Jedna minuta stačí k výraznému prodloužení životnosti brusky

Voda vře při 100 °C. Teplota uvnitř elektrického nářadí dosahuje často výrazně vyšších hodnot. Co se děje v „strojovně“ pod krytem?

Hlavními částmi točivých elektrických strojů jsou rotor a stator. Je přirozené, že každý elektrický točivý stroj se zahřívá, ale výrazně se to projevuje zejména u elektrického nářadí a zvláště u úhlových brusek. Řekneme si proč.

Nerovnoměrné zatížení elektrických nářadí

Ve většině běžných elektrických zařízení s motorem je jejich zatížení „pod kontrolou“. Například motor v automatické pračce je řízen programem a pracuje podle přesně stanovených cyklů. K výraznějšímu zatížení dochází pouze v režimu ždímání – i to jen přesně stanovenou dobu. Velikost bubnu je volena tak, aby odpovídala hmotnosti prádla, na které je pračka dimenzována. Příkon motoru a také jeho časová práce je pod kontrolou. Takový motor vydrží velmi dlouho a jeho životnost je stovky, ba i tisíce hodin.

Elektrické ruční nářadí je zatěžováno velmi nerovnoměrně. Není jedno, jestli bruskou odřízneme kus pásoviny a pak dlouho-dlouho nic, nebo hodinu brousíme velkou plochu ocelového nosníku agresivním lamelovým kotoučem.

Obr. 1. Různé zatížení úhlové brusky - řezání a broušení

Při práci s elektrickým ručním nářadím ani příkon ani čas není pod kontrolou. Vše závisí nejen na lidském faktoru – kdo a jakým způsobem s nářadím pracuje, ale také na vhodnosti nářadí pro dané účely.

Otáčky motorů ručních elektrických nářadí

Pro představu - sportovní motocykly mají maximální otáčky i přes 10.000 ot./min.

Rotor většiny komutátorových motorů má otáčky blížící se hodnotě 30.000 ot./min. Přibližně takové otáčky má i rotor malé či velké úhlové brusky, ale také kladivo SDS-plus nebo SDS-max. To, že výstupní otáčky jsou jiné, je otázkou převodovky. Například úhlová bruska 125mm s otáčkami naprázdno 10.000 ot./min má převod 3:1, SDS-plus kladivo s otáčkami naprázdno 1.000 ot./min má převod 30:1.

Zde je vysvětlení podstaty, proč mají úhlové brusky obvykle silnější motory než kladiva SDS-plus. Bruska s příkonem „jen“ 900W patří mezi „slabší v kategorii“, kladivo s příkonem „až“ 900W je spíše výjimkou než pravidlem.

Obr. 2. Otáčkoměr

Co způsobuje přetížení brusky

Jedním z klíčových parametrů elektrického nářadí je příkon. Běžně se na udávanou hodnotu díváme tak, že čím větší číslo vidíme, tím je nářadí silnější. V zásadě tomu tak je, ale pokrok ve vývoji motorů nám i na tento parametr nabízí poněkud jiný pohled.

Z pohledu konstrukce motoru to v principu znamená, že vinutí motoru (zejména průřez vodiče, jeho složení a třída izolace) je dimenzováno na určité proudové zatížení. Motor se hřeje vždy, i při chodu naprázdno. Dobrý ventilační systém však při jmenovitých otáčkách zajistí dostatečné chlazení.

Úhlová bruska má vysoké otáčky výstupního hřídele a proto je vzhledem k malému převodovému poměru (3:1) citlivá na přetížení. „Poslouchat motor“ je velmi důležité. Jakmile poklesnou otáčky, je třeba ubrat přítlak nebo si obstarat brusku s vyšším příkonem. Při zatížení nářadí se zvyšuje hodnota proudu protékajícího cívkami a mohou se zpomalit otáčky, čímž klesne i množství nasávaného chladicího vzduchu. Teplota začíná narůstat, chladící systém ji není schopen udržet v rozumném rozpětí a když se překročí mezní hodnota, dojde ke zkratům mezi vinutími.

Teplota v „útrobách“ brusky

Pro zajištění konstantních podmínek pro zjištění teplotních průběhů úhlových brusek byl použit automatický testovací stroj RIFLEX GTR3, úhlová bruska HERMAN WX 12501 a lamelový kotouč HERMAN LS-10 Area s brusnými pásy z korundu, zrnitost 60.

