DE10156675A1

DE10156675A1 - Device for detecting disk brake lining thickness has ultrasonic sensor for determining thicknesses of first, second brake lining elements that can be brought into contact with brake disk

Info

Publication number: DE10156675A1
Application number: DE2001156675
Authority: DE
Inventors: Joachim Feldmann; Hans Vos
Original assignee: Wabco GmbH
Current assignee: ZF CV Systems Hannover GmbH
Priority date: 2001-11-17
Filing date: 2001-11-17
Publication date: 2003-05-28

Abstract

The device has an ultrasonic sensor (10) for determining the thicknesses of first and second brake lining elements (5,6) that can be brought into contact with a brake disk (1). The pulse-echo method is used to determine the thicknesses of the brake linings when applied to the disk in braking mode.

Description

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Bestimmung der Dicken von an Scheibenbremsen vorgesehenen Bremsbelägen. The invention relates to a device for determination the thicknesses provided on disc brakes Brake pads.

Aus der DE 42 43 875 A1 ist eine Vorrichtung zur Erfassung des Belagverschleißes bei einer Scheibenbremse bekannt. Dort wird im Zuge der Nachstellung eine mit der Nachstelleinrichtung drehfest verbundene Stellspindel um einen entsprechenden Winkel gedreht, und diese Drehung wird über ein Untersetzungsgetriebe auf ein Drehpotentiometer [dort (12)] übertragen, dessen Ausgangssignal (Signal am Abgriff) einen eindeutigen proportionalen Belagverschleißwert darstellt. DE 42 43 875 A1 describes a device for Coverage wear on a disc brake known. There is one with the Adjustment device rotatably connected adjusting spindle rotated by an appropriate angle, and this Rotation is on via a reduction gear Rotary potentiometer [there (12)] transmitted, whose Output signal (signal at the tap) a clear proportional lining wear value.

Neben diesem proportionalen Belagverschleißdetektor sind zwei weitere Kontaktsensoren [dort (S1) und (S2)] vorgesehen, deren Meßschleifen durch Reibung an der Bremsscheibe zerstört, so daß die Meßschleifen aufgetrennt und damit hochohmig werden. In addition to this proportional lining wear detector are two more contact sensors [there (S1) and (S2)] provided whose measuring loops by friction on the Brake disc destroyed, so that the measuring loops separated and thus become high impedance.

Zur Auswertung werden der Potentiometer-Schleifenwiderstand und die beiden Kontaktsensoren in Reihe geschaltet: Im Normalfall liegt am Abgriff des Drehpotentiometers eine Spannung an, die wie erläutert proportional zum Verschleiß des Bremsbelags ist und sich mit zunehmendem Verschleiß erhöht. Bei vollständigem Abrieb liegt am Schleifer durch Unterbrechung von einer oder beiden Kontaktsensor-Meßschleifen die Versorgungsspannung an. For evaluation, the Potentiometer loop resistance and the two contact sensors in series switched: Normally is due to the tap of the Rotary potentiometers apply a voltage that is proportional as explained to wear the brake pad and with increasing wear increases. With complete abrasion lies on the grinder by interrupting one or two contact sensor measuring loops Supply voltage on.

Diese Einrichtung ist geeignet, den Summenverschleiß an den beiden Bremsbelägen [dort (10)] festzustellen; bei ungleichmäßiger Belagabnutzung der beiden Bremsbeläge ist jedoch eine Auskunft über den Summenverschleiß nicht ausreichend, da bei ungleichmäßig abgenutzten Bremsbelägen die Bremskraft nachläßt und dies zudem auf einen mechanischen Fehler in der Bremse hinweist. This device is suitable for the total wear the two brake pads [there (10)]; at uneven lining wear of the two brake pads is, however, information about the total wear not sufficient, as it is worn unevenly Brake pads the braking force decreases and this also on indicates a mechanical fault in the brake.

Aus der DE 42 13 581 C1 ist eine Verschleißanzeige für Gleitsattel-Scheibenbremse bekannt, bei der bei Aktivierung der Betätigungseinrichtung über zwei vorzugsweise als Verschiebepotentiometer ausgebildete Meßwertgeber der Verschiebeweg der Betätigungsrichtung und der Verschiebeweg des Bremssattels gegenüber der Betätigungseinrichtung ermittelt wird. Unter Verwendung von zwei Teilschaltungen [dort Fig. 2] werden durch Rechenoperationen aus den beiden Verschiebewegen der Verschleiß des ersten äußeren Bremsbelages [dort (8)] und der Verschleiß des zweiten inneren Bremsbelages [dort (7)] ermittelt und angezeigt. From DE 42 13 581 C1 a wear indicator for sliding calliper disc brakes is known, in which when the actuating device is activated, the displacement path of the actuating direction and the displacement path of the brake caliper relative to the actuating device are determined by means of two transducers, preferably designed as displacement potentiometers. Using two sub-circuits [there, FIG. 2], the wear of the first outer brake pad [there (8)] and the wear of the second inner brake pad [there (7)] are determined and displayed by arithmetic operations from the two displacement paths.

Insoweit wird mit dem Verfahren nach dieser Schrift der Verschleiß an jedem einzelnen Bremsbelag angezeigt; nachteilig ist jedoch, daß das Meßprinzip die Scheibendicke der Bremsscheibe nicht berücksichtigt. Zudem ist die Funktionserfüllung abhängig von mechanischen Wegübertragungen, deren Schutz mit Faltenbälgen im rauhen Bremsumfeld problematisch ist. To this extent, the procedure according to this document is Wear on each individual brake pad displayed; it is disadvantageous, however, that the measuring principle Disc thickness of the brake disc is not taken into account. In addition is the function fulfillment depends on mechanical Path transfers, their protection with bellows in the rough Braking environment is problematic.

Beim Verschleiß einer Scheibenbremse werden zwar in erster Linie die Bremsbeläge abgenutzt, jedoch hat der Belagabrieb zur Folge, daß auch die Bremsscheibe selbst abgenutzt wird, d. h. daß ihre Dicke im Zuge des Verschleißes ebenfalls abnimmt. Um eine hinreichend genaue Information zum rechtzeitigen Bremsbelagwechsel zu erhalten [nicht zu früh, um die Wartungsintervalle möglichst zu verlängern, aber aus Sicherheitsgründen auf jeden Fall auch nicht zu spät], ist es erforderlich, die jeweilige Dicke beider Bremsbelagelemente meßtechnisch mit ausreichender Genauigkeit zu erfassen. When a disc brake is worn, in primarily worn out the brake pads, but the Pad abrasion has the consequence that the brake disc itself is worn, d. H. that their thickness in the course of Wear also decreases. To be sufficiently accurate Information on timely brake pad change too received [not too early to maintain intervals extend if possible, but for security reasons in any case not too late], it is necessary the respective thickness of both brake pad elements to be measured with sufficient accuracy.

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, eine Einrichtung zur Bestimmung der sich beim Verschleiß ändernden Dicken von Bremsbelägen anzugeben, bei der die verschleißbedingte Bremsscheiben-Dickenabnahme keine Meßwertverfälschung zur Folge hat. The invention is therefore based on the object Device for determining the wear to indicate changing thicknesses of brake pads at which the wear-related brake disc thickness reduction none Falsified measured values.

Diese Aufgabe wird durch die im Patentanspruch 1 angegebene Erfindung gelöst. Weiterbildungen und vorteilhafte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben. This object is achieved by the in claim 1 specified invention solved. Further training and advantageous embodiments of the invention are in the Subclaims specified.

