Pripravte sa: uhlové brúsky už nebudú ako doteraz

Nie, toto nie je nekrológ o najpopulárnejšom elektrickom náradí. Bude tu s nami určite ešte niekoľko desaťročí. Hermann Ackermann a Hermann Schmitt možno netušili, že ich vynález uhlovej brúsky „s uhlíkovým motorom“ pred takmer 100 rokmi bude taký nadčasový.
Isté je, že v nasledujúcich rokoch prejde určitá časť uhlových brúsok významnými technickými zmenami. Ocenia ich najmä tí, ktorí s uhlovou brúskou režú a brúsia niekoľko hodín denne. Jedna lastovička síce leto nerobí, ale tá prvá je už tu…
Keby sme sa vydali na prieskum medzi zákazníkov a položili im otázku, aké majú očakávania od uhlovej brúsky, určite by zazneli slová ako výkonnosť, nízka hmotnosť, spoľahlivosť, „aby dobre padla do ruky“, bezpečnosť, dobrá cena… a možno aj, aby bola „eco friendly“ (veď je to také populárne, čo poviete?).
Začiatkom tohto storočia nastúpila éra akumulátorového náradia. Za niekoľko rokov prešla vývojom, na konci ktorého (zatiaľ) kraľuje Li-Ion akumulátor. Je ľahký, výkonný a bez pamäťového efektu. Stal sa dobrým základom pre túto oblasť a dnes máme „aku“ aj také náradia alebo stroje, o ktorých by sme pred niekoľkými rokmi povedali, že to nebude možné.

Obr. 1. Hmotnosti 18V brúsky HERMAN AXAG a akumulátorov

Nie je to však iba zásluha akumulátora. Zákazník predsa chce, aby mu náradie na jedno nabitie „viac vydržalo“ a keď už nešlo viac zvyšovať kapacitu akumulátora (lebo by rástla hmotnosť aj rozmery a to už nie je pohodlné), prišla éra bezuhlíkových motorov napájaných jednosmerným napätím – dnešné BLDC (Brush Less Direct Current) motory. Sú právom „in“ – akumulátor s rovnakou veľkosťou, hmotnosťou a kapacitou vďaka vyššej účinnosti motora vykoná až o 50 % viac práce.

Je zaujímavé sledovať, koľko sme ochotní „priplatiť“ za pohodlie
Či sa to niekomu páči alebo nie, spohodlneli sme. Akumulátor niečo váži – nevadí. Po desiatich minútach brúsenia sa vybije – nevadí. Stojí dosť peňazí – nevadí. Po 1 500 nabíjacích cykloch stráca kapacitu a bude ho treba vymeniť (kde je to naše „eco friendly“?) – nevadí? A čo naše počiatočné požiadavky na uhlové brúsky – už sme zabudli?
Zrazu dokážeme prižmúriť oči nad všetkým, len aby zostalo to naše – pohodlie. Dôležité je možno to, že sa nemusíme trápiť s predlžovacím káblom – či nie?
Akumulátorové náradie je v stavebníctve nespochybniteľným prínosom. Dnes si už ťažko vieme predstaviť skrutkovať, píliť alebo vŕtať napríklad na streche bez vhodného akumulátorového náradia. Reč je však o uhlových brúskach a tie, okrem veľkej popularity, sú v popredí s ešte jedným parametrom. Tým je spotreba energie, nutná pre efektívnu prácu. Áno, uhlová brúska je „žrútom“ energie – aj preto je pri niektorých aplikáciách akumulátor príťažou.

Achillova päta komutátorových motorov
Dnešné uhlové brúsky napájané sieťovým napätím – tak, ako ich už niekoľko desaťročí poznáme – poháňajú komutátorové motory. Nutnou podmienkou pre bezchybnú činnosť komutátorového stroja je precízny proces komutácie – zmeny smeru prúdu komutujúcej cievky. Táto zmena prebieha na klznom kontakte medzi uhlíkovou kefou a komutátorom. Uhlíková kefa a klzný kontakt – to je tá Achillova päta. Vyžaduje totiž pravidelnú údržbu a včasnú výmenu uhlíkových kief. Navyše, práve táto časť je významným zdrojom tepla – úhlavného nepriateľa elektrických motorov. Silný komutátorový motor má svoje rozmery aj hmotnosť – preto keď má byť silný, nemôže byť malý a ľahký.

Obr. 2: Komutátor (1), klzný kontakt (2) a uhlíková kefa (3) v komutátorovom motore uhlovej brúsky HERMAN WX-12501

Pri malých strojov pracujúcich v rôznych režimoch a obzvlášť pri požiadavke dostatočnej životnosti, kam elektrické náradie a najmä uhlové brúsky bezpochyby patria, je klzný kontakt aj po desaťročiach postupného zlepšovania stále problémom. Podmienka bezúdržbovej prevádzky – alebo aspoň prevádzky s minimálnou údržbou – je prakticky nesplniteľná. Preto je tu iné riešenie.

Egoizmus motorov BLDC
BLDC motory, montované do súčasných akumulátorových náradí majú pevné miesto v mnohých aplikáciách, ale zlé „ľudské vlastnosti“. Sú skúpe a egoistické. So svojimi káblovými príbuznými sa totiž doposiaľ o nové technológie nepodelili.
AC Brushless motor znamená Alternating Current Brush Less – bezkefový striedavý motor. Používa sa aj označenie BLAC motor alebo aj PMSM (Permanent Magnet Synchronous Motor). Terminológia ešte nie je zjednotená a vývoj je rýchlejší ako reakcia školských učebníc. Rotor je permanentný magnet bez jediného milimetra vinutia a komutáciu zabezpečuje elektronika. Funguje s neobmedzeným prívodom elektrickej energie zo štandardnej zásuvky bez uhlíkov, bez akumulátora, bez nabíjačky a bez iskrenia v motore.

Obr. 3. Porovnanie hmotností a rozmerov sieťového komutátorového (uhlíkového) a bezuhlíkového (AC Brushless) motora s rovnakým príkonom

Rozmery a hmotnosti sú základom pre konštrukciu výkonnej a ľahkej uhlovej brúsky, s ktorou sa dá pohodlne pracovať aj jednou rukou. A to nie je všetko, výhod je veľmi veľa – už len tým, že neexistuje fyzické spojenie medzi kefami a komutátorom, to znamená nižšie trenie, menej tepla, vyššiu účinnosť a menej údržby, pretože nie sú kefy, ktoré by ste museli vymieňať, keď sa opotrebujú.

Obr. 4: Obvod úchopu brúsok s rovnakým menovitým príkonom, ale s rozdielnymi typmi motorov

Brúska musí mať silný motor a musí držať otáčky aj pri väčšej námahe – nie je to holiaci strojček. Pre občasné odpílenie roxoru alebo zabrúsenia zvaru je „aku“ brúska dobrým riešením. Pravdou však je, nech sú propagačné filmy na youtube akokoľvek presvedčivé, že pri brúsení ocele lamelovým kotúčom alebo betónu diamantovým kotúčom sa aj 18 V/5 Ah akumulátor od renomovaného výrobcu po 10-12 minútach vybije a treba ho vymeniť. Preto ani nesnívajme o tom, že budeme na stavbe používať aku uhlovú brúsku s 2 Ah akumulátorom – iba keby sme ju predsa len chceli používať namiesto toho holiaceho strojčeka…

text Ing. Herman Nagypál foto Herman Slovakia Production, s. r. o.