TARIFNAME FREN DISKI HAVALANDIRMA KANATçIKLARINDA YENILIK Teknik Alan Bulus özellikle otomotiv sektöründe agir hizmet araçlarinda kullanilan frenlerde, havalandirmali fren diski tasarimi ile ilgilidir. Bulus kapsaminda sunulan fren diskleri için özel tasarlamis havalandirma kanatçigi tasarimi ile havalandirma kanatçiginin arka tarafinda da yüksek hava hizlari elde edilmesi ile ilgilidir. Mevcut Teknik Sekil - 1' de gösterilen mevcut teknik, havalandirma kanatçigi geometrisi nedeniyle, havalandirma kanatçiginin öncü kenarinda, kanal boyunca yüksek hava hizlari elde edilirken; arka kenarinda, kanatçigin uç kisminda hava akisinin ayrilmasi ve bu bölgede olusan girdaplar nedeniyle hava hizi sifira kadar inmektedir. Sekil - 2' de, mevcut teknigin, akiskanlar dinamigi analizleri ile hesaplanan, havalandirma kanatçiklari etrafindaki hava akisina ait hiz çizgileri verilmektedir. Havalandirma kanalinin arka tarafinda istenmeyen bu hiz düsüsü tasinim ile havaya gerçeklesen isi transferini ve fren diskine ait tasinim katsayisini önemli miktarda düsürmektedir. Fren diski tasinim katsayisinda görülen bu düsüs nedeniyle, atalet dinamometresi ile gerçeklestirilen fren diski soguma süresi testlerinde, soguma süresi yüksek olmaktadir. Fren diski soguma süresinin yeterli olmadigi durumlarda fren diskinde çarpilma, çatlak ve hasar olusumu ve buna bagli ses ve titresim problemleri, fren diski ve balatalarda erken ve düzensiz asinma sorunlari ve dingil ucundaki rulmanlarda hasar görülebilmektedir. Teknigin bilinen uygulamalarinda havalandirma kanatçiklarinin genisliklerinin fazla olmasi nedeniyle fren diski kütlesi dolayisiyla yaylanmayan araç kütlesinin yüksek olmasina sebebiyet vermektedir. Yaylanmayan kütlenin yüksek olmasi aracin sürüs konforunu olumsuz etkilemetedir. Buna ek olarak zararli gaz emisyonlarinin ve yakit sarfiyatinin yüksek olmasina neden olmaktadir. yüklemeler altinda gerçeklestirilen sonlu elemanlar analizlerinde, havalandirma kanatçiklari etrafindaki gerilmelerin yüksek oldugu görülmektedir. Havalandirma kanatçiklari etrafindaki yüksek gerilmeler fren diski kullanim ömrünün azalmasina neden olmaktadir. Ayrica sonlu elemanlar analizleri sonucunda, frenleme esnasinda ortaya çikan isi girdisi altinda, koniklesme degerlerinin de yüksek oldugu görülmektedir. Yüksek koniklesme degerleri nedeniyle araç seviyesinde ses ve titresim problemleri, fren diski ve balatalarda erken ve düzensiz asinma sorunlari görülmektedir. (Sekil - 3) Sonuç olarak, mevcut teknikte yukarida belirtilen problemlerin çözümü için, havalandirmali fren diski tasariminin gelistirilmesine duyulan gereksinim ve mevcut çözümlerin yetersizligi ilgili teknik alanda gelistirme yapmayi zorunlu kilmistir. Bulusun Amaci Bulus kapsaminda sunulan havalandirma kanatçigi tasarimi ile havalandirma kanatçiginin arka tarafinda da yüksek hava hizlari elde edilebilmektedir. Havalandirma kanatçiginin öncü ve arka kisimlarinda görülen yüksek hizli hava akisinin bir sonucu olarak, tasinim ile gerçeklesen isi transferi ve fren diskine ait tasinim katsayisinda önemli bir artis elde edilmektedir. Ortalama tasinim katsayisindaki artis ile beraber fren diski soguma süresi testlerinde soguma periyodu önemli miktarda azalmaktadir. Soguma süresinde elde