ｃを決定する。図３に示す測定アセンブリの実施形態において、電気コンデンサ４の測定される静電容量Ｃは、セットポイント静電容量Ｃセットポイントと比較される。測定装置７は、測定された静電容量Ｃとセットポイント静電容量Ｃセットポイントとの間の差ΔＣが調整可能な許容閾値を越える場合に、ボディスキン要素１からの補強要素２の分離を検出する。この例において、測定装置７は、ライン８を経由して警告信号を発信する。問題となるボディスキン要素１は、その後、メンテナンススタッフによって、視覚的にチェックされる。交流電圧ジェネレータ６は、乗物、例えば航空機の内部の交流電圧ジェネレータであり得る。他の実施形態において、外部の交流電圧ジェネレータ６が使用される。可能な実施形態において、測定装置７はまた、乗物内、航空機内に組み込まれる。
【００２９】
可能な実施形態において、セットポイント静電容量Ｃセットポイントは、乗物の製造後に測定され、メモリに保存される。その後、コンデンサ４の静電容量Ｃが変化したか、又は変化してないかどうかを決定するために定期的に検査が行われる。静電容量Ｃにおける変化は、部分的に分離したボディスキン要素１の表示となり得る。
【００３０】
図４は、図３に例示される測定アセンブリのための本発明による検出方法を例示するグラフを示す。示される曲線は、ボディスキン要素がそれぞれの補強要素２に強固に接着されている損傷してないコンデンサ、すなわち、コンデンサ４に依存する周波数である。静電容量は、適用される交流電圧信号の周波数の増加に従って減少する。コンデンサ４が損傷した場合、又は補強要素２がそれぞれのボディスキン要素１から分離した場合には、コンデンサ４の静電容量Ｃは、図２のラインＩＩによって例示されるように減少する。完全なコンデンサ４の静電容量Ｃは、それ故、測定され、かつ所定の測定周波数ｆMで選択的に一時的に保存されたセットポイント静電容量（Ｃセットポイント）に対応する。コンデンサ４が損傷すると、その静電容量Ｃは、測定周波数ｆMで静電容量Ｃ’に減少する。静電容量Ｃ’がオリジナルの静電容量Ｃから大きく逸脱する、すなわち、調整可能な許容閾値を越えた場合に、測定装置７は、警告信号を発信し、対応するボディスキン要素１が検査される。
【００３１】
図５は、本発明による方法を実行するための他の測定アセンブリを示す。信号ジェネレータ６によって生成される少なくとも１つの信号パルスが、上記のコンデンサ４の２つのプレート１，２のうちの１つに送られる一方、コンデンサ４の他の１つのプレートはアースとして作用している。少なくとも一部において、コンデンサ４の静電容量が変化する分離又は分離点で、この信号パルスが反射される。図６は、この後方拡散測定を例示する振幅−時間のグラフを示す。下側の信号曲線が、損傷していない、又は取り付けられたボディスキン要素を反映する一方、上側の信号曲線は、少なくとも部分的な分離の場合に与えられる。
【００３２】
本発明による方法は、補強要素２の分離を検出するだけでなく、接着層３が望ましいセットポイント厚さｄセットホ゜イントを有するかどうかを検査するために使用され得る。
【００３３】
本発明による方法は、乗物の部品の複雑な分解を必要とすることなく、素早いチェックを実行することを可能にする。本発明による方法は、補強要素２、すなわち、例えば、圧力下又は非圧力下の範囲において、ストリンガ又は補強されたＣＦＲＰ構造の分離を検出することを可能にする。本発明による方法は、乗物、つまり航空機の製造の後に、品質管理工程の一部として実行され得る。さらに、本発明による方法は、メンテナンスの間に実行され得る。可能な実施形態において、本発明による方法はまた、乗物の運転中に実施され得る。乗物は、軽量構造のどのような乗物、たとえば、自動車、航空機、鉄道車両、又は海運船舶でもよい。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【国際調査報告】
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