Warum Ihr Elektrowerkzeugmotor am Kommutator Funken schlägt (Fokus auf Werkzeugspezifika)
Die meisten Funken, die Sie durch die Entlüftungsschlitze sehen, sind entweder völlig normal oder eine leise Warnung, dass das Werkzeug sich selbst verbrennt. Der Trick ist einfach: Beobachten Sie, wie sich die Funkenbildung mit der Belastung, der Geschwindigkeit und der Zeit verändert, und Sie können in der Regel sagen, ob Sie weiterschneiden, das Werkzeug auseinandernehmen oder es ausrangieren sollten, bevor es die Armatur kocht.
Inhaltsverzeichnis
Sie kennen die Theorie bereits. Das ist es, was die Funken wirklich sagen.
Sie wissen, was ein Universalmotor ist. Sie wissen, was ein Kommutator tut. Wir überspringen also das Lehrbuch und sprechen darüber, was Sie tatsächlich sehen, wenn Sie den Abzug einer Bohrmaschine, eines Schleifers, einer Säge, eines Hobels oder eines Bohrhammers betätigen.
Ein gesunder Bürstenmotor erzeugt ein dichtes, kleines, orangefarbenes Glühen an der Hinterkante jeder Bürste. Im Leerlauf sehen Sie vielleicht eine dünne Linie winziger Lichtbögen; wenn Sie das Werkzeug in Betrieb nehmen, sollten diese bescheiden bleiben oder sich sogar ein wenig beruhigen. Diese Art von Verhalten wird als “normale kleine Lichtbögen an der Hinterkante” bezeichnet und ist für bürstenbehaftete Wechselstrom- / Universalmotoren üblich.
Wenn die Funken länger, heller und lauter werden, um die vollen 360° des Kommutators herumlaufen oder unter Last aufflackern, anstatt sich zu beruhigen, sagt Ihnen der Motor, dass etwas nicht stimmt: Bürsten, Kommutator, Wicklungen, Mechanik oder die Art, wie Sie das Werkzeug benutzen. Übermäßige Funkenbildung wurde wiederholt mit abgenutzten Bürsten, vermindertem Federdruck, rauen Kommutatorsegmenten, Kohlestaub in den Nuten oder kurzgeschlossenen Ankerwicklungen in Verbindung gebracht.
Das ist die Ebene, auf der wir uns bewegen werden: was das Funkenmuster bedeutet, Werkzeug für Werkzeug, und was man tatsächlich dagegen tun kann.
Normale Funkenbildung vs. “das Ding frisst sich selbst”
Sie können den Kommutator wie eine einfache Anzeige behandeln. Sie brauchen kein Messgerät, nur Augen, Ohren und Nase.
Kleine, schwache Funken, die dicht am Kommutator bleiben, vielleicht ein leichter Lichtschein in einem dunklen Raum, gehören normalerweise in den Eimer “Weiterarbeiten”. Leuchtendes gelb-weißes Feuer, vor allem, wenn es den Kommutator umhüllt und mit einem heißen elektrischen Geruch einhergeht, gehört in den Eimer “Sofort anhalten”. Starke Lichtbögen und Überhitzung werden auch als Schlüsselsymptome einer Funkenbildung in den Universalmotorhandbüchern und den Tabellen der Bürstenhersteller aufgeführt.
Um dies praktisch zu halten, finden Sie hier eine Tabelle, die das, was Sie sehen, mit dem verknüpft, was wahrscheinlich im Inneren passiert, mit werkzeugspezifischen Merkmalen.
