Ljudski životi zavise od kočnica. Moraju se brzo uhvatiti i vratiti u položaj mirovanja čim se otpusti pedala kočnice. Ako se ne vrate u potpunosti, može doći do gubitaka energije. To nije primetno za vozača i ne utiče na funkciju kočnice. To, međutim, može povećati ugljenični otisak vozila.
Istraživači na Institutu Paul Scherrer PSI i zaposleni u ANAKSAM-u i industrijskom partneru Audi Sport istražuju ovaj fenomen. Oni su koristili neutrone iz Sviss Spallation Neutron Source SINK u PSI-u da pogledaju unutar kočione čeljusti, čime su demonstrirali način vizualizacije i optimizacije kretanja kočionih klipova. Čeljust kočnice hvata rotirajući kočioni disk poput klešta. Kada vozač pritisne papučicu kočnice, hidraulički pritisak iz kočionog voda gura određeni broj klipova napred, koji pritiskaju dve kočione pločice – jednu sa obe strane – uz disk kočnice, pri čemu velike sile trenja dovode disk do zaustaviti.
ANAKSAM u Villigenu je centar za transfer tehnologije, čiji je suosnivač PSI, koji podržava industrijske kompanije koje žele da koriste PSI-jevu istraživačku infrastrukturu. Industrijski partner u ovom projektu bio je Audi Sport. Matijas Kolb, razvojni inženjer u Audi Sport u Nekarsulmu, Nemačka, kontaktirao je svog bivšeg kolegu Matijasa Vagnera, sada višeg inženjera u ANAKSAM-u. Zajedno sa Davidom Mannesom iz PSI-ja, oni su smislili metodu koja im omogućava da pogledaju unutar kočione čeljusti u realnom vremenu i traže načine da je optimizuju. Ovo je sada prvi put postignuto u PSI.
Korišćenje neutrona za poboljšanje kočnica automobila
Partneri su brzo shvatili da su rendgenski zraci isključeni zbog činjenice da ne mogu da prodru u metale. Neutroni su različiti: aluminijum kočione čeljusti je skoro providan za njih, a istovremeno su veoma osetljivi na lake hemijske elemente. To znači da se na slici jasno vidi kočiona tečnost koja sadrži vodonikova jedinjenja.
PSI je obezbedio neutronski snop i svoje znanje za eksperimente, koji su počeli 2021. i završeni ove godine. Eksperiment je sproveden na liniji Neutra snopa izvora rasprskavanja SINK. Detektor je snimio neutrone koji prolaze kroz aparat i na kraju proizveo dvodimenzionalnu sliku unutar kočione čeljusti.
ANAKSAM je montirao kočionu čeljust ispred detektora. Podešavanje je dopunjeno specijalno dizajniranim hidrauličnim sistemom koji proizvodi realne pritiske kočenja do 100 bara. Klimatska komora je omogućila da se temperatura kočione čeljusti pažljivo kontroliše, simulirajući različite uslove rada. Za razliku od na putu, kočioni disk se tokom testova nije rotirao.
„Ovo bi, međutim, mogla biti opcija za buduća testiranja, kako bi se postigli još precizniji rezultati“, kaže Matijas Vagner iz ANAKSAM-a. To, međutim, verovatno neće biti potrebno, jer je završena serija merenja već donela brojne zanimljive nalaze.
Čišćenje je ključno
Slike koje je snimio detektor impresivno demonstriraju za šta je neutronska slika sposobna. Jasno je vidljiva kočiona čeljust, sa svojih šest hidrauličkih klipova – po tri sa svake strane. Tako su i najmanja odstupanja u hodu klipova.
Ovde postaje očigledno da je zazor donjeg klipa koji pokreće spoljašnju kočionu pločicu – to je rastojanje između kočione pločice u njenom mirovanju i kočionog diska – ispravan na 0,4 milimetra, dok ostalih pet klipova imaju zazor od manje od 0,3 milimetra. Istraživači su takođe bili u mogućnosti da precizno izmere kako se kočiona čeljust, u obliku klešta, savija ka spolja kada dve kočione pločice vrše pritisak na nju.
Ovaj projekat je dobar primer kako naučno znanje PSI i kompetencije ANAKSAM-a mogu dodatno unaprediti proizvod koji se već dokazao u serijskoj proizvodnji. Industrijski partner je dodatno optimizovao rad kočionih klipova, tako da je zazor tri klipa na unutrašnjoj strani kočione čeljusti sada povećan za 0,1 milimetar kada se posmatra ispod neutronskog snopa. Ovo pouzdano odvaja kočione pločice od kočionog diska kada se kočnice otpuste. David Mannes iz PSI kaže: „Naše istraživanje može doprineti smanjenju emisije CO 2 drumskih vozila.“
