Réparation d’un coupe-bordure Bosch Universal GrassCut 18-260

Cet article documente une intervention effectuée sur un coupe-bordure Universal GrassCut 18-260 du fabriquant Bosch.

Comme sa référence l’indique, il s’agit d’un modèle fonctionnant avec une batterie de 18 V et son diamètre de coupe mesure 260mm.

Ce coupe-bordure appartenait à Philippe, mon beau-père, qui relatait d’abord un problème de manque de puissance avant que le produit finisse complètement hors-service.

La réparation ne fut pas évidente car le produit cumulait trois pannes :

• Le roulement du porte bobine
• Le pont en H
• Un des packs batteries

Je réussirai les deux premières. Je ne réussirai pas la troisième qui ne sera pas pour autant bloquante dans l’utilisation du coupe bordure.

Cela fait désormais deux ans que mon collègue Philippe (pas mon beau père, c’est un autre Philippe) effectue inexorablement une lecture de mes articles tout en apportant des remarques pertinentes et constructives. Un remerciement tout particulier pour lui.

Bonne lecture.

 

Identification du produit

L’étiquette nous fournit plusieurs informations :

• La référence, UnivesalGrassCut 18-260
• Le part number, 3600 hc1 d00
• La tension d’alimentation, 18 V
• Son poids :2,7 kg
• La vitesse de rotation du fil coupe-bordure, 7300 tours/min
• La puissance sonore, 95 dB
• Son lieu de fabrication, en Hongrie
• La date de fabrication, février 2021
• Le marquage CE
• Le marquage EAC
• Un symbole DataMatrix contenant son EAN-13

Effectivement, Bosch a délocalisé en Hongrie (plus précisément dans la ville de Miskolc) une partie de la production des produits de la gamme Power Tools qui était historiquement à Sebnitz, en Allemagne.

Ce modèle est encore disponible à l’achat dans la boutique Bosch au prix de 169€.

https://www.bosch-diy.com/fr/fr/p/universalgrasscut-18v-260-06008c1d03

Pour ce produit, on retrouve également différents éclatés, dont celui ci-dessous plutôt complet qui permet l’identification des pièces qui peuvent être commandées.

En revanche, comme je m’y attendais, je ne trouve aucune information concernant le fonctionnement de la carte électronique de contrôle.

 

Démontage et diagnostic

Au moment où je démarre la séance, le boîtier porte-bobine ne tourne pas.

Le carter moteur, fixé par 6 vis à empreinte torx, s’ouvre assez facilement.

Le boîtier porte-bobine n’est pas en prise directe au moteur mais il est entrainé par une transmission à engrenage composé de deux roues dentées. Le mouvement axial du porte boîtier est assuré par un roulement à billes fixé au carter.

Un premier problème est déjà visible. De l’herbe venant se coincer dans ce roulement, ce dernier a tellement chauffé que le moyeu dans le carter en plastique a fondu.

Il y a quelque temps j’avais eu sous la main un coupe-bordure identique dont j’avais gardé une partie des pièces détachées.

La première réparation est réussie.

 

Le moteur

Comme le moteur a dû chauffer, je ne sais pas s’il est sorti indemne. Lorsque j’effectue un simple test en l’alimentant, il tourne. Mais est-ce qu’il est bon état ?

Trois codes sont gravés sur son châssis :
1 607 022 67S               Qui semble être la référence dans la base Bosch
920162                             Qui pourrait être un batch
KV3SF N-6038SF-W Qui permet de retrouver des équivalences

Ne trouvant aucune information sur le site du fabricant, je me contente d’une fiche d’un moteur donné comme équivalent sur un site marchand.

Il peut être alimenté entre 3V et 48V et supporte un courant maximal de 50A. Doté d’un couple maximal ≤10kg.cm, je n’ai pas trouvé d’informations concernant son rendement.

A l’œil on voit qu’il s’agit d’un classique moteur à balais avec un stator à aimants permanents.

