Neutronendetektor in Fahrzeugbremsen

Bremsen sind sehr wichtig für das menschliche Leben. Sobald das Bremspedal angehoben wird, sollten sie sofort in ihre Ruheposition zurückkehren. Werden sie nicht vollständig zurückgewonnen, kann es zu Energieverlusten kommen. Der Fahrer ist sich dessen nicht bewusst und hat keinen Einfluss auf die Funktionsweise der Bremse. Es kann jedoch dazu führen, dass der COXNUMX-Fußabdruck eines Fahrzeugs wächst.

Dieses Phänomen haben Wissenschaftler des Paul Scherrer Instituts PSI sowie Mitarbeiter von ANAXAM und dem kommerziellen Partner Audi Sport untersucht. Sie demonstrierten, wie sich die Bewegung von Bremskolben mit Neutronen aus der Swiss Spallation Neutron Resource SINQ des PSI visualisieren und optimieren lässt, um in einen Bremssattel hineinzuschauen. Die rotierende Bremsscheibe wird klammerartig vom Bremssattel gehalten.

Wenn der Fahrer bremst, wird eine Reihe von Kolben durch hydraulischen Druck von der Bremsleitung nach vorne gedrückt. Diese Kolben pressen die beiden Bremsbeläge gegen die Bremsscheibe, wodurch die Scheibe aufgrund hoher Reibungskräfte stehen bleibt.

Das vom PSI gegründete Technologietransferzentrum ANAXAM in Villigen hilft Industrieunternehmen, die die Forschungsinfrastruktur des PSI nutzen wollen. Audi Sport fungierte als Industriepartner des Projekts. Mathias Kolb, Ingenieur bei Audi Sport, stand in Kontakt mit Matthias Wagner, jetzt Senior Engineer bei ANAXAM. Gemeinsam mit David Mannes vom PSI entwickelten sie eine Technik, mit der sie in Echtzeit auf den Bremssattel schauen und nach Optimierungsmöglichkeiten suchen können. Am PSI ist dies erstmals gelungen.

Die Partner stellten schnell fest, dass diese nicht verwendet werden konnten, da Röntgenstrahlen Metalle nicht durchdringen konnten. Neutronen sind insofern einzigartig, als sie extrem empfindlich gegenüber leichten chemischen Verbindungen und auch nahezu transparent für Materialien wie das Metall des Bremssattels sind. Dies zeigt, dass das Foto deutlich Bremsflüssigkeit zeigt, die Wasserstoffverbindungen enthält.

Die Forschung, die 2021 begann und dieses Jahr endete, wurde durch die Neutronenstrahllinie und das Know-how des PSI ermöglicht. Das Experiment wurde an der Neutra-Beamline der Spallationsquelle SINQ durchgeführt. Ein Detektor fing Neutronen auf, die sich durch das System bewegten, und erzeugte schließlich ein zweidimensionales Bild durch den Bremssattel.

Vor dem Detektor wurde von ANAXAM ein Bremssattel montiert. Ergänzt wurde die Anlage um ein speziell entwickeltes Hydrauliksystem, das realistische Bremsdrücke von bis zu 100 bar erzeugt. In einer Klimakammer lässt sich die Temperatur des Bremssattels präzise regeln, um verschiedene Betriebsszenarien zu simulieren. Anders als auf der Straße hat sich die Bremsscheibe bei Tests nicht verbogen.

Matthias Wagner von ANAXAM fügt hinzu, dass dies "eine Möglichkeit für zukünftige Tests sein könnte, um noch aussagekräftigere Ergebnisse zu erzielen". Da das gesamte Maßnahmenpaket aber bereits eine Vielzahl interessanter Ergebnisse hervorgebracht hat, ist dies wohl unnötig.

Die vom Detektor aufgenommenen Bilder sind ein erstaunliches Beispiel für die Möglichkeiten der Neutronenbildgebung.

Gut sichtbar ist der Bremssattel mit sechs Hydraulikkolben, drei auf jeder Seite. Wichtig sind auch kleinste Unterschiede in der Bewegung der Kolben.

Klar ist nun, dass der untere Kolben, der den äußeren Bremsbelag antreibt, 0,4 Millimeter Spiel hat, die anderen fünf Kolben aber weniger als 0,3 Millimeter Spiel haben. Auch die Ausbiegung des schellenförmigen Bremssattels durch den Druck der beiden Bremsbeläge wurde von den Forschern genau gemessen.

Dieses Projekt ist ein großartiges Beispiel dafür, wie die Fähigkeiten von ANAXAM und PSI ein Produkt weiterentwickeln können, das sich bereits in der Massenproduktion bewährt hat.

Der Industriepartner hat die Leistung der Bremskolben dahingehend verbessert, dass sich das Spiel zwischen den drei Kolben auf der Innenseite des Bremssattels um 0,1 Millimeter vergrößert hat, gemessen unter dem Neutronenstrahl. Beim Abziehen der Bremsen werden dadurch die Bremsbeläge erfolgreich von der Bremsscheibe getrennt. „Unsere Forschung kann dazu beitragen, den CO2-Ausstoß von Straßenfahrzeugen zu reduzieren“, so David Mannes vom PSI.

Quelle: Techxplore

 

Günceleme: 31/12/2022 12:51