നിലവിലെ ബ്രേക്ക് സിസ്റ്റം ടെക്നോളജി കൂൾ ഡിസ്ക് ബ്രേക്കുകൾ വാഹനത്തിൻ്റെ ശരീരത്തിനുള്ളിൽ നിന്ന് വലിച്ചെടുക്കുന്ന വായു അമിതമായി ചൂടാക്കുന്നത് തടയുന്നു.
ഓർബിസ് ബ്രേക്കുകൾ വികസിപ്പിച്ച ഡിസ്ക് ബ്രേക്കുകളുടെ പുറംഭാഗത്തേക്ക് മുറിച്ച ചാനലുകൾ ബാഹ്യ വായുവിൽ വലിച്ചെടുക്കുന്നു, അത് തണുപ്പാണ്, ബ്രേക്കുകൾ കൂടുതൽ കാര്യക്ഷമമായി പ്രവർത്തിക്കുന്നുവെന്ന് ഉറപ്പാക്കുന്നു.
ആനുകാലിക തരംഗം
ചക്രങ്ങളുടെ ഭാരം കുറയ്ക്കുക എന്നതിനർത്ഥം ഒരു വാഹനം ബ്രേക്ക് ചെയ്യാനും ത്വരിതപ്പെടുത്താനും കുറച്ച് ഊർജ്ജം ഉപയോഗിക്കും എന്നാണ്.പരമ്പരാഗത ബ്രേക്ക് ഡിസ്കുകൾ ഭാരമുള്ളവയാണ്, കാരണം അവയ്ക്കിടയിൽ വായു സഞ്ചാരം വഴി തണുപ്പിച്ച രണ്ട് മെറ്റൽ പ്ലേറ്റുകൾ അടങ്ങിയിരിക്കുന്നു.
ഡിസൈൻ കാര്യക്ഷമമല്ല, കാരണം ഇത് ബ്രേക്ക് പാഡുകളുമായുള്ള ഘർഷണത്താൽ ചൂടാക്കപ്പെടുന്ന ബാഹ്യ പ്രതലങ്ങളാണ്, പക്ഷേ പ്ലേറ്റുകൾ പരസ്പരം അഭിമുഖീകരിക്കുന്ന ആന്തരിക പ്രതലങ്ങളിൽ എയർ കൂളിംഗ് നടക്കുന്നു. പകരം ചൂടുള്ള പ്രതലങ്ങൾ നേരിട്ട് തണുപ്പിക്കാൻ ലീ ആഗ്രഹിച്ചു, ഒരു വാഹനത്തിൻ്റെ നാല് റോട്ടറുകളിൽ നിന്ന് കനത്ത ഡിസ്കുകളിൽ ഒന്ന് ഒഴിവാക്കി.അദ്ദേഹത്തിൻ്റെ രൂപകൽപ്പനയ്ക്ക് അധിക നേട്ടങ്ങളും ഉണ്ടെന്ന് തെളിഞ്ഞു.
സെൻട്രൽ ഹബിന് ചുറ്റുമുള്ള ചെറിയ ചിറകുകളുടെ ഒരു പരമ്പരയുമായി ഒരൊറ്റ ഡിസ്കിൽ നിന്നാണ് അദ്ദേഹം ആരംഭിച്ചത്. അവ കറങ്ങുമ്പോൾ, ഇവ വായുവിലേക്ക് വലിച്ചെടുത്ത് ഡിസ്കിൻ്റെ ഉപരിതലത്തിലേക്ക് തള്ളുന്നു, അവിടെ ബ്രേക്ക് പാഡുകൾ സമ്പർക്കം പുലർത്തുന്നു, റോട്ടറിനെ തണുപ്പിക്കുന്നു, അതുപോലെ ബ്രേക്ക് പാഡുകളും കാലിപ്പറുകളും.
