MagyarországElektromos kéziszerszámok kommutátoros motorjainak meghibásodásai
Csapágyak, sztátor, rotor és szénkefék. Négy kulcsfontosságú alkatrész és hozzá néhány valódi fotó - hogy világossá váljon, mit kell kibírnia a kéziszerszámnak.
A különböző típusú, kommutátoros motorrú elektromos kéziszerszámok meghibásodási adatai igen eltérőek. Mások a sarokcsiszolókra, a kalapácsokra és mások a csavarozókra, vonatkozó adatok, de ha ezeket a meghibásodásokat "egy zsákba gyűjtjük", akkor megállapíthatjuk, hogy a meghibásodások fele a motorra vezethető vissza, a másik fele pedig "egyéb" meghibásodás (1. ábra). Ezek közé tartoznak a "nem motoros" mechanikai meghibásodások (sebességváltó, tokmány, szerszámház stb.). Az olyan javításoknál, ahol pótalkatrészt cseréltek, a legtöbb meghibásodás a rotornak és a szénkeféknek tulajdonítható.
Manapság szinte minden váltóáramú elektromos kéziszerszám kommutátoros motorral és ezért szénkefével rendelkezik. Ezek a motorok beváltak, időtállóak, és még sokáig megállják a helyüket. Unokáink valószínűleg még találkozni fognak szénkefékkel az ilyen típusú szerszámokban.
1. ábra. Statisztikák - a kommutátoros motorral ellátott kéziszerszámoknál kicserélt pótalkatrészek százalékos aránya
Kivételt képeznek azok a szerszámok, amelyeknél követelmény a kis méret, a nagy teljesítmény, a poros környezetben való munkavégzés és a jelentős túlterhelés elviselése. Tipikus példák erre (különösen) a gépipari üzemekben használt hálózati sarokcsiszolók. Itt a PMSM (szénkefe nélküli) motorok használhatók, de ezeknek a motoroknak a gyors elterjedése, várhatóan nem lesz annyira gyors mint az akkumulátoros szerszámokban használt BLDC motoroké. Egy későbbi cikkben tárgyaljuk, hogy miért.
Csapágyak
A csapágyak minimálisan járulnak hozzá a motor meghibásodásához. Nyilvántartásunk szerint minden 100 megjavított szerszámra 1,3 csapágy jut. A szerszámokban a csapágyak önkenőek, nem igényelnek karbantartást, és ha jó minőségűek, nagyon hosszú élettartamúak. Ajánlatos a rotor cseréjekor cserélni őket.
Egyértelmű jele annak, hogy valami baj van a csapágyakkal, a megváltozott motorhang, amelyet a rotortest és a sztátor lemezei közötti "súrlódási hang" alapján lehet felismerni. Bár a rotorcsapágyak okozta meghibásodások ritkák, esetenként a rotortest vagy a sztátor károsodhat.
2. ábra. Bal oldali forgórész váltakozó áramú és jobb oldali forgórész egyenáramú motorokhoz - mindkettő csapágyazva (1)
3. ábra. A csapágyak kopása miatt sérült rotor (1)
Sztátor
A váltóáramú és az egyenáramú kommutátoros motorok közötti egyik alapvető különbség a sztátorban van.
A váltakozó áramú motorok sztátort egymástól elszigetelt lemezek valamint tekercselések alkotják; az egyenáramú motorok sztátort állandó mágnes alkotja (4. ábra). A motor meghibásodását tekintve a megállapítás egyszerű - az egyenáramú motor sztátoron nincs minek "elromlani", de a váltóáramú motor sztátorja sem járul hozzá jelentősen a motor meghibásodásához. Bár a százalékos arány egy tizeddel magasabb, mint a csapágyak esetében, nem haladja meg a 2%-ot. Pontosabban, ezek nem gyártási hibák; a kicserélt sztátoroknál a túlterhelés miatt megégett tekercsek voltak (5. ábra).
4. ábra. Különböző kialakítású sztátorok
5. ábra. Leégett sztátor-tekercselés
Ezeket a hibákat elkerülhetjük, ha névleges fordulatszámon dolgozunk, így nem terheljük túl a szerszámot, vagy csak rövid időre terheljük túl. A jobb hűtőlevegő-áramlás érdekében a lerakódott szennyeződések időnkénti kifújása jelentősen segít.
Kommutátoros forgórész
Ebben a fejezetben a barázdákról és a hornyokról lesz szó (6. ábra). A barázdák a kommutátorlapátok felületének forgásirányban történő sérülésére utalnak. A szigetelő hornyok két kommutátorlapát közötti keresztirányú hornyok.