| Was Sie am Kommutator sehen | Was wahrscheinlich im Inneren passiert | Typische Werkzeugsituationen | Erster Umzug in den Laden |
|---|---|---|---|
| Dichte, niedrige orangefarbene Funken, meist an der Hinterkante der Bürste. Die Funken schrumpfen oder bleiben ähnlich, wenn Sie das Werkzeug laden. | Normale Kommutierung. Bürstenqualität, Federkraft und Kommutatorfilm liegen im akzeptablen Bereich. | Schnurgebundene Bohrmaschine der mittleren Leistungsklasse mit freiem Lauf, Oberfräse mit mäßiger Geschwindigkeit, Stichsäge mit freiem Lauf. | Betrachten Sie dies als Ihre “Grundeinstellung”. Keine Maßnahmen außer gelegentlicher Reinigung und Bürstenkontrolle. |
| Gelegentlich hellere Funken an einem Punkt um den Kommutator herum, manchmal mit einem entsprechenden dunkleren oder helleren Balken. | Einzelner hoher Balken, hervorstehender Glimmer oder leichte Kommutator-Exzentrizität. Die Bürste hüpft, wenn sie diesen Punkt passiert. | Eine Gehrungssäge, die den ganzen Tag in die Arbeit hineingeschlagen wurde, eine Hobelmaschine, die einen Schlag abbekommen hat, eine ältere Bohrmaschine, die fallen gelassen wurde. | Hören Sie auf, bevor es zu einem vollen Feuerring wird. Prüfen Sie den Kommutator auf einen erhabenen Steg oder einen ungleichmäßigen Unterschnitt; leichtes, korrektes Nachschleifen oder Auswechseln des Ankers, wenn Sie das Werkzeug dafür haben. |
| Lange, leuchtend gelb-weiße Funken, die sich fast oder ganz um den Kommutator wickeln. Oft mit Hitze, Geruch und Drehmomentverlust. | Kurzgeschlossene Ankerwindungen, schlechte Isolierung oder schwere Kommutierungsfehler. Oft verbrannte Kommutatorsegmente, die nicht passen. | Ein Winkelschleifer, der in Stahl stark beansprucht wurde, eine Kreissäge, die in dickem Material stecken geblieben ist, eine alte Bohrmaschine, die schon ein paar Mal heiß gelaufen ist. | Schalten Sie sofort den Strom ab. Zerlegen Sie das Werkzeug. Wenn Sie verbrannte Stäbe oder dunkle, verkohlte Wicklungen sehen, behandeln Sie den Anker als Schrott oder schicken Sie ihn zum Aufwickeln. Versuchen Sie es nicht weiter. |
| Die Funkenbildung ist bei Nulllast gering, wird aber stark und zerstreut, sobald Sie das Werkzeug wirklich belasten. | Die Bürsten können abgenutzt sein, die falsche Qualität haben, schlecht sitzen oder der Kommutatorfilm ist beschädigt. Hoher Strom unter Last macht die Schwachstellen sichtbar. | Austausch von Bürsten gegen einen Nicht-OEM-Satz in einer Schleifmaschine, Hobelmaschine oder SDS-Bohrmaschine. Werkstattsauger oder Staubabsaugmotoren nach dem Bürstenwechsel. | Prüfen Sie die Bürstenlänge und den Federdruck. Stellen Sie sicher, dass Sie eine kompatible Bürstenqualität verwenden. Säubern Sie die Kommutatorschlitze und lassen Sie die Bürsten im Leerlauf vorsichtig einlaufen, bevor Sie sie stark belasten. |
| Starke Funkenbildung tritt vor allem dann auf, wenn das Gerät blockiert oder abgewürgt wird; sie verschwindet fast ganz, wenn Sie das Gerät abstellen. | Das Gerät wird einfach überlastet. Stromspitzen, die Kommutierungsspanne verschwindet. Wiederholter Missbrauch schädigt mit der Zeit die Bürsten und den Kommutator. | 4½”-Schleifer auf einem großen Schnitt mit einem billigen dünnen Kabel; Kreissäge, die dichtes Hartholz zerreißt; Abbruchhammer, der seitlich in Beton geschlagen wird. | Ändern Sie Ihre Arbeitsweise: leichtere Zuführung, schärferes Zubehör, besserer Durchmesser des Verlängerungskabels, lassen Sie es abkühlen. Wenn die Funkenbildung die Bürsten bereits beschädigt hat, überprüfen Sie sie. |
| Unregelmäßige, schmutzig aussehende Funkenbildung mit schwarzem Staub und einer stumpfen Kommutatoroberfläche. | Kohlestaub, Verschmutzung oder schlechter Kommutatorfilm. Die Bürste trifft nicht auf eine saubere Oberfläche, der Widerstand variiert von Segment zu Segment. | Werkzeuge, die in sehr staubigen Umgebungen eingesetzt werden: Steinschleifmaschinen, Betonsägen, Hobelmaschinen, Exzenterschleifer. | Blasen Sie den Motor (vorsichtig) aus, reinigen Sie den Kommutator und den Bürstenkasten, und überprüfen Sie, ob die Entlüftungsöffnungen und Filter nicht verstopft sind. Ersetzen Sie die Bürsten, wenn sie verglast oder abgeplatzt sind. |
Sie werden feststellen, was in dieser Tabelle fehlt: Wir haben nicht darüber gesprochen, “was ein Kommutator ist”. Das wissen Sie bereits. Nützlicher ist es, das sichtbare Funkenmuster mit dem konkreten Missbrauch in Verbindung zu bringen, den Ihre Bohrmaschine, Ihr Schleifer oder Ihre Säge tatsächlich erlebt hat.
