Magyarország
Szénkefék IX. – Mit kell tenni a cseréjük után
Az „i” betűt a szóban pont nélkül is felismeri, de rögtön látja, hogy valami hiányzik. Így van ez a kommutátoros motorok esetében is, bár a velük kapcsolatos „bejáratás” szó sokakat meglephet. A bejáratással általában belsőégésű motoroknál találkozunk egy új motornál vagy egy nagyjavítás utánninál. Ez különösen az egymással összefüggő súrlódó alkatrészek tökéletes „összecsiszolódását” jelenti, ahol a legkritikusabbak közé a motor hengerében mozgó dugattyúgyűrűk tartoznak.
Már itt van az első összefüggés a szénkefékkel. Egy belsőégésű motorban a dugattyúgyűrűk és a henger, egy kommutátoros motorban a szénkefék és a kommutátor súrlódik egymással. Míg a belsőégésű motorokban a dugattyúgyűrű és a henger között egy mikroszkopikus méretű motorolaj réteg van, addig a kommutátoros motorokban ez a kulcsfontosságú réteg a csúszó érintkezési felületen lévő film.
Pontosan úgy ahogy egy jó szerelőnek a motor szétszerelésekor fel kell jegyeznie, hogy melyik dugattyúgyűrű hol és milyen helyzetben volt, úgy ajánljuk, hogy a kommutátor szervizelésekor is jelölje meg a szénkefe helyét és pozícióját.
A motorkerékpárosok nagyon jól tudják, hogy az olajteknő legmélyebb pontján található leeresztőcsavarban (1. ábra) mennyi finom fémrészecske van lerakódva. És nem véletlen, hogy ez a csavar egy permanens mágnest tartalmaz - pedig az olaj az olajszűrőn keresztül kering a motorban, amely a legtöbb fémrészecskét felfogja...
Az elektromos kéziszerszámban nincs szűrő vagy mágnest tartalmazó csavar. Ezért a szerszámot rendszeresen tisztítani kell.
1. ábra. Szennyeződéssel berakódott (A) és tiszta (B) olajteknő leeresztőcsavar
A szénkefék bejáratásának fontossága
Ebben a cikkben az „bejáratott szénkefék” kifejezés alatt olyan szénkeféket kell érteni, amelyek sugara megegyezik a kommutátoréval, és a belsőégésű motorok dugattyúgyűrűihez és hengeréhez hasonlóan a szénkefék és a kommutátor a kölcsönösen illeszkednek egymáshoz a csúszó érintkezési felületen.
Hogy a lehető legjobban érzékeltessük a szénkefék bejáratásának fontosságát a kommutátoros motorokban, elvégeztünk néhány mérést.
Ezek nemcsak azt mutatják meg, hogy mi történik a csúszó érintkezési felületen hanem azt is, hogy a be nem járatott szénkefék hogyan befolyásolják a motor teljesítményét és az áramterhelést, különösen indításkor.
2. ábra. Az egyenes kefe készítése
Két „szélsőséges” helyzetet fogunk megvizsgálni - az egyenes szénkeféket (lapos érintkezési felülettel, görbületi sugár nélkül) és a jól bejáratott szénkeféket (pontos görbületi sugárral). Mindkét esetben azonban ugyanolyan minőségű kefékkel dolgozunk, és ezek mind eredeti szénkefék lesznek. A gyakorlatban gyakran találkozunk még ennél is nagyobb szélsőséggel - meghatározhatatlan eredetű és tulajdonságú egyenes szénkefékkel. Bizonyára tudja, mire gondolok.
Mivel minden új sarokcsiszolóba való szénkefénk előre elkészített görbületi sugárral rendelkezik, feláldoztunk egy párt, hogy egyenes - azaz „rossz” - szénkeféket készítsünk. Ehhez csak egy 100-as szemcseméretű csiszolópapírra van szükség, amit egy egyenes, szilárd alátétre teszünk és néhány perc alatt a görbületi sugárral rendelkező keféből egyenes kefe lesz (2. ábra).
Ez egy kis útmutató is arra, hogy hogyan lehet egy egyenes szénkeféből görbületi sugárral rendelkező szénkefét csinálni... Csak egy csiszolóvászonra és egy „hengerre” van szüksége, aminek olyan a sugara mint a kommutátoré.
No és a másik véglet, amit meg fogunk nézni, a jól bejáratott szénkefék, amelyek pontosan kopírozzák a kommutátor görbületi sugarát (3. ábra).
