Obecnie elektronarzędzia można wykorzystać do praktycznie każdego rodzaju prac. Ich zaletą i równocześnie słabością jest sposób zasilania. Rozwój nowych technologii w dużej mierze koncentruje się na poprawianiu parametrów silników i źródeł zasilania w przypadku narzędzi akumulatorowych. Dziś większość elektronarzędzi jest zasilana prądem przemiennym o napięciu 230 V, jednak i tu następują znaczące zmiany, jak choćby coraz większe zainteresowanie elektronarzędziami wysokoczęstotliwościowymi.
Pomysł zasilania narzędzi energią elektryczną powstał już niewiele lat po zbudowaniu pierwszego nowoczesnego silnika na prąd stały, co miało miejsce w roku 1873, przez Zénobe Théophile Gramme, a pierwszy mikrosilnik zbudował Thomas Alva Edison w 1880 r. Historia elektronarzędzi rozpoczyna się w 1895 r., kiedy to Wilhelm Fein, założyciel firmy FEIN, skonstruował pierwszą na świecie elektryczną wiertarkę ręczną. Zapoczątkowała ona epokę elektronarzędzi. Również historia firmy AEG związana z przenośnymi wiertarkami elektrycznymi zaczyna się w 1897 r., kiedy powstała pierwsza z nich. W 1928 r. Bosch wynalazł pierwsze narzędzie z silnikiem elektrycznym umieszczonym w rękojeści – była to maszynka do strzyżenia włosów „Forfex”. Rozwiązanie zastosowane w tym urządzeniu przyczyniło się do określenia zasady konstrukcyjnej elektronarzędzi.
Rynek
Rynek elektronarzędzi można podzielić na dwa podstawowe segmenty – segment narzędzi i osprzętu dla profesjonalistów oraz segment narzędzi dla odbiorcy masowego. Jak oceniają specjaliści, rynek elektronarzędzi w Polsce rósł w ostatnich latach średnio w tempie około 7 proc. rocznie. Już pod koniec 2006 r. nastąpiła zwyżka koniunktury i w roku 2007 wzrost przekroczył 25 proc. Na początku 2008 r. przewidywano podobny wzrost, jednak w połowie roku przyszły pierwsze symptomy załamania rynku światowego. Dynamiczny rozwój w segmencie profesjonalnym wynikał w dużej mierze ze zwyżki koniunktury w budownictwie, przemyśle i usługach. Obecnie trudno prognozować rozwój sytuacji. W dziale sprzętu profesjonalnego mamy bardzo dużą konkurencję ze strony wielu marek. W 2008 r. na nasz rynek wchodziły kolejne firmy z ofertami profesjonalnych elektronarzędzi, jak choćby Worx Professional. Trudności producentów to również większe możliwości negocjacji, zwłaszcza przy dużych zakupach. Może właśnie obecnie warto przejść na nowocześniejsze, oszczędniejsze i bardziej wydajne wyposażenie.
Poprawa wydajności i bezpieczeństwa
Rozwój elektronarzędzi zasilanych napięciem przemiennym 230 V to pojawienie się nowych modeli silników o zwiększonej wydajności i poprawa bezpieczeństwa użytkowania. Postęp technologiczny w dziedzinie silników napędowych to nowe, mniejsze silniki, jak choćby zastosowane w nowej serii dużych szlifierek kątowych Boscha, GWS 22 LVI i GWS 24 LVI. Są to urządzenia przeznaczone do wykonywania prac związanych z cięciem i szlifowaniem, np. w branży stoczniowej i budowie maszyn. Urządzenia charakteryzują się bardzo dobrym stosunkiem wydajności do ciężaru w klasie urządzeń o mocy powyżej 2000 W. Jest to zasługą zwiększenia strumienia indukcji magnetycznej w nowych silnikach, bez utraty mocy. Pozwoliło to obniżyć ciężar szlifierek nawet o 20 proc. w porównaniu do innych modeli dostępnych na rynku. W przypadku omawianych urządzeń nowością w dużych szlifierkach kątowych jest system ochrony przed odrzutem – blokada „KickBack Stop”, wykorzystująca specjalnie opracowany układ elektroniczny, lepiej chroniący przed niebezpieczeństwem odrzutu niż tradycyjne mechaniczne sprzęgło przeciążeniowe. Wielofunkcyjny włącznik Tri-Control jest tu też połączony z zabezpieczeniem przed ponownym rozruchem, jaki może wystąpić po awarii zasilania.