Werkzeug für Werkzeug: Wie die Funkenbildung normalerweise abläuft
Verschiedene Werkzeuge beanspruchen ihre Motoren auf unterschiedliche Weise. Die Motorkonstruktion ist ähnlich, aber das Belastungsprofil ist es nicht.
Bohrer und Treiber
Kabelgebundene Bohrmaschinen und SDS-Bohrhämmer benötigen viel Zeit zum Starten und Stoppen. Hoher Einschaltstrom, viel Abzugsarbeit, häufiges Abwürgen, wenn ein Bohrer klemmt. Kurze Funken, die genau dann aufflackern, wenn das Werkzeug abgewürgt wird, und verschwinden, sobald man den Abzug loslässt, sind genau das, was man erwarten würde. Wenn sich der Bohrer frei dreht und Sie bereits lange Funken um den Kommutator herum lecken sehen, handelt es sich nicht mehr um Anlaufstrom, sondern in der Regel um Verschleiß oder Schäden.
Bei Bohrmaschinen mit variabler Drehzahl ist eine niedrige Drehzahl bei hohem Drehmoment eine schwierige Kombination. Das Feld verrichtet seine Arbeit, der Strom ist hoch, die Belüftung ist schlecht. Wenn Sie die hellsten Funken bei langsamer Arbeit mit hohem Drehmoment sehen, sollten Sie davon ausgehen, dass Sie sowohl die Bürsten als auch den Kommutator beanspruchen. Ein kurzer Einsatz in diesem Bereich, der dann zum Abkühlen mit voller Drehzahl an der Luft erfolgt, verlängert die Lebensdauer des Werkzeugs mehr als jeder Reinigungstrick.
Winkelschleifer und Trennschleifer
Schleifmaschinen sind oft die ersten Werkzeuge, bei denen man die Funkenbildung des Motors bemerkt, vor allem weil das Werkzeug selbst bereits Metallfunken nach vorne wirft. Es vermischt sich also alles und wird ignoriert.
Im Inneren werden die Motoren von Schleifmaschinen stark beansprucht. Lange Arbeitszyklen, nahezu kontinuierlich hohe Belastung, feiner Staub und oft unterdimensionierte Verlängerungskabel ziehen die Eingangsspannung nach unten. Niedrige Spannung bei hoher mechanischer Belastung bedeutet hohen Strom, schwaches Feld, großer Kommutierungswinkel und mehr Funkenbildung. Mehrere Artikel über Motoren weisen direkt auf Überlast- und Spannungsprobleme als häufige Ursachen für interne Lichtbogenbildung hin.
Wenn ein Grinder gesund ist, sehen Sie durch die seitlichen Entlüftungsöffnungen ein kleines orangefarbenes Leuchten, auch unter Last. Es sollte nicht wie ein Ring aus Blitzen aussehen. Wenn die Funkenbildung nach einem Bürstenwechsel plötzlich springt, denken Sie an eine falsche Bürstenqualität oder einen schlechten Sitz, bevor Sie die Armatur dafür verantwortlich machen. Wenn er nach einem besonders brutalen Schnitt springt, bei dem die Scheibe fast in der Schnittfuge stecken bleibt, vermuten Sie, dass Sie den Kommutatorfilm gekocht oder ein paar Windungen beschädigt haben.
