A fúrógépek szerszámai túlnyomórészt kétélű, forgácsolószerszámok, szárukon a forgácsot kihordó csavarvonallal. Ezek fém, fa, műanyag megmunkálására alkalmas hengeres szárú csigafúrók. A megmunkálás folyamán a fúrószerszám vágóéle forgácsot választ le, amit aztán a csavar szállít ki a furatból. A forgácsolás, mint megmunkálási eljárás nem lehetséges beton, égetett kerámiák vagy természetes kőzetek esetében, ilyenkor törni kell az anyagot. A forgómozgás szerepe kettős, egyrészt a furat alját mindig más és más irányú ütések érik, másrészt a fúrószáron kialakított csavarvonal kihordja a furatlisztet. A fúrógépet tehát úgy kell átalakítani, hogy az eredeti, forogva vágó mozgást tengelyirányú ütésekkel egészítsük ki. Ez a legegyszerűbben és legolcsóbban egy forgó ék-ékpálya elempár beépítésével biztosítható (1. ábra). 

A fúróorsóra erősített ék, forgása közben felcsúszik az ékpályán, majd annak végén visszazuhan. Az így létrehozott ütés impulzusereje annál nagyobb, minél nagyobb erővel szorítjuk a gépet a megmunkálni kívánt felülethez. Nem mindegy tehát, hogy milyen a gépkezelő fizikuma, keményebb anyagok esetén kifejezetten kimerítő a művelet. Ez a "mellékhatás" tette szükségessé, hogy a kezelő erejétől függetlenül, egyenletes ütőerőt biztosítson a kéziszerszám. A kívánt hatást az elektropneumatikus elven működő gépek használatával érhetjük el.

A tervezők célja az volt, hogy az emberi teljesítményt meghaladó ütőmunkára alkalmas kéziszerszámot hozzanak létre, amely beton, kerámia és természetes kőzetek fúrására, vésésére egyaránt alkalmas (2. ábra). A robbanómotorokhoz hasonló az elektropneumatikus fúrók működés elve, amely a következő: a villanymotor egy hajtókar segítségével kényszerpályán mozgatja a hengerben lévő dugattyút (gerjesztődugattyú), ez előtt szabad mozgásra képes röpdugattyú helyezkedik el. 

 

A henger falához képest mindkét dugattyú dugattyúgyűrűkkel tömített. A két dugattyú nem ér össze, köztük légpárna helyezkedik el. Az előremozduló gerjesztődugattyú a légpárna segítségével előrelendíti a röpdugattyút, az pedig a verőszár közbeiktatásával a fúrószárnak (vésőszárnak) adja át az ütésenergiát. Ezután a röpdugattyú, a légpárnával fékezve visszatér a gerjesztődugattyú előtti alaphelyzetébe. A működés folyamán ez a ciklus ismétlődik gyors egymásutánban. A villanymotor eközben áttétel közbeiktatásával forgatja a szerszámbefogót, ezzel biztosítva egyrészt azt, hogy a fúrószerszám változtassa a furatfenékhez képesti helyzetét, másrészt a törmelék vagy furatliszt (de nem forgács) eltávolítását a kihordóspirál segítségével.

 

Az elektropneumatikus fúrókalapácsok fúróteljesítménye csak kismértékben függ attól, hogy milyen erővel nyomják a megmunkálásra szánt felülethez, sőt bizonyítható, hogy a túlzott nyomóerő a fúróteljesítményt csökkenti. Ezeket a gépeket csak vezetni kell. Azonban van egy optimális előtoló erő, amelynél a fúrási sebesség maximális. Minél nagyobb az előtoló erő, és ezáltal a furat fenekére ható nyomás, annál több anyagot tör a gép. De a növekvő előtoló erő miatt a fúrószár forgatásához szükséges nyomaték is növekszik a súrlódás miatt. Ennek a két feltételnek az optimumából adódik, hogy bár kismértékben, mégis függ a fúrási sebesség nagysága az előtoló erőtől.

Az ütőmunka (és a gép tömegének) növelésével a véséshez szükséges energiát is elő tudjuk állítani. Az olyan gépeket, amelyek kettős csapágyazásuk révén fúró és véső üzemmódban is használhatók, kombikalapácsnak nevezzük. A hibrid megoldás hátránya, hogy rövidebb a szerszám élettartama. A kombikalapácsok forgócsapágyai ugyanis véső üzemmódban állnak, ezért a szerszám közvetítette ütéseket egy ponton kénytelenek elviselni, ez pedig jelentősebb igénybevételnek teszi ki a forgócsapágyakat. Ezért amennyiben a véső üzemmód a teljes üzemidő 40 százalékát meghaladja, célszerű csak vésésre alkalmas gépet, vésőkalapácsot használni. Így az elektropneumatikus gépek nem ütve fúrnak, hanem forogva vésnek, mivel vágni (forgácsolni) nem tudnak, csak törhető anyagot képesek megmunkálni.

Ugyanabból a villamos teljesítményből az ütve fúró gép magas fordulatszámon kis nyomatékot ad le, hiszen forgácsológépnek tervezték, ahol a vágósebesség a meghatározó érték. A forgácsolásnál kis hosszúságú és átmérőjű furatokat kell készíteni, emiatt az élszalag súrlódása kicsi a furat falánál. A fúrókalapács esetében a nagy nyomaték a fontosabb, azért, hogy a hosszú furatokban fellépő súrlódó nyomatékot a gép képes legyen legyőzni és a fúrószár ne melegedjen fel túlságosan, mert a hűtés gyakorlatilag lehetetlen. 

