OTOMOTİV SANAYİNDE EL FREN KUMANDA KABLOSU

OTEKON’14
7. Otomotiv Teknolojileri Kongresi
26 – 27 Mayıs 2014, BURSA
OTOMOTİV SANAYİNDE EL FREN KUMANDA KABLOSU
MEKANİZMALARINDA KULLANILAN ÇEŞİTLİ YAPISAL
KOMPONENTLERİN SİSTEMİN VERİMİNE ETKİLERİNİN
İNCELENMESİ.
Erhan Sönmez*, Mehtap Hıdıroğlu*, Coşkun Karataş*
*
Sıla Teknik ARGE., NOSAB, Meşe Cad. Nilüfer, BURSA
ÖZET
Bu çalışmada, el fren teli mekanizmalarında görülen mekanik kayıplar ve endüstrideki başlıca tedarikçilerden elde
edilen tel, yağ ve tüp malzemelerinin sisteme etkileri incelenmiştir. Bu malzemelerinin kuvvet verimine, tel esnekliğine
ve sürtünme kuvvetine etkilerinin belirlenebilmesi adına bir test düzeneği geliştirilmiş ve ticarileşmiş bir el fren teli
mekanizması tasarımında tel, yağ ve tüp gibi komponentlerin sisteme etkileri değerlendirilmiştir.
Anahtar kelimeler: El fren teli, Kuvvet verimi, Mekanik kayıplar, Sürtünme kuvveti, Esneklik.
THE EXAMINATION OF THE EFFECTS ON EFFICIENCY OF VARIOUS
STRUCTURAL COMPONENTS USED IN THE HAND BRAKE CABLE
MECHANISMS IN AUTOMOTIVE INDUSTRY.
ABSTRACT
In this study, the mechanical losses observed in the hand brake cable mechanisms and the effects on the system of wire,
grease and tube materials obtained from primary suppliers in the industry. In order to determine the effects of materials
forming that structural components on force efficency, stiffness and drag force, a test mechanism has been developed
and the effects of components like wire, grease and tube, have been examined in commercialized hand brake cable
mechanism design.
Keywords: Hand brake cable, Force efficency, Mechanical losses. Friction force, Stifness.
1. GİRİŞ
Bugünün modern araçlarında, konveksiyonel ve mekanik
park fren sistemleri birçok komponentten oluşurken bu
sistemler mekanik kayıplar sergilemektedir. Bu
komponentler park fren kolu, arka fren, çeşitli braketler
ve gövde panalleri içermektedir. [1] Bu çalışmada, El fren
telli sistemlerinde kullanılan tel, yağ ve tüp gibi yapısal el
fren teli komponetlerinin sistem verimine (mekanik
kayıplara) etkileri araştırılmıştır. Çeşitli endüstriyel tel,
yağ ve tüp malzemelerinin bir el fren teli mekanizmasında
diğer sabit parametrelerle
kolerasyonu test edilmiş en optimum verimi sağlayan
komponent çeşitleri kombinasyonu belirlenmiştir.
Komponentlerin iyi tasarlandığı tipik bir sistemde, hatta
en iyi tasarımlarda bile büyük mekanik kayıplar
gözlenebilir. Tüm bu kayıplar, aracın parkı esnasında
temel ve müşteri gerekliliklerinde, yasal zorunluluklarda
zorluklara yol açmaktadır. Buna rağmen sistemin bir
parçası yetersiz tasarlandığında kabul edilemez büyük
kuvvet veya kurs boyu kayıpları sonuçları alınabilir. Park
1
fren kabloları, park fren sistemlerinin geliştirilmesinde
spesifik, ilginç fırsatlar sunabilmektedir. [1]
karşı gösterilen direnç olarak tanımlanır [2]. Sürtünmenin
etkileri belirlendiginden veya fonksiyonları kontrol
edildiginden beri her cihaz gelistirilirken sürtünme
özellikleri dikkate alınarak cihazın ömrü ve verimliliği
belirlenmektedir. [3].
Paul Stoloff, “A Study of Parking Brake Cable Efficiency
as Affected by construction Type” adlı çalışmasında park
fren tellerinde mekanik verimi ve endüstrideki başlıca
tedarikçilerin tel ve kılıf gibi çeşitli kablo yapılarının
sisteme etkilerini incelemiştir. Söz konusu bu çalışma da
ise optimum sürtünme kuvvetinin sistemde elde edilmesi
amacıyla çeşitli tel, yağ ve tüp kombinasyonu çeşitlerinin
sisteme etkileri araştırılmıştır.