പുതിയ ഓർബിസ് സാങ്കേതികവിദ്യയ്ക്ക് ആനുകാലിക വേവ് ബ്രാൻഡ് നാമം നൽകുന്ന പതിവ്, ആനുകാലിക പാറ്റേൺ സൃഷ്ടിക്കുന്നതിന് മധ്യഭാഗത്ത് നിന്ന് പ്രസരിക്കുന്ന ബ്രേക്കിംഗ് പ്രതലങ്ങൾക്ക് ചുറ്റും അദ്ദേഹം നിരവധി നീണ്ട ഡിപ്രഷനുകൾ ചേർത്തു.
കറങ്ങുന്ന ചിറകുകളും ചക്രത്തിൻ്റെ അപകേന്ദ്രബലവും വായുവിനെ താഴ്ച്ചകളിലേക്ക് തള്ളുന്നു, ഇത് പ്രക്ഷുബ്ധമായ വായുപ്രവാഹത്തിന് കാരണമാകുന്നു, ഇത് താപം വലിച്ചെടുക്കുന്നു. “വായു പുറത്തേക്ക് ഒഴുകുമ്പോൾ, അത് ബ്രേക്ക് കാലിപ്പറിനു കുറുകെ പോയി തണുപ്പിക്കുന്നു - ഒരു പരമ്പരാഗത റോട്ടറിനും അത്തരത്തിലുള്ള എന്തെങ്കിലും ചെയ്യാൻ കഴിയില്ല. ഇത് വളരെ വലുതാണ്, ”ലീ പറഞ്ഞു.
ബ്രേക്കിംഗ് പ്രതലങ്ങളിലെ ഈ ട്രെഞ്ചുകൾ എയർ കൂളിംഗിനായി ലഭ്യമായ ഉപരിതലത്തെ 30% ത്തിൽ കൂടുതൽ വർദ്ധിപ്പിക്കുകയും ഡിസ്കിൻ്റെ ഭാരം കുറയ്ക്കുകയും ചെയ്യുന്നു. കോൺക്രീറ്റ് സ്കോർ ചെയ്യുന്നത് കാൽനടയാത്ര സുരക്ഷിതമാക്കുന്ന അതേ രീതിയിൽ അവ ഘർഷണം വർദ്ധിപ്പിക്കുന്നു - ബ്രേക്ക് പാഡുകൾ തെന്നിമാറാനുള്ള സാധ്യത കുറവാണ്, ഇത് ബ്രേക്കിംഗിനെ കൂടുതൽ വിശ്വസനീയമാക്കുന്നു.
മാലിന്യങ്ങൾ ചൂടിനെക്കാൾ കൂടുതൽ വലിച്ചെറിയുന്നു. പാഡിനും റോട്ടറിനും ഇടയിൽ വരുന്ന വെള്ളവും റോഡിൻ്റെ അവശിഷ്ടങ്ങളും ഒരുപോലെ പ്രശ്‌നകരമാണ്, അതിനാൽ കിടങ്ങുകൾ വായു ചുഴലിക്കാറ്റിന് ഏതെങ്കിലും പദാർത്ഥത്തെ പുറത്തേക്ക് തള്ളാൻ ഇടം നൽകുന്നു. ഓരോന്നിൻ്റെയും അറ്റത്ത് മെഷീൻ ചെയ്ത ഒരു ചെറിയ ദ്വാരം അനാവശ്യ വസ്തുക്കൾ രക്ഷപ്പെടാൻ കഴിയുന്ന ഒരു ദ്വാരം സൃഷ്ടിക്കുന്നു. “അതും തണുത്തതായി തോന്നുന്നു,” ലീ പറഞ്ഞു.
രണ്ടാമത്തെ ആനുകാലിക തരംഗം ഡിസ്കിൻ്റെ പുറം അറ്റത്ത് മുറിക്കുന്നു. പരമ്പരാഗത വൃത്താകൃതിയിലുള്ള രൂപകൽപനയ്ക്ക് പകരം അലങ്കോലമുള്ള പാറ്റേൺ നൽകുന്നതിലൂടെ, പുതിയ റോട്ടറിന് ഇപ്പോഴും കൂടുതൽ ഉപരിതല വിസ്തീർണ്ണമുണ്ട്, അത് അതിന് മുകളിലൂടെ ഒഴുകുന്ന തണുത്ത വായുവുമായി സമ്പർക്കം പുലർത്തും.
