Slovensko
Elektropneumatický príklep pod drobnohľadom
Základom fungovania elektropneumatického príklepu je stlačený vzduch. Patrí k najstarším formám využitia energie. Prvé zmienky o použití stlačeného vzduchu sa objavujú v 1. storočí nášho letopočtu. Termín „pneuma“ má pôvod u starých Grékov a znamenal dych, vietor. Jedna z prvých zachovalých informácií hovorí o Grékovi Ktesibiovi (grécky: Κτησίβιος ; 285–222 pred Kr.). Ktesibios bol staroveký vynálezca a matematik. Pôsobil v Alexandrii počas Ptolemaiovského obdobia. Okrem iných vynálezov zostrojil pneumatický katapult na vystreľovanie šípov (obr. 1) pred viac ako 2000 rokmi. K vymršteniu tetivy so šípom nebola použitá tetiva natiahnutá pomocou kladkového mechanizmu, ako to často vidíme, ale išlo o ručné stlačenie vzduchu. Následne sa stlačený vzduch uvoľnil do pneumatických valcov a došlo k napnutiu tetivy a vymršteniu šípu alebo iného predmetu (kamennej gule, nádoby s roztopenou smolou a pod.)
Obr. 1. Stlačený vzduch (A) pneumatického katapultu
Čo je elektropneumatické kladivo
Základným rozdielom medzi príklepovou vŕtačkou a elektropneumatickým kladivom je princíp funkcie, ktorý výrazne vplýva na efektivitu a účinnosť vŕtania. Počet úderov príklepovej vŕtačky, ktorý je daný otáčkami elektromotora a počtom zubov ozubenia, je niekoľkonásobne vyšší v porovnaní s elektropneumatickými kladivami, ale intenzita úderu je mnohonásobne nižšia. Podrobný princíp činnosti elektropneumatického príklepu je predmetom tohto článku.
Elektropneumatickým kladivom sa rozumie elektrické náradie s pneumatickým príklepom určené k vŕtaniu, sekaniu alebo búraniu tvrdých materiálov ako betón, železobetón, kameň a rôzne typy muriva. Elektropneumatické kladivá pracujú na princípe tlakových zmien vzduchu vo valci, čím je do pohybu uvedený tzv. baran (narážač, kladivo, angl. striker, nem. Stempel, Schläger), ktorý odovzdáva svoju kinetickú energiu úderníku (angl. striker pin, nem. Schlagbolt) a následne formou rázových vĺn pracovnému nástroju kladiva.
Rozdelenie elektropneumatických kladív
Elektropneumatické kladivá môžeme rozdeliť podľa funkcie na sekacie, búracie, vŕtacie, kombinované. V súčasnej dobe sú už vŕtacie kladivá zriedkavosťou (mechanické usporiadanie vŕtacieho kladiva oproti kombinovanému je skoro totožné, len je rozšírená funkcia o samotné sekanie) a preto môžeme túto kategóriu zlúčiť s kombinovanými kladivami.
Obr. 2. Sekacie kladivo HERMAN
MXA-1050
Sekacie kladivá
Tento typ kladív (obr. 2) je využívaný predovšetkým v stavebníctve, kde slúži na drážkovanie, osekávanie omietky, dlažby, obkladu a pod. Svoje uplatnenie však nájde aj v strojárstve, kde sú používané napr. k čisteniu odliatkov. Elektromotor poháňa len pneumatický mechanizmus, ktorý zaisťuje vratný pohyb piestu.
Energia úderu je v rozsahu 3-20J v závislosti na veľkosti kladiva. Bežne dostupné sekacie kladivá majú hmotnosť 2-18kg, s najrozšírenejším upínacím systémom nástroja SDS-max.
Búracie kladivá
Búracie kladivá, (obr. 3) nazývané tiež demoličné kladivá, fungujú na rovnakom princípe ako sekacie kladivá.
Patria k najťažším ručným elektrickým náradiam a sú určené pre ťažké búracie práce. Sú to kladivá veľkých rozmerov dosahujúcich príklepovú energiu 25-60J. Ich hmotnosť je od 10-35kg a upínaním šesťhran.
Obr. 3. Búracie kladivo HERMAN
BXM-50
Obr. 4. Kombinované kladivo HERMAN
BX-800
Kombinované kladivá
Jedná sa o náradie s elektropneumatickým príklepom. Elektromotor kladiva slúži k pohonu príklepového mechanizmu, ktorý vytvára priamočiary vratný pohyb piestu a vreteno vykonáva rotačný pohyb. Väčšina týchto kladív umožňuje vŕtanie bez príklepu, vŕtanie s príklepom a aj samotné sekanie.
Tento typ kladív (obr. 4) má hmotnosť spravidla do 10kg a nahrádza klasické príklepové vŕtačky. Príklepová energia je zvyčajne do 19J. Najrozšírenejším upínacím systémom nástroja je SDS-plus a SDS-max.
