Frenler insan yaşamı için çok önemlidir. Fren pedalı kaldırılır kaldırılmaz, anında dinlenme konumlarına geri dönmeleri gerekir. Tam olarak toparlanamazlarsa enerji kayıpları meydana gelebilir. Sürücü bunun farkında değildir ve frenin nasıl çalıştığı üzerinde hiçbir etkisi yoktur. Ancak, bir aracın karbon ayak izinin büyümesine neden olabilir.
Bu fenomen, Paul Scherrer Enstitüsü PSI’daki bilim insanlarının yanı sıra ANAXAM ve ticari ortak Audi Sport personeli tarafından incelenmiştir. Bir fren kaliperinin içine bakmak için PSI’nin İsviçre Spallation Neutron Kaynağı SINQ’dan gelen nötronları kullanarak fren pistonlarının hareketinin nasıl görselleştirileceğini ve optimize edileceğini gösterdiler. Dönen fren diski, fren kaliperi tarafından kıskaç benzeri bir şekilde yerinde tutulmaktadır.
Sürücü frene bastığında, fren hattından gelen hidrolik basınçla bir dizi piston ileri doğru itilir. Bu pistonlar iki fren balatasını fren diskine doğru sıkıştırarak yüksek sürtünme kuvvetleri nedeniyle diskin durmasına neden olur.
PSI tarafından kurulan Villigen’deki ANAXAM adlı teknoloji transfer merkezi, PSI’ın araştırma altyapısını kullanmak isteyen endüstriyel işletmelere yardımcı oluyor. Audi Sport projenin endüstriyel ortağı olarak görev yaptı. Audi Sport’ta çalışan mühendis Mathias Kolb, şu anda ANAXAM’da kıdemli mühendis olan Matthias Wagner ile temas halindeydi. PSI’dan David Mannes ile birlikte fren kaliperine gerçek zamanlı olarak bakmalarını ve onu optimize etmek için yöntemler aramalarını sağlayan bir teknik geliştirdiler. PSI’da bu ilk kez başarıldı.
Ortaklar, X-ışınları metalleri delemediği için bunların kullanılamayacağını hemen anladılar. Nötronlar, hafif kimyasal bileşenlere karşı son derece hassas olmaları ve aynı zamanda fren kaliperinin metali gibi malzemelere karşı neredeyse şeffaf olmaları bakımından benzersizdir. Bu da fotoğrafın hidrojen bileşikleri içeren fren sıvısını açıkça gösterdiğini ortaya koyuyor.
2021’de başlayan ve bu yıl sona eren araştırmalar, PSI’ın nötron ışın hattı ve uzmanlığı sayesinde mümkün oldu. Deney, spallasyon kaynağı SINQ’nun Neutra ışın hattında gerçekleştirildi. Bir dedektör, sistem boyunca hareket eden nötronları yakaladı ve fren kaliperinin içinden sonunda iki boyutlu bir görüntü oluşturdu.
Dedektörün önüne ANAXAM tarafından bir fren kaliperi monte edildi. Kuruluma 100 bar’a kadar gerçekçi frenleme basınçları üreten özel olarak oluşturulmuş bir hidrolik sistem eklendi. Fren kaliperinin sıcaklığı, çeşitli çalışma senaryolarını simüle etmek için bir iklim odasında hassas bir şekilde düzenlenebilir. Fren diski, yoldakinin aksine testler sırasında bükülmedi.
ANAXAM’dan Matthias Wagner bunun “daha da kesin sonuçlara ulaşmak için gelecekteki testler için bir olasılık olabileceğini” ekliyor. Ancak tüm önlemler dizisinin zaten çok sayıda ilgi çekici sonuç ürettiği göz önüne alındığında, muhtemelen gereksizdir.
Dedektörün yakaladığı görüntüler nötron görüntülemenin yeteneklerinin şaşırtıcı bir örneğidir.
Her iki tarafta üçer adet olmak üzere altı hidrolik pistonu bulunan fren kaliperi kolayca görülebilir. Pistonların hareketindeki en küçük farklılıklar da önemlidir.
Dış fren balatasını çalıştıran alt pistonun 0,4 milimetrelik uygun boşluğa sahip olduğu, ancak diğer beş pistonun 0,3 milimetreden daha az boşluğa sahip olduğu artık açıktır. Kıskaç şeklindeki fren kaliperinin iki fren balatasının bastırmasıyla dışa doğru bükülmesi de araştırmacılar tarafından hassas bir şekilde ölçülmüştür.
Bu proje, ANAXAM ve PSI’ın becerilerinin seri üretimde değerini zaten göstermiş olan bir ürünü nasıl daha da geliştirebileceğinin harika bir örneğidir.
Endüstriyel ortak, fren pistonlarının performansını, nötron ışını altında ölçüldüğü üzere, fren kaliperinin iç tarafındaki üç piston arasındaki boşluğun 0,1 milimetre arttığı noktaya kadar geliştirmiştir. Frenler söküldüğünde, bu durum fren balatalarını fren diskinden başarıyla ayırır. PSI’dan David Mannes’e göre, “Araştırmamız karayolu araçlarının CO2 emisyonlarını azaltmaya yardımcı olabilir.”
Kaynak: Techxplore