ഏത് ആനുകാലിക തരംഗ പാറ്റേൺ ഉപയോഗിച്ചാലും ഈ അധിക താപ വിസർജ്ജനം സംഭവിക്കും, ഇത് രസകരമായ ഡിസൈനുകൾ സൃഷ്ടിക്കാനും സാധാരണയായി ബോറടിപ്പിക്കുന്ന കാർ ഭാഗത്തേക്ക് വ്യക്തിത്വം ചേർക്കാനും സഹായിക്കുന്നു.
അവസാനമായി, ബ്രേക്ക് പാഡുകളുമായി സമ്പർക്കം പുലർത്താത്ത പ്രതലങ്ങളിൽ പ്രയോഗിക്കുന്ന കറുത്ത കോട്ടിംഗിൻ്റെ നേർത്ത പാളി, തൊട്ടികളുടെ ഉൾവശം പോലെ, അധിക ചൂട് പ്രസരിപ്പിക്കാൻ റോട്ടറിനെ സഹായിക്കും.
ഈ അദ്വിതീയ ത്രീ-പാർട്ട് കൂളിംഗ് സിസ്റ്റം - വായുപ്രവാഹത്താൽ പ്രവർത്തിക്കുന്ന സംവഹനം, ലോഹ റോട്ടറിലുടനീളം താപ ചാലകം, ഇരുണ്ട പൂശിയ പ്രതലങ്ങളിൽ നിന്നുള്ള വികിരണം - മുമ്പ് ഒരു പരമ്പരാഗത ഡിസ്ക് ബ്രേക്ക് റോട്ടറിലും ഫലപ്രദമായി നടപ്പിലാക്കിയിട്ടില്ല, ലീ പറഞ്ഞു.
പരിസ്ഥിതി സൗഹൃദ ബ്രേക്കുകൾ
അമിതമായി ചൂടാകുന്നതും പരാജയപ്പെടാൻ സാധ്യതയുള്ളതുമായ പരമ്പരാഗത ബ്രേക്കുകളിൽ നിന്ന് വ്യത്യസ്തമായി, ഈ പുതിയ ബ്രേക്ക് രൂപകൽപ്പനയ്ക്ക് വിശ്വാസ്യതയെ നാടകീയമായി മെച്ചപ്പെടുത്താൻ കഴിയും.
ഗുരുതരമായ പാരിസ്ഥിതിക മലിനീകരണത്തിന് - വിഷ നാനോ കണങ്ങൾക്ക് ഇത് ഒരു മെക്കാനിക്കൽ പരിഹാരവും വാഗ്ദാനം ചെയ്തേക്കാം.
"ബ്രേക്ക് പാഡുകൾ ഒരു നിശ്ചിത നിർണായക താപനിലയിൽ കവിയുമ്പോൾ, അവയുടെ മെറ്റീരിയലുകളെ ആശ്രയിച്ച്, വിഷ നാനോപാർട്ടിക്കിളുകളിൽ 10,000 മടങ്ങ് വർദ്ധനവ് പുറപ്പെടുവിക്കാൻ കഴിയും," ഓർബിസ് ബ്രേക്കുകളുടെ സഹ-സിഇഒ മാർക്കസ് ഹെയ്സ് പറഞ്ഞു. ഓക്‌സ്‌ഫോർഡ് സർവ്വകലാശാലയുടെ ഒരു പഠനമനുസരിച്ച്, വിഷാംശമുള്ള പൊടി തെരുവിൻ്റെ ഉയരത്തിൽ തന്നെ കിടക്കുന്നതിനാൽ, മനുഷ്യൻ്റെ ആരോഗ്യത്തെ ബാധിക്കുന്നത് എക്‌സ്‌ഹോസ്റ്റ് ബഹിർഗമനത്തേക്കാൾ ദോഷകരമാണ്. അതിനാൽ കമ്പനി നിലവിൽ അതിൻ്റെ ഇക്കോവേവ് ബ്രേക്ക് ഡിസൈൻ പരീക്ഷിച്ചുകൊണ്ടിരിക്കുകയാണ്, അത് ഇത്തരത്തിലുള്ള ഉദ്വമനം സൃഷ്ടിക്കില്ലെന്ന് ഉറപ്പാക്കാൻ ഹേയ്‌സ് പറയുന്നു.