Az összes mérést ami következni fog ugyanazzal a sarokcsiszolóval (WX-12501 – 1000 W bemeneti teljesítmény, 125mm-es tárcsaátmérő), ugyanazt a munkadarabot vágva (16mm-es betonacél) végeztük, ugyanazzal a vágókoronggal (AS-30 Classic), és egy automata tesztgép segítségével szabályoztuk az állandó vágási előtolást.
Tárcsáinkat nemcsak az EN 12413 szabvány szerint teszteljük, hanem „nem kötelező” teszteket is végzünk a gyártott tárcsák élettartamára vonatkozóan (és természetesen a versenytársak termékeit is teszteljük 
).
3. ábra. Bejératott szénkefe a kommutátor görbületi sugarával
Még néhány szó a tesztgépről. Azért használtuk, hogy kiküszöböljük az emberi erő okozta pontatlanságokat vágás közben - mindenki másképp nyomja a tárcsát, reggel egy embernek több az ereje, mint három óra munka után.
A gépen lehetőség van a sarokcsiszoló állandó előtolási sebességének beállítására vágáskor. Ezt milliméter/másodpercben kell beállítani, és ezzel a sebességgel a gép „ha törik, ha szakad” tolja bele a vágótárcsát a vágásba. Ez egy nagyon megterhelő teszt, mind a csiszoló, mind a tárcsa megkapják a magukét, de ami számunkra ebben az esetben fontos az a tény, hogy a mérési körülmények azonosak.
Általában 3mm/sec előtolási sebességgel tesztelünk, és ez nem véletlen - ez az előtolási sebesség közel áll a valósághoz. Lemértük ugyanis, hogy egy ember 5-7 másodperc alatt tud levágni egy 16mm-es betonacélt, ami körülbelül 2,3-3,2 milliméter/másodperces előtolási sebességet jelent.
Az állandókról tehát röviden szóltunk, nézzük meg szépen sorjában, hogy mi történik a csúszó érintkező felületen, mi történik a motor teljesítményével és mik az áramfelvételi értékek. És természetesen arról is beszélünk, hogy mindez mit jelent és mi a jelentősége.
Mi történik a csúszó érintkező felületen
A kommutátoros motorok csúszó érintkező felületén mindig szikrázás figyelhető meg. A különbség az, hogy milyen szikrázásról van szó.
1. videó: A bejáratott (A) és az egyenes kefék (B) szikraintenzitása
A kis szikrák, különösen a kék szikrák ártalmatlanok, és a jó állapotú kommutátoros motor természetes velejárói. Az 1. videón láthatja a szikrázás intenzitásának különbségét az egyenes és a görbületi sugárral rendelkező szénkefék között. A felvételeken láthatja a megjelenő és eltűnő érintkezési pontokat.
A figyelmes olvasó észre fogja venni, hogy a szikrák egyre erősebbek, ahogy a sarokcsiszoló a tárcsával behatol az anyagba. Persze, akkor is erősödnek a szikrák, amikor a szénkefék már bejáratottak, de a különbség észrevehető. Leegyszerűsítve megállapíthatjuk: a bejáratott, megterhelt motor szikrái hasonló intenzitásúak és méretűek, mint a be nem járatott, nem megterhelt motor szikrái.
A sarokcsiszoló teljesítménye
Most megnézzük, hogy a két „kefetípus” hogyan befolyásolja a sarokcsiszoló leadott teljesítményét. Nem, nem tévedtem, nem a felvett teljesítményről beszélünk, hanem a leadott teljesítményről, amiről tudjuk, hogy nem könnyű mérni. Ebben a kísérletben sem Watt-ban fogjuk kifejezni, de készítettünk egy olyan szemléltető bemutatót, hogy a kettő közötti különbség első ránézésre egyértelmű legyen.
2mm/sec előtolási sebességgel kezdünk - ez azt jelenti, hogy a tárcsa 8 másodperc alatt vágja át a 16mm-es betonacélt. Ez egy viszonylag lassú előtolási sebesség, és mindkét szénkefe változat elbírja. A 3mm/sec sebességnél már a fordulatszámcsökkenésen és a hangon is észrevehető, hogy különösen az egyenes szénkefés motor jelentősen megterhelődik, és a 4mm/sec előtolási sebességnél már nem bírja vágni a betonacélt (2. videó).