Schleifmaschinen sind auch sehr empfindlich gegenüber Vibrationen. Geringes Lagerspiel oder eine verbogene Spindel führen zu einem Rundlauf des Kommutators und zu Bürstenschlag, der sich an einem bestimmten Punkt der Rotation als Funkenschlag bemerkbar macht. In Wartungsleitfäden für rotierende Maschinen wird darauf hingewiesen, dass exzentrische Kommutatoren und Maschinenvibrationen klassische Ursachen für Bürstenfunken und Kommutatorschäden sind.
Kreissägen und Gehrungssägen
Diese Werkzeuge laufen in der Regel mit hoher Geschwindigkeit und ziemlich gleichmäßiger Belastung im Schnitt. Bei ihnen kommt es nicht zu den ständigen Strömungsabrissen wie bei Bohrern, aber sie werden stoßartig belastet, wenn jemand die Klinge durch einen Knoten drückt oder sie in einer sich schließenden Schnittfuge einklemmt.
Wenn eine Säge häufig überlastet wurde, können Sie manchmal Funkenbildung feststellen, die im Leerlauf in Ordnung ist, aber aufflackert, sobald das Blatt in das Holz eindringt. Das ist das “belastungsabhängige” Muster des Tisches und zeigt oft an, dass die Bürsten und der Kommutator genug Hitzezyklen erlebt haben. Ein abgenutzter Kommutator, der leicht unrund ist, kann diese einpunktige Streifenbildung verursachen, die bei jeder Umdrehung an der gleichen Stelle auftritt, genau wie bei Schleifmaschinen.
Vor allem Gehrungssägen werden in die Arbeit hineingeschlagen und dann wieder hochgerissen. Diese Stopp-Start-Bewegung ist unhöflich für die Lager. Wenn die Lager verschleißen, kann der Rotor außermittig sitzen. In Foren, in denen über Gleichstrom- und Universalmotoren diskutiert wird, werden häufig ungleiche Luftspalte und magnetische Fehlausrichtungen als Ursachen für übermäßige Bürstenfunken erwähnt; die gleiche Physik gilt auch hier.
Hobelmaschinen, Schleifmaschinen und Oberfräsen
Diese Werkzeuge laufen oft nahe der Höchstdrehzahl, mit variablem, aber meist bescheidenem Drehmoment. Ihre Probleme mit der Funkenbildung des Motors haben oft mehr mit Staub als mit der reinen Belastung zu tun.
Feiner Staub kann den Kommutator überziehen, sich zwischen den Stäben festsetzen und sich in den Leiterbahnen ansammeln. In den Tabellen zur Fehlersuche bei Bürsten und Kommutatoren werden Verschmutzung und Staub ausdrücklich als Ursache für Bürstenüberschläge und fehlerhafte Kommutierung genannt. Wenn das Werkzeug in MDF- oder Betonstaub lebt, sollten Sie davon ausgehen, dass die Innereien schmutzig sind, lange bevor das Äußere schlecht aussieht.
Oberfräsen und Oberfräsen mit elektronischer Drehzahlregelung zeigen oft “flackernde” Funkenbildung bei mittleren Drehzahlen. Das ist nicht automatisch ein Fehler. Wenn sich das Flackern jedoch zu fetten, hellen Lichtbögen auswächst, die auch bei voller Geschwindigkeit bestehen bleiben, ist es mit dem einfachen Regelverhalten vorbei.
Bohrhämmer und Abbruchwerkzeuge
Rotierende Hämmer belasten den Motor stark und über lange Zeiträume. Viele von ihnen bewegen sich genau an der Grenze des für ihre Rahmengröße sinnvollen Stroms. Bei diesem Kompromiss ist eine gewisse Funkenbildung vorprogrammiert.
Das Wichtigste ist, dass Sie die Veränderungen im Laufe der Zeit beobachten. Wenn Sie einen SDS-Hammer haben, der immer ein bescheidenes, gleichmäßiges Glühen gezeigt hat und dann, nach einer besonders langen Sitzung in dichtem Beton, anfängt, größere und lautere Funken mit einem Hauch von verbranntem Epoxidgeruch zu werfen, ist das Ihr Hinweis. Verschlissene Bürsten, falsch ausgerichtete Halterungen oder frühzeitige Schäden an der Armatur: All das sind dokumentierte Ursachen für eine erhöhte Funkenbildung, wenn der Betriebsstrom über längere Zeit hoch bleibt.
