Fren nedir?

Hareket halindeki araç ve makinaları yavaşlatmaya veya durdurmaya yarıyan tertibat. Otomobil, tren, uçak, kaldırma makinaları veya değişik türdeki birçok makinalarda çeşitli tip frenler kullanılır. Genel prensip olarak, hareketli parçanın kinetik enerjisi hareketsiz kısımlar tarafından sürtünme yoluyla ısıya çevrilerek yutulur ve böylece hareket durdurulur. Burada hareketli parçaya sürtünme elemanları vasıtasıyla uygulanan baskı kuvveti, harekete ters yönde sürtünme kuvvetleri meydana getirir. Sürtünmeden meydana gelen ısı çevreye iletilerek atılır. Hareket enerjisini hava, su gibi diğer bir ortama vererek veya başka bir sistemde mekanik, elektrik veya manyetik frenleme yapan sistemler de vardır. Frenlerin kumanda sistemleri, mekanik, havalı, hidrolik veya elektromanyetik olabilir. Frenler esas olarak sürtünme elemanlarına göre bantlı, tamburlu (pabuçlu) veya diskli olmak üzere üç ana guruba ayrılır.

Bantlı frenler: Basit bir konstrüksiyona sahip olan ve genellikle küçük frenleme momentleri için kullanılan bantlı frenler bir fren tamburu ile bir yüzünde sürtünme malzemesi bulunan çelik bir banttan ibarettir. Özellikle yükün hep aynı doğrultuda tesir ettiği fren ve yük asansörlerinde hareketi denetleme gayesi ile kullanılır. Bant gevşekken tambur makina ile beraber serbestçe döner. Bant bağlı olduğu kol vasıtasıyla gerilince tamburu sarar ve etkili bir frenleme sağlar. Tambur banta değdiğinde bandı da döndürmeye başlayıp sistemi sıkıştırdığından, frenleme etkisi oldukça büyüktür. Yalnız ters dönme yönü için bu frenlerin etkisinin az olduğu ve frenleme için oldukça büyük bir kuvvet gerektiği gözden uzak tutulmamalıdır.

Tamburlu (Papuçlu) frenler: Bunlar içten sıkıştırmalı veya dıştan sıkıştırmalı olmak üzere ikiye ayrılır. Esas olarak sürtünme malzemesiyle kaplı fren pabucunun dönen fren tamburuna içten veya dıştan merkezsel yönde bastırılması esasına göre çalışır. İçten sıkıştırmalı tamburlu frenlerde, hareketsiz bir yere takılmış olan iki karşılıklı pabucu, tekerleğe bağlı dönen tamburun iç yüzüne baskı yaparak

frenlemeyi sağlar. Genellikle pabuçların baskı kuvveti, hidrolik olarak veya basınçlı hava yardımıyla sağlanır. Bu tür frenler, en çok kamyonlarda, otobüslerde ve motosikletlerde kullanılır. Günümüzde otomobillerde ise, yalnızca arka tekerleklerde kullanılır. Tamburlu frenlerde pabuçlar tambura aynı kuvvetle bastırılamaz. Tambur saat ibresi yönünde döndüğünde sağdaki fren pabucu, iç yüze daha sıkı bastırılarak tambur tarafından tutulur. Diğeri ise tambur tarafından itilir ve bu yüzden frenleme etkisi azalır. Yani esas frenlemeyi sağdaki pabuç yapar. Dönme yönü değiştiğinde pabuçların rolleri de değişir. Bu yüzden pabuçlardan biri daha çabuk aşınır. Bunu, önlemek için güç ve aşınma yönünden daha üstün olan servo tip çift pabuçlu frenler yapılmıştır. Bu türde fren pabuçları bağlantılı olup, bir pabucun tepkisi diğerine iletildiğinden, pabuçlar birbirlerini dengeleyerek aynı miktar frenleme sağlarlar. Bu tip frenlerde metal fren tamburu meydana gelen ısıyı dağıtmasına karşılık büyük frenleme momentlerinde meydana gelen yüksek sıcaklıklarda, pabuçların etkisiyle hasıl olan kuvvetler kırılma ve aşınmalara sebep olur. Aynı zamanda yükselen ısı balata sürtünmesini de azalttığından fren etkisi azalır.