2. videó: Mit bír el egy egyenes kefékkel ellátott motor
3. videó: Mit bír el egy bejáratott kefékkel ellátott motor
A tárcsa a vágásban beszorulva maradt, és a figyelmes olvasó észre fogja venni a sérülését. Bár nem tartozik ehhez a témához, mégis álljunk meg itt röviden: a gyakorlatban a kezelőnek azonnal ki kell kapcsolnia a sarokcsiszolót, vagy a „kick back stop” funkció megteszi ezt, ha a szerszám fel van szerelve ezzel a funkcióval. Ellenkező esetben fennáll a súlyos munkabalesetek veszélye. Az embert helyettesítő automata tesztelőgépünk ezt nem tette meg (mert nincs és nem is kell ilyen funkcióval rendelkeznie) - de legalább láthatjuk, hogy a szerszám vágás közbeni beszorulása milyen hatással van a biztonságra.
A bejáratott szénkefékkel rendelkező sarokcsiszoló nemcsak 4, hanem az 5mm-es másodpercenkénti előtolást is bírja erővel, és 6mm-es előtolásnál maradt csak „állva” (3. videó).
A végeredmény szemmel látható: közel sem várhatunk akkora teljesítményt egy be nem csiszolt szénkefékkel rendelkező sarokcsiszolótól, mint egy bejáratott szénkefékkel rendelkezőtől, és az esetleges motortúlterhelés kockázata is sokkal nagyobb.
Áramterhelés a motor indításakor
Egy mozdony mozgásba hozásához sok energiára van szükség, egy városi forgalomban közlekedő autó sok üzemanyagot fogyaszt, ha gyakran megáll és elindul. Az elektromos motorok esetében is hasonló a helyzet - az indítás energiaigényes folyamat.
4. ábra. A WX-12501 maximális indítási áramának mérési jegyzőkönyve bejáratott (A) és egyenes (B) kefékkel
A nagy áramerősségek és a hűtőlevegő beszívásához szükséges elégtelen (vagy semmilyen) fordulatszám negatív hatással van a motorra, még akkor is, ha ez az állapot csak rövid ideig tart. Ezért van a nagy teljesítményű motorokban indítóelektronika - ez egy későbbi téma.
A motor indításakor fellépő áramterhelés és különösen az indítási áramok különbsége a két vizsgált esetben az utolsó bizonyíték arra, hogy miért kell a szénkeféket bejáratni, és nem szabad a motort közvetlenül a kefék cseréje után terhelni.
A WX-12501 sarokcsiszoló bemeneti teljesítménye 1000W, ami azt jelenti, hogy a motor 1000W/230V = 4,35A áramra van „méretezve”. Természetesen a professzionális elektromos szerszámok motorjának kialakítása lehetővé teszi a rövid ideig tartó túlterhelést, és számol az indítási áramerősségekkel. Még egy jól bejáratott szénkefékkel rendelkező sarokcsiszoló is eléri az Imax = 5,61A csúcsértéket indításkor (4. ábra A), tehát a motor rövid távon túlterhelt. Ugyanez a sarokcsiszoló egyenes szénkefékkel azonban Imax = 8,96A (4. ábra B), és ez 1,5-szer több, mint a bejáratott szénkefékkel ellátottrendelkező motoré, és kétszerese a névleges értéknek!
A szénkefék bejáratási folyamata
A fenti kísérletek és mérések alapján egyértelmű, hogy jobb az új szénkeféket bejáratni, mint „sorsukra hagyni”. Természetesen feltételezzük, hogy a kefék cseréje nem hanyagul, hanem a helyes eljárás szerint történt.
Az egyik elmélet szerint terhelés nélkül kell befuttatni - egyszerűen kapcsolni az elektromos szerszámot, és hagyni üresjáratban futni. Csak az érdekesség kedvéért - az előre elkészített sugarú kefék így kb. egy óra alatt „ülnének be”, az egyenes keféknek még négy óra sem lenne elég.
El tudja hinni, hogy ezt egyáltalán bárki csinálná? Én nem.
A mi ajánlásunk más. Azon a tényen alapul, hogy a szénkeféknek jobban árt, ha terheletlenül dolgoznak, mint ha enyhén túlterhelt állapotban. Ezért a szénkefék cseréje után legalább egy óra tiszta időt dolgozzon úgy, hogy ne terhelje túl a szerszámot. A sarokcsiszolóval érzéssel vágjon, ne siessen. Kisebb átmérőjű furatokat fúrjon a fúrókalapáccsal, kisebb csavarokat csavarozzon a csavarozóval. És ugyanígy járjon el az új szerszámok esetében is. Adjon nekik időt a „bejáratásra”.
Zárszó
Ez a cikk zárja a szénkefékről szóló cikksorozatunkat. Megpróbáltuk betölteni az általunk érzékelt információs hiányt, és feltárni e „fekete mágia” néhány titkát. És egy kicsit feleleveníteni is a témát, mert nem vagyunk azon a véleményen, hogy a szénkefék a múltéi. Az elmúlt évtizedekben jelentősen megkönnyítették a munkánkat, és köszönettel tartozunk feltalálóiknak és továbbfejlesztőiknek. Mi csupán fogyasztói vagyunk az ő munkájuknak.