Die Erfindung hat den Vorteil, daß zur kontinuierlichen Erfassung der Bremsbelag-Dicken unabhängig von der jeweiligen Bremsscheibendicke nicht die aus dem St.d.T. bekannten, in den Bremsbelägen selbst angebrachten, Sensoren verwendet werden, welche sich beim Bremsbelag- Verschleiß selbst mit verschleißen und bei einem Belagwechsel neu kontaktiert werden müssen. The invention has the advantage that for continuous Detection of brake pad thicknesses regardless of the the respective brake disc thickness is not that from the St.d.T. known, attached in the brake pads themselves, Sensors are used, which are in the brake pad Wear yourself with wear and tear at one Pad changes must be contacted again.

Eine Weiterbildung der Erfindung hat den Vorteil, daß sich die Temperatur in den Bremsbelägen und an deren Grenzflächen aus der Laufzeit-Verlängerung von Echosignalen bestimmen läßt, die durch die Bremsbetätigungsbedingte Erwärmung entsteht. A development of the invention has the advantage that the temperature in and on the brake pads Interfaces from the term extension of Echo signals can be determined by the Brake actuation-related heating occurs.

Die Erfindung wird im folgenden anhand eines Ausführungsbeispiels, das in den Zeichnungen dargestellt ist, näher erläutert. The invention is based on a Embodiment, which is shown in the drawings, explained in more detail.

Es zeigen: Show it:

Fig. 1 Eine an einem Rad eines Fahrzeugs befestigte Bremsscheibe, über die ein axial verschieblicher Bremssattel gestülpt ist, an welchem der erfindungsgemäße Ultraschall- Sensor befestigt ist, wobei der Bremssattel eine Zuspanneinrichtung für die Bremsbetätigung enthält; Figure 1 A brake disc attached to a wheel of a vehicle, over which an axially displaceable brake caliper is slipped, on which the ultrasonic sensor according to the invention is attached, the brake caliper containing an application device for the brake actuation;

Fig. 2 das Prinzip für die Ermittlung der Dicke eines Bremsbelagelementes unter Verwendung des Ultraschall-Sensors als Schemadarstellung des Verlaufs der Schallimpulse im Weg- /Zeit-Diagramm; Fig. 2 shows the principle for determining the thickness of a brake lining element using the ultrasonic sensor as a schematic representation of the course of the sound pulses in the path / time diagram;

Fig. 3 das Prinzip für die Ermittlung der Dicke von zwei Bremsbelagelementen unter Verwendung des Ultraschall-Sensors als Schemadarstellung des Verlaufs der Schallimpulse im Weg-/Zeit-Diagramm; Fig. 3 shows the principle for determining the thickness of two brake lining elements using the ultrasonic sensor as a schematic representation of the course of the sound pulses in the path / time diagram;

Fig. 4 die Verwendung eines weiteren Ultraschall- Sensors zur Bestimmung der Summe der Dicken von zwei Bremsbelagelementen. Fig. 4 shows the use of another ultrasonic sensor for determining the sum of the thicknesses of two brake pad elements.

Fig. 1 zeigt die Bremsscheibe (1) und die Radachse (12) des Rades am Fahrzeug, an welchem sie befestigt ist [Befestigung nicht gezeigt]. Der Bremssattel (2) ist durch eine weitere Befestigungseinrichtung [hier ebenfalls nicht gezeigt] bezüglich der Radachse (12) fixiert, durch die eine radial wirkende Drehsicherung realisiert ist, die jedoch eine axiale Verschiebung zuläßt. Fig. 1 shows the brake disc ( 1 ) and the wheel axle ( 12 ) of the wheel on the vehicle to which it is attached [attachment not shown]. The brake caliper ( 2 ) is fixed by a further fastening device [also not shown here] with respect to the wheel axle ( 12 ), by means of which a radially acting rotation lock is implemented, which, however, permits an axial displacement.

Der Bremssattel (2) besteht in einer U-Grundform und ist derart über die Bremsscheibe (1) gestülpt, daß ein erstes fahrzeugaußenseitiges (3) und ein zweites fahrzeuginnenseitiges (4) Stützelement die Bremsscheibe (1) jeweils seitlich umgreifen. Die beiden Stützelemente (3) und (4) sind durch Befestigungsmittel (13) starr miteinander verbunden und bilden so das Gehäuse des Bremssattels (2), so daß sie Reaktionskräfte der unten erläuterten Zuspanneinrichtung (9) aufnehmen können; natürlich ist auch eine einstückige Ausführung des Bremssattel-Gehäuses mit den Stützelementen (3) und (4) möglich. Durch die Art der Fixierung des Bremssattels (2) wirken die Stützelemente (3) und (4) gegen die Verdrehung in Umfangsrichtung bezüglich der Radachse (12). The brake caliper (2) comprises basic form U-in and is so placed over the brake disc (1), that a first vehicle-exterior side (3) and a second vehicle interior side (4) supporting element engage around the brake disc (1) laterally. The two support elements ( 3 ) and ( 4 ) are rigidly connected to one another by fastening means ( 13 ) and thus form the housing of the brake caliper ( 2 ), so that they can absorb reaction forces from the application device ( 9 ) explained below; Of course, a one-piece design of the brake caliper housing with the support elements ( 3 ) and ( 4 ) is also possible. Due to the type of fixation of the brake caliper ( 2 ), the support elements ( 3 ) and ( 4 ) act against the rotation in the circumferential direction with respect to the wheel axis ( 12 ).

Alternativ hierzu können die auf die Belagträger (7, 8) wirkenden Umfangskräfte der Bremsbelagelemente (5, 6) auch unmittelbar über die Radachse (12) abgestützt werden. Alternatively, the circumferential forces of the brake lining elements ( 5 , 6 ) acting on the lining carrier ( 7 , 8 ) can also be supported directly via the wheel axle ( 12 ).

Im Bremssattel-Gehäuse (3, 4, 13) ist die Zuspanneinrichtung (9) angeordnet, bei der ein z. B. über einen pneumatischen Bremszylinder betätigter Bremshebel (14), welcher am zweiten Stützelement (4) über ein Drehgelenk (15) gelagert ist, im Zuge seiner Betätigung [Rechtsschwenkung] in Richtung der Zuspanneinrichtungsachse (17) über den Bremsnocken (16) und die reibungsarme Rollenlagerung (46) eine Kraft auf ein Druckstück (18) ausübt, welches zum Zwecke des Längenausgleichs unter Verwendung von z. B. einer arretierbaren Schraubverbindung wiederum mit einem Krafteinleitungselement (19) verbunden ist. In the caliper housing ( 3 , 4 , 13 ) the application device ( 9 ) is arranged, in which a z. B. via a pneumatic brake cylinder operated brake lever ( 14 ) which is mounted on the second support element ( 4 ) via a swivel joint ( 15 ), in the course of its actuation [right-hand pivot] in the direction of the application axis ( 17 ) via the brake cam ( 16 ) and low-friction roller bearing ( 46 ) exerts a force on a pressure piece ( 18 ), which for the purpose of length compensation using z. B. a lockable screw connection is in turn connected to a force introduction element ( 19 ).

