Proč se sekáče tak zahřívají?

Sekáče elektropneumatických kladiv musí snášet vysoké teploty. Vysvětlíme Vám, proč vznikají a možná budete překvapeni, jaké hodnoty dosahuje jejich ostří.

Před psaním tohoto článku jsem se chtěl trochu zorientovat. Po zadání výrazu „ruční sekání betonu“ do google možná zůstanete zaražení jako já. Zobrazí se informace a obrázky elektropneumatických nářadí různých značek se sekáči. Toto se dnes považuje za ruční sekání? A pak za jaké sekání se považuje to „klasické ruční sekání“ – s kladivem a sekáčem (obr. 1)?

Pro pochopení teplotních poměrů na sekáčích je třeba totiž začít právě zde. Při sekání ručním sekáčem do betonu cítit po určité době zvýšení teploty nejen na úderné ploše – hlavě sekáče, ale i na jeho pracovní části – ostří sekáče, a to zejména tehdy, když se „zaklíní“. Zvýšení teploty můžeme pozorovat také na kontaktní ploše kladiva a dokonce i na povrchu betonu, který sekáme. Možná se vám někdy podařilo sekáčem i popálit – nečekali jste až takovou teplotu.

Obr. 1. Sekání betonu ručním sekáčem

Co se stane po úderu kladivem

„Klidové“ hodnoty teplot - odstíny žluté barvy - se na betonu ihned po úderu výrazně změní, je vidět výrazné zesvětlení v kontaktním místě ostří sekáče/beton. Tato výrazná změna je na betonu, změna teploty na špičce sekáče je postupná a méně patrná.

V momentě úderu má beton v místě jeho styku se špičkou sekáče teplotu 32,2°C (zvýšení o 17,4°C) a teplota špičky sekáče stoupla po třech úderech o 5,7°C na 25°C (snímek B video 1).

Teplo na betonu je rozptýleno minimálně (je soustředěno do malé plochy), na sekáči je rozptyl větší, avšak po třech úderech méně viditelný. Souvisí to s rozdílnou tepelnou vodivostí obou materiálů.

Kinetická energie (úder) kladiva se přenesla až do podkladového materiálu přes čtyři „hmoty“ a dva „kontaktní body“: kov/kov (kladivo a hlava sekáče) a kov/beton (ostří sekáče a podkladový materiál).

Při vzájemném předávání kinetické energie postupující z kladiva do podkladového materiálu dochází ke zvýšení teploty každé komponenty. Na kovových komponentech této soustavy je teplo okamžitě rozptýleno, proto by pro jeho pozorování byla vhodnější termovizní kamera s větší citlivostí.

Jistě však tušíte, jak tohle všechno souvisí se sekáním elektropneumatickými kladivy, kde se frekvence úderů „kladiva“ pohybuje ve stovkách až tisících za minutu... Avšak než se do nich pustíme, je třeba zmínit ještě jednu věc, která s teplotou v tomto případě úzce souvisí – a tou je tření.

Pokus s hřebíkem

Mnozí řemeslníci velmi dobře vědí, že nejen sekáč při sekání, ale také hřebík vytažený ze dřeva může popálit.

Do smrkového hranolu zatlučeme a poté vytáhneme standardní hřebík stovku (100mm dlouhý). Nejprve nový s hladkým povrchem a poté rezavý (video 2). Oba mají na začátku něco přes 20°C. Nový hřebík po zatlučení a následném vytažení má teplotu v nejteplejším bodě 43°C a ten se zrezivělým povrchem až 63°C. Už by docela slušně popálil.

Povrch hřebíku je při zatloukání a vytahování zatížen třením – a jak už víme, tření může být užitečné nebo škodlivé. V případě hřebíků jde o užitečné tření - vždyť právě tření je to, kvůli čemu hřebíkmi upevňujeme. Čím je vyšší, tím lépe hřebík drží v podkladovém materiálu.

Podotýkám, že jsme hřebík zatloukali do smrkového dřeva, které je měkké. Měkké dřevo klade menší odpor zatloukanému hřebíku než tvrdé dřevo, čili tření vniknuté sevřením hřebíku v měkkém dřevě je menší než při sevření v tvrdém dřevě... A co potom tření vzniklé sevřením sekáče v betonu?

Teploty při sekání

Hned na úvod prozradím, že teploty na špičce špičatého sekáče dosahují běžně 220 a více stupňů Celsia. Když se sekáč vzpříčí (a to se občas stane každému), sevřené ostří se dostane pod velký tlak stěn podkladového materiálu a teplota špičky se může vyšplhat i na více než 240°C. To je taková teplota, při které se roztaví cín (teplota tavení cínu je 232°C). Takže když právě potřebujete pájet, máte možnost .