ഇതിനിടയിൽ, ഫോർഡ് മസ്താങ്ങിനും ചില ടെസ്‌ല മോഡലുകൾക്കുമായി ഓർബിസ് നെക്സ്റ്റ് വേവ് റോട്ടറിനെ മാർക്കറ്റിന് ശേഷമുള്ള ഡിസ്ക് ബ്രേക്കായി വാഗ്ദാനം ചെയ്യുന്നു.
ഇലക്ട്രിക് കാറുകൾക്ക് ആന്തരിക ജ്വലന-എഞ്ചിൻ വാഹനങ്ങളേക്കാൾ 25% ഭാരമുണ്ടാകും, അവയ്ക്ക് മികച്ച വേഗതയും ത്വരിതവും ടോർക്കും ഉണ്ട്. ഹേയ്‌സിൻ്റെ അഭിപ്രായത്തിൽ ഉടമകൾ സ്‌പോർട്‌സ് കാറുകൾ പോലെ അവയെ ഓടിക്കാൻ പ്രവണത കാണിക്കുന്നു, അതിനാൽ അത്തരം കൈകാര്യം ചെയ്യലിനായി രൂപകൽപ്പന ചെയ്‌തിട്ടില്ലാത്ത ഫാക്ടറി-ഇൻസ്റ്റാൾ ചെയ്ത ബ്രേക്കുകൾക്ക് ബദൽ കമ്പനി വാഗ്ദാനം ചെയ്യുന്നു. മറ്റൊരു തരത്തിലുള്ള രസകരമായ ഘടകത്തിന് പുറമേ, നെക്സ്റ്റ്‌വേവ് വേഗതയേറിയ സ്റ്റോപ്പുകളും മികച്ച ദിശാ മാറ്റങ്ങളും പ്രാപ്‌തമാക്കും: “ഈ അസാധാരണമായ പ്രവർത്തനപരമായ കോൺഫിഗറേഷനും അവിശ്വസനീയമാംവിധം പുതിയ രൂപമുണ്ട് - ഡിസ്ക് ബ്രേക്കുകളുടെ ചരിത്രത്തിൽ ഇതുപോലെ ഒന്നുമില്ല,” ക്ലാക്‌സ്റ്റൺ പറഞ്ഞു.
‘Mind-Blowingly Powerful’
നേരത്തെ സ്വീകരിക്കുന്നവരിൽ നിന്ന് കമ്പനിക്ക് ഫീഡ്ബാക്ക് ലഭിക്കുന്നതിനാൽ, അത് രണ്ട് ലൈനുകൾ കൂടി തയ്യാറാക്കും: ലൈറ്റ് വേവ് നെക്സ്റ്റ് വേവ് റോട്ടറിനെ കനംകുറഞ്ഞ കാലിപ്പറുമായി സംയോജിപ്പിക്കും, കൂടാതെ കാർബൺ വേവ് ഇലക്ട്രിക് വാഹനങ്ങൾക്ക് മാത്രമായിരിക്കും
ഈ മോഡലുകൾക്കെല്ലാം പരമ്പരാഗത റോട്ടറുകളുടെ ഭാരത്തിൻ്റെ പകുതിയോളം ഭാരം വരും, അതേസമയം ബ്രേക്കിംഗ് പ്രകടനം ഗണ്യമായി മെച്ചപ്പെടുത്തുന്നു. എല്ലാ ബ്രേക്കുകളും അമേരിക്കയിൽ നിർമ്മിക്കും. വിഷലിപ്തമായ നാനോപാർട്ടിക്കിളുകൾ കുറയ്ക്കുന്നതിനുള്ള സാധ്യത കൂടാതെ, ഓരോ തരം ആനുകാലിക തരംഗ ഡിസ്ക് ബ്രേക്കിനുമുള്ള കാർബൺ കാൽപ്പാടുകൾ പരമ്പരാഗത ബ്രേക്കുകളേക്കാൾ വളരെ ചെറുതായിരിക്കും.