A percenkénti ütések száma még nagyobb különbséget mutat a mechanikus működésű gép javára. A fúrószár egy fordulatára több ütés esik, mint az elektropneumatikusban. Az ütőmunka viszont jóval kisebb, függ az előtoló erőtől. A különbség tehát, az ütőerőben van. Vizsgáljuk meg, mekkora előtoló erőt kellene kifejteni, ha az elektromechanikus géppel is ugyanazt az ütőmunkát szeretnénk előállítani, amekkorát az elektropneumatikus tud. Az energia (munka), mint tudjuk, egyenesen arányos a testet mozgató állandó erővel és az erő irányában megtett elmozdulással. Képlettel kifejezve: W = F × s; ahol W (J) az energia (munka), F (N) a testet mozgató erő, s (m) a test elmozdulása az erő irányában. Ha tehát az ütés energiája 6 joule kell hogy legyen és a racsni hozzávetőleg 3 mm fogmagasságú, egy ütés ereje:

F = W / s = 6 / 0,003 = 2000 N (megfelel 204 kg tömegnek).

Belátható, hogy emberi erővel, ekkora szorítóerőt kifejteni képtelenség. Egy ember maximálisan 500 N erőt képes kifejteni, tehát ekkora előtoló erő esetén az ütőmunka:

W = F × s = 500 × 0,003 = 1,5 J

Ez az 500 N azonban nem tartható fenn folyamatosan, huzamosabb ideig ennél kevesebbet képes az ember kifejteni. Az elektromechanikus gép ütésszáma jóval nagyobb, így csak az ütési energiák alapján nem lehet összehasonlítani a két gépet.

 

Összefoglalásként megállapíthatjuk, hogy az elektropneumatikus gépek a villamos energiát részben alacsony fordulatszámon megvalósított nyomatékká, részben hatásos ütőmunkává alakítják.

Az alábbi diagramokon (4. ábra, 5. ábra) egy elektromechanikus és egy elektropneumatikus gép fúrási paramétereit haonlíthatjuk össze. A két gép teljesítménye nem azonos, csak a jelleggörbék alakja érdekes számunkra. A mérés folyamán az elektropneumatikus géppel 20 × 20 × 20 cm-es betonkockába, az elektromechanikus géppel pedig tömör téglába fúrtunk furatokat, ezen fúrások eredményeiből kaptuk az alábbi diagramokat:

A diagramokból jól látszik, hogy a fúrási sebesség és teljesítmény az elektropneumatikus gép esetén kis mértékben függ az előtoló erőtől, az elektromechanikus gép esetén pedig egyenesen arányos azzal.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

A fúrókalapácsok működése közben keletkező, a megmunkálni kívánt anyagra ható ütések a gépkezelőre is visszahatnak. Ez a vibráció károsítja a kezelő egészségét, csukló- és könyökízületi megbetegedéseket okoz, valamint a kezelő munkabírását is nagymértékben csökkenti. A 0,5–300 Hz frekvenciájú mechanikai rezgések bizonyos szinten felül és meghatározott ideig hatva károsítják a szervezet csontjait és ízületeit, valamint érszűkületet okoznak. A 30–300 Hz frekvenciájú rezgések idegrendszeri és pszichikai zavarokat is okozhatnak. A mechanikai rezgés kisebb szintjei zsibbadást, magasabb szintjei az izomtónus fokozódását, majd a bénultságig fokozódó teljes izomtónus-csökkenést, fáradságérzetet, fejfájást, koncentrációcsökkenést okoz. A mechanikai impulzusok, ütések hasonló hatásúak. Szabványok írják elő a különböző dinamikus üzemű kéziszerszámok esetén a kezelőre ható vibráció elfogadható mértékét. A fogantyún mérhető rezgésgyorsulás értékét szokták megadni. Ezek mérése és értékelése az MSZ EN 28662 (ISO 8662) szabvány alapján történik. A gyártók a vibrációt különböző eljárásokkal, eszközökkel igyekeznek csökkenteni.

 

 

 

A vibráció nemcsak a kezelőt, hanem a gépet is károsítja. Egyes elemek rendkívül érzékenyek a rezgésekre, működési zavarok következhetnek be. Emiatt egyes belső alkatrészeket is rezgésszigeteléssel kell ellátni. Ezek a szigetelések leginkább gumigyűrűk, amelyek a vibrációt kismértékben csökkentik, viszont kis helyigényűek és olcsók. A villamos hajtómotor forgórészének csapágyait gumigyűrűbe ágyazzák, hogy a forgórészre átadódó vibráció ne okozza a villamos motor gyors tönkremenetelét.

 

A kezelőre ható vibrációt a szerszámgép fogantyújába és magába a gépegységbe épített csillapító elemekkel csökkentik. Az ütőműbe integrált gumigyűrűk csökkentik a vibrációt, de ez nem elégséges. A fogantyú teremt kapcsolatot a gépkezelő keze és a gép között, tehát itt is szükséges csillapító elemeket elhelyezni. A legegyszerűbb és legolcsóbb megoldás a gumiburkolatú fogantyú. Ehhez képest a fogantyú és a gépegység közé integrált tekercsrugó kevésbé hatékony. Hatékony megoldás még, ha a gép burkolata és a belső szerkezet nem mereven, hanem rugalmasan kapcsolódik egymáshoz.

Balpataki Antal és Károly József