Les tests que j’ai pu faire rapidement :

• Entre les bornes d’alimentation je mesure une résistance de 0.5 ohm et 0.10 mH. J’en déduis que la bobine n’est pas ouverte.
• Je n’ai aucun cour-circuit entre les deux bornes et le châssis. J’en déduis que l’isolement de la bobine est correct.
• Je l’alimente :
  • A 2.5 V absorbe 0.8 A                1630 tr/m
  • A 5 V absorbe 0.96 A             4200 tr/m
  • A 19 V absorbe 1.7 A                19300 tr/m
• Je fais tourner l’arbre et je mesure aux bornes une différence de potentiel qui semblait être plutôt linéaire avec la vitesse de rotation.

Si j’avais eu un peu plus de temps à consacrer, c’est sur ce dernier test j’aurais pu m’attarder. Notamment pour qualifier sa force contre-électromotrice (FCEM) à vide, sans charge.

La transmission

Nous avons vu que le porte-bobine n’était pas en prise directe à l’arbre moteur mais entrainé par un réducteur.

Comme on peut voir sur la photo ci-dessus, il s’agit d’une transmission cylindrique, à axes parallèles, à contact extérieur et à denture droite.

Il s’agit de la version sûrement la plus simple à fabriquer, la plus bruyante à haute vitesse et avec une transmission du couple assez limitée.

Le profil de la denture est également la plus commune, celle appelée « développante du cercle ».
Le pignon mesure 3 cm de diamètre et est composé de 18 dents
La couronne mesure 4,5 cm diamètre et est composée de 29 dents

Lorsque le pignon effectue un tour, la couronne effectue une rotation de 200°
Lorsque la couronne effectue un tour, le pignon effectue une rotation de 360° + 90°

Le critère de répartition des usures est respecté. 18 et 29 étaient premiers entre eux, chaque dent du pignon rencontre chaque roue de la couronne.

Le rapport de réduction est égal à 1,6 :1

• La vitesse de la couronne = vitesse du pignon ÷ 1,61
• Le couple à la couronne = couple au pignon x 1,61

La fiche technique nous a dit que le couple maximal du moteur était de 10 kg.cm. Le couple maximal à la couronne sera donc de 16,1 kg.cm.

Le couple a augmenté de 61% et la vitesse a diminué d’autant.

A ce stade nous disposons de tous les éléments pour aller un peu plus loin.

La puissance mécanique en sortie est donnée par la formule

P = Ccouronne​ × ω        avec ω = 2π × (rpmsortie /60)

L’étiquette nous avait indiqué une rmp_sortie de 7300 tr/min. Dans cette situation, le moteur est en train de tourner à environ 11 760 tr/min.
ω = 2π × (rpmsortie /60) = 2π × 607300 = 764,49 rad/s
Le couple moteur (donc celui au pignon) est de 10 kg.cm équivalent à 0,98 N.m.

Le couple à la couronne est de

Ccouronne = Cpignon × i = 0,98 N.m × 1,6 = 1,57 N.m

P = 1,57 N.m × 764,49 rad/s = 1200 W

Il faut soustraire les pertes mécaniques donc la puissance finale serait plutôt d’environ 90% de cette valeur.

La référence du coupe bordure nous indiquant un diamètre du carter de 26 cm, la longueur du fil est de 13 cm.

La force tangente au périmètre peut être calculée en utilisant la formule :

F = C_couronne/r = (1,57996 N.m)/(0,13 m) ≈ 12,15 N

Plus le fil est long, plus la force tangente diminue car le même couple sera réparti sur un rayon plus grand.

 

La carte électronique

Le moteur est commandé par une carte électronique positionnée en tête du manche télescopique.

Des identifiants qui se trouvent sont PCB2991 Rev0.2 et P/N 1600A0154T
La carte a été fabriquée le 15 octobre 2013.
Il s’agit d’un circuit imprimé sur un composite de résine époxyde renforcée de fibre de verre (FR-4), il pèse 57 g (2 Oz) et il est épais 1,6 mm.

Il est imprimé au moins sur deux couches extérieures et je n’ai pas réussi à voir si d’autres étaient présentes.

La carte étant complètement tropicalisée, l’identification des composants reste compliquée.