നാസയുടെ ടെക്നോളജി ട്രാൻസ്‌ഫർ പ്രോഗ്രാമിനെ "അമേരിക്കൻ മത്സരക്ഷമതയ്‌ക്ക് ഉപാധി" എന്ന് വിളിക്കുന്ന ഹെയ്സ്, നാസയുമായുള്ള കമ്പനിയുടെ ബന്ധത്തെ "മനസ്‌ക്കടുപ്പിക്കുന്ന ശക്തമായത്" എന്ന് വിശേഷിപ്പിച്ചു.
“ഇത് ഞങ്ങളുടെ ബിസിനസിനെ വർധിപ്പിക്കുകയും ഞങ്ങൾ ചെയ്യുന്ന എല്ലാത്തിനും ഒരു വിശ്വാസ്യതയും സാധുതയും നൽകുകയും ചെയ്യുന്നു,” അദ്ദേഹം പറഞ്ഞു. “ലോകത്തിലേക്ക് പോകാനും ചർച്ചകൾ നടത്താനും ഗേറ്റിന് പുറത്ത് തന്നെ നമ്മുടെ സമപ്രായക്കാരെ ബഹുമാനിക്കാനും നാസ ഞങ്ങൾക്ക് ഒരു അടിത്തറ നൽകുന്നു. ഒരു പ്രാരംഭ ഘട്ട കമ്പനിയെ സംബന്ധിച്ചിടത്തോളം ഇത് സാധാരണ സംഭവമായിരിക്കില്ല.
Early adopters of the Orbis Brakes NextWave disc brake for high-performance cars include the personal vehicles of race car drivers who provide the company feedback about performance. The input will inform the design of future brakes for electric cars, gas combustion-engine vehicles, and everyday drivers. Credit: Orbis Brakes Inc.
NASA needs to reduce mass on a spacecraft so it can escape Earth’s gravity, automotive manufacturers work to reduce weight to improve vehicle performance. In the case of brake rotors, lighter is better for a vehicle’s acceleration, reliable stopping, and even gas mileage. Orbis Brakes Inc. licensed a NASA-patented technology to accomplish that and more. This revolutionary brake disc design is at least 42% lighter than conventional cast iron rotors, with performance comparable to much more expensive carbon-ceramic brakes.
During the pandemic shutdown, Jonathan Lee, structural materials engineer at NASA’s Marshall Space Flight Center in Huntsville, Alabama, got to thinking about disc brakes. His skills as a mechanical designer backed with material science training are usually focused on his dual roles as the structural materials engineer for the Space Launch System and a microgravity material scientist for the space station. Interested in supporting NASA’s other mission to advance technology to improve life on Earth, he was looking for an innovative way to design a better automobile disc brake.
“NASA’s willingness to help companies be more successful, using all of their expertise and the goodwill that extends, is really amazing,” said Chance Claxton, co-CEO of Santa Rosa, California-based Orbis Brakes.
Current brake system technology cool disc brakes with air pulled from inside the vehicle’s body to prevent overheating. The channels cut into the exterior of the disc brakes developed by Orbis Brakes draw in external air, which is cooler, ensure the brakes work more efficiently. Credit: Orbis Brakes Inc.
The Periodic Wave
Reducing the mass of its wheels means a vehicle will use less energy to brake and accelerate. Conventional brake discs are heavy because they consist of two metal plates cooled by air circulating between them. The design is inefficient because it’s the outside surfaces that are heated by friction with the brake pads, but the air cooling takes place on the inside surfaces, where the plates face each other. Lee wanted to directly cool the hot surfaces instead, allowing one of the heavy discs to be eliminated from each of a vehicle’s four rotors. His design proved to have additional benefits as well.