W przypadku szlifierek (i nie tylko) nie zawsze dostateczną uwagę zwraca się na eliminowanie drgań. Ma to również znaczenie w kontekście wydajności i oszczędności. Na przykład szlifierki Protool wyposażone w rękojeść Vibrastop, jak podaje producent, redukującą drgania i tłumiącą wibracje co najmniej o połowę. Modele szlifierek AGP 230-22 AB i AGP 230-26 AB o mocach powyżej 2000 W mają dodatkowo jednostkę automatycznego wyważania (Autobalancing – AB), co dodatkowo redukuje drgania narzędzia o 50 proc. Poza tym, że praca jest bezpieczniejsza dla użytkownika, to zaletą tego systemu jest zredukowanie liczby zużywanych tarcz ściernych o prawie 30 proc.
Wysoka częstotliwość
Narzędzia przeznaczone do pracy w przemyśle są z reguły wyspecjalizowane, mają zoptymalizowane parametry, są trwałe i obecnie szczególnie znaczącym parametrem jest ich energooszczędność. Elektronarzędzia zasilane prądem o wysokiej częstotliwości stają się interesującą alternatywą w stosunku do narzędzi pneumatycznych i elektronarzędzi wyposażonych w silniki komutatorowe zasilane prądem o napięciu 230 V i częstotliwości 50 Hz.
Określenie i pojęcie elektronarzędzia wysokoczęstotliwościowe pojawiło się już w latach dwudziestych ubiegłego wieku, wprowadzając tę grupę urządzeń na rynek. W istocie odnosi się to określenie do bardzo wydajnych elektronarzędzi z silnikiem asynchronicznym, które napędzane są prądem trójfazowym o podwyższonej częstotliwości wynoszącej 200 lub 300 Hz i tylko w USA 360 Hz. Prąd trójfazowy o podwyższonej częstotliwości umożliwia uzyskanie w elektronarzędziach ręcznych dużej mocy przy niewielkim ciężarze silnika napędowego. Wraz ze wzrostem częstotliwości prądu trójfazowego zwiększa się w tym samym stosunku prędkość obrotowa silnika i moc silników asynchronicznych. Narzędzia wysokoczęstotliwościowe wykazują optymalne obciążenie jednostkowe mocy w przypadku napędu prądem o częstotliwości od 200 do 300 Hz.
Silnik wysokoczęstotliwościowy to silnik na prąd trójfazowy z wirnikiem zwartym. Stosowane tu silniki klatkowe nie mają szczotek węglowych i są praktycznie bezawaryjne. Można uznać, że są bezobsługowe. Elektronarzędzia w nie wyposażone, na przykład firmy Fein, wytrzymują minimum 20 tys. godzin pracy (ok. 8 lat pracy). Jedyną czynnością obsługową jest w tym przypadku wymiana łożysk.