Die Scheibenbremse ist in Fig. 1 in ihrem Bremsbetätigungszustand gezeigt, bei dem die Bremsscheibe (1) durch die von dem Krafteinleitungselement (19) ausgeübte Spannkraft zwischen eine Baugruppe erster Belagträger/erstes Bremsbelagelement (7, 5) und eine Baugruppe zweiter Bremsbelagträger/zweites Bremsbelagelement (8, 6) geklemmt wird. Durch die aufgebrachte Klemmkraft entsteht ein Reibschluß zwischen den beiden Bremsbelagelementen (5, 6) und der Bremsscheibe (1). The disc brake is shown in FIG. 1 in its brake actuation state, in which the brake disc ( 1 ) is exerted by the tension force exerted by the force introduction element ( 19 ) between an assembly of the first lining carrier / first brake lining element ( 7 , 5 ) and an assembly of the second brake lining carrier / second brake lining element ( 8 , 6 ) is clamped. The applied clamping force creates a frictional connection between the two brake pad elements ( 5 , 6 ) and the brake disc ( 1 ).

Die Baueinheiten Bremsbelagträger/Bremsbelagelement (7, 5 bzw. 8, 6) werden gebildet, indem jedes Bremsbelagelement (5 bzw. 6) kraftschlüssig [z. B. durch Kleben] oder formschlüssig [z. B. durch Bördeln] mit dem entsprechenden Belagträger (7 bzw. 8) verbunden wird. The brake pad carrier / brake pad element ( 7 , 5 or 8 , 6 ) are formed by each brake pad element ( 5 or 6 ) non-positively [z. B. by gluing] or positive [z. B. by flanging] with the corresponding covering carrier ( 7 or 8 ).

Die Lösestellung der Scheibenbremse wird durch Linksschwenkung des Bremshebels (14) eingenommen: Dadurch, daß die Baugruppen Bremsträger/Bremsbelagelement (7, 5 bzw. 8, 6) durch entsprechende Führungselemente zwar radial gefesselt, d. h. unverschieblich, aber axial verschieblich im Bremssattel-Gehäuse (3, 4, 13), bzw. der Radachse (12) angeordnet sind, stellt sich beim Bremsen-Lösen zwischen der Bremsscheibe (1) und den Bremsbelagelementen (5, 6) ein freier Abstand, das Lüftspiel, ein. In dieser Stellung liegen die Belagträger (7, 8) jeweils lose an dem ersten Stützelement (3) bzw. an dem Krafteinleitungselement (19) an. The disengaged position of the disc brake is assumed by swiveling the brake lever ( 14 ) to the left: The fact that the brake carrier / brake lining element ( 7 , 5 or 8 , 6 ) assemblies are radially restrained by corresponding guide elements, ie immovable, but axially displaceable in the brake caliper housing ( 3 , 4 , 13 ), or the wheel axle ( 12 ), there is a free clearance, the clearance, when the brake is released between the brake disc ( 1 ) and the brake lining elements ( 5 , 6 ). In this position, the lining carriers ( 7 , 8 ) each lie loosely on the first support element ( 3 ) or on the force introduction element ( 19 ).

Alternativ zur Realisierung der Zuspanneinrichtung (9) als mechanische Getriebeeinheit (14, 15, 16, 46, 18) kann diese auch als hydraulische Zuspanneinrichtung realisiert sein, bei der z. B. einerseits ein Hydro-Zuspannzylinder am Stützelementen (4) befestigt ist, und andererseits der Zuspannzylinder-Betätigungskolben z. B. über eine arretierbare Schraubverbindung mit dem Krafteinleitungselement (19) verbunden ist. Auch bei einer derartigen Ausführung gelten die vorstehenen Ausführungen bezüglich des Betätigens und des Lösens sinngemäß. As an alternative to the application of the application device ( 9 ) as a mechanical transmission unit ( 14 , 15 , 16 , 46 , 18 ), this can also be implemented as a hydraulic application device in which, for. B. on the one hand a hydraulic brake cylinder is attached to the support elements ( 4 ), and on the other hand the brake cylinder actuating piston z. B. is connected via a lockable screw connection with the force introduction element ( 19 ). Even with such an embodiment, the above explanations apply analogously with regard to actuation and release.

Der Ultraschall-Sensor (10) ist sowohl als Schallerzeuger (Geber), als auch als Schallempfänger (Nehmer) ausgebildet und ist am ersten fahrzeugaußenseitigen Stützelement (3) befestigt; er ist an der nach außen weisenden Begrenzungsfläche des Stützelementes (3) derart angebracht, daß der von ihm erzeugte Wellenzug in Form einer Schallkeule symmetrisch zur Zuspanneinrichtungs- Achse (17) in die Scheibenbremse eingeleitet wird. Gegebenenfalls wird zur Verbesserung der Ankopplung [Vermeidung von Luftspalten] auf der Stützelement-Begrenzungsfläche vor der Sensormontage ein geeignetes Medium, z. B. Silikongel, aufgebracht. Auf der Rückseite des Schallwandlers, der der Begrenzung des ersten Stützelementes (3) abgewandten äußeren Begrenzung des Ultraschall-Sensors (10), ist ein Dämpfungsmedium zur Schallisolierung vorgesehen. The ultrasound sensor ( 10 ) is designed both as a sound generator (transmitter) and as a sound receiver (receiver) and is fastened to the first support element ( 3 ) on the outside of the vehicle; it is attached to the outwardly facing boundary surface of the support element ( 3 ) in such a way that the wave train generated by it is introduced into the disc brake in the form of a sound lobe symmetrically to the application axis ( 17 ). If necessary, to improve the coupling [avoid air gaps] on the support element boundary surface before mounting the sensor, a suitable medium, e.g. B. silicone gel applied. A damping medium for sound insulation is provided on the back of the sound transducer, the outer boundary of the ultrasonic sensor ( 10 ) facing away from the boundary of the first support element ( 3 ).

Im Ultraschall-Sensor (10) ist intern in direkter Nähe zu seiner Anschlußfläche (40) am Stützelement (3) als Schallerzeuger ein piezoelektrischer Schwinger aus einem hierfür geeigneten piezoelektrischer Stoff angeordnet. Generell sind bei der Materialauswahl die in der jeweiligen Anwendung auftretenden Temperaturen zu beachten. Wenn diese nicht zu hoch werden [z. B. bis 80°C], kann Kunststoff [PVDF] verwendet werden, sonst können keramische [z. B. Bariumtitanat] oder kristalline piezoelektrische Stoffe [Quarz, Lithiumniobat] eingesetzt werden, deren Anwendungsbereich sich bis 1200°C [Lithiumniobat] erstreckt. In the ultrasonic sensor ( 10 ), a piezoelectric oscillator made of a suitable piezoelectric material is arranged internally in direct proximity to its connection surface ( 40 ) on the support element ( 3 ) as a sound generator. In general, when selecting the material, the temperatures that occur in the respective application must be taken into account. If they don't get too high [e.g. B. up to 80 ° C], plastic [PVDF] can be used, otherwise ceramic [z. B. barium titanate] or crystalline piezoelectric materials [quartz, lithium niobate] can be used, the scope of which extends to 1200 ° C [lithium niobate].

Die Dickenmessung mittels Ultraschall erfolgt vorzugsweise nach dem an sich bekannten Impulsechoverfahren. Hierbei wird von einem geeigneten Schallwandler ein Schwingungsimpuls, d. h. ein kurzer Wellenzug, in das zu untersuchende Prüfstück emittiert. Der Wellenzug wird an der ebenen Rückseite des Prüflings reflektiert und gelangt nach der entsprechenden Laufzeit wieder zum Wandler, der sofort nach Aussenden des Prüfimpulses auf Empfang geschaltet ist. The thickness is measured using ultrasound preferably according to the pulse echo method known per se. Here, a suitable sound transducer is used Vibration pulse, d. H. a short wave train into which investigating test piece emitted. The wave train will reflected on the flat back of the test object and returns to after the corresponding term Transducer that turns on immediately after sending the test pulse Reception is switched.