Ez nem jelenti azt, hogy soha többé nem térünk vissza a szénkefékhez - van még néhány érdekes dolog a tarsolyunkban. De többet fogunk foglalkozni a szénkefe nélküli motorokkal, amelyek joggal „divatosak”, és rendelkeznek bizonyos előnyökkel. Nekik köszönhetően a kefe nélküli egyenáramú (Brushless DC) motorok technológiája az egyenáramú (akkumulátoros szerszámok) esetében mára olyannyira előrehaladottá vált, hogy a kommutátoros motorokat nagyon gyors ütemben váltják fel a kategóriában mindenütt. Azonban nem mondható, hogy már tökéletesek lennének.
Még kevésbé kutatottak a PMSM (Permanent Magnet Synchronous Motor) motorok, amelyek nagyon-nagyon lassan váltják fel a váltóáramú kommutátoros motorokat. Itt van még tennivaló, és mi is komolyan szeretnénk foglalkozni ezzel a területtel.
Kulcsszavak: szénkefék, kefék bejáratása, motorteljesítmény, áramterhelés, tesztelés, bejáratási eljárás
Források:
A HERMAN cég belső műszaki és oktató dokumentációi
Ing. Luboš Kotnauer: Uhlíkové kartáče – černá magie kouzel zbavená (Elektrotechnik folyóirat 1982) – Szénkefék – a feketemágia megfosztva a varázslattól – cseh nyelvű szakcikk
https://www.youtube.com/watch?v=-Lv3WrnN03A
https://robodoupe.cz/2014/zabeh-elektromotoru/
Ing. Herman Nagypál
Katonai iskolát végeztem, repülőgépipari villamosmérnöki tanszéken. Már gyerekkoromban megtanultam szerszámokkal, szerszámgépekkel dolgozni édesapámmal egy családi ház építésénél. Minden új termékünket személyesen is tesztelem - saját kezemmel, jól felszerelt műhelyemben. Szabadidőmben szeretek motorozni a román hágókon. Ezen felül a szakterület trendjeit tanulmányozom, és szívesen kipróbálom a konkurens termékeket is. Némelyiken mosolygok, van amire rácsodálkozom (hogy valaki hagyta magát rászedni és megvette), és van, ami nagyon jó. Majdnem olyan jó, mint a miénk😊.
Köszönjük, az értékelést hozzáadtuk
Nem válaszolt helyesen a kvíz kérdésekre
Mikulas Tóth –
Poučný článok.
Tájékoztató cikk.
Lefordítani a szöveget Eredeti szöveget mutatniOndrej Godál –
Veľmi pekne ďakujem. O nutnosti zábehu kief som vedel už pred časom, no tu v článku sú uvedené informácie aj v konkrétnom a presnejšom vyjadrení. Kiežby toto vedeli všetci uživatelia... :)
Köszönöm szépen. Az ecsetekben való futás szükségességéről már régen tudtam, de itt a cikkben konkrétabban és pontosabban adjuk meg az információkat. Bárcsak ezt minden felhasználó tudná... :)
Lefordítani a szöveget Eredeti szöveget mutatniIveta Šestáková –
Dobry clanok
Jó cikk
Lefordítani a szöveget Eredeti szöveget mutatniSilvia Hanzelová –
zaujímavý text so zabehávaním kief
érdekes szöveg futó ecsettel
Lefordítani a szöveget Eredeti szöveget mutatniTomáš Vrkoslav –
Článek se vyjadřuje k problematice uhlíkových kartáčů v elektrickém ručním nářadí.
A cikk az elektromos kéziszerszámokban használt szénkefék kérdésével foglalkozik.
Lefordítani a szöveget Eredeti szöveget mutatniJán Korbulec –
Ďakujem za pekne spracovaný článok o tejto problematike.
:)
J.K.
Köszönjük szépen kidolgozott cikkét a témában.
Lefordítani a szöveget Eredeti szöveget mutatni:)
J.K.
Bohuš –
Dobre
Jó
Lefordítani a szöveget Eredeti szöveget mutatniOliver –
Super napísaný článok
Szuper megírt cikk
Lefordítani a szöveget Eredeti szöveget mutatniMária Vajda Susányi –
zaujimavy clanok aj pre zenu
érdekes cikk még egy nő számára is
Lefordítani a szöveget Eredeti szöveget mutatni