Místní osvětlení obráběcích strojů
 |
| Místní osvětlení obráběcích strojů Ing. Jakub Černoch, Osvětlení Černoch s. r. o. Při pohledu na moderní obráběcí stroje se mnozí z nás neubrání úžasu nad tím, jak se tento obor v několika posledních desetiletích neuvěřitelně změnil. Valivá vedení, kuličkové šrouby, krokové motory a především výpočetní technika posunuly tento obor do oblasti, která byla vyhrazena spisovatelům sci-fi. Tento vývoj samozřejmě ovlivnil konstrukci obráběcích strojů a přinesl nové požadavky i na jejich příslušenství jako chlazení, mazání, odběr třísek či osvětlení. Právě osvětlení obráběcích strojů nyní nabývá na důležitosti díky novým hygienickým předpisům a aplikaci evropských norem (ČSN EN 1837 s účinnosti od 2000.04.01). Ukazuje se, že dosavadní praxe osazování obráběcích strojů narychlo sehnaným svítidlem bez ohledu na jeho vlastnosti a kvalitu přináší mnoho problémů při certifikaci i provozu stroje, a proto se zde postupně vyčlenil samostatný obor specializující se pouze na osvětlení obráběcích strojů. Trocha historie Vývoj osvětlení obráběcích strojů kopíruje stav osvětlovací techniky – odpusťme si louče a plynové lampy a naši exkurzi do historie začněme u žárovkového osvětlení. První žárovková svítidla na obráběcích strojích vycházela ze stolních svítidel a příliš se od nich nelišila. Postupně se zesilovala nosná konstrukce svítidel a objevovala se první svítidla určená pouze pro použití na strojích. Svítidla byla na stroj upevněna kloubovým ramenem (klouby byly většinou fixovány šroubem přitaženým křídlovou maticí, kterou bylo nutné při každé změně polohy povolit a poté opět utáhnout) nebo ohebnou kovovou hadicí. Je zajímavé, že dodnes nikdo nic výrazně převratného v tomto oboru nevymyslel a za jediný pokrok je možné označit nové typy kloubů, které vedly ke zvýšení komfortu obsluhy, protože je není nutné povolovat a následně utahovat při změně polohy (toho je dosaženo styčnými plochami kloubů s vysokým koeficientem tření a trvalým předepnutím stahovacího šroubu pružinou). Stále se ale jednalo o svítidla s provozním napětím 120 nebo 220 V a teprve rozvoj automobilové techniky a masové zavedení žárovek na 12 nebo 24 V umožnil použít tyto žárovky také na obráběcích strojích. Současně se ovšem vyvíjela i technologie obrábění a s nástupem výkonných řezných nástrojů bylo nutné tyto nástroje chladit a mazat. To vyvolalo další tlak na používání svítidel s bezpečným napětím a s ochranou proti vnikání vlhkosti. Trend přechodu k zakrytým svítidlům urychlil nástup halogenových žárovek, u nichž při styku s mazací a chladicí emulzí docházelo k velmi rychlé destrukci. Dnešní žárovková svítidla používají téměř výhradně halogenové žárovky a nabízejí stupeň krytí podle potřeby v rozsahu IP64 až IP67. Počáteční nadšení ze zářivkových svítidel bylo vystřídáno rychlým vystřízlivěním. U zářivky s klasickým indukčním předřadníkem světelný tok výboje kolísá s kmitočtem rovným dvojnásobku síťového kmitočtu, u žárovky také, avšak v důsledku tepelné setrvačnosti vlákna jsou rozdíly mezi maximy a minimy u žárovky menší. Lidské oko to běžně nevnímá, ale při osvětlení pohybující se součástky, jejíž pohyb je rovněž svázán s kmitočtem sítě, může nastat stroboskopický jev, tj. zdánlivé zastavení nebo změna rychlosti a směru pohybu součástky. Tento velmi nebezpečný jev zbrzdil instalování zářivek v místním osvětlení strojů. Definitivní řešení tohoto problému přinesl až rozvoj polovodičové techniky a vývoj elektronických předřadníků pracujících na kmitočtu 30 až 70 kHz, při němž stroboskopický jev nevzniká. Dnes se pro místní osvětlení obráběcích strojů používají hlavně zářivková svítidla, standardně se zmíněnými elektronickými předřadníky a krytím nejméně IP67.