Çok sayıda yapı elemanı sürtünmeli ya da kaymalı
zorlamaya maruz kalır. Tekniğin her sahasında
malzemelerin sürtünme özelliklerinden ve sürtünme
kuvvetlerinden faydalanılarak çeşitli konstrüksiyonların
gerçekleştirildiği ve çok çeşitli görevlerin yerine
getirildiği görülmektedir [4]. Bu duruma, el fren tellerinde
bir
hareketin
iletilmesi
görevi
gösterilebilir.
Genel anlamda sürtünme; temas halindeki yüzeylerin ve
birbiri üzerinde hareket eden ya da, hareket ihtimaline
Kılıf Başlığı
Tüp
Yay
Koruyucu
Tek teli
spiral kılıf
Tel
Askı lastiği
Tel başlık
Resim1. El fren teli ve komponentleri.
Park fren sistemi tartışmalarında sanki tek parametreymiş
gibi sadece ve yaygın olarak kablo veriminden
yararlanılmaktadır. [1] Ancak, ürünün korozyon direnci,
el fren koluna uygulanan kuvvetle ürünün esnemeye karşı
gösterdiği direnç,esneklik, maliyet, tedarikçi stratejileri
ve spesifik imalat uygulamaları gibi birçok konu göz
önünde bulundurulmalıdır. Otomobil el fren teli
mekanizması,
çeşitli
fonksiyonel
bileşenlerden
oluşmaktadır. Mekanizmayı oluşturan temel bileşenler
arasında; kılıf, tüp, tel, yağ, gromet, tel başlık, kılıf başlık
ve koruyucu elemanları bulunmaktadır. Kılıf, tüp, tel ve
yağ sistem verimini etkileyen en önemli parametrelerdir.
Kılıf, plastik ekstrüzyon prosesi ile üretilen, tellere
uygulanan çekme kuvvetini iletmesini sağlamak için teli
içinde muhafaza edip dış etkenlerden koruyan bir
parçadır. Tüp, Telin sürtünme kuvvetini en aza indirerek
telin hareketini kolaylaştıran parçadır. Telin kılıfa direkt
temas ederek kılıfın zedelenmesine engel olur. Yağ, Tüp
ile beraber telin sürtünme kuvvetini azaltarak hareket
kolaylığının arttırılmasını sağlar. Tel, uygulanan çekme
kuvvetlerinin aktarımını sağlayan istenilen özelliklere
göre farklı ölçü ve sarımlarda ihtiyaç duyulabilen bir
paçadır.
2
2. YÖNTEM & TEST DÜZENEĞİ
2.1 Verim Testi
Kampanayı
simule eden
yaylar
Yük hücresi 2
Yük hücresi 1
Test numunesi
Resim2. El fren teli mekanizması verim test düzeneği.
El fren teli test numunelerinden alınan verim, esneklik ve
sürtünme kuvveti değerlerinin karşılaştırmalı olarak
incelenebilmesi adına Resim2’de üzerine ticarileştirilmiş
bir test numunesinin montajlandığı bir verim test
düzeneği görülmektedir. Verimlilik, esneklik ve sürtünme
kuvveti test sonuçları Renault’un 31-06-014 numaralı
şartnamesindeki
gereklilikler
baz
alınarak
değerlendirilmiştir.
Pasif kısım
El fren telleri, araç tasarımlarına göre çeşitli koordinat ve
boyutlarda tasarlanabilir. Ancak, yeni tasarımlar, değişen
koordinatlar
sistemde
mekanik
kayıplara
yol
açabilmektedir. Resim2’deki numune, sabit bir araç
tasarımı baz alınarak, (araç hacmindeki x, y ve z
koordinatları referans alınarak) test düzeneğine
montajlanmıştır. Düzenekte sürücünün el kuvveti bir
motor yardımı ile simüle edilirken,
kampananın
sürücünün el hareketine gösterdiği direnç ise yaylar ile
simüle edilmektedir. Resim2’de görülen yük hücreleri
yardımı ile giriş-yük hücresi (input) 1 ve çıkış-yük
hücresi (output) 2 kuvvetleri sistemin bir parçası olan
yazılıma aktarılır ve mekanizmadan alınabilecek % verim
değeri hesaplanır.
Aktif
kısım
Resim3. El fren teli mekanizması esneklik ölçümü
test düzeneği
Ürünün araç hacmindeki yerleşimine göre tasarlanan test
düzüneğine ürün yerleştirilir. Test düzeneğinde
kampanayı simüle eden kısım ürün sabit olarak
montajlanır. Bu kısım Resim3’te pasif kısım olarak
adlandırılmıştır.