Die Laufzeit wird von einer geeigneten, mit dem Ultraschall-Sensor (10) über elektrische Anschlußleitungen (11) verbundene Sensorelektronik [nicht gezeigt] ausgewertet und von dieser kann, bei bekannter Schallgeschwindigkeit im Prüfling, die Dicke des Prüflings errechnet werden. Üblicherweise werden bei diesem Verfahren Longitudinalwellen im Frequenzbereich von einigen hundert kHz bis einigen zehn MHz eingesetzt. The transit time is evaluated by suitable sensor electronics [not shown] connected to the ultrasound sensor ( 10 ) via electrical connecting lines ( 11 ) and from this the thickness of the test object can be calculated, given the known speed of sound in the test object. Longitudinal waves in the frequency range from a few hundred kHz to a few tens of MHz are usually used in this method.

Die Schallreflektion erfolgt an Grenzflächen zwischen Medien, die sich in der akustischen Impedanz Z unterscheiden; dabei ist die akustische Impedanz das Produkt aus Schallgeschwindigkeit c und Dichte ρ:

The sound reflection takes place at interfaces between media that differ in acoustic impedance Z; the acoustic impedance is the product of the speed of sound c and density ρ:

Der Reflektionsfaktor R eines Ultraschallimpulses an der Grenzfläche eines Mediums 1 zu einem Medium 2 ergibt sich unter Zugrundelegung der akustischen Impedanzen 21 und 22 dieser Medien:

The reflection factor R of an ultrasound pulse at the interface of a medium 1 with a medium 2 results on the basis of the acoustic impedances 21 and 22 of these media:

Somit entstehen an den Grenzflächen aller Medien, deren Impedanzunterschiede hinreichend groß sind, reflektierte Echos. Die Auswertung der Laufzeiten dieser Echos erlaubt auch bei durchlaufen mehrerer Medien hintereinander die Bestimmung der Dicke der einzelnen Medien. Zum Beispiel ist die Messung der Dicke einzelner Lackschichten bei mehrlagigen Lackierungen Stand der Technik. Thus, at the interfaces of all media, their Differences in impedance are sufficiently large, reflected echoes. The evaluation of the terms of this Echoes allow even when going through multiple media successively determining the thickness of each Media. For example, the thickness measurement is individual Lacquer layers for multi-layer paintwork Technology.

Um die Erzeugung von unerwünschten Schallechos durch Inhomogenitäten in den Werkstoffen zu reduzieren, sollte der Schallwandler bei nicht zu hohen Frequenzen arbeiten [z. B. bei 300 kHz oder höher]. Bei einem typischen Elastizitätsmodul des Bremsbelags in der Nähe von 2.000 N/mm² ergibt sich eine Schallgeschwindigkeit im Bereich 1000 bis 2000 m/s und mit 300 kHz eine Wellenlänge im Bereich 3 bis 6 mm. Diese ist somit deutlich größer als die Dimensionen der Füllstoffe im Bremsbelag, die kleiner als 0,1 mm sind. Daher erzeugen diese Füllstoffe keine die Auswertung störenden Echos. Typische Durchmesser geeigneter Schallwandler liegen bei ca. 2 cm. Die jeweils gewählten Frequenzen und Schallwandlergrößen ergeben sich durch Optimierung auf den jeweiligen Einsatzfall. Hierbei erfolgt auch die Einstellung der Sensorelektronik auf die jeweilige genaue Schallgeschwindigkeit des Bremsbelages und auf die richtige Identifizierung der für die Auswertung relevanten Echos. In order to reduce the generation of unwanted sound echoes due to inhomogeneities in the materials, the sound transducer should work at frequencies that are not too high [e.g. B. at 300 kHz or higher]. With a typical modulus of elasticity of the brake pad in the vicinity of 2,000 N / mm ² , the speed of sound is in the range from 1000 to 2000 m / s and with 300 kHz a wavelength in the range from 3 to 6 mm. This is significantly larger than the dimensions of the fillers in the brake pad, which are smaller than 0.1 mm. Therefore, these fillers do not generate echoes that interfere with the evaluation. Typical diameters of suitable sound transducers are approx. 2 cm. The selected frequencies and transducer sizes result from optimization for the respective application. Here, the sensor electronics are also set to the respective precise sound speed of the brake pad and to the correct identification of the echoes relevant for the evaluation.

Für die Prinziperläuterung unter Fig. 2 wird von einer Scheibenbremse im gelösten Zustand ausgegangen; der Verständlichkeit halber sind hierbei einige fiktive Vereinfachungen vorgenommen. For the principle explanation in FIG. 2, a disc brake in the released state is assumed; For the sake of clarity, some fictitious simplifications have been made.

Fig. 2 dient zur Erläuterung der Schichtdickenbestimmung des ersten Bremsbelagelementes (5). Hierzu wird zunächst davon ausgegangen, daß der erste Bremsbelagträger (7) nicht lose am ersten Stützelement (3) anliegt, sondern ohne jeden Luftspalt mit diesem verbunden ist. Dann wird die Dicke des ersten Belagträgers (7) mit Null angenommen. In Fig. 2 schließt sich also direkt an der Anschlußfläche (40) des Ultraschallsensors (10) das erste Stützelement (3) an, auf welches an der Grenzfläche (41) die Schicht des ersten Bremsbelagelementes (5) folgt. Die Grenzschicht (42) stellt den Übergang zur Luft dar, nämlich zur Luftschicht des fahrzeugaußenseitigen Teils des Lüftspaltes. Fig. 2 serves to explain the layer thickness determination of the first brake pad element ( 5 ). For this purpose, it is initially assumed that the first brake pad carrier ( 7 ) does not lie loosely on the first support element ( 3 ), but is connected to it without any air gap. Then the thickness of the first lining carrier ( 7 ) is assumed to be zero. In FIG. 2, the first support element ( 3 ) follows directly on the connection surface ( 40 ) of the ultrasonic sensor ( 10 ), which is followed by the layer of the first brake lining element ( 5 ) at the interface ( 41 ). The boundary layer ( 42 ) represents the transition to air, namely to the air layer of the part of the air gap on the outside of the vehicle.

Mit der Annahme einer Schichtdicke von Null für den ersten Bremsbelagträger entfallen Reflexionen an den Grenzflächen des Belagträgers, die natürlich in der praktischen Anwendung vorkommen. Dadurch, daß sich die akustischen Impedanzen des ersten Stützelementes (3) und des ersten Belagträgers (7) nicht stark voneinander unterscheiden, sind Reflexionen hier vergleichsweise gering; diese Reflexionen werden in der Praxis jedoch vom Ultraschall-Sensor (10) erfaßt, und nach Auswertung durch die Sensorelektronik ist auch eine Schicht mit der Dicke des ersten Belagträgers (7) erkannt. Diese Schichtdicke ist jedoch konstruktiv festgelegt und bekannt [ebenso wie die Schichtdicke des ersten Stützelementes (3)] und kann daher sehr einfach lokalisiert werden. Vom Rechenaufwand für die Sensorelektronik wird die Auswertung bei eine Belagträger-Schichtdicke von ungleich Null etwas aufwendiger, jedoch grundsätzlich nicht komplizierter, weshalb es, wie gesagt, sinnvoll ist, für die Prinziperläuterung von einer Belagträger- Dicke von Null auszugehen. With the assumption of a layer thickness of zero for the first brake lining carrier, reflections at the boundary surfaces of the lining carrier are eliminated, which naturally occur in practical use. Because the acoustic impedances of the first support element ( 3 ) and the first lining carrier ( 7 ) do not differ greatly from one another, reflections are comparatively low here; in practice, however, these reflections are detected by the ultrasound sensor ( 10 ) and, after evaluation by the sensor electronics, a layer with the thickness of the first coating carrier ( 7 ) is also recognized. However, this layer thickness is structurally determined and known [as is the layer thickness of the first support element ( 3 )] and can therefore be located very easily. The computing effort for the sensor electronics makes the evaluation somewhat more complex for a brake pad layer thickness of non-zero, but in principle not more complicated, which is why, as I said, it makes sense to assume a brake pad thickness of zero for the principle explanation.

