Prečo sa sekáče tak zahrievajú?

Sekáče elektropneumatických kladív musia znášať vysoké teploty. Vysvetlíme Vám, prečo vznikajú a možno budete prekvapení, aké hodnoty dosahuje ich ostrie.

Pred písaním tohto článku som sa chcel trocha zorientovať. Po zadaní výrazu „ručné sekanie betónu“ do google možno zostanete zarazení ako ja. Zobrazia sa informácie a obrázky elektropneumatických náradí rôznych značiek so sekáčmi. Toto sa dnes považuje za ručné sekanie? A potom za aké sekanie sa považuje to „klasické ručné sekanie“ – s kladivom a sekáčom   (obr. 1)?

Pre pochopenie teplotných pomerov na sekáčoch treba totiž začať práve tu. Pri sekaní ručným sekáčom do betónu cítiť po určitom čase zvýšenie teploty nielen na údernej ploche – hlave sekáča, ale aj na jeho pracovnej časti – ostrí sekáča, a to najmä vtedy, keď sa „zakliní“. Zvýšenie teploty môžeme pozorovať aj na kontaktnej ploche kladiva a dokonca aj na povrchu betónu, ktorý sekáme. Možno sa Vám niekedy podarilo sekáčom aj popáliť – nečakali ste až takú teplotu.

Obr. 1. Sekanie betónu ručným sekáčom

Čo sa stane po údere kladivom

„Kľudové“ hodnoty teplôt - odtiene žltej farby - sa na betóne ihneď po údere výrazne zmenia, je vidieť výrazné zosvetlenie v kontaktnom mieste ostrie sekáča/ betón. Táto výrazná zmena je na betóne, zmena teploty na špičke sekáča je postupná a menej badateľná.

V momente úderu má betón v mieste jeho styku so špičkou sekáča teplotu 32,2°C (zvýšenie o 17,4°C) a teplota špičky sekáča stúpla po troch úderoch o 5,7°C na 25°C (snímok B video 1).

Teplo na betóne je rozptýlené minimálne (je sústredené do malej plochy), na sekáči je rozptyl väčší, avšak po troch úderoch menej viditeľný. Súvisí to s rozdielnou tepelnou vodivosťou oboch materiálov.

Kinetická energia (úder) kladiva sa preniesla až do podkladového materiálu cez štyri „hmoty“ a dva „kontaktné body“: kov/kov (kladivo a hlava sekáča) a kov/betón (ostrie sekáča a podkladový materiál).

Pri vzájomnom odovzdávaní kinetickej energie postupujúcej z kladiva do podkladového materiálu dochádza k zvýšeniu teploty každého komponentu. Na kovových komponentoch tejto sústavy je teplo okamžite rozptýlené, preto by na jeho pozorovanie bola vhodnejšia termovízna kamera s väčšou citlivosťou.

Iste však tušíte, ako toto všetko súvisí so sekaním elektropneumatickými kladivami, kde sa frekvencia úderov „kladiva“ pohybuje v stovkách až tisícoch za minútu... Avšak kým sa do nich pustíme, treba spomenúť ešte jednu vec, ktorá s teplotou v tomto prípade úzko súvisí – a tou je trenie.

Pokus s klincom

Mnohí remeselníci veľmi dobre vedia, že nielen sekáč pri sekaní, ale aj klinec vytiahnutý z dreva môže popáliť.

Do smrekového hranola zatlčieme a potom vytiahneme štandardný klinec stovku (100mm dlhý). Najprv nový s hladkým povrchom a potom hrdzavý (video 2). Oba majú na začiatku niečo cez 20°C. Nový klinec po zatlčení a následnom vytiahnutí má teplotu v najteplejšom bode 43°C a ten so zhrdzaveným povrchom až 63°C. Už by celkom slušne popálil.

Povrch klinca je pri zatĺkaní a vyťahovaní zaťažený trením – a ako už vieme, trenie môže byť užitočné alebo škodlivé. V prípade klincov ide o užitočné trenie - veď práve trenie je to, kvôli čomu klincom upevňujeme. Čím je vyššie, tým lepšie klinec drží v podkladovom materiáli.

Podotýkam, že sme klinec zatĺkali do smrekového dreva, ktoré je mäkké. Mäkké drevo kladie menší odpor zatĺkanému klincu ako tvrdé drevo, čiže trenie vniknuté zovretím klinca v mäkkom dreve je menšie ako pri zovretí v tvrdom dreve... A čo potom trenie vzniknuté zovretím sekáča v betóne?

Teploty pri sekaní

Hneď na úvod prezradím, že teploty na špičke špicatého sekáča dosahujú bežne 220 a viac stupňov Celzia. Keď sa sekáč vzprieči (a to sa občas stane každému), zovreté ostrie sa dostane pod veľký tlak stien podkladového materiálu a teplota špičky sa môže vyšplhať aj na viac ako 240°C. To je taká teplota, pri ktorej sa roztaví cín (teplota tavenia cínu je 232°C). Takže keď práve potrebujete spájkovať, máte možnosť .

Merania termovíznou kamerou TOPDON TC005 sme vykonávali pri sekaní betónu B25, ktorý máme pre tieto účely vždy presne namiešaný a vytvrdnutý v blokoch 110 x 80 x 25cm. Použili sme elektropneumatické kladivo HERMAN BX-800 s príklepovou energiou 2,5 Joule s uchytením nástroja SDS-plus a nové sekáče štandardného prevedenia - sekáč špicatý HERMAN MH-20 Point a sekáč plochý HERMAN MH-20 Flat so šírkou ostria 20mm.