Was änderte sich im Motor, als sich das Funkenbild änderte?
Es ist hilfreich, eine ungefähre Vorstellung davon zu haben, was sich tatsächlich geändert hat, als die Funken flogen.
Wenn die Funken direkt nach dem Bürstenwechsel länger und heller wurden, aber nur unter Last, haben Sie wahrscheinlich die elektrischen Kontakteigenschaften geändert: neue Bürstensorte, neuer Sitz, neuer Federdruck. In Bürstenanleitungen werden immer wieder falsches Bürstenmaterial, unzureichende Federkraft und schlechter Sitz als häufige Ursachen für Lichtbögen genannt. Der Kommutator selbst könnte in Ordnung sein; es ist die Schnittstelle, die unglücklich ist.
Wenn die Funken an eine einzige Winkelposition gebunden sind, stimmt etwas geometrisch nicht mehr. Ein hoher Balken, angehobener Glimmer, ein exzentrischer Kommutator oder ein verschobener Rotor. Die Fachliteratur zur Motoreninstandhaltung ist hier sehr eindeutig: Exzentrische Kommutatoren und mechanische Schwingungen stehen ganz oben auf der Liste der Ursachen für Funkenbildung“. Das behebt man nicht mit mehr Reinigung. Man muss sie entweder bearbeiten oder den Anker austauschen.
Wenn die Funken vor allem dann auftreten, wenn das Werkzeug stark belastet wird, und sie sich mehr oder weniger um den Kommutator wickeln, wird das Kupfer im Inneren wahrscheinlich zu heiß. Die Isolierung bricht zusammen, es kommt zu einem Kurzschluss, und jetzt sehen Sie einen kleinen Lichtbogenschweißer im Inneren. Reparatur-Websites und Frage-und-Antwort-Börsen sind sich einig: Wenn Sie einen durchgehenden Funkenring um den Kommutator in Kombination mit verbrannten Stellen sehen, hat der Anker in der Regel einen Kurzschluss und ist es nicht wert, zu versuchen, ob er sich auflöst.“
Wenn die Funken schmutzig und verstreut sind und von schwarzem Ruß begleitet werden, ist das eine Verunreinigung. Möglicherweise ist eine einwandfreie Armatur unter Kohlestaub und Schleifstaub begraben. Die Lösung besteht oft in der Reinigung und dem Austausch der Bürsten, nicht in einem neuen Werkzeug.
Wann man das Werkzeug weiter verwenden sollte und wann nicht
Sie können die Entscheidung auch ohne ein schickes Diagramm treffen, aber es ist gut zu wissen, dass es solche Diagramme gibt. Kohlehersteller und Motorspezialisten veröffentlichen “Funkenpegel”-Indikatoren (Mersens Kommutierungsindikator, die alte Westinghouse-Funkentabelle) mit akzeptablen Bandbreiten für den normalen Betrieb von Bürstenmaschinen. Universal-Motorhandbücher sagen das Gleiche in einfacheren Worten: kleine, schwache, gleichmäßige Funken sind in Ordnung; helle, laute, anhaltende Lichtbögen mit Hitze und Geruch sind es nicht.
Für Elektrowerkzeuge sieht ein vernünftiger, einfach gehaltener Regelsatz wie folgt aus:
Wenn Sie nur kleine orangefarbene Funken sehen, die bei normaler Arbeit nicht größer werden, und das Werkzeug nicht heiß läuft oder verbrannt riecht, können Sie es in der Regel bedenkenlos weiter verwenden.
Wenn die Funkenbildung in letzter Zeit zugenommen hat, insbesondere nach einer schweren Arbeit oder einem Bürstenwechsel, halten Sie an und inspizieren Sie das Gerät, bevor Sie es wieder in schwere Rotation versetzen. Oft wird ein Problem mit den Bürsten oder dem Kommutator frühzeitig erkannt.
Wenn Sie einen fast ununterbrochenen Ring heller Funken sehen, ein hartes elektrisches Knistern hören oder verbrannte Isolierung riechen, sollten Sie das Gerät als defekt betrachten, bis Sie auf dem Prüfstand das Gegenteil beweisen. Ein Anker, der bereits begonnen hat, zu verkohlen oder Balken zu verbrennen, wird selten “geheilt”; wenn Sie ihn länger laufen lassen, wird der Kommutator nur noch stärker beschädigt.