Die Vereinfachung einer Belagträger-Dicke von Null wird unten auch bei den Prinzip-Erläuterungen von Fig. 3 für beide Belagträger (7, 8) angenommen. The simplification of a lining carrier thickness of zero is also assumed below for the principle explanations of FIG. 3 for both lining carriers ( 7 , 8 ).

Mit den fiktiven Annahmen in Fig. 2 ergeben sich die nachstehenden Schallimpuls-Transmissionen und -Reflexionen an den Grenzschichten, aus denen dann die Schichtdicke D₁ (38) des ersten Bremsbelagelementes (5) bestimmbar ist. The fictitious assumptions in FIG. 2 result in the following sound impulse transmissions and reflections at the boundary layers, from which the layer thickness D ₁ ( 38 ) of the first brake lining element ( 5 ) can then be determined.

De facto wird die Schichtdicke D₁ (38) jedoch nicht bei gelöster Scheibenbremse, sondern im Bremsbetätigungszustand ermittelt, wenn die Belagträger (7) fest zwischen das erste Stützelement (3) bzw. das Krafteinleitungselement (19) gepreßt sind. Es wird davon ausgegangen, daß durch die starke Pressung kein Luftspalt zwischen dem Stützelement (3) und dem Belagträger (7) vorhanden ist; unter Umständen ist am Bremsbelagträger (7) an der zum Stützelement (3) weisenden Oberfläche ein entsprechendes akustisches Kopplungsmittel anzubringen. In fact, however, the layer thickness D ₁ ( 38 ) is not determined when the disc brake is released, but in the brake actuation state when the brake pads ( 7 ) are pressed firmly between the first support element ( 3 ) and the force application element ( 19 ). It is assumed that due to the strong pressure there is no air gap between the support element ( 3 ) and the lining carrier ( 7 ); Under certain circumstances, an appropriate acoustic coupling means must be attached to the brake lining carrier ( 7 ) on the surface facing the support element ( 3 ).

Im Bremsbetätigungszustand wird die Grenzfläche (42) von Fig. 2 durch die Grenzfläche (43) von Fig. 3 ersetzt; die in Fig. 2 gezeigten Reflexionen und Transmissionen sind jedoch in gleicher Weise auch in Fig. 3 wirksam. In the brake actuation state, the interface ( 42 ) of FIG. 2 is replaced by the interface ( 43 ) of FIG. 3; however, the reflections and transmissions shown in FIG. 2 are also effective in FIG. 3 in the same way.

Der vom Ultraschall-Sensor (10) an der Anschlußfläche (40) am erstem Stützelement (3) zum Zeitpunkt t₀ (34) emittierte Schallimpuls (20) durchläuft zunächst das erste fahrzeugaußenseitige Stützelement (3) aus Eisenguß oder Stahl [akustische Impedanz in beiden Fällen ca. 47 × 10⁶ Ns/m³] und tritt dann durch die Grenzfläche (41) als Schallimpuls (21) mit reduzierter Schallenergie in das erste Bremsbelagelement (5) ein [Impedanz ca. 2, 3 bis 3 × 10⁶ Ns/m³]. Entsprechend Beziehung {2} liegt die Transmission bei ca. 10% der Schallenergie. Der nicht transmittierte Teil der Schallenergie von ca. 90% wird als Schallimpuls (22) an der Grenzfläche (41) reflektiert und erreicht den Ultraschall- Sensor (10) zum Zeitpunkt t₁ (35). The sound pulse ( 20 ) emitted by the ultrasound sensor ( 10 ) on the connection surface ( 40 ) on the first support element ( 3 ) at time t ₀ ( 34 ) first passes through the first vehicle-side support element ( 3 ) made of cast iron or steel [acoustic impedance in both 47 × 10 ⁶ Ns / m ³ ] and then enters the first brake pad element ( 5 ) through the interface ( 41 ) as a sound pulse ( 21 ) with reduced sound energy [impedance approx. 2, 3 to 3 × 10 ⁶ Ns / m ³ ]. According to relation {2}, the transmission is around 10% of the sound energy. The non-transmitted part of the sound energy of approx. 90% is reflected as a sound pulse ( 22 ) at the interface ( 41 ) and reaches the ultrasonic sensor ( 10 ) at time t ₁ ( 35 ).

Da voraussetzungsgemäß das erste Bremsbelagelement (5) nicht an der Bremsscheibe (1) aufliegt, erfolgt für den transmittierten Schallimpuls (21) nach Durchlaufen des ersten Bremsbelagelementes (5) am fahrzeugaußenseitigen Teil (42) des Lüftspaltes praktisch eine Totalreflektion. Der totalreflektierte Schallimpuls (23) trifft nach erneutem Durchlaufen des ersten Bremsbelagelementes (5) wieder auf die Grenzfläche (41) zum ersten Stützelement (3), worauf wieder 10% als Schallimpuls (24) zum ersten Stützelementes (3) durchgelassen weden. Somit erreicht den Ultraschall-Sensor (10) zum Zeitpunkt t2 (36) ein Schall-Signal (24), dessen Stärke sich in der Größenordnung von ca. 1% des emittierte Schall-Signals (20) bewegt [Dämpfung vernachlässigt]. Since the first brake lining element ( 5 ) does not rest on the brake disc ( 1 ), the transmitted sound pulse ( 21 ) practically has a total reflection after passing through the first brake lining element ( 5 ) on the vehicle-side part ( 42 ) of the air gap. The totally reflected sound pulse ( 23 ) hits the interface ( 41 ) to the first support element ( 3 ) again after passing through the first brake pad element ( 5 ) again, whereupon again 10% is passed as a sound pulse ( 24 ) to the first support element ( 3 ). Thus, the ultrasonic sensor ( 10 ) reaches a sound signal ( 24 ) at time t2 ( 36 ), the strength of which is of the order of magnitude of approximately 1% of the emitted sound signal ( 20 ) [attenuation neglected].

Die Schichtdicke D₁ (38) des ersten Bremsbelagelementes (5) wird aus der Laufzeitdifferenz der Reflexionen an der Grenzfläche (41) und der Fläche (42) unter Berücksichtigung der Schallgeschwindigkeit c_B berechnet:

The layer thickness D ₁ ( 38 ) of the first brake lining element ( 5 ) is calculated from the transit time difference of the reflections at the interface ( 41 ) and the surface ( 42 ) taking into account the speed of sound c _B :

Wie oben erläutert liegt die Schallgeschwindigkeit c_B im Bremsbelag in einem Bereich von 1000 bis 2000 m/s. Für eine Dickenänderung des Bremsbelags um 0,1 mm ändert sich die Laufzeit um 0,1 bis 0,2 µs. Eine ausreichende Auflösung wird also problemlos erreicht. As explained above, the speed of sound c _B in the brake pad is in a range from 1000 to 2000 m / s. For a change in the thickness of the brake pad by 0.1 mm, the running time changes by 0.1 to 0.2 µs. Sufficient resolution is therefore easily achieved.

