Dişlisiz (Senkron) Motor Fren Sistemi

Senkron Motor Fren Sistemini Güvenli ve Güvenilir Yapan Şey Nedir ?

Bu makale ilk olarak 2018 yılında İstanbul’da düzenlenen Uluslarası Asansör ve Yürüyen Merdiven Sempozyumunda sunulmuştur. Kasım 2019’da Las Vegas’ta düzenlenecek etkinlikle ilgili daha fazla bilgi edinmek için www.elevatorsymposium.org  adresini ziyaret edebilirsiniz.

Elevatorsymposium.org

Günümüzde, motor frenleri modern asansörlerin olmazsa olmaz bir özelliğidir. Asansör freni alanında dünya çağında Pazar lideri olan Mayr® Power Transmission, asansörlerde emniyet konusuyla yakından ilgilenmekte ve sektörünün güvenliğine katkıda bulunmak için çaba göstermektedir. Bu nedenle, Mayr® daima güvenli ve güvenilir asansör frenleri tasarlamıştır. Bütün elektromanyetik motor frenleri arızaya karşı emniyet prensibine göre çalışır – güç kesintisi durumunda kapanırlar. Peki, bir asansör frenini güvenli ve güvenilir yapan şey nedir? Bu konuda dikkate alınması gereken noktalar şunlardır:

  1. Doğru statik sürtünme katsayısı
    Asansörü konumunda tutmak belli bir statik tork gerektirir. Bu tür torklar bütün ortam koşullarında (0°’den 40°C’a kadar) sağlanmalıdır.
  2. Sürtünme
    Asansör kabini güvenilir bir şekilde konumunda tutulduğunda statik tork uygulanır. Acil durum anında, frenin kabini durdurmak üzere yavaşlatması gerekir. Dolayısıyla emniyetli ve güvenilir bir fren için de dinamik tork önemlidir.
  3. Anahtarlama süreleri
    EN81-20’nin gerekliliklerini yerine getirmek için bütün kullanım ömrü boyunca sabit bir anahtarlama süresi şarttır. Güvenilir bir frenin belirtilen fren mesafesini korumaması için tekrarlanabilir bir anahtarlama süresi olmalıdır.
  4. Fren çalışma mesafesi
    Freni serbest bırakmak ve mikro şalterden alınması gereken güvenilir sinyalini almak için fren çalışma mesafesi önemlidir. Sıcaklıkla genleşme durumunda yüksek ısıda arıza riski çok fazladır.
  5. Gürültü testi
    Fren yeni olduğunda, anahtarlama gürültüsü aslında yoktur, 50 dB’in (A) altındadır ki bu da piyasadaki çoğu frende görülen bir değerdir. Ancak, milyonlarca anahtarlama işleminden sonra frenin hala sessiz çalışmasını sağlamak bir hayli zor bir iştir.

GİRİŞ

Yapı dünyasını en üstün konumdaki binalar belirler, çok uzaklardan bile görülebilen gökdelenler dünya üzerindeki herkesi etkiler, en yüksek kuleyi görme isteği de asla bitmez. Çelik ve camın arkasına gizlenmiş olsa da yenilikler asla bitmez. Önde gelen asansör firmaları sektörde sürekli yeni standartlar belirlemekte ve imkan sınırlarını zorlamaktadırlar. Bu gelişme beraberinde zorlukları da getirmektedir, özellikle de asansör seyahati alanında. Asansör pazarı daha küçük, daha hızlı ve düşük maliyetli seyahat talebindedir.

Makina freni, bir asansörün en önemli işleyen komponentlerinden biridir. Daha büyük güç yoğunluğuna yönelik trend devam ederken, lider asansör üreticilerinin şartnameler dahilindeki zorunlulukları da artmaktadır. Bazı zorunluluklar öncekilerden yeni ve çok daha kapsamlı olduğundan bunların ilk kez değerlendirilmeleri gerekebilir. Ele alınması gereken bir diğer konu ise şudur: Frenin kullanım süresi boyunca bu zorunluluk yerine getirmesi gerekir, yalnızca yeniyken değil. İnsanların sağlığı ve güvenliği tehdit altında olduğunda güvenlikten ödün verilemez. Bu nedenle, piyasaya yeni sürülen frenler için uygun bir kalifikasyon sürecinin olması zorunludur. Bu alandaki sorunlardan kaçınabilmek için bütün yeni zorunlulukların yerine getirilmesi gerekir.