Również spadek obrotów wynosi przy mocy nominalnej tylko 3–5 proc., a moc maksymalna osiąga wartość około 2,5 wartości mocy nominalnej. Krótkotrwałe przeciążenia są możliwe, jeśli nie prowadzą do przekroczenia dopuszczalnej temperatury uzwojenia. Ponieważ oczekuje się możliwie lekkich i wydajnych elektronarzędzi, firma Bosch zdecydowała się w swoich silnikach wysokoczęstotliwościowych na system ochrony przeciwpyłowej przy bezpośrednim chłodzeniu. W tym przypadku połączono zalety zamkniętej i otwartej budowy silnika. Strumień zimnego powietrza zapewnia dobre odprowadzanie ciepła, jednocześnie zapobiega wnikaniu pyłu i kurzu do pracującego systemu. W przypadku elektronarzędzi wysokoczęstotliwościowych firmy Bosch oferowane zalety to: optymalna moc przy niewielkim ciężarze, osiągane moce przy napędzie ciągłym to do 400 W na kilogram ciężaru urządzenia (krótkotrwale nawet 2,5 mocy ciągłej). Tak duże rezerwy umożliwiają zdecydowane polepszenie wydajności i efektywności pracy. Jak mówi Wojciech Szewczyk z firmy REIN, zaletą narzędzi częstotliwościowych firmy Bosch są stałe obroty pod obciążeniem. Oznacza to, że zalecane prędkości cięcia w czasie szlifowania mogą być w pełni wykorzystane. Stała i niezmienna prędkość obrotowa umożliwia wydajniejsze i gospodarne użytkowanie elektronarzędzi, zwiększając jednocześnie ich żywotność i trwałość. Nawet przy największych obciążeniach, na przykład w odlewniach, odznaczają się wysoką efektywnością pracy, nie stwarzając przy tym nadmiernych kosztów związanych z serwisem i doglądem tego typu urządzeń.
Do uzyskania odpowiednich parametrów częstotliwości prądu zmiennego stosuje się generatory (przetwornice) wysokiej częstotliwości, napędzane silnikami trójfazowymi 400 V/50 Hz. Do tego potrzebna jest specjalna instalacja doprowadzająca zasilanie do maszyn. Są one też dość drogie. Jednak po policzeniu i porównaniu ich z systemami zasilania pneumatycznego okazuje się, że są zdecydowanie tańsze dodatkowo zakładając ich długą eksploatację. Wynika to z tego, że przy sprężaniu powietrza straty energii występują ze względu na emisję ciepła sprężania oraz na połączeniach, złączkach, zaworach, sprzęgłach, co powoduje nawet 30-procentowe straty sprężonego powietrza. Również narzędzia tracą z czasem z powodu zużycia szczelność, co również obniża ich sprawność. Elektronarzędzia wysokiej częstotliwości zachowują stałą niezmienną moc bierną. Sieć elektryczna 200/300 Hz zasilająca tego typu elektronarzędzia nie wykazuje prawie żadnych strat energii.
Narzędzia akumulatorowe
Bardzo popularne są obecnie narzędzia akumulatorowe przeznaczone dla przemysłu. Nowoczesne baterie akumulatorów pozwalają na długą pracę przy zachowaniu znacznej mocy urządzenia. Znakomicie sprawdzają się tam, gdzie przewody zasilające, zarówno prądowy, jak i powietrzny, przeszkadzają w wykonywanych operacjach lub miejsce pracy nie jest stałe. Podstawowe narzędzia akumulatorowe to: wiertarki, klucze udarowe, latarki, nożyce, odkurzacze, pilarki, piły, szlifierki, mikronarzędzia, wyrzynarki, wkrętarki, zszywacze. Znaczący na naszym rynku producenci to: Black and Decker, Bosch, Dewalt, Fein, Festool, Hilti, Hitachi, Makita, Metabo, Perles, Protool, Virutex i wielu innych.
W tej grupie narzędzi obserwujemy w ostatnim czasie największy rozwój technologiczny i wiele innowacji. Mają one na celu usunięcie ograniczeń związanych ze sposobem zasilania, takich jak zawsze za mała do potrzeb pojemność akumulatorów przy ich ograniczonych rozmiarach i masie. Również stałym problemem jest stosunkowo mała moc tego typu narzędzi. Jednak postęp w tych dziedzinach jest znaczący.