Tamburlu frenler suya girdikleri vakit etkilerini bir süre için kaybederler. Bu yüzden su birikintilerinden geçen araçları dikkatli sürmek ve frenleri kuruyuncaya kadar sık sık hafifçe frene basmak gerekir. Taşıtlarda frenleme sırasında hız azalırken atalet kuvvetlerinden dolayı yük ön tekerleklere gelir. Böylece arka tekerleklerin yere yapışması daha zayıf olacağı için, frenleme etkisi ön tekerleklerde arka tekerleklerden daha fazla olmalıdır. Bu yüzden tamburlu frenlerin yüksek sıcaklıklarda yukarıda anlatılan mahzurlarından kaçınmak için, otomobillerde arka tekerleklerde tamburlu, ön tekerleklerde diskli frenler kullanılır. Dıştan sıkıştırmalı tamburlu frenlerde pabuçlar bağlı oldukları mafsallar vasıtasıyla tekerlek tamburuna dıştan merkezsel yönde baskı yaparak frenleme sağlarlar. Fren tamburu saat ibresi yönünde dönerken sol koldaki pabuç sağ koldakinden daha büyük bir frenleme yapar. Fren tamburunun dönüş yönü tersine olursa sağ koldaki pabuç daha çok frenleme sağlar. Burada da içten baskılı frenlerdeki problemler vardır. Bu tip frenler daha çok trenlerde kullanılır. Diskli frenler: Bu tip frenlerde sürtünme eksenel yönde birbirlerine bastırılan disk ile fren pabuçları arasında meydana gelir. Yani, dönen eleman dönme eksenine paralel olarak tatbik ettirilen kumanda kuvvetleri yardımıyla sıkıştırılıp durdurulur. Konstrüksiyonlarına göre iki ana tipi vardır.

Kapalı diskli frenler: Bu tip frenlerde disk elemanları sabit olup, tekerleğe bağlı bir karter içine yerleştirilmiştir. Mevcut iki disk elemanı hidrolik olarak tatbik edilen bir kuvvetle eksenel yönde ayrılarak tekerlekle beraber dönen karterin iç yüzeylerine bastırırlar. Disklerin sıkıştırma yüzlerinde eşit aralıklarla sürtünme balataları yerleştirilmiştir.

Dıştan sıkıştırmalı diskli frenler: İki fren balatası arasında eksenel yönde sıkıştırılabilen dönen bir diskten meydana gelir. Disk araba tekerleğine veya mile bağlı olup balatalar, etki ettirilen bir kuvvetle dönme eksenine paralel yöne sıkıştırılır. Sıkıştırılan balatalar diskin kullanılan alanının altıda biri ile dokuzda biri kadar kısmına etki eder. Diskli frenlerin başlıca üstünlükleri frenleme yüzeylerinin büyük olması, daha iyi ısı iletmesi, her iki dönüş yönünde aynı etkiyi yapması, sıcaklığın yükselişine ve sürtünme katsayısındaki değişimlere daha az hassasiyet göstermesidir. Diğer frenlerde olduğu gibi, artan sıcaklıkla frenleme kabiliyetinin düşmesi, burada söz konusu değildir. Diğer taraftan basınçlar fren pabuçlarının sürtünme yüzeylerine düzgün biçimde dağıldığı için, yıpranma daha az olur. Sık sık fren ayarlaması yapılmaz. Genellikle arabalarda ön tekerleklerde kullanılmasına rağmen, yüksek güçlü lüks otomobillerde her iki aksta da disk frenler bulunur. Yukarıda sayılan üstünlüklerinden dolayı modern otomobillerde disk fren kullanımı yaygınlaşmaktadır.

