Fren sistemleri

Otomobillerimizi durdurmak veya yavaşlatmak için frenlere ihtiyaç duyuyoruz. Oldukça ağır bir yük taşıyan fren sistemi, tüm elektronik gelişmelere rağmen temel görevini sürtünme enerjisiyle gerçekleştiriyor.

Günümüzün otomobillerinin frenleri, temelde basit bir kaldıraç mekanizmasının üzerine kurulu bir sistemden yola çıkarak geliştirilmiş. Aslında fren olarak tabir edilebilecek ilk oluşum, antik çağlarda kullanılan ve hayvanların çektiği araçları durdurmak için yerlilerin günlük hayatlarında farklı işler için kullandıkları sopalarmış. Otomobiller ilk ortaya çıktığında ise bisikletlerde kullanılan, mekanik kumandalı, tekerleğe ayak ya da kol gücüyle yapılan basınçla çalışıyordu.

Günümüzdeki fren sistemlerinde kullanılan kaldıraçlar, mekanik ve hidrolik güç arttırıcılarla destekleniyor. Kaldıraç sistemi, ayak gücümüzü frene iletmeden önce birkaç kat arttırarak, tekerleğin dönme direncine karşı yüksek bir fren etkisi oluşturuyor ve otomobili yavaşlatıyor. Hidrolik sistemler ise ayak ile oluşturan gücün frenlere hidrolik sıvı ile ulaştırılması mantığına dayanıyor. Bir yağ türevi olan ve sıkıştırılamayan hidrolik sıvı, fren etkisini yaratacak balataların disk ya da kampanaya ittirilmesi için gerekli basıncı taşıyor. Hidrolik sistemlerin mekanik sistemlere göre en belirgin avantajı; hidrolik sıvının borulu dağıtım sistemleri ile güç dağıtımı ve gücün arttırılması işlemini daha kolay yerine getirmesi. Öyle ki, hidrolik sistem, ayağınızla pedala uyguladığınız fren basıncını 36 kat arttırarak, örneğin 4.5 kg’lık gücü, fren sistemine 162 kg olarak iletiyor.

Fren sistemleri geliştirilirken, yeni teknolojileri beraberinde getirerek, günümüzdeki fren sistemlerinin oluşması sağladı. 1901 yılında icat edilen disk fren, günümüzde ağır ticari araçlarda da kullanım alanı bulmaya başladı.

Disk Fren

Disk frenin temel parçalarını, balatalar, kaliper ve fren diski oluşturuyor. Disk frenler yapı olarak bisiklet frenlerine çok benziyor; bisikletlerde balataların sıkıştırdığı jantın yerini otomobillerde, yeterli güç uygulayabilmek için fren diski alıyor. Sıkıştırma etkisi ile yavaşlayan fren diski, bağlı bulunduğu lastiği yavaşlatarak otomobilin de yavaşlamasını sağlıyor.

Sürtünmenin temel prensip olduğu fren sistemlerinde, yavaşlamanın tabii ki bazı bedelleri de oluyor. Sürtünme sonucu oluşan ısı ve aşınma gibi. Fren diskleri üzerinde kullanılan hava kanalcıkları, frenlerin hızla soğumasına yardımcı oluyor. Yeni geliştirilen kompozit malzemeler de (karbon, seramik) sürtünme sonucu oluşan ısı ve aşınmayı minimuma indiriyor. Frenlerde kullanılan sürtünme parçaları (balatalar), fren disklerinin aşınmasını en aza indirecek malzemelerden üretiliyor. Yani birbirine sürtünen iki parçadan (fren diski ve balatalar) biri diğerine göre daha fazla aşınmak zorunda; böylece balatalar, fren sisteminin en hızlı aşınan parçası oluyor. Aslında bu tercih; fren diskinin balatadan daha pahalı olmasından ve disklerin yenilenmesinin daha zahmetli olması nedeniyle yapılmış.

Kampana Fren

Kampana fren sistemleri ise tıpkı disk fren sistemleri gibi çalışıyor. Yani yine sürtünme prensibi ile yavaşlama sağlıyor. Günümüzde birçok otomobilde, önlerde disk arkalarda ise kampana fren sistemi kullanılıyor. Kampana frenin en önemli avantajı ise ucuz olması ve çapraz devre sistemine kolay entegrasyonu. Bunun yanında dezavantajları ise, servisinin disk frenlere göre daha masraflı ve zor olması. Kampana frenlerin çalışma prensibi temelde disk frenlerle aynı fakat kampana frenler daha çok parçadan oluşuyor. Durum böyle olunca kampana fren mekanizmasının devreye girmesi için birçok parçanın belli bir koordinasyon içinde çalışması gerekiyor. Disk frende olduğu gibi kampana frende de balatalar, yaylar ve pistonlar gibi parçalar var. Kampana fren sistemlerine, kapalı fren sistemleri de diyebiliriz. Çünkü açısal olarak kampana frenler içeriden dışarıya doğru sıkıştırma yaparak çalışıyor. Frene basıldığında kampananın içerisindeki balatalar içeriden dışarıya doğru, kampananın iç yüzeyine doğru açılarak sürtünme oluşturuyor. Kampana frenlerin düzgün çalışabilmesi için kampana içerisindeki balataların disk fren balatalarından farklı olarak, dış yüzeydeki kampanaya olabildiği kadar yakın olması gerekiyor. Fren sistemi, bunu kampana içindeki seviye ayarlayıcısı sayesinde ayarlıyor.

Fren sistemlerinin verimli çalışması için ayak ile uyguladığı gücün yetersiz olması, fren gücünü arttıracak yeni teknolojilerin geliştirilmesine neden oldu. Vakum yapılı fren sistemleri olarak adlandırılan bu sistemler, ayak ile uygulanan fren gücünü devredeki vakum kompresörü ile arttırarak fren sistemine iletiyor. Vakum kompresörü içerisinde oluşan basınç, fren gücünün artmasını sağlayarak disk frenlerin veya kampana frenleri etkili bir sürtünme oluşturarak otomobilin güvenle yavaşlamasına yardımcı oluyor.