edilen iyilesme ile kullanici sikayeti olarak görülen çarpilma, çatlak ve hasar olusumu ve buna bagli ses ve titresim problemleri, fren diski ve balatalarda erken ve düzensiz asinma sorunlari ve dingil ucundaki rulmanlarda hasarlari azaltilacaktir. Bulusun amaçlarindan biri de daha düsük agirlikli, havalandirma kanatçiklari etrafinda görülen maksimum asal gerilme degerleri açisindan termomekanik yüklemelere daha dayanikli ve termomekanik yüklemeler sonucunda daha az koniklesen bir fren diski elde edilmektedir. Bu sayede, bulus konusu olan havalandirmali fren diskinin kullanildigi araçlarda, araç yaylanmayan kütlesi daha az olacaktir. Bunun sonucu olarak, zararli gaz emisyonlarinin ve yakit sarfiyati azaltilacaktir. Termomekanik dayanimin iyilestirilmesi ile birlikte fren diski kullanim ömrünün iyilestirilmesi beklenmektedir. Koniklesme degerlerinin azaltilmasi ile birlikte, ses, titresim ve konfor sorunlarinin önüne geçilmesi; erken ve düzensiz fren diski ve balata asinmalari azaltilacaktir. Bulusun Detayli Açiklamasi Bu bulusun amacina ulasmak için agir hizmet araçlarinda kullanilan havalandirmali fren diski tasariminin gerçeklestirilmesi için kullanilan havalandirma kanatçigi ekli sekillerde gösterilmistir. Sekil - 1 Mevcut teknikteki havalandirma kanatçigi geometrisinin görünümü Sekil - 2 Mevcut teknikte havalandirma kanatçiklari etrafindaki hava akisina ait hiz çizgilerinin görünümü geometrisinin görünümü Sekil - 4 Bulus konusu fren disklerinin hava kanatciklarinin genel görünümü Sekil - 5 Bulus konusu fren disklerinin hava kanatciklarinin detay görünümü Sekil - 6 Bulus konusu havalandirma kanatçiklari etrafindaki hava akisina ait hiz çizgilerinin görünümü Sekil - 7 Mevcut teknik - bulus karsilastirmali sicaklik-zaman grafigi Bulus konusu olan agir hizmet araçlarinda kullanilan havalandirmali fren diski tasariminin gerçeklestirilmesi için kullanilan havalandirma kanatçiginin daha iyi anlasilabilmesi için tarifnamenin bundan sonraki bölümlerinde asagida belirtilen referans numaralariyla anilacaklardir. Buna göre; 1. Dis sürtünme diski 2. Iç sürtünme diski 3. Havalandirma kanatçiklari 3.1. Kisa kanatçik profili 3.1L. Kisa öncü kenar 3.1T. Kisa arka kenar 3.2. Uzun kanatçik profili 3.2L. Uzun öncü kenar 3.2T. Uzun arka kenar 3.3. Genis kanatçik profili 3.3L. Genis öncü kenar 3.3T. Genis arka kenar 4. C1 yariçapi 4.1 C2 yariçapi 4.2 C3 yariçapi 4.3 C4 yariçapi Burada söz konusu bulus en genel haliyle, Sekil - 4' de gösterildigi gibi, dis sürtünme diski(1), iç sürtünme diski(2) ve havalandirma kanatçiklarindan(3) olusmaktadir. Fren diskinin saat yönündeki dönme hareketi sirasinda, havalandirma kanali boyunca havalandirma kanatçiklarindan(3) hava akis hizlarinin yüksek ve esit olabilmesi için üç farkli kanatçik profili tasarlanmis olup, bunlar kisa kanatçik profili(3.1), uzun kanatçik profili(3.2) ve genis kanatçik profilidir(3.3). Kisa kanatçik profili(3.1), uzun kanatçik profili(3.2) ve genis kanatçik profili(3.3), dis sürtünme diski(1) ile iç sürtünme diski(2) arasindaki baglantiyi saglamaktadir. (Sekil - 5) Kisa kanatçik profili(3.1) C1 yariçapi(4) ile C2 yariçapi(4.1), uzun kanatçik yariçapi(4.2) ile C4 yariçapi(4.3) arasina konumlandirilmaktadir. C1 yariçapi(4), C2 yariçapi(4.1), C3 