Arabalarda diskli frenlerin kumanda tertibatları genellikle hidrolik olarak yapılır. Diskli frenler için oldukça büyük baskı kuvvetleri gerektiğinden, sürücüye yardımcı olma gayesiyle, diskli-frenli otomobillerin çoğunda frenler, servo mekanizmalı yapılır. Servo mekanizma, enerjisini atmosfer ile karbüratör arasındaki basınç farkından alarak kumanda kuvvetini artırıcı etki yapar. Bazı taşıtlarda ve ağır yük kamyonlarında da frenleme gücü bu yolla arttırılır.

Bütün motorlu taşıtlarda mekanik olarak çalışan bir el freni bulunur. Tamburlu veya diskli olabilir. Tamburlu frenlerde el ve ayak frenler aynı fren balatalarını kumanda eder. Disk frenlerde ise el freni aynı balatalara kumanda eder. El freni çoğunlukla arka, bazen da ön aksa bağlanır. Çeşitli taşıtlarda fren fertibatları:

Bisikletlerde: Genellikle diskli fren türüne benzer. Kelepçeli kumanda için tahrik bir tel vasıtasıyla iletildiğinden, bu tür frenlemeye "tel frenleme" de denir. Burada fren disk yerine doğrudan tekerlek jantı üzerine baskı yapar. Kelepçenin ucundaki kumanda sapı, frene bağlı tel vasıtasıyla harekete geçirilince, tekerlek jantını yakalayan fren pabuçları, bisikleti durdurur. Fren bırakılınca bir yay vasıtasıyla yeniden boşalıp açılır.

Motosikletlerde: Tamburlu frenler kullanılır. Frenleme gücünün dengelenmesi için frenler, tekerlek

göbeklerinin merkezine yerleştirilir. Ön tekerlek tel ve sap ile, arka tekerlek ise, pedal ve çubuk yardımıyla kumanda edilir.

Trenlerde: Genellikle dıştan sıkıştırmalı, tamburlu frenler kullanılır. Bunlarda pabuçlar tambur yerine tekerleklerin çelik yüzeylerine baskı yaparlar, lokomotifte, frenler çift pabuçlu, vagonlarda ise tek pabuçlu yapılırlar. Modern süratli yolcu trenlerinde ise disk frenler kullanılmaktadır. Sürtünme diski genellikle dökme demirden yapılır.

Trenlerde kullanılan frenlerin kumanda tertibatları, bu tip frenlerin lokomatif ve vagonlardaki bütün tekerleklerde aynı anda devreye girme mecburiyetinden dolayı oldukça karışıktır. Genel olarak basınçlı hava ile (pnömatik) çalışırlar. Basınçlı hava, lokomotifteki bir kompresörden elde edilip, bir boruyla trenin her yanına iletilir. Her bir tekerleğe bağlı frenin bu boru ile beslenen bir basınçlı hava deposu vardır. Frenin kumanda kolu bu depoya bağlı bir silindirdeki piston tarafından tahrik edilebilir. Depo, basınç borusu ve fren tahrik silindiri arasındaki üç yollu kapak, normalde basınç borusu ile depo arasında irtibatı sağlar.

Makinist, bir kapağı açarak, basınç borusundaki basıncı düşürdüğünde, depo ile fren tahrik silindiri arasındaki üç yollu kapak irtibatı sağlayarak, frenlemeyi sağlar. Basınç borusunda, basınç yükseldiğinde, üç yollu valf depo ile basınç borusu arasında irtibatı yeniden sağlarken, tahrik silindirini dışarıya irtibatlandırarak basıncın düşüp frenlerin boşalmasını sağlar. Her hangi bir arıza sırasında basınç borusundaki basınç düşünce, bütün frenler yukarda anlatıldığı gibi otomatik olarak kitlenir. Onun için bu frenlere "otomatik kilitlenmeli frenler" de denir. Modern trenlerde elektropnömatik frenlerin kullanılmasıyla önemli bir gelişme sağlanmıştır. Bu tür frenlerde elektrovalfler yardımıyla bütün katardaki frenlere aynı anda kumanda edilebilir. Son zamanlarda kullanılan bazı elektrikli trenler ve metrolar tamamen elektromanyetik kumandalı frenlerle donatılmışlardır. İmdat freni olarak da elektromanyetik frenlerden istifade edilir.