Und in jeder Umgebung mit entflammbarem Staub oder Dämpfen kann selbst eine “normale” Funkenbildung bei einer Bohr- oder Schleifmaschine die falsche Werkzeugwahl sein. Das ist eine Konstruktionsentscheidung, kein Wartungsproblem.
Bankgewohnheiten, die Kommutatoren ehrlich halten
Sobald das Werkzeug auf der Werkbank liegt, sind die meisten nützlichen Arbeiten einfach und nicht exotisch.
Ziehen Sie den Stecker. Nehmen Sie den Motor so weit auseinander, dass Sie beide Bürsten und den Kommutator gut sehen können. Blasen Sie den Staub aus, aber nicht so, als ob Sie versuchen würden, den Rotor mit Druckluft zu drehen; Sie versuchen nur, das leitende Pulver und den Sand loszuwerden. In vielen Reparaturhandbüchern wird ausdrücklich empfohlen, Müll und Staub um die Bürsten und den Kommutator herum zu entfernen, bevor man tiefer in die Materie eindringt, da Kohlenstoff zwischen den Segmenten allein Lichtbögen verursachen kann.
Prüfen Sie die Länge der Bürsten anhand der Herstellerangaben oder zumindest anhand der Neuware. In Artikeln über den Austausch von Bürsten wird darauf hingewiesen, dass, wenn die Bürsten ihre Verschleißgrenze überschritten haben, oft Funkenbildung, Leistungsverlust und Brandgeruch zu beobachten sind, lange bevor sie buchstäblich verschwinden. Vergewissern Sie sich, dass die Federn noch mit einer gewissen Kraft drücken und dass sich die Bürste in ihrem Halter frei bewegen kann.
Sehen Sie sich den Kommutator genau an. Sie suchen nicht nach Glanz, sondern nach Gleichmäßigkeit. Gleichmäßige Farbe, gleichmäßige Stabhöhen, keine offensichtlichen Abflachungen, keine erhabenen Segmente, keine blauen oder geschwärzten Stellen. Die detaillierten “Commutator Condition Guides” von Helwig und anderen zeigen genau, wie Probleme als subtile Verfärbungen beginnen, sich dann zu unterschiedlich aussehenden Stäben und schließlich zu echten mechanischen Schäden entwickeln.
Wenn Sie über die entsprechenden Werkzeuge verfügen und die Aufgabe es rechtfertigt, können Sie den Glimmer unterschneiden, einen etwas rauen Kommutator nachbearbeiten und neue Bürsten einbauen. Wenn es sich um eine billige Heimwerker-Bohrmaschine handelt, ist die ehrliche Antwort oft, den Anker oder das ganze Gerät zu ersetzen, anstatt zu versuchen, einen stark beschädigten Kommutator nachzubearbeiten.
Letzter Gedanke: Behandeln Sie die Funken als Diagnose, nicht als Drama
Die Funken am Kommutator sind nicht dazu da, Sie zu erschrecken. Sie sind nur der sichtbare Beweis dafür, wie gut der Motor in diesem Moment Strom umwandelt.
Wenn man sich daran gewöhnt, sie über mehrere Werkzeuge hinweg und mit der Zeit zu beobachten, beginnt man, Muster zu erkennen. Normaler Lichthof bei einer unbelasteten Schleifmaschine. Leichte Schlieren nach einem Hobelunfall. Plötzlicher Feuerring, nachdem jemand eine Säge in einem Knoten abgewürgt hat. Jedes Muster lässt sich auf eine mechanische oder elektrische Geschichte im Werkzeug zurückführen.
Wenn man diese Geschichten zuverlässig liest, hört man auf zu raten. Man hört auf, Werkzeuge zu früh zu verschrotten. Und man hört auch auf, diejenigen zu benutzen, die ihre Armaturen im Stillen zu Tode kochen. Die Funken haben sich nicht verändert, nur die Menge an nützlichen Informationen, die man aus ihnen herausholen kann, hat sich geändert.