Nasledujúca tabuľka je príkladom porovnania základných parametrov elektropneumatických kladív.
| Typ pneumatického kladiva | |||
| Parameter | Sekacie | Búracie | Kombinované |
| Hmotnosť [kg] | 2-18 | 10-35 | 2-18 |
| Energia úderu [J] | 3-19 | 25-60 | 2-19 |
Tabuľka 1. Porovnanie parametrov elektropneumatických kladív
Princíp funkcie elektropneumatického príklepu
Schématický obraz sekacieho kladiva je znázornený na obrázku č. 5.
Pohon kladiva zaisťuje elektromotor vytvárajúci otáčavý pohyb pastorku (1), ktorý poháňa kľukový mechanizmus, ktorého úlohou je transformovať rotačný pohyb kľukového hriadeľa (2) na priamočiary vratný pohyb piestu (3) a dosiahnuť čo najvyššiu rýchlosť barana (4). Baran/kladivo je oceľový diel pohybujúci sa axiálne vo vnútri valca (5), ktorý je do pohybu uvádzaný prostredníctvom vzduchovej pružiny (13) medzi piestom a baranom.
Po náraze barana na úderník dochádza k predaniu kinetickej energie úderníku, ktorý ju následne odovzdá nástroju (7). Tento náraz vytvára rázovú vlnu, ktorá prechádza cez nástroj do betónového obrobku a spôsobí jeho rozrušenie. Pri pohybe barana dopredu je vzduch z priestoru pred ním odvádzaný otvormi (8) v telese valca. Ak by sa to nedialo, narastal by v tomto priestore tlak pôsobiaci proti pohybu barana. Opačná situácia nastáva pri pohybe barana dozadu, kedy otvory vo valci umožňujú prívod vzduchu do priestoru nad baranom a jeho nebrzdený pohyb do spodnej polohy. Medzi baranom a úderníkom sa nachádza tlmiaci záchytný systém (9), ktorý sa skladá z vhodných podložiek a tesnení. Vreteno kladiva (10) je uložené v ložiskách (11).
Rázy vretena čiastočne zachytáva tlmiaci prvok (12). Nástroj je upnutý v upínacom mechanizme pomocou rýchloupínacieho systému napr. SDS-max / SDS-plus (najrozšírenejšie rýchloupínacie systémy).
Animácia fungovania pneumatického príklepu je znázornená v nasledujúcom videu č. 1.
Obr. 5. Schéma sekacieho kladiva
Video 1: Animácia pneumatického príklepu
Rázová vlna pri sekaní
Náraz každého úderu úderníka na nástroj vytvára rázovú vlnu, ktorá ním prechádza. Rázová vlna je forma mechanickej energie, ktorá sa šíri materiálom od miesta nárazu. Keď rázová vlna prechádza materiálom, interaguje s jeho mikroštruktúrou, čo vedie k rozrušeniu/oddeleniu časti materiálu, čo je cieľom sekacieho procesu.
Nástroj je vyrobený z pevnej ocele kde sú molekuly veľmi blízko seba. Rázové vlny sa šíria z molekuly na molekulu rýchlosťou 5.000m/s (18.000km/h). Špička nástroja, ktorá je v kontakte s betónom, prenáša rázovú vlnu na betón, ktorý je v dôsledku jej pôsobenia následne rozdrvený. Šírenie tejto rázovej vlny je znázornené na animácii (video č. 2).
Rázová vlna sa pri šírení postupne tlmí v dôsledku vnútorného trenia a straty energie v materiáli. Ak narazí na materiál (napr. na rozhranie nástroj a betón), môže sa vlna čiastočne odraziť späť, čo môže spôsobovať napätie v nástroji.
Video 2: Šírenie rázovej vlny
Samotný nástroj musí byť navrhnutý tak, aby odolal generovaným rázovým vlnám bez poškodenia. To sa dosahuje použitím materiálov s vysokou pevnosťou a húževnatosťou, ako je kalená oceľ a konštrukčným dizajnom, ktorý rozptýli energiu nárazu.
Ako si predstaviť silu/veľkosť príklepu
Veľkosť príklepu predstavuje kinetickú energiu, ktorej veľkosť je daná vzorcom:
, kde m je hmotnosť barana, 
jeho rýchlosť vpred a 
je rýchlosť v opačnom smere.
Pre hodnoty: 
Dostaneme výslednú hodnotu príklepovej energie 
Z toho vyplýva úzka súvislosť celkovej hmotnosti elektropneumatického kladiva s energiou príklepu. Aj keď vo výpočte je zahrnutá iba hmotnosť barana, celý mechanizmus príklepu musí byť jeho hmotnosti prispôsobený.
Pre predstavu: energia 9,5J je takmer rovnaká ako energia predmetu s hmotnosťou 1kg, ktorý spadne na zem z výšky 1m.
Ďalším príkladom pre energiu veľkosti 9,5J je energia diabolky (s bežnou hmotnosťou 0,5g) vystrelenej zo vzduchovky rýchlosťou 195m/s (190m/s je úsťová rýchlosť bežnej vzduchovky).