Uçaklarda: Uçuş sırasında yavaşlamak için "hava freni" kullanılır. Bunlar kanatların üzerine ve altına ayrıca uçağın çatısı boyunca yerleştirilip istenildiğinde rüzgarın içine doğru yöneltilerek uçağın hızını kesen hareketli parçalardan meydana gelir. İniş sırasında pervaneli uçaklarda pervaneler ters yönde döndürülerek, jet uçaklarında ise motordan geçen havayı yeniden gidiş doğrultusuna çeviren kapaklar kullanarak, frenlemeye yardımcı olunur. Bu uçakların tekerleklerinde gayet güçlü çok diskli frenler mevcuttur. İleri kabiliyetli veya kısa pistlere iniş yapan uçaklarda iniş sırasında aracı yavaşlatan paraşüt veya pist başındaki bir özel halata takılan frenleme çengelleri kullanılır. Diğer fren türleri:

Frenleme enerjisinden faydalanma: Bazı araçlar ve elektrikli tren ile tramvaylarda, frenleme enerjisi bir volanı çevirmek veya jeneratörü tahrik etmekte kullanılarak, volanda veya jeneratörden gelerek bir akümülatörde toplanan enerji kalkış sırasında kullanılmaktadır. Burada frenler volan veya jeneratörü devreye sokarak tahrik etmekte buna harcanan kuvvet ve enerji de aracı yavaşlatmaktadır. Bu tip frenlemeye "rejeneratif (üretken) frenleme" adı verilir.

Tecrübe frenleri: Bu tip frenler, makinanın tahrik milinde belli bir direnç momenti meydana getirerek makinanın gücünü ölçmeye yarar. Meydana getirilen direnç türüne göre bu düzen de çeşitli isimler alır. Sürtünme freninde direnç momenti bir kuvvet kolu ve asılan ağırlık vasıtasıyla motor miline etkiyen fren tertibatıyla sağlanır. Su freninde direnç momenti hidrolik, manyetik frende elektromanyetik olarak, hava freninde ise hava direnci yardımıyla sağlanır.

Frenlerde kullanılan sürtünme malzemeleri: Balatalarda kullanılan sürtünme yüzeylerinin, hem sürtünme katsayısı yüksek, hem de sıcaklık ve aşınmaya yeterli dayanıklıkta bir malzeme ile kaplanması icab eder. Genel olarak hareketli parçalar metalden, hareketsiz pabuç elemanları da ucuz ve kolayca değiştirilebilen dökme demir veya asbest lifi denilen malzemelerden imal edilir. Asbest lifi, metal ve metal olmayan tanecik karışımlarının sentetik reçine ile birleştirilmesinden yapılır. Isı iletimini daha iyi sağlayabilmek için, hafif bir alaşım malzemeler de kullanıldığı olur. Uçaklarda hasıl olan yüksek sıcaklıklara dayanması için sürtünmesi yüksek seramikler kullanılır.

Sözlükte "fren" ne demek?

1. Bir makinenin, herhangi bir taşıtın hızını kesmeye ya da onu durdurmaya yarayan düzenek.

Fren kelimesinin ingilizcesi

n. brake, break, curb
Köken: Fransızca

Yorumlar

Bu sayfa ait yorum bulunamadı. İlk yorum yapan siz olun.

Yorum ekle

Vazgeç