Szénkefék II. – Az élettartamuk elsősorban a mi kezünkben van

A gyakorlat az, hogy az elektromos kéziszerszámok szénkeféit sokszor nagyon gyengén vagy egyáltalán nem jelölik meg. Szerencsénk van, ha találunk rajtuk valamit, ami jelölésre hasonlít. Ha pedig mégis megtaláljuk a jelölést, nem tudjuk kinyomozni a paraméterekeket. És ha megtaláljuk a paramétereket, értjük-e őket? Nem értjük? Akkor mit kezdünk velük?

Személy szerint természetesnek tartom, hogy minden gyártó az általa tervezett szénkeféket szeretné használni a motorjaiban - önző és önzetlen okokból egyaránt. Ő az, aki a saját motorjához kiválasztja az optimális szénkeféket - vagy pontosan a saját igényei szerint készítteti el őket.

Az elektromos kéziszerszámok használója természetesen hosszú, nagyon hosszú élettartamot vár el egy szénkeféktől. És még jobb lenne, ha nem lenne semilyen szénkefe - tudjuk, hogy különösen az akkumulátoros szerszámoknál ez egy "trend", és a BLDC motoroknak megvannak az előnyei és a létjogosultsága. Ma azonban olyan motorokról beszélünk, amelyeknek szénkeféjük van - vagyis az elektromos kéziszerszámok kommutátoros motorjairól.

Bevezetésként mondjunk néhány szót például a szénkefék keménységéről. A nagyobb keménységűek logikusan tovább tartanak, de túlzottan koptatják a kommutátorlapátokat. Akár barázdát is okozhatnak a komutátor kerületén (1. ábra). A szénkefe gyakran szinte újszerűnek tűnik - de a kommutátoron már nem lehet segíteni.

A kommutátor meghibásodásairól itt olvashat részletesebben. A javítási költség sokszorosa a szénkefék árának. Megvan, amit akartunk - hosszú, nagyon hosszú szénkefeélettartam, ugye?

Azt hiszem, végül is nem így gondoltuk. Hosszú élettartamot akarunk, de nem a kommutátor károsodásának árán. Akkor tehát milyen kompromisszumok lehetségesek?

1. ábra. Barázda a kommutátorban

1. Grafikon A szénkefe kopásának függése a kerületi sebességtől

Egy több mint 600 lóerős AUDI S8-tól nem várhatunk alacsony fogyasztást, és be kell érnünk egy elfogadható 10 l/100 km-es értékkel. Vagy vegyünk egy Peugeot 208-ast 3 l/100km-es fogyasztással - de 600 lóerőről csak álmodozhatunk. Biztos megértették, hogy mire gondoltam. Az élet tele van mindennapos kompromisszumokkal, ne féljünk tőlük, de ÖNNEK kell eldöntenie, hogy mi a fontos és mi az ami még fontosabb.

Vagy a kommutátor felületének kerületi sebessége. Ez nagyjából az 1. grafikon szerint - tehát négyzetes arányban - befolyásolja a szénkefék kopását. Ez a grafikon fejezi ki a kefekopás Δ l (mm/100 hod.) és a kerületi sebesség (m/s) összefüggését. Ha a kerületi sebesség kétszeresen nő, a kefe kopása körülbelül négyszeresen nő. A grafikonon megadott példából látható, hogy ha 20 m/s kommutátor-körületi sebességnél a szénkefék kopása 0,5 mm/100 óra (A), akkor 40 m/s kerületi sebességnél ugyanezen kefék kopása 2 mm/100 óra (B).

És most van néhány jó és egy rossz hírem az Önök számára.

A jó hír az, hogy ha eredeti szénkeféket használunk, akkor nem csak a keménységüket és a kommutátor kerületi sebességét felejthetjük el, amiről fentebb írtunk, hanem az olyan paramétereket is, mint a térfogatsűrűség, a fajlagos elektromos ellenállás, az aktív áramsűrűség, a teljes feszültségesés vagy a súrlódási együttható. Elfelejthetjük az olyan követelményeket, mint a kommutációs képesség, a minimális veszteségek a szánkefén, a mechanikai szilárdság, a szikrázást tűrő képesség, az átmeneti ellenállás nagysága, a hosszú távú túl- vagy alulterhelést tűrő képesség (pl. hosszú távú üresjárati üzem), az egyenletes árameloszlás követelménye, a jó polírozhatóság stb.

Vagy valaki azt akarja mondani, hogy mindezeket a követelményeket figyelembe veszi a szénkefék cseréjénél? Nem akadályozok meg senkit abban, hogy tanulmányozza és kísérletezzen ezekkel a paraméterekkel és követelményekkel - ez is egy út.

