Otomobillerde Fren Sistemi ve Disk Frenler Nasıl Çalışır?
Bir otomobilin hiç şüphesiz en önemli bölümlerinden biri fren sistemidir. Bir araçta fren sistemi ne kadar güçlü ve etkiliyse o araç da o kadar güvenlidir diyebiliriz. Günümüzün bütün modern araçlarında disk frenler kullanılır. Fren pedalına bastığınızda sistemdeki hidrolik sıvının yerini değiştirmiş olursunuz bu değişim fren disklerine bir piston yardımıyla iletildiğinde araç disk üzerindeki sürtünme kuvvetinin etkisiyle yavaşlamaya başlar. Ne kadar fazla güç uygularsanız disk o kadar baskıya maruz kalır ve tekerleğin dönüş hızı yavaşlar. Disk frenler birçok arabada önde yer alır fakat günümüzde dört tekerlekte de bu tip frenler kullanılmaya başlanmıştır. Disk frenlerin asıl önemli olduğu yer ön taraftır. Çünkü frenleme en iyi ön tekerlekler vasıtasıyla yapılır. Bunu şöyle açıklayabiliriz hareket eden bir nesneyi yavaşlatmaya başladığımızda eylemsizlik prensibine göre kütle hareketini devam ettirmek ister. Eğer siz bu harekete izin vermezseniz nesnenin ağırlık merkezi öne kayar. Nasıl araba içinde otururken fren yapıldığında istemsiz olarak ileri doğru bir hareket yapıyorsak aynı şekilde araç da öne doğru eğilim yapar. Bu eğilimi ve ön kısma yaklaşan ağırlık merkezini durdurmanın en etkili yolu da ön tekerleklerin durdurulmasıdır. Fren esnasında aracın arka tekerleklerinin yerle olan teması ve üzerine binen yük miktarı azalacağından frenleme konusunda pek etkili olamazlar. Fakat eğer geri geri giderken fren yaparsak o zaman da asıl yük arka frenlere binecek ve arka frenler daha etkili olacaktır.

Disk Frenler
Disk frenler yanda göründüğü üzere kaliper piston balatalar disk ve bağlantı noktalarından oluşur. Fren pedalına bastığımızda sistemdeki hidrolik sıvıyı boruya iteriz. Sıvıların sıkıştıralamaz oluşu ve bulundukları kabın her noktasına aynı basıncı uygulamaları prensibinden yararlanılarak boru içerisindeki sıvı ince bir geçitten kaliperlerin arasındaki balata pistonuna iletilir. Ayağınızla fren pedalına uyguladığınız 2kg’lık bir kuvvet ile daracık kesitli olan kanal ağzından sıvının pistona genişleyerek iletilmesini sağlar ve bunun neticesinde 2 tonluk bir basınç oluşturabilirsiniz. Çünkü uygulanan kuvvet cidarı piston üzerinde çok daha geniştir ve sıvılar üzerine uygulanan basıncı her noktaya eşit ilettiğinden kat be kat fazla bir kuvvet ile piston yer değiştirmeye zorlanır. Pistonun ucunda ve diskin arka tarafında bulunan balatalar ile disk sanki mengene ile sıkılıyormuş gibi basınca maruz kalır. Bu disk balataların arasında tekerlekle beraber dönmekte olduğundan frenleme ile birlikte inanılmaz bir sürtünme ve buna bağlı ısı enerjisi oluşur. Bu sürtünme o kadar büyüktür ki disk tamamen ateş kırmızısı haline bile gelebilir. Özellikle Formula 1 yarışlarında birçoğumuz sert firenaj esnasında diskin kızardığına şahit olmuştur.

Sonuç olarak frenler aracın hareketiyle oluşan kinetik enerjiyi sönümleyerek ısı enerjisine çevirir. Bunu yaparken sürtünmeyle oluşan yüksek ısının hızlı şekilde disklerden ve balatalardan atılması gerekir. Bunu kolaylaştırmak için de ısı transfer katsayısı yüksek malzemelerden disk üretmek ve kaliperlere hava kanalları yerleştirmek en çok kullanılan yöntemlerdir.