Jedna minúta stačí na výrazné predĺženie životnosti brúsky

Voda vrie pri 100 °C. Teplota vo vnútri elektrického náradia dosahuje často výrazne vyššie hodnoty. Čo sa deje v „strojovni“ pod krytom?

Hlavnými časťami točivých elektrických strojov sú rotor a stator. Je prirodzené, že každý elektrický točivý stroj sa zahrieva, ale výrazne sa to prejavuje najmä u elektrického náradia a najmä pri uhlových brúskach. Povieme si prečo.

Nerovnomerné zaťaženie elektrických náradí

Vo väčšine bežných elektrických zariadení s motorom je ich zaťaženie „pod kontrolou“. Napríklad motor v automatickej práčke riadi program a pracuje podľa presne stanovených cyklov. K výraznejšiemu zaťaženiu dochádza iba v režime žmýkania – aj to iba presne stanovenú dobu. Veľkosť bubna je volená tak, aby zodpovedala hmotnosti prádla, na ktoré je práčka dimenzovaná. Príkon motora a aj jeho časová práca je pod kontrolou. Takýto motor vydrží veľmi dlho a jeho životnosť je stovky, ba aj tisíce hodín.

Elektrické ručné náradie je zaťažované veľmi nerovnomerne. Nie je jedno, či brúskou odrežeme kus pásoviny a potom dlho-dlho nič, alebo hodinu brúsime veľkú plochu oceľového nosníka agresívnym lamelovým kotúčom.

Obr. 1. Rôzne zaťaženie uhlovej brúsky - rezanie a brúsenie

Pri práci s elektrickým ručným náradím ani príkon ani čas nie je pod kontrolou. Všetko závisí nielen od ľudského faktora – kto a akým spôsobom s náradím pracuje, ale aj od vhodnosti náradia pre dané účely.

Otáčky motorov ručných elektrických náradí

Pre predstavu – športové motocykle majú maximálne otáčky aj vyše 10.000 ot./min.

Rotor väčšiny komutátorových motorov má otáčky blížiace sa hodnote 30.000 ot./min. Približne takéto otáčky má aj rotor malej či veľkej uhlovej brúsky, ale aj kladivo SDS-plus alebo SDS-max. To, že výstupné otáčky sú iné, je otázkou prevodovky. Napríklad uhlová brúska 125mm s otáčkami naprázdno 10.000 ot./min má prevod 3:1, SDS-plus kladivo s otáčkami naprázdno 1.000 ot./min má prevod 30:1.

Tu je vysvetlenie podstaty, prečo majú uhlové brúsky obvykle silnejšie motory ako kladivá SDS-plus. Brúska s príkonom „len“ 900 W patrí medzi „slabšie v kategórii“, kladivo s príkonom „až“ 900 W je skôr výnimkou ako pravidlom.

Obr. 2. Otáčkomer

Čo spôsobuje preťaženie brúsky

Jedným z kľúčových parametrov elektrického náradia je príkon. Bežne sa na udávanú hodnotu pozeráme tak, že čím väčšie číslo vidíme, tým je náradie silnejšie. V zásade to tak je, ale pokrok vo vývoji motorov nám aj na tento parameter ponúka trocha iný pohľad.

Z pohľadu konštrukcie motora to v princípe znamená, že vinutie motora (najmä prierez vodiča, jeho zloženie a trieda izolácie) je dimenzované na určité prúdové zaťaženie. Motor sa hreje vždy, aj pri chode naprázdno. Dobrý ventilačný systém však pri menovitých otáčkach zabezpečí dostatočné chladenie.

Uhlová brúska má vysoké otáčky výstupného hriadeľa a preto je vzhľadom k malému prevodovému pomeru (3:1) citlivá na preťaženie. „Počúvať motor“ je veľmi dôležité. Akonáhle poklesnú otáčky, je potrebné ubrať prítlak alebo si obstarať brúsku s vyšším príkonom. Pri zaťažení náradia sa zvyšuje hodnota prúdu pretekajúceho cievkami a môžu sa spomaliť otáčky, čím klesne aj množstvo nasávaného chladiaceho vzduchu. Teplota začína narastať, chladiaci systém ju nie je schopný udržať v rozumnom rozpätí a keď sa prekročí hraničná hodnota, dôjde k skratom medzi vinutiami.

Teplota v „útrobách“ brúsky

Pre zabezpečenie konštantných podmienok pre zistenie teplotných priebehov uhlových brúsok bol použitý automatický testovací stroj RIFLEX GTR3, uhlová brúska HERMAN WX 12501 a lamelový kotúč HERMAN LS-10 Area s brúsnymi pásmi z korundu, zrnitosť 60.