Jak je tomu dnes Kategorie obráběcí stroje je poměrně široká a zahrnuje stroje od nejjednodušších vrtaček až po složitá obráběcí centra. Tomu odpovídá i poměrně široké spektrum potřebných svítidel. U menších a jednodušších strojů, kde se nepředpokládá použití chladicích a řezných emulzí, se obvykle vystačí s halogenovým svítidlem s příkonem 20 až 35 W, svítidlo by mělo mít krytí aspoň IP64. Jakmile je na stroji zapotřebí intenzivní chlazení či mazání, je nutné velmi opatrně zvážit, jaký typ osvětlení vybrat. Halogenová svítidla obecně totiž mají jednu nectnost – vyvíjejí dosti značné množství tepla, které zahřívá celé svítidlo včetně čelního krycího skla, ale také obrobek. Právě kvůli tepelnému záření není vhodné tato svítidla používat na přesných obráběcích strojích, protože oteplení obrobku vlivem intenzivního osvětlení může způsobit výrazné odchylky od požadovaných rozměrů. Druhým problémem je vysoká teplota krycího skla svítidla, která způsobuje napékání chladicích a řezných emulzí. Další poměrně důležitou otázkou je napájení halogenových svítidel. Obecně je možné říci, že pětiprocentní zvýšení napájecího napětí nad jmenovitou hodnotu zkrátí život žárovky o 50 %. Ještě dnes lze na nových strojích nalézt transformátory, jejichž primární vinutí je dimenzováno na 220 V (přestože již několik let je síťové napětí podle normy 230 V), velmi často je možné se setkat také s tím, že svítidla jsou napájena z transformátoru, jenž byl dimenzován na mnohem větší odběr a při částečném zatížení je jeho výstupní napětí o mnoho vyšší než jmenovité. Zdůrazňuji, že je nutné používat transformátory, které jsou jak napěťově, tak výkonově správně dimenzovány, a podle našich zkušeností je vhodné navrhnout jejich sekundární vinutí na hodnotu o asi 3 % nižší, než je jmenovitá hodnota napájecího napětí žárovky. Poměrně výhodné je použití elektronických transformátorů, které stabilizují výstupní napětí, ovšem s ohledem na šíření rušivých napětí musí být tento transformátor umístěn co nejblíže svítidlu, např. v podstavci. Z hlediska osvětlení představuje halogenové svítidlo bodový zdroj světla vhodný především k místnímu osvětlení malých pracovních zón. Osvětlení větších nebo celokapotovaných strojů je nutné řešit z hlediska budoucího uživatele. Jestliže je definice pracovního prostoru chápána tak, že se jedná jen o místo, kde probíhá úběr třísek, lze zajistit požadovanou hladinu osvětlení 500 lx jedním směrovým halogenovým svítidlem. Pro obsluhu to ale bude velice nepříjemné, protože uvnitř kapotovaného stroje je velmi nízká hladina osvětlení a zrak obsluhy bude namáhán vysokým kontrastem. Proto je nutné zajistit dostatečnou hladinu osvětlení uvnitř stroje ještě plošným zdrojem světla, nejlépe zářivkovým svítidlem. U mnoha strojů, zejména u větších a složitějších (obráběcích center apod.), je pro dosažení optimálního výsledku nutné osvětlení hlavních i vedlejších pracovních zón řešit vestavěnými svítidly již při konstrukci těchto zařízení. S přihlédnutím k omezením, která vyplývají ze správného použití halogenových svítidel, se jeví zářivková svítidla jako velmi zajímavá alternativa. U menších strojů jsou handicapována vyšší cenou a většími rozměry, proto je lze převážně nalézt u větších a dražších strojů, kde v současné době představují standard a prosadily se zde především díky menšímu vyzařování tepla.  Klasické svítidlo pro tyto aplikace je tvořeno trubicí z průhledného materiálu (sklo, PMMA, polykarbonát), uzavřené na obou koncích zátkami, těsněnými kroužky ve tvaru “O”, jako zdroj se používají lineární zářivky o průměrech 38 (T12), 26 (T8), 16 (T5) mm i kompaktní zářivky (obr. 2). Při volbě typu zářivky je dobré vycházet i z dostupnosti náhradních zdrojů, protože některé moderní zářivky nejsou všude běžně dostupné. Pozor – při osazování svítidla je nutné přihlédnout k doporučení výrobce, protože se zde obvykle používají speciální typy zářivek, optimalizované pro provoz s elektronickým předřadníkem. I u