Un microcontrôleur (PIC16F882) est visible sur la droite et deux transistors de puissance (LR4132) se trouvent au milieu. Celui sur la droite est complètement cramé.

Je ne trouve aucune information concernant cette carte.

Et c’est bien cela la partie plus belle de cette histoire.

En effectuant ces recherches, j’ai trouvé un article rédigé par un certain Monsieur Philippe Le Guen. Encore un Philippe mais qui n’est ni mon beau-père ni mon collègue. Il relate un problème dans le fonctionnement d’une visseuse ce qui me permet d’apprendre que la carte est sûrement utilisée sur un large éventail d’outil de la gamme PowerTools de chez Bosch.

L’article est disponible en utilisant le lien ci-dessous. Je vous laisse lire l’article et je vous retrouve plus tard dans les conclusions.
https://www.pleguen.fr/index.php/panne-sur-perceuse-visseuse-bosch-psb-18-li-2

La qualité de son article est telle que je ne saurais rien ajouter. Il a même réalisé un schéma qu’il a mis à disposition en téléchargement.

Comme proposé par Monsieur Le Guen, je procède au remplacement des MOSFET par une modèle un peu plus robuste. Dans mon cas, j’ai choisi de 025N06N.

Les transistors d’origine sont dans un package TO-252.

Je n’ai pas les outils nécessaires, et non plus les compétences, pour les remplacer à l’identique. J’opte pour un package TO-220.

Un jour j’aimerais apprendre à souder les composants montés en surface. A chaque jour suffit sa peine.

Comme d’habitude, pour la fourniture des composants je me la joue locale. Merci à toute l’équipe E44 pour être toujours de bon conseil et si disponible dans la recherche des équivalences.

Je remonte le tout, j’alimente et…ça tourne !

Entre la carte électronique et les bornes d’alimentation du moteur, on retrouve deux ferrites, une dans chaque extrémité.

Chaque section d’alimentation est connectée à la suivante par un couple de cosses FastOn. Chaque jonction dispose d’un système de détrompeur sans faille avec le sens des FastOn qui sont inversés. Bravo à l’ingénieur chez Bosch pour cette astuce, pas folle la guêpe.

Il n’y qu’une chose qui m’a gêné. La jonction entre la carte et le câble traversant le manche n’est pas protégée. J’ai trouvé cela assez étrange donc j’ai isolé les cosses FastOn par une gaine thermorétractable.

 

Quelques mesures

Le moteur étant piloté par un demi-pont, j’ai trouvé qu’il pouvait être intéressant d’effectuer quelques mesures à l’aide de l’oscilloscope.

Dans un coupe bordure, le fil tourne seulement dans un sens. Il n’y a donc que 2 éléments sur 4 du pont en H.

Avec la sonde connectée aux bornes du moteur, je trouve le signal ci-dessous.

Une onde carrée dont la fréquence est de 20 kHz et la tension moyenne de 12,9V.
La durée du cycle est donc de 50 µS.

En effectuant un réglage sur 10.0 µS/division (photo ci-dessous) on obtient :

• HIGH : 3,5 × 10.0 µS = 35 µS
• LOW : 1,5 × 10.0 µS = 15 µS

Ce qui nous amène à un rapport cyclique de 70%.

Le canal 2 de l’oscilloscope est sur la gâchette d’un MOSFET (celui sur la droite) du demi-pont.

La fréquence est bien la même, le rapport cyclique également. Alors que la tension de crête est celle de la commande qui pilote le pont.

Le moteur absorbe 7A au démarrage. Une fois qu’il est à régime, sans aucune charge, il absorbe 2.6 A.

Dans ces conditions de régime stationnaire, la vitesse de rotation mesurée au porte bobine est de 7 950 tr/min.

Cette vitesse est supérieure par rapport à celle indiquée sur l’étiquette (7 300 tr/min). La bobine et le fil devraient ralentir et il se peut que des erreurs soient introduits par mon tachymètre à infrarouge car il n’a rien d’un outil professionnel.