Resim3’te
aktif
kısım
olarak
adlandırılmış kısım bir yük hücresi dijital gösterge ve
cetveller ile desteklenmiştir. Amaç aktif kısımdaki motor
yardımı ile belirli bir kuvvette çekilen ürünün istenilen
optimum uzama değerlerini sağlamasıdır.
2.2 Esneklik Testi
El fren koluna uygulanan kuvvetle ürünün esnemeye karşı
gösterdiği direnç otomotiv sanayinde stiffness
(ESNEKLİK) olarak adlandırılmıştır.
3
2.3 Sürtünme kuvveti testi.
Resim 1’de görülen el fren teli, araç hacmindeki
yerleşimine göre test düzeneğine montajlanır ve bir dijital
dinamometre yardımı ile kılıf içindeki tel, tel başlık
vasıtası ile çekilir. Alınan sonuç, el fren teli tasarımına
göre
belirli
sınırlar
arasında
olmalıdır.
3 TEST NUMUNELERİ VE TEST SONUÇLARI
Tablo 1. Farklı yapıda tel ile farklı malzemede tüp ve yağ kombinasyonlarının oluşturduğu prototip numuneler.
Farklı tedarikçilerden, farklı yapıda 2 çeşit metal tel,
farklı malzemede 2 çeşit plastik tüp ve 2 çeşit kimyasal
yağ malzemesi kombinasyonları ile 8 çeşit prototip el fren
tasarlanmış, her kombinasyondan üç’er tane olmak üzere
24 adet test numunesi üretilmiştir. Çeşitli Tel, tüp ve yağ
kombinasyonlarından
oluşan
prototip
numuneler
tablo1’de görüldüğü üzere Kombinasyon1-8 şeklinde
isimlendirilmiştir. Kılıf yapısı sabit tutularak tel, tüp ve
yağ gibi komponentlerin kombinasyonlarından oluşan
prototip numunelerden üçer adet test edilmiş ve elde
edilen bu üç değerin ortalaması o kombinasyonun test
sonucu olarak değerlendirilmiştir. TelA ve TelB kodlu tel
komponent malzemeleri farklı çekme dayanımı
değerlerine (TelA: 1770N/mm2 TelB: 1915N/mm2 ve farklı
tel sarım yapısına (TelA: 1+6+12, TelB:7*7) sahip olup
galvaniz kaplı çelik malzemelerdir. TüpA ve TüpB
malzemeleri farklı polimer malzemelerden (PEHD ve
PBT) üretilmiştir. Prototip numunelerde kullanılan
endüstriyel YağA ve YağB silikon bazlı farklı kimyasal
yapılara ve farklı yoğunluklara (YağA: 1,0g/ml, YağB. :
0,96g/ml) sahiptir.
3.1 Verim Testi Sonuçları
125daN Giriş kuvveti ile test edilen numunelerin sonuç
grafiği şekil1’de görülmektedir. Şekil1’deki kuvvet
verimi
sonuç
grafiği
değerlendirildiğinde
kombinasyon1’in test sonuçları en düşük kuvvet verimi
değerlerine sahip olurken kombinasyon8’i test
sonuçlarının en yüksek kuvvet verimi değerlerine sahip
olduğu ve kombinasyon2-7 arasında ki değerlerin
birbirleri arasında değişkenlik gösterdiği görülmektedir.
Verim ≥ %80 -3 sigma
Verim
TEL A
TEL B
TÜPA + YAĞA TÜPA + YAĞB TÜPB + YAĞA TÜPB + YAĞB
Kombinasyon6 Kombinasyon3 Kombinasyon8 Kombinasyon1
Kombinasyon2 Kombinasyon4 Kombinasyon5 Kombinasyon7
90,00%
89,00%
88,00%
87,00%
86,00%
85,00%
84,00%
83,00%
82,00%
81,00%
80,00%
Test Numuneleri
Şekil1. Kuvvet verimi sonuç grafiği.
Kuvvet verim testinden alınan değerler arasındaki söz
konusu farklılıklar tel yapısı, tüp malzemesi ve
endüstriyel yağ çeşidinin kuvvet verimi üzerinde etkili
birer parametre olduğunu göstermektedir.
Şekil1’deki
kuvvet
verimi
sonuç
grafiği
değerlendirildiğinde kombinasyon1’in test sonuçları en
düşük kuvvet verimi değerlerine sahip olurken
kombinasyon8’in test sonuçlarının en yüksek kuvvet
verimi değerlerine sahip olduğu ve kombinasyon2-7
arasında ki değerlerin birbirleri arasında değişkenlik
gösterdiği görülmektedir.