Obr. 3. Testovací stroj s uhlovou brúskou

Prítlak pri brúsení bol zvolený tak, aby brúska pracovala tesne za hornou hranicou svojho nominálneho príkonu. Pri prítlaku 3,5 kg sa hodnota pretekajúceho prúdu pohybovala medzi 4,5-5,5 A, čo pri napätí 230V zodpovedá príkonu 1035 – 1265 W. Menovitý príkon tejto brúsky je 1000W, bola teda „mierne“ preťažená, čo je z pohľadu zamerania testovania v poriadku.

Po 4 minútach nepretržitého brúsenia teplota tela brúsky (puzdra motora) a teplota rotora narastali takmer rovnako na necelých 40°C a stabilizovali sa na tejto úrovni počas ďalšej nepretržitej práce – a to aj napriek tomu, že zaťaženie brúsky prekračovalo hraničné hodnoty.

Obr. 4. Teplota rotora a púzdra motora

Obr. 5. Záber z termokamery

V momente vypnutia brúsky bola povrchová teplota rotora aj puzdra motora rovnaká: 36°C. Okamžite sa však „otvorili nožnice“. Teplota puzdra motora sa postupne zvýšila z 36°C na maximum 58°C po 20 minútach od vypnutia a následne začala klesať. To je tá teplota, ktorú cítime aj v rukách, keď uchopíme náradie a podvedome konštatujeme, že náradie sa hreje. Teplota rotora sa však zvýšila veľmi prudko a už na konci prvej minúty po vypnutí dosiahla takmer 110°C. Následne začala postupne klesať - po 10 minútach od vypnutia na 90°C a na teplotu 40°C až po takmer 2 hodinách.

Chladiaci systém totiž odvádza teplo iba z povrchu vinutia. Po vypnutí náradia je vypnutý aj ventilačný systém a teplo z „útrob motora“ sála do okolia – v tomto prípade do stiesneného priestoru obklopujúceho motor a časť tepla sa prenáša aj do puzdra motora.

Práve pre tento jav cítime teplo okolo auta, z ktorého sme práve vystúpili a preto sa pri výkonných motoroch automobilov automaticky spúšťa na pár minút ventilátor po vypnutí motora.

Na ďalší deň sa pokus zopakoval s tým rozdielom, že po 12 minútach intenzívneho brúsenia bežala brúska ešte minútu naprázdno. Teplotné priebehy sa zmenili nasledovne:

Obr. 6. Porovnanie teplôt rotora s / bez chodu naprázdno po brúsení

V momente ukončenia brúsenia bola povrchová teplota rotora aj puzdra motora opäť rovnaká: 36°C. Motor v nasledujúcej minúte bežal naprázdno a ventilačný systém znížil teplotu oboch merných bodov na 30°C. Následne sa brúska vypla.

Jav sa zopakoval, ale s výrazne inými nameranými hodnotami. Teplota puzdra motora neprekročila 45°C a rotor sa podstatne rýchlejšie ochladil – 10 minút po vypnutí jeho teplota nepresiahla 70°C, čiže viac ako o 20°C menej ako v prvom – každodennom prípade.

Minúta chodu naprázdno po ukončení náročného brúsenia výrazne prispeje k predĺženiu životnosti motora. Stroj pri práci nasáva prachom znečistený chladiaci vzduch z bezprostrednej blízkosti, znečisťuje vinutie rotora, statora a zanášajú sa vetracie prieduchy.

Čistý vzduch zbaví stroj od značnej časti nečistôt a rýchlejšie ochladí prehriaty motor. Platí to pre každé elektrické aj akumulátorové náradie. Spomeňte si na túto zásadu vždy, keď máte pocit, že si to vaše náradie zaslúži.

Zdroje:
Interné technické a školiace materiály spoločnosti HERMAN

Ing. Herman Nagypál

Vyštudoval som vojenskú školu, odbor letecká elektrotechnika. S náradím a nástrojmi som sa naučil pracovať už v detstve s otcom na stavbe rodinného domu. Každý náš nový produkt testujem aj osobne - vlastnými rukami vo svojej dobre vybavenej dielni. Vo voľnom čase sa rád preháňam na motorke po rumunských horských priesmykoch. Okrem toho študujem trendy v odbore a rád si vyskúšam aj konkurenčné produkty. Nad niektorými sa pousmejem, nad niektorými sa čudujem (že sa niekto dal nachytať a kúpil to) a niektoré sú fakt dobré. Skoro ako naše 😊.

Marek Baláž

Vo firme HERMAN som začal pracovať ako servisný technik. Počas tohto obdobia som mal možnosť spoznať každý model náradia takpovediac do poslednej skrutky. V súčasnosti vediem servisné oddelenie a osobne sa podieľam na testovaní nových produktov.