Net zoals NASA de massa van een ruimteschip moet verminderen zodat het aan de zwaartekracht van de aarde kan ontsnappen, werken autofabrikanten aan gewichtsvermindering om de prestaties van het voertuig te verbeteren. In het geval van remrotors is lichter beter voor de acceleratie van een voertuig, betrouwbaar stoppen en zelfs voor het verbruik van brandstof. Orbis Brakes Inc. heeft een door NASA gepatenteerde technologie in licentie genomen om dat en nog veel meer te bereiken. Dit revolutionaire remschijfontwerp is minstens 42% lichter dan conventionele gietijzeren rotors, met prestaties die vergelijkbaar zijn met veel duurdere koolstofkeramische remmen.
Tijdens de pandemische shutdown begon Jonathan Lee, structureel materiaalingenieur bij NASA's Marshall Space Flight Center in Huntsville, Alabama, na te denken over schijfremmen. Zijn vaardigheden als mechanisch ontwerper met een materiaalwetenschappelijke opleiding zijn meestal gericht op zijn dubbele rol als constructeur van het Space Launch System en materiaalwetenschapper in microzwaartekracht voor het ruimtestation. Geïnteresseerd in het ondersteunen van NASA's andere missie om technologie te ontwikkelen om het leven op aarde te verbeteren, zocht hij naar een innovatieve manier om een betere schijfrem voor auto's te ontwerpen.
"NASA's bereidheid om bedrijven te helpen succesvoller te zijn, door gebruik te maken van al hun expertise en de goodwill die zich uitstrekt, is echt verbazingwekkend," zei Chance Claxton, mede-CEO van het in Santa Rosa, Californië gevestigde Orbis Brakes.
De periodieke golf
Het verminderen van de massa van de wielen betekent dat een voertuig minder energie nodig heeft om te remmen en te accelereren. Conventionele remschijven zijn zwaar omdat ze bestaan uit twee metalen platen die worden gekoeld door lucht die ertussen circuleert. Het ontwerp is inefficiënt omdat de buitenoppervlakken worden verwarmd door wrijving met de remblokken, maar de luchtkoeling vindt plaats aan de binnenoppervlakken, waar de platen tegenover elkaar liggen. Lee wilde in plaats daarvan de hete oppervlakken direct koelen, waardoor een van de zware schijven uit elk van de vier rotors van een voertuig kon worden geëlimineerd. Zijn ontwerp bleek ook nog andere voordelen te hebben.
Hij begon met een enkele schijf met een reeks kleine vinnen rond de centrale naaf. Tijdens het draaien zuigen deze lucht aan en duwen deze over het oppervlak van de schijf, waar de remblokken contact maken, waardoor de rotor, de remblokken en de remklauwen worden gekoeld. Vervolgens voegde hij verschillende lange depressies toe rond de remoppervlakken, die uitstralen vanuit het midden om het regelmatige, periodieke patroon te creëren waaraan de nieuwe Orbis-technologie haar merknaam PeriodicWave ontleent.
De draaiende vinnen en de middelpuntvliedende kracht van het wiel duwen lucht in de depressies, waardoor een turbulente luchtstroom ontstaat die warmte afvoert. "Wanneer de lucht naar buiten stroomt, gaat het over de remklauw en koelt deze af - geen enkele conventionele rotor is in staat om zoiets geks te doen. Het is enorm," aldus Lee. Deze sleuven in de remoppervlakken vergroten ook het beschikbare oppervlak voor luchtkoeling met meer dan 30% en verminderen het gewicht van de schijf nog verder. En ze verhogen de wrijving op dezelfde manier waarop het bekrassen van beton traptreden veiliger maakt om op te lopen - de remblokken zullen minder snel wegglijden, waardoor het remmen betrouwbaarder wordt.
De troggen voeren ook meer af dan alleen warmte. Water en straatvuil die tussen het remblok en de rotor komen zijn net zo problematisch, dus de sleuven bieden een plek waar de luchtwerveling alle stoffen uit de weg kan duwen. Een klein gaatje aan het einde van elke sleuf creëert een opening waardoor ongewenst materiaal kan ontsnappen. "En het ziet er ook gewoon cool uit," zei Lee.