Als Beispiel sei die Schichtdicke D₁ (38) des ersten Bremsbelagelementes (5) zu Beginn 2 cm. Bei einer angenommenen Schallgeschwindigkeit von 1500 m/s entspricht dies einer Laufzeit im Belag [hin und zurück] von ca. 27 µs; wenn sich die Dicke dann verschleißbedingt auf die Hälfte [1 cm] reduziert, so reduziert sich auch entsprechend die Laufzeit auf ca. 14 µs. As an example, let the layer thickness D ₁ ( 38 ) of the first brake pad element ( 5 ) be 2 cm at the beginning. With an assumed sound speed of 1500 m / s, this corresponds to a running time in the covering [there and back] of approx. 27 µs; if the thickness is reduced to half [1 cm] due to wear, the running time is reduced accordingly to approx. 14 µs.

Im Bremszustand, wenn wie erläutert die beiden Bremsbelagelemente (6) und (7) luftspaltfrei an der Bremsscheibe (1) anliegen, durchläuft das Schallsignal auch die Bremsscheibe (1) und das zweite Bremsbelagelement (7); bei diesem Durchlauf werden wiederum entsprechende Echos erzeugt, welche von der Sensorelektronik ausgewertet werden. In the braking state, when, as explained, the two brake pad elements ( 6 ) and ( 7 ) rest against the brake disc ( 1 ) without an air gap, the sound signal also passes through the brake disc ( 1 ) and the second brake pad element ( 7 ); During this run, corresponding echoes are again generated, which are evaluated by the sensor electronics.

Zusätzlich zu den oben anhand von Fig. 2 erläuterten Transmissionen und Reflexionen (20, 21, 22, 23 und 24) zur Bestimmung der Schichtdicke D₁ (38) des ersten Bremsbelagelementes (5) sind in Fig. 3 weitere Transmissionen bzw. Reflexionen gezeigt, die sich an den weiteren Grenzflächen dieser Darstellung ergeben. In addition to the transmissions and reflections ( 20 , 21 , 22 , 23 and 24 ) explained above with reference to FIG. 2 for determining the layer thickness D ₁ ( 38 ) of the first brake pad element ( 5 ), further transmissions or reflections are shown in FIG. 3 that arise at the other interfaces of this representation.

Mit der Grenzfläche (43) wird der Schallimpuls (21) an dieser nicht mehr totalreflektiert, sondern ein Teil seiner Schallenergie wird als Schallimpuls (25) in die Bremsscheibe (1) transmittiert. An der Grenzfläche (44) von der Bremsscheibe (1) zum zweiten Bremsbelagelement (6) wird dann ein Teil der Schallenergie des Schallimpulses (25) als Schallimpuls (26) in das Bremsbelagelement transmittiert, und von diesem Schallimpuls wird wiederum ein Teil an der Grenzfläche (45) des zweiten Bremsbelagelementes (6) zum Krafteinleitungselement (19) als Schallimpuls (27) reflektiert. Die Transmission des Schallimpulses (27) an der Grenzfläche (44) ergibt den Schallimpuls (28), welcher durch Transmission an der Grenzfläche (43) den Schallimpuls (29) erzeugt, der an der Grenzfläche (41) durch Transmission zum Schallimpuls (30) führt, und dieser schließlich an der Anschlußfläche (40) zum Zeitpunkt t₃ (37) am Ultraschall-Sensor (10) wieder eintrifft. With the interface ( 43 ), the sound pulse ( 21 ) is no longer totally reflected there, but part of its sound energy is transmitted as a sound pulse ( 25 ) into the brake disc ( 1 ). At the interface ( 44 ) from the brake disc ( 1 ) to the second brake pad element ( 6 ), part of the sound energy of the sound pulse ( 25 ) is then transmitted as a sound pulse ( 26 ) into the brake pad element, and part of this sound pulse is in turn at the interface ( 45 ) of the second brake pad element ( 6 ) to the force introduction element ( 19 ) is reflected as a sound pulse ( 27 ). The transmission of the sound pulse ( 27 ) at the interface ( 44 ) results in the sound pulse ( 28 ), which generates the sound pulse ( 29 ) by transmission at the interface ( 43 ), which at the interface ( 41 ) generates transmission to the sound pulse ( 30 ) leads, and this finally arrives at the connection surface ( 40 ) at time t ₃ ( 37 ) on the ultrasonic sensor ( 10 ).

Wie oben erläutert, wird die Schichtdicke D₂ (39) des zweiten Bremsbelagelementes (6) ebenfalls aufgrund der Laufzeiten bestimmt, wobei, da im Signalweg auch Laufzeiten durch das erste Bremsbelagelement (5) und die Bremsscheibe (1) enthalten sind, Schichtdicke D₁ (38) und D₃ (Bremsscheibe) abzuziehen ist:

mit c_S: Schallgeschwindigkeit in der Scheibe. As explained above, the layer thickness D ₂ ( 39 ) of the second brake lining element ( 6 ) is also determined on the basis of the transit times, whereby, since the signal path also includes transit times through the first brake lining element ( 5 ) and the brake disc ( 1 ), the layer thickness D ₁ ( 38 ) and D ₃ (brake disc) must be deducted:

with c _S : speed of sound in the disk.

Bei einer Ausführungsform der Bremsscheibe (1) als Vollscheibe kann die erläuterte Ultraschallmessung zur Schichtdickenbestimmung der Bremsbelagelemente grundsätzlich zu jedem Zeitpunkt durchgeführt werden; hingegen kann im Falle von innenbelüfteten Bremsscheiben die Messung nur in Zeiten ausgewertet werden, zu denen sich ein Verbindungssteg, der die beiden von innen belüfteten Teilscheiben miteinander verbindet, im Laufweg des Ultraschallsignals befindet. In the case of an embodiment of the brake disc ( 1 ) as a solid disc, the explained ultrasound measurement for determining the layer thickness of the brake lining elements can in principle be carried out at any time; on the other hand, in the case of internally ventilated brake discs, the measurement can only be evaluated at times at which a connecting web, which connects the two internally ventilated partial discs, is in the path of the ultrasound signal.

Die oben anhand von Fig. 3 erläuterte Bestimmung der Schichtdicke D₂ (39) durch Auswertung der vergleichsweise schwachen Echosignale aus dem Durchlaufen des zweiten Bremsbelagelementes (6) erfordert, um die Signale zur Durchführung der Auswertung in der Sensorelektronik richtig empfangen zu können, einen entsprechenden meßtechnischen Aufwand. The determination of the layer thickness D ₂ ( 39 ) explained above with reference to FIG. 3 by evaluating the comparatively weak echo signals from passing through the second brake pad element ( 6 ) requires a corresponding one in order to be able to correctly receive the signals for carrying out the evaluation in the sensor electronics metrological effort.

Will man diesen Aufwand nicht betreiben, so besteht die Möglichkeit, die Schichtdicke D₂ (39) mit Hilfe eines weiteren Ultraschall-Sensors (31) zu ermitteln, der, wie in Fig. 4 in der oberen Seitenansicht gezeigt, auf einem am ersten Belagträger (7) fest angebrachten ersten Ausleger (32) befestigt ist. Am zweiten Belagträger (8) ist ebenfalls ein Ausleger (33) fest angebracht. If one does not want to do this effort, it is possible to determine the layer thickness D ₂ ( 39 ) with the aid of a further ultrasound sensor ( 31 ), which, as shown in FIG. 4 in the top side view, on one on the first lining carrier ( 7 ) fixed first boom ( 32 ) is attached. A boom ( 33 ) is also firmly attached to the second covering carrier ( 8 ).