Záver
Ako vidieť z tohto článku, mechanizmus príklepu elektropneumatického kladiva je konštrukčne pomerne komplikovaný – pozostáva z niekoľkých desiatok súčiastok. Nie náhodou kladivá patria medzi najkomplikovanejšie náradia.
Elektropneumatické kladivo nevyberáme len na základe jeho príklepovej energie, ale musíme brať ohľad aj na jeho hmotnosť a charakter práce, pre ktorý bolo navrhnuté. Ťažko si predstaviť prácu s kladivom vážiacim 15kg a príklepovou energiou 55J ako s ním osekávame obklad zo steny 
.
Ľahké (do 5kg):
Vhodné sú na ľahšie práce ako je sekanie obkladov, drobné búracie práce a opracovanie muriva. Vŕtanie do stavebných materiálov do priemeru max. 22mm. Používajú sa hlavne na miestach, kde je potrebná presnosť a opatrnosť.
Stredne ťažké (5 - 10kg):
Vhodné na stredne náročné búracie práce, ako je rozbíjanie stien alebo podláh. Ideálne na použitie pri stavebných prácach a renováciách domov alebo bytov. Vŕtanie otvorov do betónu a muriva s rozsahom 18-40mm.
Ťažké (10 - 20kg):
Používajú sa na ťažké búracie práce, ako je odstraňovanie betónových konštrukcií a väčších stavebných prvkov. Vysoký výkon a robustná konštrukcia ich robí vhodnými na dlhodobé nasadenie na búracích prácach do betónových, kamenných a tehlových stien. Náročné vŕtanie otvorov pre vytváranie prestupov pre potrubie a káble do betónu, muriva a kameňa s priemerom do 150mm.
Veľmi ťažké (nad 20kg):
Tieto kladivá sú určené na najnáročnejšie búracie a demolačné práce. Používajú sa tam, kde je potrebný vysoký výkon a sila na rozbíjanie hrubých a pevných materiálov, ako sú betónové platne, búranie asfaltu ciest, ubíjanie zeminy a pod.
Každé náradie z vyššie uvedených kategórií má svoje špecifické využitie v závislosti od potrieb práce a prostredia, v ktorom sa kladivo používa. Pri výbere správneho elektropneumatického kladiva je dôležité zohľadniť nielen jeho hmotnosť, ale aj výkon, ergonómiu, upínanie, spoľahlivosť a celkové náklady na prevádzku.
Kľúčové slová: elektropneumatický príklep, príklep, piest, baran, pneumatický systém, rázová vlna, energia príklepu
Zdroje:
Interné technické a školiace materiály spoločnosti HERMAN
https://www.youtube.com/watch?v=Xd9o2D2wmhA
Will Didier, Development and Validation of a Mathematical Model for Predicting the Performance of Rotary Hammer Drills, University of Wisconsin, May 2013
Bc. Tomáš Beran, Klikový hřídel sekacího kladiva, Liberec, 2015
Mgr. Peter Halaj
Práca vo firme je mojím prvým zamestnaním a už 20 rokov nič lepšie nepoznám. Začínal som v montérkach ako technik pre záručné a pozáručné opravy HERMAN náradia, niekoľko rokov som riadil úsek servisu, potom som sa zahryzol do logistiky, IT, programovania a venujem sa aj manažérstvu kvality. Nadobudnuté skúsenosti uplatňujem v súčasnosti pri neustálom vylepšovaní a zdokonaľovaní interných procesov a služieb pre zákazníka. Hlavu si rád „prečistím“ pri manuálnej práci vo svojej dielni alebo v sedle bicykla hltaním nespočetných kilometrov u nás na Gemeri a okolí.
Ďakujeme za Vašu recenziu
Nedpovedali ste správne na otázky z článku
Mikulas Tóth –
Je to fakt zaujímavé človek si občas ani neuvedomí čo ako funguje. Len tak ďalej.
Papp Sándor –
Nagyon hasznos cikk
Veľmi užitočný článok
Preložiť text Zobraziť originálMartin –
Poučné
Ján Bunta –
UF...
tie vzorce na konci clanku, asi najdu malo pochopenia. Ja ocenujem technicky obsah. Malokomu je jasne, ako to v tom kladive vlastne funguje a aj ked som uz mejake mal tozobrate, nechcelo sa mi verit, ze je to tak, ze vsetko ma na svedomi "prievan" vo vrtacke. Teraz, uz asi dva tyzdne, mi je vsak luto, ze princip tohto mechanizmu neviem odskusat na nejakom Vasom stroji, lebo ste mali v akcii vrtacie kladivo, ale som sa neskoro spamatal a uz sa mi neuslo...????????????????????????
tibor –
Zaujímavá história
Renáta Sliwková –
Článek je velmi zajímavý
Petr Šindelář –
Fajn článek . Je dobré vědět jak takové pneumatické kladivo funguje
Horogh László –
Nagyon érdekes és értékes volt a cikk!
Köszönöm!
Článok bol veľmi zaujímavý a hodnotný!
Preložiť text Zobraziť originálĎakujem!