Ha a csapágy- és sztátor-hibákat figyelmen kívül hagyjuk, nyugodtan kijelenthetjük, hogy két alkatrész - a rotor és a szénkefék - teszik ki a szerszámjavítások során kicserélt "alkatrészek" felét (1. ábra). Mivel a szénkefék a szerszámokban kopó-fogyó eszköznek számítanak (akárcsak a gumiabroncsok a gépjárművekben), a rotorok nemcsak a leggyakoribb, de különösen a legköltségesebb részei a javításnak.
Ezért kellő figyelmet érdemelnek.
A kommutátor felületének színét például szinte mindig befolyásolja a tényleges terhelés, a hőmérséklet, a páratartalom, a szénkefére ható rugónyomás és a szennyeződés, ezért az idő múlásával a kommutátor színe változhat. Ez azt jelenti, hogy a kommutátor színe szorosan összefügg a motor elmúlt néhány órában végzett tevékenységével. Más jelek, például a fényesség, a gyűrődések és az égett kommutátorlapátok szintén sokat elárulnak.
6. ábra. Barázdák (1) a kommutátor kerületén és szigetelő hornyok (2) a lapátok között
7. ábra. A kommutátor ideális állapota
A motor próbál szólni hozzánk, próbáljuk meg megérteni a beszédét. Először nézzük meg közelebbről, hogy mit árul el nekünk a kommutátor színe.
Egy jól működő kommutátornak egyáltalán nincsenek barázdák a kerületén. Enyhén fényes, sötétvörös vagy rézbarna színű - az öregített rézre vagy patinára emlékeztet. A pengék közötti szigetelő hornyok tiszták, szénpor nyomai nélkül. Röviden, a kommutátor (7. ábra) szuper állapotban van.
A kommutátor (8. ábra balra) túl világos színű - "aranyszínűbe" hajlik. Ha azonban nincsenek barázdák a kerületén, a világos film elfogadhatónak tekinthető, különösen, ha egyenletes. Lehetséges okok: száraz környezetben vagy (akár) alacsony hőmérsékleten történő munkavégzés. Néha az ok az alacsony fordulatszám, ami a szerszámoknál nagyon ritka - a rotor ugyanis (többnyire) állandó fordulatszámon forog, és a szükséges kimeneti fordulatszámot fogaskerekek biztosítják. És kevesen dolgoznak például egy csavarhúzóval úgy, hogy a fokozatmentes fordulatszám-szabályozással hosszú időn keresztül csökkentett fordulatszámmal dolgoznak.
8. ábra. Túl világos és túl sötét kommutátor
A kommutátor túl sötét színének lehetséges oka, hogy a motor nedves környezetben dolgozik, emellett valószínű, hogy gyakran túlterhelt (8. ábra jobbra). A túlságosan barna szín valószínűleg szintén arra utal, hogy piszkos környezetben dolgozik, ami fokozott súrlódást eredményez. Nos, a megnövekedett súrlódás következménye a magasabb hőmérséklet. A súrlódás és a megemelkedett hőmérsékleten történő munkavégzés minden bizonnyal hozzájárul a kommutátor idő előtti elhasználódásához.
Ennyit a kommutátor színéről. Most nézzük meg a mechanikai egyenetlenségeket a kommutátor felületén.
9. ábra. Barázdák a kommutátor felületén
A kommutátor felületén lévő finom barázdákat (9. ábra) általában a szénkefékre gyakorolt alacsony vagy egyenetlen rugónyomás, a szennyezett hűtőlevegő (erősen poros környezetben történő munkavégzés) és a párás környezetben történő munkavégzés okozza. A páratartalom ellen valószínűleg nehéz tenni valamit, de ellenőrizhetjük a szénkefék rugóinak nyomását, és gyakrabban tisztíthatjuk a szerszám motoros részét.
A kommutátoron gyakori jelenség a lamellák széleinek megégése (10. ábra). Ennek legvalószínűbb oka a helytelen szénkefe görbületi sugara, vagy a görbület hiánya, vagy (esetleg) a helytelen szénkefe. Ezek az okok gyakori szikrázást eredményeznek. A szikrák jól láthatóak, sárga vagy mélysárga színűek, és sok van belőlük. Ebben az esetben a rotor kommutátorát minél hamarabb rendbe kell hozni - legalábbis a lamellák szigetelő hornyait meg kell tisztítani, és ellenőrizni kell, hogy megfelelő szénkefékkel van-e szerelve a motor, és hogy a szénkefék sugara pontosan ki van-e csiszolva.
10. ábra. Megégett szélű lamellák
11. ábra. Mély barázda a kommutátoron
A kommutátor kerületén lévő barázdát a nem megfelelő, nagyon kemény szénkefék okozzák (11. ábra). Ez a hiba nagyon gyakori - gyakran nem eredeti szénkeféket használnak, és ha ehhez hozzávesszük a piszkos környezetben való munkát, amikor a beszívott levegőben lévő porszemcsék szó szerint "besegítenek" a csiszolásba, a forgórész vége kérlelhetetlenül közeledik. Egy ilyen forgórészen nem segít a lapátok újbóli átesztergálása sem - túl alacsonyak lennének, és a köztük lévő szigetelőréteg nem lenne elegendő.