Wie in der Draufsicht im unteren Teil von Fig. 4 erkennbar, sind die beiden Ausleger (32, 33) derart angeordnet, daß ein vom weiteren Ultraschall-Sensor (31) emittierter Schallimpuls nicht durch die Bremsscheibe (1) geht, sondern direkt durch die Luft zum zweiten Ausleger (33) führt, und an diesem reflektiert wird. As can be seen in the plan view in the lower part of Fig. 4, the two arms ( 32 , 33 ) are arranged such that a sound pulse emitted by the further ultrasonic sensor ( 31 ) does not pass through the brake disc ( 1 ), but directly through the Air leads to the second boom ( 33 ), and is reflected on this.

Aus der Laufzeit dieses reflektierten Strahles ist der direkte Abstand der beiden Ausleger (32) und (33) bestimmbar, und nach Abzug der festen Dicken des ersten (7) und zweiten (8) Bremsbelagträgers und der Bremsscheibe ergibt sich ein Abstandswert A, welcher der Summe der Schichtdicke D₁ (38) und D₂ (39) entspricht:

From the transit time of this reflected beam, the direct distance between the two arms ( 32 ) and ( 33 ) can be determined, and after deducting the fixed thicknesses of the first ( 7 ) and second ( 8 ) brake pad carriers and the brake disc, a distance value A results, which is the Sum of the layer thickness D ₁ ( 38 ) and D ₂ ( 39 ) corresponds to:

Da die Schichtdicke D₁ nach den unter Fig. 2 erläuterten Verfahren bekannt ist, ist somit auch die Schichtdicke D₂ (39) bestimmt. Since the layer thickness D _{1 is known} according to the method explained in FIG. 2, the layer thickness D ₂ ( 39 ) is thus also determined.

Hier sei angemerkt, daß in Fällen, in denen nur ein Summenverschleiß zu ermitteln ist, dies durch die alleinige Verwendung des weiteren Ultraschall-Sensors (31) realisiert werden kann. It should be noted here that in cases in which only total wear can be determined, this can be achieved by using only the further ultrasonic sensor ( 31 ).

Bei hohen Temperaturen des Bremsbelags vermindert sich die Schallgeschwindigkeit des Materials deutlich. Um zu verhindern, daß dies zu erheblichen Messungenauigkeiten führt, werden die erforderlichen Ultraschall-Messungen zur Bremsbelag-Schichtdickenbestimmung direkt nach einem längerem Fahrzeugstillstand, z. B. als Blind-Bremsbetätigung oder als erste normale Bremsung in der Anfahrphase durchgeführt. Damit ist sichergestellt, daß die Bremsbeläge nicht messwertverfälschend erwärmt sind. At high temperatures of the brake pad decreases the speed of sound of the material clearly. In order to prevent this from causing significant measurement inaccuracies leads, the necessary ultrasound measurements for brake lining layer thickness determination directly after a longer vehicle standstill, e.g. B. as Blind brake application or as the first normal braking in the Start-up phase carried out. This ensures that the brake pads are not heated to distort the measured values are.

Es sei ergänzt, daß es neben dem erläuterten Impulsechoverfahren, das sich besonders gut zur Dickenbestimmung verwenden läßt, in der Ultraschalltechnik auch andere Meßverfahren gibt, die zur Bestimmung der Schichtdicke des Belages verwendet werden können. It should be added that in addition to that explained Impulse echo process, which is particularly good for Thickness determination can also be used in ultrasound technology other measuring methods are there to determine the Layer thickness of the covering can be used.

Entsprechend einer Weiterbildung der Erfindung kann die Temperaturabhängigkeit der Schallgeschwindigkeit zur Bestimmung der Temperatur in den Bremsbelägen und an den Grenzflächen Bremsbelag/Bremsscheibe (43, 44) genutzt werden. In der Bremsscheibe (1), den Bremsbelägen (5, 6), und davon ausgehend in den Belagträgern (7, 8) und dem Stützelement (3) bzw. dem Krafteinleitungselement (19) stellt sich bei Bremsung ein Temperaturgradient ein. Dieser wird durch den Wärmefluß verursacht, der durch die an den Grenzflächen entstehende Reibungswärme gespeist wird. Der Temperaturanstieg erhöht die Laufzeit der Ultraschallsignale durch Reduzierung der Schallgeschwindigkeit und durch die Verlängerung des Laufweges, die durch die Wärmedehnung der Elemente hervorgerufen wird. Hierbei ist letzteres ein deutlich kleinerer Effekt, der aber in die gleiche Richtung, und somit verstärkend, wirkt. According to a development of the invention, the temperature dependence of the speed of sound can be used to determine the temperature in the brake pads and at the brake pad / brake disk interfaces ( 43 , 44 ). A temperature gradient occurs in the brake disc ( 1 ), the brake linings ( 5 , 6 ) and, based on this, in the lining carriers ( 7 , 8 ) and the support element ( 3 ) or the force introduction element ( 19 ). This is caused by the heat flow, which is fed by the frictional heat generated at the interfaces. The rise in temperature increases the transit time of the ultrasonic signals by reducing the speed of sound and by lengthening the travel path, which is caused by the thermal expansion of the elements. The latter is a much smaller effect, but it works in the same direction and is therefore reinforcing.

Der Abfall der Schallgeschwindigkeit ist in organischen Werkstoffen, wie den in der Regel durch Kunstharz gebundenen Bremsbelägen wesentlich stärker als in Metallen. Er liegt in organischen Werkstoffen oberhalb von 3 m/s°C. D. h. eine mittlere Temperaturerhöhung um 100°C bewirkt bei den zu erwartenden Schallgeschwindigkeiten eine Laufzeitverlängerung um ca. 15 bis 30%, die somit deutlich meßbar ist. The drop in the speed of sound is organic Materials, such as those usually made of synthetic resin bound brake pads much stronger than in Metals. It is above organic materials 3 m / s ° C. I.e. an average temperature increase of 100 ° C causes at the expected sound speeds an extension of the term by approx. 15 to 30% is clearly measurable.

Durch den sich einstellenden Temperaturgradienten entsteht ein Gradient der Schallgeschwindigkeit, so daß die gemessene Laufzeitverlängerung eine Mittelung über die Schallgeschwindigkeiten darstellt und als solche somit auch nur die Berechnung der mittleren Temperatur erlaubt. Due to the temperature gradient creates a gradient of the speed of sound, so that the measured extension of the runtime is averaged over represents the speeds of sound and as such hence only the calculation of the average temperature allowed.

Aus der Verlängerung der Laufzeit des Ultraschallsignals Δt, die aus dem Vergleich der Laufzeit in der Anfahrphase bei kalter Bremse und der Laufzeit während einer späteren Bremsung errechnet wird, kann eine mittlere Zunahme der Schallgeschwindigkeit Δc(Tm) errechnet werden. Die zwischenzeitlich aufgetretene Dickenabnahme des Bremsbelages ist aufgrund der zeitlichen Nähe geringfügig und kann vernachlässigt werden. Für jeden Typ von Bremsbelag und Bremsenaufbau muß in Versuchen auf Prüfständen der empirische Zusammenhang zwischen Δc(Tm) und Tm ermittelt und in der Auswertungselektronik hinterlegt werden, so daß die mittlere Temperatur Tm errechnet werden kann. From the extension of the term of the Ultrasonic signal Δt, which is obtained by comparing the transit time in the Start-up phase when the brake is cold and the running time during a later braking can be calculated average increase in the speed of sound Δc (Tm) become. The decrease in thickness that has occurred in the meantime the brake pad is due to the temporal proximity minor and can be neglected. For every type of brake lining and brake assembly must be tested Test benches the empirical relationship between Δc (Tm) and Tm determined and in the evaluation electronics be stored so that the average temperature Tm can be calculated.