Graf 1. Plochý (A) a špicatý (B) sekáč: vývoj teploty ostria

Každých 5 minút sa na niekoľko sekúnd prerušilo sekanie, sekáč sa nasnímal termovíznou kamerou a v práci sa takto pokračovalo celkom 30 minút. Teplotné priebehy sú v grafe č. 1., kde sú aj zábery z termovíznej kamery pri ukončení práce v tridsiatej minúte. Špicatý sekáč má teplotu špičky 225,7°C a plochý 222,8°C. Je vidieť, že vysoká teplota je aj v mieste uchytenia sekáča v elektropneumatickom kladive.

Z grafu je možné vyčítať prudký nárast teploty – po piatej minúte má ostrie špicatého aj plochého sekáča viac ako 100°C, pričom špicatý sekáč už po pätnástej minúte sekania dosiahol teplotu nad 220°C a na tejto úrovni už zostal. Sekáč plochý mal v prvých minútach síce podobný nárast teploty ako špicatý, potom však teplota rástla pomalšie a k 220°C sa dostal až v závere sekania.

Príčinou rozdielu teplotných priebehov je rôzna koncentrácia kinetickej energie príklepu – do jedného bodu pri špicatom sekáči a v prípade plochého sekáča do väčšej plochy, ako aj následné trenie pri vnorení sekáča do betónu má iné hodnoty pri špicatom a pri plochom sekáči.

Obr. 2. Nový (A) a tupý (B) plochý sekáč

Na okamžitú teplotu špičky sekáčov vplýva „mix“ kinetickej energie a trecej sily, kedy ich pomer a dominancia závisí od rôznych faktorov, ako napríklad technický stav sekáča (ostrie), technický stav kladiva, zloženie podkladového materiálu, technika sekania a pod.

V súvislosti s teplotami, ktoré sme merali na nových sekáčoch, je zaujímavé pozrieť sa, ako to je s teplotami (a pracovným výkonom) takých sekáčov, ktoré nielenže nemajú správnu geometriu ostria, ale sú vyslovene tupé a na sekáče sa podobajú iba z veľmi veľkej vzdialenosti (obr. 2).

Bohužiaľ, používanie takýchto sekáčov je bežnou praxou.

Teplota tupého sekáča je po prvých piatich minútach ako pri novom sekáči, teda cca 120°C (graf 2). Potom však už iba kolíše okolo tejto hodnoty, dokonca po pätnástich minútach má klesajúcu tendenciu. Prečo?

V prvom rade preto, lebo tupý sekáč nevniká do materiálu a nezohrieva sa trením, iba kinetickou energiou, prenášanou z úderníka na špičku a do betónu. Po betóne však iba poskakuje, nedochádza k vnikaniu a oddeľovaniu – nevykonáva to, čo od neho čakáme. Hreje sa nikomu nepotrebným teplom... ale prečo teplota klesá? Kde sa stráca teplo?

Graf 2. Teplotný priebeh špičky nového (A) a tupého (B) plochého sekáča

Graf 3. Teplotný priebeh špičky (B) a hlavy tupého (C)
sekáča

Tak v prvom rade – teplo a ani žiadna iná energia sa nikdy nestráca, iba sa niekedy premení na inú formu. V tomto prípade však z grafu č. 3 vidíme, že hlava sa zohrieva aj po pätnástej minúte (aj keď iba mierne). Sekáč je z kovu a kov je dobrý vodič tepla. Teplo sa zo špičky presúva ďalej – k stredu sekáča a potom ešte ďalej – k jeho hlave. Takýto sekáč teda nielenže nevykonáva prácu, ale ničí aj Vaše kladivo, pretože prispieva k zvýšenej teplote hlavy – a následne celého rýchloupínacieho systému.

Záver

Na základe toho, čo sme si doteraz vysvetlili vyplýva, že hlavnými zdrojmi teplôt je kinetická energia úderníka pôsobiaceho na hlavu sekáča, prenášaná na jeho ostrie a končiaca v betóne a teplo z trenia, vznikajúce po prieniku do betónu ako dôsledok trenia medzi ostrím sekáča a stenami podkladového materiálu. Oba tieto zdroje sú „namixované“ na ostrí sekáča v rôznom pomere. Nevieme s tým nič urobiť – vieme si však o to viac uvedomiť, ako vplýva na efektivitu práce sekáč so správnymi uhlami ostria.

To je to minimum, čo môžeme urobiť, pretože elektropneumatické kladivá v princípe kombinujú dva základné ľudské ručné nástroje – kladivo a sekáč - v jednom mechanizovanom tele. Energiu, ktorú do sekania vkladal človek, vyvinie teraz búracie alebo sekacie kladivo. Úlohou človeka je „iba“ držať ho... so správne naostreným sekáčom.

Kľúčové slová: sekáče, majzlík, oškrt, sekanie betónu, elektropneumatické kladivo, vysoké teploty, zahrievanie sekáčov, kinetická energia, trenie

Zdroje:
Interné technické a školiace materiály spoločnosti HERMAN
Bohumil Dobrovolný: Technická fyzika (Praha 1952)
https://e-konstrukter.cz/prakticka-informace/soucinitel-treni
https://etabletka.sk/popaleniny-typy-prva-pomoc-a-domaca-liecba/

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 😊.