De tegyük egyszerűbbé a dolgot - hagyatkozzunk az elektromos szerszámok gyártójára. Koncentráljunk arra, hogy mit tehetünk mi a megfelelő szénkefék hosszú élettartamáért. És sok ilyen dolog van - csak valóban meg kell tennünk őket.

A rossz hír az, hogy vannak olyan tényezők, amelyeket nem tudunk befolyásolni. Ezek közé tartozik minden bizonnyal a környező légkör összetétele, amely nagyon jelentősen csökkentheti a szénkefék élettartamát.

Szénkefék és a környező légkör? Mi köze lehet a környező légkörnek a szénkefés elektromos kéziszerszámok élettartamához? Hozzá kell tennem, hogy olyannyira, hogy kénytelen vagyok ezt a témát két részre osztani: a páratartalomra és a levegő tisztaságára.

A környező légkör páratartalma elengedhetetlen a jó minőségű filmréteg ¹) kialakulásához a kommutátor felületén. Ez a levegőben található oxigénből és vízből képződik, és a csúszóérintkező szükséges része. A csúszóérintkező kérdésöre olyan széleskörű, hogy messze meghaladja e cikk kereteit, és egy későbbi cikkben részletesebben tárgyaljuk majd.

Vannak olyan esetek, amelyek azt bizonyítják, hogy nagy tengerszint feletti magasságban, túlságosan száraz vagy fagyos területeken a szénkefék kopása jelentősen megnövekszik. A szakirodalom még a "magassági szénkefe kopás" kifejezést is használja, amikor a szénkefék szó szerint a szemünk láttára kophatnak el az alacsony oxigénszint és az elenyésző páratartalom miatt. Az északi országokban használatos kommutátoros motorokban a szénkefék alacsony élettartamát ez a jelenség okozza.

Ha a Magas-Tátrában, a Lomnickom-csúcson fúrunk vagy csiszolunk kommutátoros motoros szerszámmal, hasznos lenne, ha lenne nálunk néhány szénkefe, mert ezek kopása biztosan nagyobb lesz, mintha a prágai várban vagy valahol a Balaton közelében fúrnánk vagy csiszolnánk. Tudják - jobb felkészültnek lenni, mert meglepetések mindig érhetnek bennünket. És ha véletlenül nem tudná, hogy milyen motort van az elektromos kéziszerszámában, semmi gond - itt megtudhatja.

A környezeti légkör tisztasága általánosságban a légkör ammónia, klór, kénhidrogén stb. okozta kémiai szennyezettségére vonatkozik, ami az elektromos kéziszerszámok munkavégzése esetében csak nagyon ritkán játszik szerepet. Itt inkább a vágás, köszörülés, fúrás stb. közvetlen környezetéből történő levegőbeszívás okozta szennyezésre gondolunk. Olyan apró részecskékből álló szennyezésről van szó amely a szerszámtest szellőzőnyílásain keresztül a szénkefékhez jutott (2. ábra).

2. ábra. Szennyezett szénkefék

Néha nem is értjük, hogyan működhetett a motor ilyen nagy szennyezettség mellett. Sajnos ez egy elég gyakori jelenség, amely nemcsak a szénkefék élettartamát csökkenti, hanem könnyen tönkreteheti a rotor kommutátorát is.

És most, a cikk végéig csak jó hírek várnak ránk és vannak még jó ütőkártyáink, amelyekkel pozitívan befolyásolhatjuk a szénkefék élettartamát.

Az egyik ilyen jó ütőkártya a kommutátor hőmérséklete. A hőmérséklet hatása a kefék élettartamára nagyon jelentős, és "megőrzése" a mi kezünkben van, szó szerint: mert a kéziszerszámokat a kezünkben tartjuk, amikor dolgozunk.

A hőmérsékletnek a szénkefe élettartamrára gyakorolt hatása 100 °C fölött nagyon érezhető, amikor már nem csak minden egyes fok, hanem minden tizedfok számít. Például 110 °C körüli hőmérsékleten a kopás mértéke megötszöröződhet. Ilyen hőmérsékleten a beszívott levegő kiszárad (a folyékony víz gáz halmazállapotúvá válik), és hiányzik a kommutátor felületén a megfelelő filmréteg kialakulásához szükséges nedvesség. A szénkefe természetes kenési képessége így elvész. És nem is akarok részletekbe bocsátkozni az elpárolgás és a tengerszint feletti magasság összefüggéseit illetően.

Egy jól megtervezett professzionális szerszám, amelyet a névleges fordulatszám-tartományban üzemeltetnek, és rendszeresen szervizelnek és tisztítanak, magától megőrzi ezt a hőmérsékletet.