Si j’avais eu un peu plus temps, ce qui m’aurait plu cela aurait été de trouver le bon réglage de l’oscilloscope pour observer le régime transitoire. Monsieur Le Guen l’a très bien fait et documenté dans son article. Il faut garder des choses pour se motiver lors des prochaines séances 😊.

 

La batterie d’alimentation

Le système d’alimentation est basé sur un pack batterie PBA 18 V 2.0 Ah.

Mon beau-père m’a donné un set de 5 batteries et il y en a une qui fait tourner le moteur en sursaut. Cette panne n’est pas bloquante car je dispose de 4 batteries qui fonctionnent parfaitement. Cette fois, je ne vais pas m’attarder sur un diagnostic et réparation.

Cette batterie fait partie de celle adhérant au réseau « POWER FOR ALL ALLIANCE »

Il s’agit d’un standard rendant la batterie compatible avec des outils fabriqués par d’autres marques.

Les marques qui adhérent au standard sont les suivants :

Alors que l’image ci-dessous donne une idée du large éventail des outils compatibles.

Cela pourrait sembler beaucoup. En même temps, ce ne sont pas de marques dont actuellement je dispose d’outils. Pour certaines, je n’en avais même jamais entendu parler.

Je démonte la batterie et je trouve un élément composé de 5 cellules Li-Ion 3,7 V de chez Samsung : 18650 INR18650-20R 2000 mAh 22 A

De l’autre côté se trouve un BMS (le système de contrôle des batteries d’accumulateurs) :

Sa référence est 1600A0039h. Je ne trouve aucune information le concernant.

On reconnait les 5 transistors, un pour chaque élément ainsi qu’un microcontrôleur (celui sur la droite) pour le circuit de protection. Avec la patience qu’il faut, j’ai trouvé la datasheet du microcontrôleur à cette adresse https://www.alldatasheet.net/datasheet-pdf/download/1210375/TI1/BQ771802DPJR.html

Ci-dessous un schéma simplifié d’utilisation :

Il y a un deuxième circuit intégré sur la gauche. En faisant des lectures, il semblerait que cette puce implémente un brevet propre à Bosch appelé « Technologie Syneon ». Si cela devait être le cas, cette puce est chargée de reconnaître la puissance nécessaire pour chaque application. Cela afin d’optimiser le courant délivré plutôt que laisser la batterie laisser délivrer tout ce que l’outil lui demande.

Ci-dessous une photo de l’ensemble composé par la batterie, le chargeur et le connecteur de la batterie côté outil:

La photo ci-dessus et ci-dessous montrent la géométrie des broches du connecteur mâle côté coupe-bordure et de la longueur réduite d’une des broches dans le connecteur du côté du charger. Sur la carte du BMS on aperçoit également un emplacement pour un connecteur qui n’est pourtant pas installé.

Je suppose que ce sont ces détails à pouvoir permettre une certaine interopérabilité entre les batteries, les chargeurs ainsi que l’alimentation de produits de marques différentes.

Lorsque le pack est fraîchement chargé, le moteur tourne régulièrement. La tension mesurée aux bornes de chaque élément est de 4.5 V. Le moteur commencer à tourner fonctionner de manière intermittente au bout de deux minutes. La tension des éléments est descendue à 3.6 V. La différence de potentiel a chuté soudainement, les cellules sont malgré tout toujours équilibrées.

J’arrête ici la séance sans m’attarder sur la réparation de ce pack batterie.

 

Conclusions

La qualité de fabrication est excellente dans son ensemble. Il me semblait dommage de le démonter pour pièces sans même tenter la réparation. C’est chose faite.

Sur les trois pannes identifiées :

• Le roulement du porte bobine a été réparé
• Le demi-pont a été réparé
• Un des packs batteries n’as pas été réparé

Au-delà de la satisfaction par la réparation réussie, le plus beau souvenir que je garde c’est que j’ai pu faire connaissance (par mail pour le moment) de Monsieur Philippe Le Guen. Son site web est riche d’articles fortement inspirants. Je me retrouve entièrement dans sa manière de documenter les pannes et les solutions qu’il apporte.

Bon entretien des espaces verts à tous.

Un post LinkedIn concernant cet article est accessible à cette adresse.

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