Diğer taraftan, makina freni üreticisi olarak Mayr firması bu agresif pazarda ayakta kalabilmek için asansör endüstrisinin giderek daha uygun maliyetli olması gerektiğinin farkında. Bu da onları bazı ciddi sorularla karşı karşıya getirir: Maliyetleri azaltmak emniyeti nasıl etkiler? Daha da önemlisi, bir yandan bütçeyi azaltarak bir yandan da güvenlik seviyemizi üst seviyede tutmayı başarabilir miyiz? Maliyetleri düşürmenin tüm etkilerini kestirebilmek asansör pazarının karşılaştığı önemli zorluklardan biridir.

Bu yüzden, maliyet ve üretim baskısının güvenliği nasıl etkilediğinin tam olarak anlaşılması ortaya çıkabilecek istenmeyen etkileri önleyebilmek açısından önemlidir. Maliyetlerin düşürülmesi gereklidir fakat bunu yaparken tedbirli olmak gerekir.

Lider bir global fren üreticisi olan Mayr firması, yeni zorunluluklara çözüm bulmak için partnerleri ile işbirliği içinde yeni standartları takip etmektedir. Maliyet-güvenlik sorununa çözüm bulmak için öncelikle başka bir soruyu daha yanıtlamamız gerekir: Bir asansör frenini güvenli ve güvenilir yapan şey nedir?

Güvenli Asansör Frenleri Nasıl Çalışır?

Günümüzde, makina frenileri modern asansörlerin olmazsa olmaz bir özelliğidir. Gerçekten güvenli olması için, bu frenlerin geliştirme ve üretim sırasında izlediğimiz temel güvenlik ilkelerine uyması gerekir. Öncelikle, elektromanyetik makina frenileri arıza emniyet prensibi uyarınca çalışırlar – güç kesintisi durumunda kapanırlar. Fren torku, Resim 1’de görüldüğü gibi itme yaylarında depolanan kuvvetle tarafından üretilir. Manyetik bobin harekete geçirildiğinde, armatür diskini yayların kuvvetine karşı çeken ve böylece rotoru sürtünme balataları ile birlikte serbest bırakan bir manyetik alan oluşturulur.

Asansör sektörü için geliştirilen frenler daha çok tutma freni olarak kullanılır, yani asansör kabini durduğunda kabini yerinde tutarlar. Ancak, acil bir durumda frenleme olduğunda frenlerin sürtünme işini de üstlenmeleri gerekir. Bu tür bir dinamik fren hareketi bütün sürtünme sistemiyle ilgili derin bir bilgi sahibi olmayı gerektirir. Güvenli bir asansör freni bu şekilde çalışır. Diğer ilgili konulara daha yakından bakarak bir asansör freninin daha güvenli ve güvenilir olabilmesi için nelerin gerektiğini daha iyi anlayabiliriz. Şu beş maddenin göz önünde bulundurulması gerekir:

Doğru Sürtünme Katsayısı

Asansörler her geçen gün daha da hızlanıyor. Bu hıza ayak uydurabilmek için frenlerin de daha güçlenmesi gerekiyor. Fren balatası ve sürtünme yüzeyinde oluşan sürtünme sistemi fren sisteminin teknik boyutunun temelini oluşturur. En önemli tribolojik sistem parametresi sürtünme katsayısıdır (μ).

Kullanım ömrü boyunca fren torku formülü şu şekildedir:

  • M = Fmin x N x μmin x r m [Nm]
    Değişkenler şunlardır:
  • Fmin Yay gücü [N]
  • N Sürtünme yüzeyinin miktarı [-]
  • μ Sürtünme katsayısı [-]
  • r m Sürtünme yarıçapı [m]

Bir fren üreticisinin yeni bir sürtünme materyali geliştirirken yerine getirmesi gereken önemli işlerden biri boyutlandırma çerçevesinde sabit olan bir sürtünme katsayısı μ elde etmektir. Bu nedenle, sürtünme katsayısının belirlenmesini etkileyen değişkenlere bakmaları gerekir. Sıcaklık gibi ortam koşullarının sürtünme katsayısı μ üzerindeki etkilerinin yanı sıra 20 yıldan uzun süren kullanım sürelerinin de dikkate alınması lazımdır. Sürtünme balatalarının sürtünme katsayısı Resim 2’deki gibi bir volan test standında test edilir.

Bir elektrik motoru volanı hızlandırır, test edilen fren sistemi ise frenler. Mayr firması çeşitli ortam koşullarınıda bu frenler test edebiliyor. Sürtünme katsayısının Resim 2’de görüldüğü gibi düşük sıcaklıklarda bile sabit kalması önemlidir. Sürtünme balatası için 0 ila 40 derece santigrat arasında katsayının sabit olması gerekir.