zářivkových svítidel je třeba věnovat pozornost jejich napájení – svítidla bývají připojena na hlavní sběrnice stroje, jejíž rušení a napěťové špičky často několikanásobně překračují povolenou mez, protože stroj je odrušen až u síťového přívodu. Především napěťové špičky mohou způsobit často jinak nevysvětlitelné poruchy, popř. vypínání svítidla (zafunguje přepěťová ochrana a svítidlo vypne – po zapnutí svítidlo normálně funguje až do příchodu další napěťové špičky). Není výjimkou, že je zapotřebí stroj dodatečně odrušit, protože je to snazší a méně nákladné než zvyšování odolnosti předřadníku svítidla vysoko nad požadavky normy. Volba materiálu ochranné trubice musí vycházet především z charakteru pracovního prostředí. Do běžného prostředí s olejovými emulzemi postačí PMMA (starší obchodní název plexisklo), při použití agresivnějších mazacích a řezných emulzí, popř. ředidel, je nutné použít skleněnou trubici. Některá ředidla, čisticí prostředky a emulze jsou schopnay ve velmi krátké době narušit strukturu PMMA tak, že se trubice rozpadne na malé kousky, přestože její povrch není naleptán (např. perchloretylen). Polykarbonát je vhodný do prostředí s nebezpečím poškození nárazem, ale opět je třeba ověřit jeho odolnost proti použitým chemikáliím. Velkou pozornost je nutné věnovat i správnému dimenzované vývodky – v případě přívodu bez ochranné hadice je zapotřebí vybrat vývodku, která je schopna spolehlivě utěsnit kabel použitého průřezu. Jestliže je kabel chráněn ochrannou hadicí, je nutné použít odpovídající speciální vývodku, která umožňuje samostatně utěsnit kabel a nezávisle přichytit hadici. Zcela chybné je poměrně oblíbené řešení, spočívající v použití větší vývodky, do níž je zavedena ochranná hadice. Takto provedený přívod nelze dostatečně utěsnit a okolo ochranné hadice bude do svítidla pronikat vlhkost. V případě svítidel s vysokým krytím je nutné proškolit pracovníky montáže a zajistit, aby vývodky byly skutečně utaženy podle doporučení výrobce, protože jakákoliv chyba se projeví vniknutím vlhkosti. Volba vhodného svítidla Halogenová svítidla Zářivková svítidla Na předřadník pro průmyslová svítidla jsou v některých směrech kladeny podstatně vyšší nároky než na předřadník pro konvenční svítidla. V první řadě musí mít minimální tepelné ztráty a co nejmenší rozměry, musí být odolný proti rušení a napěťovým špičkám a velkou výhodou je, jestliže je vybaven ochranami proti poruchám zářivkové trubice a proti přepětí. Nezbytnou součástí moderních předřadníků je obvod, zvaný korektor účiníku, který zajišťuje konstantní odběr výkonu ze sítě (elektronika by bez tohoto obvodu odebírala výkon ze sítě jen v určitých okamžicích, což je z hlediska energetiků velmi nevhodné). Tento obvod je možné řešit jednak jako pasivní, jednak jako aktivní. Aktivní korektor účiníku přináší mnoho výhod, spočívajících především ve stabilizaci jasu zářivky v širokém rozsahu napájecích napětí a vyšší odolnosti proti rušení, přes poněkud vyšší cenu je to jednoznačně lepší řešení. Dalším důležitým parametrem předřadníku je způsob nastartování výboje v zářivce. Optimálním řešením je tzv. řízený teplý start, při němž elektronika nejdříve nažhaví vlákna zářivky na optimální teplotu a pak impulsem zapálí výboj. Tento způsob startu je sice obvodově složitější, ale umožňuje dosáhnout života zářivky okolo 12 000 h. Obvodově podstatně jednodušší studený start zapaluje výboj pouze impulsem, což významným způsobem zkracuje život zářivek na hodnotu okolo 4 000 h. Kvalita obvodového řešení předřadníku určuje kvalitu celého svítidla a také jeho cenu. Doporučuji být velice opatrný v případě velmi levných zářivkových svítidel této kategorie – většinou se jedná o svítidla s předřadníkem se studeným startem, popř. dokonce s konvenčním elektromagnetickým předřadníkem, který by se na obráběcí stroje neměl použít v žádném případě. Velmi důležitým parametrem zářivkového svítidla pro průmyslové účely je odolnost proti rušení a napěťovým