A 60 °C alatti hőmérséklet szintén negatív hatással van az élettartamra. Hasonlóan az autómotorokhoz, ahol a hideg motorban lényegesen nagyobb a kopás. Az alacsony hőmérséklet a kefék "kopogását" (zörgését) okozza, és így csökkenti az élettartamukat. Ezt nem tudjuk befolyásolni, de tény, hogy a 60 °C alatti hőmérséklet közel sincs olyan negatív hatással az élettartamra, mint a 100 °C feletti hőmérséklet.

Egy másik jó ütőkártya az élettartam függése a szénkefén átfolyó áramterheléstől. Ez azonban nincs egyértelműen meghatározva, és ezt az összefüggést ábrázoló görbe lineárisból indulva négyzetesbe megy át - ezt minden egyes szerszámra külön-külön lehetne megalkotni a kefekopás mérésével bizonyos terheléseknél. Ha azonban a szerszámot nem fogjuk túlterhelni, és még mindig a névleges fordulatszám-tartományban működtetjük, akkor a szénkefék kopásában nem lesznek jelentős ingadozások. És ez a fent említett komutátorhőmérsékletre is pozitív hatással lesz. Elég azt megjegyezni, hogy feleakkora terhelésnél a kopás is körülbelül a feleolyan nagy lesz. Tehát ne fúrjunk nagy átmérőjű furatokat SDS-plus kalapáccsal, mert a nagy furatokra az SDS-max kalapácsot tervezték.

A szénkefe-nyomás egy olyan ütőkártya, amelyet egy kis odafigyeléssel nagyon jól ki lehet játszani. Az előírt nyomás betartása egyáltalán nem nehéz, és ez is egy a fontos előfeltételek közül, amelyeket a szénkefék hosszú élettartama érdekében be kell tartani. Az elektromos kéziszerszámoknál ezt rugókkal oldják meg, amelyeket nem kell cserélni (ha mechanikusan nem sérültek). Ha a rugó jó minőségű anyagból készül, akkor annak ellenére, hogy "egész életében feszültség alatt volt", és így az anyagban van némi fáradás, a nyomáskülönbség egy új és egy évek óta használt rugó között általában csak 2-3%. Itt inkább az a probléma, hogy ha egy olyan rugót szerelünk be, ami éppen kéznél van és nem tudunk róla semmit.

Ha a nyomás túl nagy, a kefe főleg mechanikusan kopik (és ha a kefe túl kemény, akkor nagyon agresszívan teszi tönkre a kommutátort - lásd az 1. ábrát). Ha a nyomás túl alacsony, a kefe és a kommutátor között elektromos ívek által kísért instabil érintkezés jön létre – ekkor a kopás túlnyomórészt "elektromos" jellegű.

3. ábra. A kefék kopása a nyomás függvényében

De vigyázat! Nemcsak a megfelelő nyomás beállítása fontos, hanem az is, hogy mindkét kefén azonos nyomás állítódjon be. A kefékre gyakorolt nyomás eltérése a szénkefékbe áramló áram egyenetlen eloszlását okozza, és ennek egyéb negatív következményei vannak (a kefe idő előtti kopása nagyobb nyomás esetén, mert több áram folyik át rajta, a motor egyenetlen járása stb...). Ez a probléma gyakran akkor jelentkezik, amikor az egyik szénkefét az új rugól, a másikat pedig a régi rugó nyomja.

A p nyomás hatása a kefe Δ l kopására a 3. ábrán látható, ahol az M pont mutatja az optimális nyomást. A túlnyomórészt elektromos kopást mutató régió az A régió, a B régió pedig túlnyomórészt mechanikai kopást mutat.

Az utolsó ütőkártya, amivel még érdemes játszani, a kommutátor excentricitása. Ez nem olyan jó kártya, de csak azért, mert precíziós műszerekre van szükségünk - a mikrométeres pontosságú mérés elengedhetetlen. Tehát legalább a csapágyakat ellenőrizzük, és a túl nagy játék gyanúja esetén ellenőriztessük le a kéziszerszámunkat - már ez a lépés önmagában is gyakran megkímél minket a költséges javításoktól.

Zárszó

A tapasztalat azt mutatja, hogy a felhasználó gyakran rossz helyen takarékoskodik - elég neki, ha valamilyen fekete szénkefét vett, és az biztosan jó, mert a méretek stimmelnek. És ha a méretek nem jók, akkor méretre csiszolják. Az interneten rengeteg eladót talál a különböző márkájú elektromos kéziszerszámokhoz való szénkefékhez. Mit gondol, mindegyik eredeti szénkeféket árul? Vagy csak azért "eredetiek", mert megfelelő méretűek?

Megjegyzés:
¹) a filmréteget a legtöbb nyelven ( a szlovák és a cseh nyelven kívül) patinának nevezik. A CSN 35 0820 szabványban a "film" kifejezést használták.

Kulcsszavak: szénkefe, csúszó érintkező, kommutátoros motorok, univerzális motorok, elektromos kéziszerszámok javítása

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

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 😊.