Sürtünme

Asansör kabinini normal koşullar altında konumunda tutmak için statik fren torku yeterlidir. Fakat acil durumlarda fren sisteminin de yeterli dinamik fren torku sağlaması önem taşır. Bu gibi durumlarda, kabinin hızlanmasını azaltmak ve durma noktasına getirmek için frenin hızlı bir şekilde devreye girmesi gerekir.

Yeni nesil kabinler öncekilere göre çok daha hızlıdır. Bu da bir acil durum ortaya çıktığında ve dinamik frenleme gerektiğinde daha fazla sürtünmeye yol açar.

En son spesifikasyonlar eskisine göre çok daha fazla sürtünme değeri göstermektedir. Bu da standart sürtünme balatası kullanırken üreticilerin birtakım zorluklarla karşılaşmasına yol açar: Yüksek hızda frenleme yaparken fren torku zayıflayabilir. Bunun nedeni, Resim 4’te görüldüğü gibi sürtünme yüzeyindeki yüksek ısının sürtünme katsayısını düşürmesidir. Frenleme sırasında sürtünme katsayısının düşmesi kritik durumlara yol açabilir. Fren artık kabini yavaşlatamayabilir ve bu da yolcu ve yükler açısından öngörülemeyen sonuçlar doğurabilir. Bu yüzden fren üreticisinin aşırı sürtünme durumunda bile sabit kalabilen bir sürtünme materyali bulması gerekir.

Fren Çalışma Mesafesi

Fren çalışma mesafesi, yani armatür diskinin fren kapatılmadan önce hareket etmesi gereken mesafe, frenin güvenilirliği açısından önemli bir faktördür. Mesafe ne kadar büyükse, mikro şalterler o kadar güvenilir bir şekilde çalışır. Güvenilir makina freni üreticisi olan Mayr bu hususta 0.32mm’den büyük bir mesafe bırakılmasını öneriyor. Neden mi? ,

Yüksek ısı mikro şalter fonksiyonu üzerinde etkilidir. Isının artması kullanılan materyalin genleşmesine ve şalterlerin çalışma noktalarının değişmesine yol açar. Hava boşluğu ne kadar küçükse, doğru anahtarlama noktasını bulmak o kadar zorlaşır – eğer fren biraz fazla ısınırsa ve kullanılan materyal çok fazla genleşirse, mikro şalter kazara tetiklenebilir. Bu da sahadaki anahtarların arızalanması gibi istenmedik sonuçlara yol açabilir. Güvenilir bir frenleme sistemi için fren üreticisinin anahtarlama sürelerinin minimum çalışma süresi ile mikro şalterin çalışması için yeterli hava boşluğunun sağlanması arasındaki doğru dengeyi bulması gerekir. Resim 5’te ısı ile çalışma mesafesi arasındaki ilişki görülmektedir.

Gürültü Testi

Mikro şalterlerin güvenilir bir biçimde çalışabilmesi için minimum çalışma mesafesinin >0.3mm olması gerektiğini öğrendiğimize göre frenin bu hava boşluğunu sağlayacak şekilde tasarlanması gerekir. Çalışma mesafesinin daha fazla olması gürültü seviyesinin artmasına neden olur. Mesafe ne kadar büyürse, frenin sesi de o kadar artar. Ancak, asansör üreticileri ürünlerinin daha konforlu olması için daha sessiz frenleri tercih ederler.

Çalışma mesafesi geniş olan bir frenin kullanım ömrü boyunca sessiz çalışabilmesi için dayanıklı bir amortisör sistemine sahip olması gerekir. Bu tür bir amortisör sistemi yalnızca yeni iken değil, >0.3mm’lik çalışma mesafesi ile milyonlarca kez çalışsa da sessizliğini korur. Dayanıklı bir amortisör sistemi elde etmek için Resim 6’da göründüğü gibi amortisörlerin teker teker ayarlanması gerekir. Bu da her frenin ayrı ayrı düşük gürültü seviyesine ayarlanabilmesini sağlar.

Frenlerin üretim aşamasına geçmesi için yoğun testlerden geçmesi gerekir. Resim 7’de görülen test laboratuvarında her bir fren beş milyon kez anahtarlanma işleminden geçer.

Özel bir gürültü ölçüm odasında (Resim 8), gürültü emisyonunun sınırlar dahilinde olup olmadığını test etmek için fren ses seviyesi test edilir.