W tym roku Hitachi wprowadza na rynek po raz pierwszy silnik bezszczotkowy, w którym fachowcy upatrują następcy obecnych rozwiązań. Do seryjnego montażu tych silników została wybrana zakrętarka WH14DBL. Kluczowym elementem w pracy jej silnika jest mikroprocesor, który pełni też funkcję falownika sterującego pracą pozbawionego prętów komutatora i szczotek silnika. Od jego precyzyjnej pracy zależy uzyskanie optymalnych parametrów i odpowiedniej dynamiki. Pozwala to na pełną kontrolę nad obrotami i momentem dokręcania oraz większą moc. Eliminacja zużywających się elementów, takich jak komutator i szczotki, to równocześnie dłuższy okres bezobsługowej pracy. Dodatkowo silniki tego rodzaju są mniejsze od tradycyjnych. Uzupełnieniem układu napędowego w tych urządzeniach bateryjnych są akumulatory litowo-jonowe nowej generacji BSL1430 o pojemności 3,0 Ah. Nowością jest też mikroprocesor odpowiedzialny za ochronę obwodów. System ten Hitachi nazwało „Multiplex Protection Circuit” a jego rolą jest zabezpieczenie baterii przed wpływem trzech najczęściej spotykanych w warunkach użytkowania zagrożeń: nadmiernego rozładowania, nadmiernego przeładowania i przeciążenia.
Nowa wiertarko-wkrętarka Protool DRC 18-4 LI Set 18V 2,6 Ah jest też wyposażona w elektronicznie komutowany silnik EC bez szczotek węglowych. Lekka i zwarta budowa zapewnia ergonomiczność narzędzia i praktycznie nieograniczoną żywotność. Akumulator litowo-jonowy zapewnia dużą gęstość energii przy najmniejszym ciężarze, a w efekcie więcej wkręceń za jednym naładowaniem akumulatora przy jednocześnie bardziej kompaktowej maszynie. Silnik EC w połączeniu z akumulatorem litowo-jonowym zapewniający do 100 proc. większą wydajność wkręcania/wykręcania, a 4-biegowa przekładnia pozwala dopasować obroty do potrzeb maksymalnie do 3800 obr./min dla szybkiego i równego postępu wiercenia. Jak mówi Mariusz Czajkowski z firmy Tooltechnic Systems (Polska) zaletą wiertarko-wkrętarek Protool DRC i PDC jest złącze FastFix. Dzięki niemu można przezbrajać urządzenie praktycznie w mgnieniu oka w uchwyt wiertarski lub głowicę kątową, bez użycia dodatkowych narzędzi, a także w specjalny uchwyt CENTROTEC i szereg dostępnych końcówek i wierteł w systemie CENTROTEC. Wysoki moment obrotowy (60 Nm) lub 3800 obr./min na czwartym biegu to rekordowe wyniki w porównaniu z innymi wiertarko-wkrętarkami akumulatorowymi.
Bosch oferuje nowe akumulatorowe wkrętarko-wiertarki Bosch z serii Heavy Duty, wyposażone w akumulatory litowo-jonowe. Znajdują one zastosowanie wszędzie tam, gdzie wymagane jest wiercenie otworów i wkręcanie śrub w twardych materiałach. Akumulatorowa wiertarko-wkrętarka udarowa GSB 18 VE-2 LI Professional osiąga prędkość 2050 obrotów na minutę, zapewniając w ten sposób ciągłość pracy. Do twardego wkręcania śrub o średnicy do 12 mm lub wiercenia w drewnie otworów o średnicy do 50 mm nadaje się wkrętarko-wiertarka GSR 18 VE-2 LI Professional. Dzięki stopniowo zwiększanemu momentowi obrotowemu możliwe jest dopasowanie pracy urządzenia do każdego rozmiaru śruby. W nowych produktach Boscha zastosowano elektroniczną ochronę silnika „Electronic Motor Protection” (EMP), która automatycznie wyłącza silnik w chwili, kiedy traci on szybkość. W ten sposób system zapewnia długą żywotność urządzenia oraz zapobiega przegrzaniu się silnika. Dzięki elastycznej i wytrzymałej obudowie „Dura Shield” akumulatorowe wiertarko-wkrętarki zachowują pełną funkcjonalność nawet po upadku z wysokości 2 metrów na beton.