Az utolsó (12. ábra) egy olyan kommutátor fényképe, amely már az élettartama végére ért. A lamellák és így a szigetelő hornyok túl nagy kopása miatt az ív áthúzott, és mindent elégetett, ami az útjába került. Ez a forgórész elvégzett egy jókora munkát, de már javíthatatlan, és ki kell cserélni.
Ha a kommutátorhibákat időben észlelik, azok esztergálással javíthatók. Az ilyen javítás mellett gazdasági megfontolásokból kell dönteni. A kis kommutátoros motorok nem annyira drágák, hogy egy ilyen javítás megérje.
12. ábra. Teljesem tönkrement kommutátor
Akárhogy is, a kommutátor javítása csak a sérülést javítja, nem pedig az okot szünteti meg. Ezért fontos, hogy először a valódi okot találjuk meg - ez pedig vagy a nem megfelelő szénkefék és/vagy a rájuk nehezedő túl nagy nyomóerő, vagy (nagyon ritkán) egy törött szénkefe. Elvileg mindegy, hogy a kommutátor cseréje vagy javítása mellett döntünk - az okot kell azonosítanunk.
És még röviden az esztergálás forgásmélységéről. Erre nincs végleges válasz, és az adott helyzettől függ. De a lényeg az, hogy elegendő anyagnak kell maradnia a kommutátoron – elég réz a lamellákon és elég szigetelőanyag a lamellák között. Ez azért is fontos, hogy a nagy rotorfordulatszámon keletkező centrifugális erő ne okozza a lamellák kilazulását. Az elektromos kéziszerszámok motorjai nagy fordulatszámúak, így a centrifugális erő jelentős.
Szénkefék
A szénkeféket, mint kopó-fogyó alkatrészeket a gyakorlatban nagyon alábecsülik - elvégre a cseréjük nem jelent problémát. Aztán úgy is néz ki a dolog. Ezért egyik következő cikkünket ennek a témának szenteljük.
Kulcsszavak: kommutátoros motor, szénkefe, rotor, sztátor, motorhibák
Források:
A HERMAN cég belső műszaki és oktató dokumentációi
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 😊.
Jáger Viktor –
Kedves Herman úr! Szépen ír a kommutátorokról, érdekes és sok infó van benne, de had hívjam két lényeges dologra fel a figyelmét, mert talán a forgórész meghibásodások két leggyakoribb okozója. Menetzárlat esetén a kommutátor szegmensek színe a kerület mentén nem lesz egyenletes, hol világosabb, hol sötétebb a lamellák színe, attól függően, hogy a zárlatos tekercselem hol helyezkedik el, és hogy van elkötve a kommutátoron. Ezért nem tanácsos a gép szikrázása, vagy csak egy sima karbantartása esetén a kommutátor felületének tisztítása. Arra egész egyszerűen nincs szükség a gép élettartamán belül, feltéve ha a felület egyenletes, és kifogástalan a lamellák mika felé eső éle, kialakítása. A másik fontos jelenség, amiről csak érintőlegesen tesz említést, az, ha a mika egy ponton mélyre ég, vagy a mika szélessége a kerület mentén láthatóan egy ponton egyenletlen, szélesebb mint máshol. Ez akkor alakul ki, ha a forgórészen szakadás van, vagy a kommutátor és a forgórész tekercselés érintkezése megsérül, pl. kilazul a préselés a zászlós kialakítású csatlakozásnál. Ezen akár egy jól irányzott és méretezett ütés is segíthet. A tekercs szakadása pedig mindig mechanikai sérülés miatt van, esetleg szerelési hiba. Ezt is elsősorban a mélyre égett mika jelzi, és esetlegesen az, ha a gép egy ponton nem indul meg, csak ha kicsit meglökik, megpörgetik. Csökkentett feszültség esetén pedig ahol a gép megállítható, ott nem ad morgó búgó hangot, csak áll, hisz nincs zárt áramkör a motoron belül a szakadás miatt. Hozzá kell tenni, hogy ez kettős szakadásra igaz csak, egyszeres szakadásnál nem, ott mindig megindul a gép. Remélem segíthettem. Köszönöm, hogy végig olvasott, keressen rám bátran, Jáger Viktor
Válasz:
Tisztelt Jáger úr ! Az építő jellegű hozzászólásából látom, hogy jól ismeri a témát és annak problematikáját. Annál jobban örülünk az Ön pozitív értékelésének, és ez motivál a további munkánkhoz. Az észrevételeit az Ön engedélyével beépítjük a következő hasonló témájú cikkünkbe. Tisztelettel Nagypál Herman
Ordasi Zoltàn –
Nagyon tanulsàgos.