Resim 9’da yer alan grafikte bütün bu çabaların sonuçları görülmektedir. 3.5 milyon kez açıp kapama işleminden sonra bile frenin gürültü seviyesi 60dB’i geçmezse, bu gürültü seviyesi motor veya dişli kutusu gibi diğer tahrik unsurlarını gürültü seviyesinin altında kalır. Normal koşullar altında bu durum fren sesinin yıllardır düzenli bir biçimde kullanımda olsa dahi asansör içinden duyulan sesin duyulmadığı anlaşılmaktır.

Anahtarlama Süreleri

Asansör standartlarının gereklerini yerine getirmek için fren anahtarlama şeklinin kullanım süresi boyunca değişmemesi gerekir. Asansör kabininin doğru durma mesafesini hesaplamak için frenin devreye girme süresi spesifikasyonlarda belirtilen sınırlar dahilinde kalmalıdır. Burada gürültü önleme konusu yeniden gündeme gelir: Amortisör sisteminin anahtarlama süresi üzerinde önemli bir etkisi vardır. Buna zaman içerisinde bazı amortisörlerin dejenerasyonu da eklenir. Örneğin, amortisör sisteminin eskimesinde ısının büyük bir etkisi vardır. Piyasada amortisörleri eskimiş veya tamamen tahrip olduğu için anahtarlama süresinin belirgin bir biçimde artmasına neden olan amortisör sistemleri vardır. En kötü senaryoda, fren şalterleri doğru durma mesafesini ayarlayamayacak kadar yavaşlar ve asansör kabini durması gereken noktanın üzerinde durur.

Zaman içerisinde anahtarlama sürelerinin değişmesini veya sabit kalmasının komplike nedenleri vardır ve fark detaylarda gizlidir. Güvenilir anahtarlama süresini elde etmek için bütün fren komponentlerinin güvenli bir biçimde boyutlandırılması ve yüksek kalitede, bilinen ve güvenirliği ispatlanmış materyalden yapılmış olması gerekir. Ayrıca, frenin güvenilir bir amortisör sistemi olması gerekir. Genelde, fren yeni olduğunda anahtarlama süresi kısadır. Ancak, gürültü seviyesinde olduğu gibi bunun da uzun süreli olması önem taşır. Yapılan testler operasyonel anahtarlama süresi seviyesinin 300.000 anahtarlamadan sonra bile düşük seviyede kaldığını gösterir. Bu, daha uzun süre için de geçerlidir. Milyonlarca kez anahtarlama işleminden geçmesine rağmen frenlerimizin anahtarlama süresi piyasadaki diğer asansör frenlerinin çok daha altındadır. Resim 10’da yer alan grafikte anahtarlama süresindeki değişimin ne kadar az olduğu görülmektedir.

Özet

Özetlemek gerekirse: Güvenli ve güvenilir bir asansör freninin bu amaca uygun bir sürtünme sistemi olmalıdır ki böylelikle kullanım süresi boyunca sabit ve yeterli fren torku elde korunabilsin. Fren ısındığında dahi mikro şalterlerin düzgün şekilde çalışmasını sağlayan yeterli çalışma mesafesi vardır. Frenin gürültü seviyesi sürekli düşüktür ve milyonlarca kez anahtarlama işleminden geçmesine rağmen anahtarlama süresi spesifikasyonlara uygundur.

Bu alandaki sorunların çoğu şu noktalardan kaynaklanır: aşınma veya amortisörlerin arızalanması nedeniyle gürültünün ve anahtarlama sürelerinin artması, hatalı boyutlandırma nedeniyle fren torkunun eksikliği, yetersiz tork ölçümü ve uygun olmayan sürtünme sistemlerinin kullanılması, çalışma mesafesinin 0.2mm’den az olması nedeniyle mikro şalterlerin arızalanması.

Bütün bunlar fren üretici firmalarına yenilikçi çözümlerin ve derin teknik bilginin yüksek performansı mümkün kıldığını, fren güvenliği ve güvenilirliğinden ödün vermeden maliyetlerin düşürülebileceğini göstermektedir. Ancak belli kısıtlar söz konusudur. İşin içinde insan olduğunda, güvenlikten ödün verilemez. Mayr®, güvenlik, güvenilirlik ve maliyet konuları arasındaki uzlaşıyı sağlama hedefindedir. Teknolojik alanda lider bir sürtünme sistemi ile güvenlik prensiplerin sürekli gözetilmesi bizim güvenli, güvenilir ve yüksek performanslı fren üretmemizi mümkün kılar. Firmanın fren teknolojisi 4.0 olarak adlandırdığı sistem olan yeni nesil izleme modülleri bize frenleri sürekli olarak izleme fırsatı sunar.

Bir cevap yazın

E-posta hesabınız yayımlanmayacak. Gerekli alanlar * ile işaretlenmişlerdir