Baterie Li-Ion
Zastosowanie baterii litowo-jonowych ma duży wpływ na ergonomię urządzeń. Ich waga w stosunku do niklowo-wodorkowych i niklowo-kadmowych jest o 40 proc. niższa, ilość pełnych cykli ładowania o 40 proc. większa, a pojemność przy zachowaniu tych samych gabarytów o około 20 proc. większa. Według inżynierów japońskich prawidłowo eksploatowana bateria może wytrzymać nawet 3000 pełnych cykli ładowań po warunkiem unikania skoków temperatur podczas pracy i ładowania. Bez zawartości metalu ciężkiego, dlatego są nieszkodliwe dla środowiska. Nie występuje zjawisko pamięci. Jednak ogniwa Li-Ion mimo licznych zalet mają jedną wadę, są mało odporne na przeciążenia prądowe. Dlatego zastosowanie tak jak przez Hitachi systemu zabezpieczającego ma duże znaczenie w użytkowaniu narzędzia w ten sposób zasilanego. Bosch stosuje w swojej technologii litowo-jonowej o nazwie Bosch Premium system Bosch „Electronic Cell Protection” (ECP), który chroni ogniwa akumulatora przed przeciążeniem, przegrzaniem i całkowitym rozładowaniem.
Podsumowując, warto zwrócić uwagę na stały postęp w technologiach wykorzystywanych w narzędziach akumulatorowych i ich rosnącą konkurencyjność (jak i innych elektrycznych) w stosunku do narzędzi pneumatycznych. Bosch porównał koszt energii zużywanej przy produkcji z wykorzystaniem wkrętarek napędzanych pneumatycznie i narzędzi C-EXACT zasilanych z akumulatora. Jak się okazało, wykorzystanie napędu pneumatycznego było prawie trzykrotnie droższe.
Większość użytkowników narzędzi akumulatorowych mylnie sądzi, że im większa wartość napięcia, tym większa moc maszyny. To tylko częściowo jest prawdą. Należy wziąć także pod uwagę pojemność Ah, bo wiertarka 12 V z baterią 24 Ah ma tę samą moc co wiertarka 24 V z baterią 1 Ah. Przy zakupach warto też zwracać uwagę na takie, wydaje się nieistotne, parametry jak długość kabla zasilającego. Dłuższy przewód zasilający zapewnia większą swobodę podczas pracy i eliminuje nieporęczne przedłużacze.
Na pewno pod względem wytrzymałości wyroby znanych firm są zdecydowanie lepsze od tych z dolnej półki, choć te tańsze z roku na rok są również coraz lepsze. Duże znaczenie ma obudowa i jakość jej wykonania. Aluminiowa zapewnia dużą dokładność, na przykład płaskość i stabilność narzędzia, co przenosi się choćby na lepsze i bardziej równe wykończenie obrabianego elementu. Aluminium poprawia także odprowadzenie ciepła nagromadzonego w wyniku tarcia, które może uszkodzić delikatne materiały.
Artur Szymański, koordynator ds. produktu i szkoleń Hitachi Power Tools Polska
– Pierwszym urządzeniem w ofercie Hitachi, wyposażonym w silnik bezszczotkowy i jednocześnie w baterie BSL1430 z potrójną ochroną ogniw, jest zakrętarka WH14DBL. Za pracę tego urządzenia odpowiedzialny jest elektroniczny łącznik również sterowany mikrokomputerem, dzięki któremu siła nacisku wywierana na spust jest o 50% mniejsza, a żywotność wzrosła o 30%. Skala zastosowań tego typu urządzeń jest ogromna, poczynając od odkręcania kół samochodowych przez skręcanie konstrukcji stalowych do wiercenia otworów w materiałach skrawanych po zastosowaniu odpowiednich adapterów. Oczywiście jest oświetlenie LED i charakterystyczny dla nowych baterii wskaźnik poziomu naładowania.
Mariusz Czajkowski, Tooltechnic Systems (Polska)
– Moim zdaniem dziś warto wymagającemu odbiorcy polecić kompaktowe akumulatorowe wiertarko-wkrętarki z dużym momentem obrotowym i akumulatorami litowo-jonowymi. Należy zwrócić uwagę na parametry, funkcjonalność (wiertarka, wkrętarka, wiertarka kątowa), szerokie spektrum zastosowań, duża trwałość, długi okres gwarancji.
Autor: Bohdan Szafrański