špičkám. Požadavek na minimální rozměry předřadníku je zřejmý; je-li předřadník stejně dlouhý jako zářivka, způsobuje to konstruktérovi množství problémů s umístěním svítidla, protože ve strojích není nikdy místa nazbyt. Celková tepelná bilance svítidla je další klíčový parametr a přes podstatně vyšší účinnost zářivek (ve srovnání s halogenovými žárovkami) je to jeden z největších oříšků, protože se opět jedná o zcela uzavřené svítidlo. Ztrátové teplo zářivky ve výši desítek wattů totiž ohřívá předřadník, jehož vlastní ztráty jsou jeden až dva watty, a tak významně snižuje spolehlivost použitých elektronických součástek (obecné pravidlo říká, že zvýšení teploty součástek o 10 °C zkrátí jejich životnost o jeden řád). Z tohoto hlediska je velmi vtipné řešení, jež odděluje tepelněizolační přepážkou prostor zářivky od prostoru předřadníku, čímž bylo dosaženo snížení teploty elektronických součástek až o 20 °C. Reflektor svítidel je vyroben z plechu, u jednodušších typů opatřeného bílým nátěrem. Vhodnější je vysoce leštěný rastrovaný hliníkový plech, který zaručuje lepší účinnost svítidla a dlouhodobou stabilitu parametrů odrazné vrstvy. Na reflektoru jsou upevněny objímky a držáky zářivek, které by měly být v otřesuvzdorném provedení, popř. by měla být zářivka zajištěna proti vypadnutí z objímky. Co čeká tento obor v budoucnu Přestože se občas zdá, že žárovkám obecně odzvonilo, objevila se v loňském roce nová halogenová žárovka s označením IRC. Její baňka je kulovitého tvaru a je potažena tepelně odraznou vrstvou. Díky tomu se ze žárovky odvádí méně tepla a bylo dosaženo o 30 % vyšší účinnosti a dvojnásobného života ve srovnání s běžnou halogenovou žárovkou. Tyto žárovky jsou zatím dostupné pouze v provedení na 12 V s paticí G6.35 a rozměrově jsou zcela shodné s dosavadním provedením halogenových žárovek s touž paticí. Často avizovaný nástup světlovodné techniky, která by dokázala eliminovat hlavní nevýhodu halogenových žárovek – vyzařování tepla – se odkládá. Příčinou je stále vysoká cena a poměrně nízká účinnost přenosu světla od žárovky k zakončení světlovodného kabelu. Své nezastupitelné místo má však tato technika v mikroskopii, endoskopii a při kontrole hlubokých děr. U zářivek je možné pozorovat jejich postupnou miniaturizaci a zřejmě není daleko doba, kdy se jim začne dařit vytlačovat halogenové žárovky i v oblasti malých svítidel. Náznakem je např. kruhová 7W zářivka s vestavěným elektronickým předřadníkem, jejíž rozměry a život ji přímo určují k místnímu osvětlení. Technika luminiscenčních diod (LED) postupuje vpřed mílovými kroky a v současnosti se jedná o jeden z nejperspektivnějších oborů. Objevují se první svítidla s vysoce účinnými LED, ale k náhradě žárovek a především zářivek je ještě daleko. Špičkové laboratorní barevné LED mají měrný výkon srovnatelný s kvalitní zářivkou, úspěšně byl vyřešen i problém generování bílého světla, ale překážkou je malý výkon, vysoká cena a potřeba speciálních napájecích obvodů. Průlom lze očekávat v použití výbojek, které donedávna byly handicapovány stroboskopickým jevem. S nástupem halogenidových výbojek malých výkonů (od 35 W) a s vývojem elektronických předřadníků pro tyto výbojky se zde otevírá prostor pro směrové osvětlení větších strojů s velmi malou tepelnou zátěží osvětlených předmětů. Nu, nechme se překvapit… Osvětlení Černoch s. r. o. |
Nejsou-li tyto nečistoty pravidelně odstraňovány (a to v praxi nejsou téměř nikdy), může dojít až ke ztrátě průsvitnosti čelního skla a dlouhodobě i k destrukci svítidla jeho přehřátím. Částečným řešením je použití poměrně rozměrných svítidel s velmi dobrým odvodem tepla, u nichž je řadou kroků snížena i teplota krycího skla. Takové svítidlo bývá osazeno žárovkou o příkonu 50 až 70 W, krytí svítidla by mělo být s ohledem na prostředí, ve kterém je provozováno, nejméně IP67 (obr. 1). Důležité je, že tento stupeň krytí musí mít nejen svítidlo, ale i jeho upevnění na stroj (kloub, kloubové rameno, ohebná hadice)!