4
3.2 Esneklik Testi Sonuçları
Şekil3’te kombinasyon1-8’e kadar olan tüm prototip
numunelerin sürtünme kuvveti sonuç grafiği verilmiştir.
Test sonuçlarına göre Kombinasyon2’de en düşük
sürtünme kuvveti değeri alınırken kombinasyon8’de en
yüksek sürtünme kuvveti değeri alınmıştır.
Esneklik ≥ 15daN/mm -3 sigma
16,5
16
Esneklik
15,5
Tablo 2. Numunelerin verim, esneklik ve sürtünme
kuvveti testleri sonuç tablosu.
15
Test Sonuçları
14,5
14
Test
Numuneleri
13,5
13
12,5
Test Numuneleri
Şekil 2. Esneklik testi sonuç grafiği.
Şekil2’de kombinasyon1-8’ kadar olan tüm prototip
numunelerin 65daN çekme kuvvetinde gerçekleştirilen
Esneklik testi sonuç grafiği görülmektedir. Test
sonuçlarına göre en düşük Esneklik değerleri
kombinasyon1’in değerleri iken en yüksek esneklik
değerleri kombinasyon8’te görülmektedir. En yüksek
kuvvet veriminin alındığı kombinasyon8’in esneklik test
sonucu değerleri ise en yüksek ikinci verim sonuçlarının
alındığı kombinasyon4 ile birbirine çok yakındır.
3.3 Sürtünme Kuvveti Testi Sonuçları
Kuvvet Esneklik
Verimi daN/mm
Sürtünme
Kuvveti
daN
Kombinasyon
83,13%
1
14,07
0,52
Kombinasyon
88,40%
2
15,52
0,50
Kombinasyon
88,00%
3
14,44
0,52
Kombinasyon
88,76%
4
16,02
0,57
Kombinasyon
87,03%
5
15,49
0,63
Kombinasyon
88,02%
6
15,15
0,53
Kombinasyon
85,96%
7
15,22
0,40
Kombinasyon
88,90%
8
16,26
0,71
4. SONUÇLAR VE DEĞERLENDİRME
Sürtünme Kuvveti ≤ 1,0daN
Bu çalışma, el fren teli performansını etkileyen
ölçülebilir farklılıkların kılıf yapısı sabit tutularak tel tüp
ve yağ gibi sistemi oluşturan önemli komponentlerin
fiziksel ve kimyasal özelliklerinden kaynaklandığını
göstermektedir. Tel, tüp, yağ, gibi komponentlerin
oluşturduğu esneklik ve sürtünme kuvveti parametreleri
sistem verimini etkilemektedir.
0,8
0,7
Kuvvet daN
0,6
0,5
0,4
0,3
Elde edilen test sonuçları, tel, tüp ve yağ gibi el fren
teli komponentlerinin yapısal özelliklerinin kablo
veriminin belirlenmesinde önemli rol oynadığını
kanıtlamaktadır.
0,2
0,1
0
Kuvvet verimi optimum el fren tasarımınında büyük
rol oynamaktadır. El fren telinin araç içi koordinatları ve
boyutları her yeni araç tasarımında değişmektedir. Söz
konusu değişiklikler kuvvet kayıplarına neden
olabileceğinden her yeni araç tasarımı için yeni ve
Test Numuneleri
Şekil 3. Sürtünme kuvveti testi sonuç grafiği.
5
spesifik bir el fren tasarımı geliştirilmelidir. Fren teli
tasarımı, müşteri gereklilikleri ve araç koordinatlarına
bağlı olarak kılıf, tüp, yağ ve tel kombinasyonlarının
oluşturduğu ana parametrelerin optimum seçimine bağlı
olarak
yapılmalıdır.
Bununla
beraber
müşteri
gerekliliklerinin sağlandığı çözümlerde maliyet ön plana
çıkmaktadır.
KAYNAKLAR
1.Stoloff, P., 2011, "A Study of Parking Brake
Cable Efficiency as Affected by Construction
Type," SAE Int. J. Passeng.
Cars – Mech. Syst. 4(3):1437-1444,
2.Ashby, M.F. and Jones, D.R.H. 1996,
“Engineering materials 1, 2nd edition”,
Butterworth, Heineman 1-295.
3.Timur, M., 2007, “Otomotivde kullanılan
sürtünme malzemelerinin sürtünme katsayısını
tespit ede test cihazı tasarımı ve imalatı.”
Yüksek Lisans, Afyon Kocatepe Üniversitesi, Fen
Bilimleri Fakültesi, Afyon.
4. Topbaş, M. A., 1993, “Endüstri
malzemeleri”,
cilt.2,
Yıldız
Üniversitesi
Matbaası, İstanbul, 219-26
6

Download Report