yariçapi(4.2) ve C4 yariçapi(4.3) konumlari belirlemek amaciyla dis sürtünme diski(1) üzerine çizilmis görünmez eksenler gibidir. Kisa kanatçik profili(3.1) ile genis kanatçik profili(3.3) dikey dogrulta olmak üzere ayni hizada konumlandirilmaktadir. Ardisik olarak dizilmis olan uzun kanatçik profili(3.2) ile genis kanatçik profili(3.3) arasindaki açi, ayni forma sahip havalandirma kanatçiklari(3) arasindaki açinin yarisi kadardir. C1 yariçapi(4) 128 C4 yariçapi(4.3) 204 - 216 mm arasinda deger almaktadir. Sekil - 6' da, bulusun akiskanlar dinamigi analizleri ile hesaplanan, havalandirma kanatçiklari(3) etrafindaki hava akisina ait hiz çizgileri verilmektedir. Kisa kanatçik profilinin(3.1) kisa öncü kenarinda(3.1L), kanal boyunca yüksek hava hizlari elde edilirken; kisa kanatçik profilinin(3.1) kisa arka kenarinda(3.1T), hava akisinin ayrilmasi ve bu bölgede olusan girdaplar nedeniyle hava hizinin kisa öncü kenara(3.1L) göre azaldigi görülmektedir. Benzer sekilde uzun kanatçik profili(3.2) ve genis kanatçik profilinin(3.3) uzun öncü kenar(3.2L) ve genis öncü kenar(3.3L) ile uzun arka kenar(3.2T) ve genis arka kenar(3.3T) taraflarinda kanal boyunca yüksek hava hizlarina ulasilmaktadir. C3 yariçapindan(4.2) C4 yariçapina(4.3) kadar uzun kanatçik profili(3.2) ve genis kanatçik profili(3.3) arasindaki mesafe sabit tutularak, uzun kanatçik profili(3.2) ve genis kanatçik profili(3.3) arasindaki hava akisinin etkinligi arttirilmaktadir. Uzun kanatçik profili(3.2) ve genis kanatçik profili(3.3) arasindaki sabit kanal boslugu bulunmakta olup bahsedilen uzun kanatçik profili(3.2) ve genis kanatçik profilinin(3.3) kanatçik radyuslari ile saglanmaktadir. Kisa kanatçik profilinin(3.1) kanatçik radyus degeri 91,3 mm ile 96,9 mm arasinda, uzun arasinda degismektedir. Kisa kanatçik profili(3.1), uzun kanatçik profili(3.2) ve genis kanatçik profilin(3.3) uç kisimlarinda bulunan radyuslar hava geçisini yumusatarak, hava akisinin etkinligini arttirmaktadir. Havalandirma kanatçiklarinin(3) uç kisimlarina ait radyus ölçüsü 1,9 mm ile 2,6 mm arasinda degismektedir. Uzun kanatçik profili(3.2) ve genis kanatçik profili(3.3) uzun öncü kenar(3.2L) ile genis öncü kenar(3.3L) ve uzun arka kenar(3.2T) ile genis arka kenar(3.3T) bölgelerinde görülen yüksek hizli hava akisinin bir sonucu olarak, önceki teknige göre % 13.0 oraninda iyilesme saglanmaktadir. Ortalama tasinim katsayisindaki bu artis ile atalet dinamometresi ile gerçeklestirilen soguma süresi testlerinde, 30 km/sa araç hizi için 450 °C'den 50 cJC'ye soguma periyodunun önceki teknige görülmektedir. (Sekil - 7) Bulusa ait havalandirma kanatçik(3) geometrileri (kisa kanatçik profili(3.1), uzun kanatçik profili(3.2) ve genis kanatçik profilinin(3.3)) sayesinde, termomekanik hizmet kosullari altinda gerçeklestirilen sonlu elemanlar analizlerinin bir sonucu olarak, kanatçiklar etrafindaki maksimum asal gerilme degerlerinde patent için hesaplanan koniklesme degerleri karsilastirildiginda, bulusa ait maksimum koniklesme degerinin 1/5 seviyesinde oldugu görülmektedir. Buna ek olarak, havalandirma kanatçiklarinin(3) kanatçik genisliklerinin 8 mm degerinden düsük olmasi sayesinde toplam fren diski agirliginda önceki teknige göre % 4.6 oraninda hafifleme elde edilmektedir. TR TR