He started with a single disc with a series of small fins around the central hub. As they spin, these draw in air and push it across the surface of the disc, where the brake pads make contact, cooling the rotor, as well as the brake pads and calipers. He then added several long depressions around the braking surfaces, radiating from the center to create the regular, periodic pattern that gives the new Orbis technology its PeriodicWave brand name.
The spinning fins and the centrifugal force of the wheel push air into the depressions, causing a turbulent airflow that draws away heat. “When the air flings out, it goes across the brake caliper and cools it – no conventional rotor is capable of doing something crazy like that. It’s huge,” said Lee.
These trenches in the braking surfaces also increase the available surface for air cooling by more than 30% and further reduce the weight of the disc. And they increase friction in the same way that scoring concrete makes steps safer to walk on – the brake pads are less likely to slip, which makes braking more reliable.
The troughs draw away more than just heat, too. Water and road debris getting between the pad and rotor are equally problematic, so the trenches provide a place for the air vortex to push any substance out of the way. A small hole machined at the end of each one creates an opening through which unwanted material can escape. “And it also just looks cool,” said Lee.
A second periodic wave is cut along the outer edge of the disc. By replacing the conventional circular design with an undulating pattern, the new rotor has still more surface area that will come into contact with the cool air flowing over it. This additional heat dissipation will occur no matter which periodic wave pattern is used, making it possible to create funky designs and add personality to what is usually a boring car part.
Finally, a thin layer of black coating applied to surfaces that don’t come into contact with the brake pads, like the inside of the troughs, can help the rotor to radiate additional heat. This unique three-part cooling system – convection powered by airflow, conduction of heat across the metal rotor, and radiation from dark-coated surfaces – has never been implemented effectively on any conventional disc brake rotor before, Lee said.
Eco-Friendly Brakes
Unlike conventional brakes that can overheat and potentially fail, this new brake design can dramatically improve dependability. It also may offer a mechanical solution to a serious environmental pollutant – toxic nanoparticles.
“When brake pads exceed a certain critical temperature, depending on their materials, they can emit a 10,000-fold increase in toxic nanoparticulates,” said Marcus Hays, co-CEO of Orbis Brakes. Because the toxic dust hovers right at street height, the impact on human health is more harmful than exhaust emissions, according to an Oxford University study. So the company is currently testing its EcoWave brake design to ensure it will not create that kind of emission, according to Hays.
In the meantime, Orbis is offering the NextWave rotor as an after-market disc brake for high-performance cars like the Ford Mustang and some Tesla models.
Electric cars can be about 25% heavier than internal combustion-engine vehicles, and they have excellent speed, acceleration, and torque. Owners tend to drive them like sports cars, according to Hays, so the company is offering an alternative to the factory-installed brakes, which aren’t designed for that kind of handling. NextWave will enable faster stops and better direction changes, in addition to a different kind of cool factor: “This extraordinary functional configuration also has an incredibly novel appearance – there’s nothing like it in the history of disc brakes,” said Claxton.
‘Mind-Blowingly Powerful’
As the company gets feedback from early adopters, it will be preparing two more lines: LightWave will combine the NextWave rotor with a lightweight caliper, and CarbonWave will be exclusively for electric vehicles.
All of these models weigh approximately half what conventional rotors weigh, while drastically improving the braking performance. All the brakes will be manufactured in the United States. In addition to the potential for reduction of toxic nanoparticles, the carbon footprint for every type of periodic wave disc brake will be much smaller than conventional brakes.
Calling NASA’s Technology Transfer program “instrumental to American competitiveness,” Hays described the company’s relationship with NASA as “mind-blowingly powerful.”
“It is absolutely going to catapult our business and gives us a credibility and validity for everything we do,” he said. “NASA gives us a foundation to go out into the world and negotiate and have the respect of our peers right out of the gate. That would not be the usual case for an early-stage company.”
0 Comments