Měření termovizní kamerou TOPDON TC005 jsme prováděli při sekání betonu B25, který máme pro tyto účely vždy přesně namíchán a vytvrzen v blocích 110 x 80 x 25cm. Použili jsme elektropneumatické kladivo HERMAN BX-800 s příklepovou energií 2,5 Joule s uchycením nástroje SDS-plus a nové sekáče standardního provedení - sekáč špičatý HERMAN MH-20 Point a sekáč plochý HERMAN MH-20 Flat se šířkou ostří 20mm.

Graf 1. Plochý (A) a špičatý (B) sekáč: vývoj teploty ostří

Každých 5 minut se na několik vteřin přerušilo sekání, sekáč se nasnímal termovizní kamerou a v práci se takto pokračovalo celkem 30 minut. Teplotní průběhy jsou v grafu č. 1., kde jsou i záběry z termovizní kamery při ukončení práce ve třicáté minutě. Špičatý sekáč má teplotu špičky 225,7°C a plochý 222,8°C. Je vidět, že vysoká teplota je i v místě uchycení sekáče v elektropneumatickém kladivu.

Z grafu lze vyčíst prudký nárůst teploty – po páté minutě má ostří špičatého i plochého sekáče více než 100°C, přičemž špičatý sekáč již po patnácté minutě sekání dosáhl teploty nad 220°C a na této úrovni již zůstal. Sekáč plochý měl v prvních minutách sice podobný nárůst teploty jako špičatý, potom však teplota rostla pomaleji a k 220°C se dostal až v závěru sekání.

Příčinou rozdílu teplotních průběhů je různá koncentrace kinetické energie příklepu – do jednoho bodu při špičatém sekáči a v případě plochého sekáče do větší plochy, jakož i následné tření při vnoření sekáče do betonu má jiné hodnoty při špičatém a při plochém sekáči.

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

Okamžitou teplotu špičky sekáčů ovlivňuje „mix“ kinetické energie a třecí síly, kdy jejich poměr a dominance závisí na různých faktorech, jako například technický stav sekáče (ostří), technický stav kladiva, složení podkladového materiálu, technika sekání a pod.

V souvislosti s teplotami, které jsme měřili na nových sekáčích, je zajímavé podívat se, jak to je s teplotami (a pracovním výkonem) takových sekáčů, které nejenže nemají správnou geometrii ostří, ale jsou vysloveně tupé a na sekáče se podobají pouze z velmi velké vzdálenosti (obr. 2).

Bohužel používání takových sekáčů je běžnou praxí.

Teplota tupého sekáče je po prvních pěti minutách jako u nového sekáče, tedy cca 120°C (graf 2). Potom však už jen kolísá kolem této hodnoty, dokonce po patnácti minutách má klesající tendenci. Proč?

V první řadě proto, že tupý sekáč nevniká do materiálu a neohřívá se třením, pouze kinetickou energií, přenášenou z úderníku na špičku a do betonu. Po betonu však pouze poskakuje, nedochází ke vnikání a oddělování - neprovádí to, co od něj čekáme. Hřeje se nikomu nepotřebným teplem... ale proč teplota klesá? Kde se ztrácí teplo?

Graf 2. Teplotní průběh špičky nového (A) a tupého (B) plochého sekáče

Graf 3. Teplotní průběh špičky (B) a hlavy tupého (C)
sekáče

Tak v první řadě – teplo a ani žádná jiná energie se nikdy neztrácí, jen se někdy přemění na jinou formu. V tomto případě však z grafu č. 3 vidíme, že hlava se zahřívá i po patnácté minutě (i když jen mírně). Sekáč je z kovu a kov je dobrý vodič tepla. Teplo se ze špičky přesouvá dál – ke středu sekáče a poté ještě dále – k jeho hlavě. Takový sekáč tedy nejenže nevykonává práci, ale ničí i Vaše kladivo, neboť přispívá ke zvýšené teplotě hlavy – a následně celého rychloupínacího systému.

Závěr

Na základě toho, co jsme si dosud vysvětlili vyplývá, že hlavními zdroji teplot je kinetická energie úderníku působícího na hlavu sekáče, přenášená na jeho ostří a končící v betonu a teplo z tření, vznikající po průniku do betonu jako důsledek tření mezi ostřím sekáče a stěnami podkladového materiálu. Oba tyto zdroje jsou „namixovány“ na ostří sekáče v různém poměru. Neumíme s tím nic udělat – umíme si však o to více uvědomit, jak ovlivňuje efektivitu práce sekáč se správnými úhly ostří.

To je to minimum, co můžeme udělat, protože elektropneumatická kladiva v principu kombinují dva základní lidské ruční nástroje – kladivo a sekáč – v jednom mechanizovaném těle. Energii, kterou do sekání vkládal člověk, vyvine nyní bourací nebo sekací kladivo. Úkolem člověka je „pouze“ držet ho... se správně naostřeným sekáčem.

Klíčová slova: sekáče, majzlík, oškrt, sekání betonu, elektropneumatické kladivo, vysoké teploty, zahřívání sekáčů, kinetická energie, tření

Zdroje:
Interní technické a školicí materiály společnosti 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

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 😊.