Een tweede periodieke golf wordt langs de buitenrand van de schijf gesneden. Door het conventionele cirkelvormige ontwerp te vervangen door een golvend patroon, heeft de nieuwe rotor nog meer oppervlak dat in contact komt met de koele lucht die erover stroomt. Deze extra warmteafvoer vindt plaats ongeacht het periodieke golfpatroon dat wordt gebruikt, waardoor het mogelijk wordt om funky ontwerpen te maken en persoonlijkheid toe te voegen aan wat meestal een saai auto-onderdeel is.
Tot slot kan een dunne laag zwarte coating, aangebracht op oppervlakken die niet in contact komen met de remblokken, zoals de binnenkant van de troggen, de rotor helpen om extra warmte uit te stralen. Dit unieke driedelige koelsysteem - convectie aangedreven door luchtstroming, geleiding van warmte over de metalen rotor en straling van donker gecoate oppervlakken - is nog nooit eerder effectief toegepast op een conventionele schijfremrotor, aldus Lee.
Milieuvriendelijke remmen
In tegenstelling tot conventionele remmen die oververhit kunnen raken en mogelijk defect raken, kan dit nieuwe remontwerp de betrouwbaarheid drastisch verbeteren. Het kan ook een mechanische oplossing bieden voor een ernstige milieuvervuiler - giftige nanodeeltjes. "Wanneer remblokken een bepaalde kritische temperatuur overschrijden, afhankelijk van het materiaal, kunnen ze een 10.000-voudige toename van giftige nanodeeltjes uitstoten," zegt Marcus Hays, mede-CEO van Orbis Brakes. Omdat het giftige stof precies op straathoogte zweeft, is de impact op de menselijke gezondheid schadelijker dan uitlaatgassen, volgens een onderzoek van de Universiteit van Oxford. Daarom test het bedrijf momenteel het EcoWave remontwerp om er zeker van te zijn dat het niet dat soort uitstoot zal veroorzaken, aldus Hays.
Ondertussen biedt Orbis de NextWave-rotor aan als aftermarket schijfrem voor high-performance auto's zoals de Ford Mustang en sommige Tesla-modellen. Elektrische auto's kunnen ongeveer 25% zwaarder zijn dan auto's met een verbrandingsmotor en ze hebben een uitstekende snelheid, acceleratie en koppel. Volgens Hays rijden eigenaars er vaak mee als sportauto's, dus biedt het bedrijf een alternatief voor de in de fabriek geïnstalleerde remmen, die niet ontworpen zijn voor dat soort rijgedrag. Met NextWave kun je sneller stoppen en beter van richting veranderen, naast een ander soort coole factor: "Deze buitengewone functionele configuratie heeft ook een ongelooflijk nieuw uiterlijk - er bestaat niets vergelijkbaars in de geschiedenis van schijfremmen," aldus Claxton.
Bijzonder krachtig
Naarmate het bedrijf meer feedback krijgt van de vroege gebruikers, zal het nog twee lijnen voorbereiden: LightWave combineert de NextWave-rotor met een lichtgewicht remklauw en CarbonWave is exclusief voor elektrische voertuigen. Al deze modellen wegen ongeveer de helft van wat conventionele rotors wegen, terwijl de remprestaties drastisch verbeteren. Alle remmen worden geproduceerd in de Verenigde Staten. Naast de potentiële vermindering van giftige nanodeeltjes zal de koolstofvoetafdruk voor elk type periodieke schijfrem veel kleiner zijn dan die van conventionele remmen. Hays noemde NASA's programma voor technologieoverdracht "essentieel voor het Amerikaanse concurrentievermogen" en beschreef de relatie van het bedrijf met NASA als "ongelooflijk krachtig".
"Het zal ons bedrijf absoluut katapulteren en het geeft ons geloofwaardigheid en geldigheid voor alles wat we doen," zei hij. "NASA geeft ons een basis om de wereld in te gaan en te onderhandelen en meteen het respect van onze collega's te krijgen. Dat zou voor een startend bedrijf niet gebruikelijk zijn."
Bron: NASA