Zur angenäherten Berechnung der Temperatur an den Grenzflächen (43, 44) können ebenfalls empirisch ermittelte Zusammenhänge zwischen Tm und der Grenzflächentemperatur zugrundegelegt werden. Die Genauigkeit dieser Korrelationen kann durch die Benutzung weiterer Parameter in diesen Berechnungen verbessert werden. Diese Parameter, die in elektronisch gesteuerten Bremsanlagen zur Verfügung stehen, sind die Zeit, die seit Beginn der Bremsung verstrichen ist, sowie Drehzahl des Rades und der Bremsdruck. Mit zunehmender Zeitdauer seit Beginn der Bremsung nimmt die Größe des Temperaturgradienten ab, so daß diese in eine empirisch zu ermittelnde Korrelation zum Gradienten gebracht werden kann. Die Höhe des Bremsdrucks und die Drehzahl des Rades sind entscheidend für die Größe der Wärmeentwicklung an der Reibfläche und somit auch für die Größe des Gradienten. Die Größe des Gradienten erlaubt ausgehend von der Kenntnis der mittleren Temperatur, die angenäherte Bestimmung der Grenzflächentemperatur. For the approximate calculation of the temperature at the interfaces ( 43 , 44 ), empirically determined relationships between Tm and the interface temperature can also be used. The accuracy of these correlations can be improved by using additional parameters in these calculations. These parameters, which are available in electronically controlled brake systems, are the time that has elapsed since the start of braking, as well as the speed of the wheel and the brake pressure. With increasing time since the beginning of braking, the size of the temperature gradient decreases, so that this can be brought into an empirically determined correlation with the gradient. The level of the brake pressure and the speed of the wheel are decisive for the size of the heat development on the friction surface and thus also for the size of the gradient. Based on the knowledge of the average temperature, the size of the gradient allows the approximate determination of the interface temperature.

Eine Verbesserung in der Ermittlung der Größe des Gradienten kann erzielt werden, wenn zwischen dem Stützelement (3) und dem Bremsbelagträger (7) ein Temperatursensor angebracht wird. Die Differenz der dort gemessenen Temperatur zu Tm ist ein Maß für die Größe des Temperaturgradienten im Bremsbelag auf der der Bremsscheibe abgewandten Seite und erlaubt, unter Benutzung der aus der Theorie bekannten Wärmeleitungsbedingungen (Wärmeleitungsgleichung) und der oben erläuterten empirischen Korrelationen, eine genauere Bestimmung der Größe des Gradienten im gesamten Bremsbelag. Ein an dieser Stelle angebrachter Temperatursensor kann dort fest installiert werden und ist vom Wechsel der Bremsbeläge unbeeinflußt. An improvement in the determination of the size of the gradient can be achieved if a temperature sensor is attached between the support element ( 3 ) and the brake lining carrier ( 7 ). The difference between the temperature measured there and Tm is a measure of the size of the temperature gradient in the brake lining on the side facing away from the brake disk and, using the heat conduction conditions known from theory (heat conduction equation) and the empirical correlations explained above, allows a more precise determination of the size of the gradient in the entire brake pad. A temperature sensor attached at this point can be permanently installed there and is unaffected by changing the brake pads.

Die Laufzeit der die Bremsscheibe durchlaufenden Schallsignale (25, 28) wird ebenfalls mit zunehmender Temperatur verlängert. Da es sich hier um Metall handelt, ist die Verlängerung schwächer als im Bremsbelag. Bei hohen Temperaturen ergibt sich eine auswertbare Laufzeitverlängerung, so daß ein Meßsignal für die Annäherung an die obere Grenze der Temperaturbelastbarkeit der Bremsscheibe resultiert. Vorteilhaft ist, daß die Größe des Gradienten in der Bremsscheibe aufgrund der besseren Wärmeleitung deutlich geringer ist als im Bremsbelag. The running time of the sound signals ( 25 , 28 ) passing through the brake disc is also extended with increasing temperature. Since this is metal, the extension is weaker than in the brake pad. At high temperatures, there is an evaluable extension of the running time, so that a measurement signal for the approach to the upper limit of the temperature resistance of the brake disc results. It is advantageous that the size of the gradient in the brake disc is significantly smaller than in the brake pad due to the better heat conduction.

Claims

1. Facility with the following features:

a) A radially secured but axially displaceable brake caliper is placed over a brake disk attached to a wheel of a vehicle;

b) the brake caliper is configured in a U-basic shape with a first and a second, each lateral support element acting in the circumferential direction with respect to the wheel axis;

c) on the first support element on the outside of the vehicle, a first brake pad element on the outside of the vehicle, which is connected to a first pad carrier in a non-positive or positive manner, is axially displaceable but radially immovable [or tied];

d) the second vehicle-side support element is connected to an application device, which in turn is non-positively connected to a second vehicle-side brake pad element that is connected to a second pad carrier in a force-fitting or positive manner, which is axially displaceable but radially immovable [or tied] between the application device and the brake disc is;

e) in the release position, there is no frictional connection between the two brake pad elements and the brake disc; in this position, a free clearance, the clearance, is maintained between the two brake pad elements and the brake disc;

f) in the braking position, a frictional connection between the two brake pad elements and the brake disc is made;

g) a sensor device is provided for determining the layer thicknesses of the first and the second brake lining element;

characterized by the following characteristic:

1. The sensor device is designed as an ultrasonic sensor device.

2. Device according to claim 1, characterized characterized in that to determine the Brake pad layer thicknesses the pulse echo method is applied.

3. Device according to claim 2, characterized characterized in that the layer thickness of the first and that of the second brake pad element in the Brake position of the disc brake is determined.

4. Device according to claim 3, characterized characterized in that the layer thicknesses of the first and second Brake pad element by the terms from Boundary surfaces of the brake pad elements reflected Sound impulses one of the Ultrasonic sensor device emitted sound pulse are determined.

5. Device according to claim 3, characterized characterized in that the layer thickness of the first Brake pad element by the running times of at the interfaces of the brake pad element reflected Sound impulses from the ultrasonic sensor device emitted sound pulse is determined, and Determination of the layer thickness of the second Brake pad element another Ultrasonic sensor device is provided.

6. Device according to claim 5, characterized characterized by the further Ultrasonic sensor device the sum of the layer thicknesses of the first and of the second brake pad element and the Brake disc is determined.

7. Device according to claim 6, characterized characterized that by the further Ultrasonic sensor device emitted sound pulse outside the Brake disc is guided.

8. Device according to claim 7, characterized characterized that with the further Ultrasonic sensor device the distance of the first lining carrier from second lining carrier is determined.

9. Setup according to at least one of the above Claims, characterized in that the Ultrasonic sensor device on the first vehicle-side support element is arranged.

10. Setup according to at least one of the above Claims, characterized in that from the heating-related extension of the running times of at the interfaces of the brake pad elements reflected sound impulses from the Ultrasonic sensor device emitted sound pulse Temperature in the brake pads and the temperature at the Boundaries between the brake pads and the Brake disc is determined.