Obr. 3. Testovací stroj s úhlovou bruskou

Přítlak při broušení byl zvolen tak, aby bruska pracovala těsně za horní hranicí svého nominálního příkonu. Při přítlaku 3,5 kg se hodnota protékajícího proudu pohybovala mezi 4,5-5,5 A, což při napětí 230V odpovídá příkonu 1035 – 1265W. Jmenovitý příkon této brusky je 1000W, byla tedy „mírně“ přetížena, což je z pohledu zaměření testu v pořádku.

Po 4 minutách nepřetržitého broušení teplota těla brusky (pouzdra motoru) a teplota rotoru narůstaly téměř stejně na necelých 40°C a stabilizovaly se na této úrovni během další nepřetržité práce – a to i přesto, že zatížení brusky překračovalo mezní hodnoty.

Obr. 4. Teplota rotoru a pouzdra motoru

Obr. 5. Záběr z termokamery

V momentě vypnutí brusky byla povrchová teplota rotoru i pouzdra motoru stejná: 36°C. Okamžitě se však „otevřely nůžky“. Teplota pouzdra motoru se postupně zvýšila z 36°C na maximum 58°C po 20 minutách od vypnutí a následně začala klesat. To je ta teplota, kterou cítíme i v rukou, když uchopíme nářadí a podvědomě konstatujeme, že nářadí se hřeje. Teplota rotoru se však zvýšila velmi prudce a již na konci první minuty po vypnutí dosáhla téměř 110°C. Následně začala postupně klesat - po 10 minutách od vypnutí na 90° C a na teplotu 40° C až po téměř 2 hodinách.

Chladící systém totiž odvádí teplo pouze z povrchu vinutí. Po vypnutí nářadí je vypnutý i ventilační systém a teplo z „útrob motoru“ sál do okolí – v tomto případě do stísněného prostoru obklopujícího motor a část tepla se přenáší i do pouzdra motoru.

Právě pro tento jev cítíme teplo kolem auta, ze kterého jsme právě vystoupili a proto se u výkonných motorů automobilů automaticky spouští na pár minut ventilátor po vypnutí motoru.

Další den se pokus zopakoval s tím rozdílem, že po 12 minutách intenzivního broušení běžela bruska ještě minutu naprázdno. Teplotní průběhy se změnily následovně:

Obr. 6. Porovnání teplot rotoru s / bez chodu naprázdno po broušení

V momentě ukončení broušení byla povrchová teplota rotoru i pouzdra motoru opět stejná: 36°C. Motor v následující minutě běžel naprázdno a ventilační systém snížil teplotu obou měrných bodů na 30°C. Následně se bruska vypnula.

Jev se zopakoval, ale s výrazně jinými naměřenými hodnotami. Teplota pouzdra motoru nepřekročila 45°C a rotor se podstatně rychleji ochladil – 10 minut po vypnutí jeho teplota nepřesáhla 70°C, čili více než o 20°C méně než v prvním – každodenním případě.

Minuta chodu naprázdno po ukončení náročného broušení výrazně přispěje k prodloužení životnosti motoru. Stroj při práci nasává prachem znečištěný chladící vzduch z bezprostřední blízkosti, znečišťuje vinutí rotoru, statoru a zanášejí se větrací průduchy.

Čistý vzduch zbaví stroj od značné části nečistot a rychleji ochladí přehřátý motor. Platí to pro každé elektrické i akumulátorové nářadí. Vzpomeňte si na tuto zásadu vždy, když máte pocit, že si to vaše nářadí zaslouží.

Zdroje:
Interní technické a školicí materiály společnosti HERMAN

Ing. Herman Nagypál

Vystudoval jsem vojenskou školu, obor letecká elektrotechnika. S nářadím a nástroji jsem se naučil pracovat už v dětství s tátou na stavbě rodinného domu. Každý náš nový produkt testuji i osobně - vlastníma rukama ve své dobře vybavené dílně. Ve volném čase se rád proháním na motorce po rumunských horských průsmycích. Kromě toho studuji trendy v oboru a rád si vyzkouším i konkurenční produkty. Nad některými se pousměju, nad některými se divím (že se někdo dal nachytat a koupil to) a některé jsou fakt dobré. Skoro jako naše 😊.

Marek Baláž

U společnosti HERMAN jsem začal pracovat jako servisní technik. Během tohoto období jsem měl možnost poznat každý model nářadí takříkajíc do posledního šroubku. V současné době vedu servisní oddělení a osobně se podílím na testování nových výrobků.