Inteligentní uhlíkové kartáče

K čemu slouží a co dokáží? Mají vůbec právo, abychom je takto nazývali?

Jelikož je řeč o inteligentních uhlíkových kartáčích, kvůli slovu „inteligentní“ jsem si dovolil delší úvod. Nemusíte ho číst, můžete jej přeskočit rovnou k docela zajímavé technické části.

Inteligentní produkty

Ještě jsme se nestihli vyrovnat s chytrými telefony – nejprve je do škol zavádíme a pak zakazujeme – a už se na nás valí umělá inteligence. Inteligentní (smart) může být nejen telefon, hodinky, automobil nebo dům – ale také ventilátor, nabíječka či prsten. Slovo „inteligentní“ je tak populární, že květináč s automatickou regulací zavlažování nazýváme inteligentní květináč a vodovodní ventil, který zavře přívod vody při detekování jejího úniku se jmenuje inteligentní ventil. Hrnec, který má v paměti 150 receptů, naleznete s názvem inteligentní hrnec. Takže máme SMART květináč, SMART vodovodní ventil, SMART hrnec. Trochu směšné, nemyslíte?

A protože synonyma slova „inteligentní“ jsou slova rozumný, bystrý, moudrý..., máme tu rozumný květináč, bystrý vodovodní ventil či moudrý hrnec... no, jaksi mi to nevychází.

A pak jiný extrém. Natankuji do své motorky 10 litrů benzínu za 380 Kč a k tomu Coca-cola za 3 30 Kč. Obsluha za pultem – často s chytrým telefonem v ruce – potřebuje kalkulačku, aby spočítala tato dvě jednoduchá čísla.

Na okraj: Toho roku se chystám na motorce do Běloruska navštívit přítele z mých dávných vojenských dob. V Evropě nepopulární prezident této země již před lety udělal se smartphony to, o co se dnes snažíme v Evropské unii – zakázal jejich používání (obr. 1). Když se mi podaří vyřídit vízum, schválně budu sledovat, zda obsluha na benzínce spočítá zpaměti, kolik je třeba zaplatit za benzín a colu.

Ale vraťme se k chytrým telefonům a k inteligenci.

Obr. 1. Zákaz používání chytrých telefonů ve školách platí v některých zemích již dávno

Možná nám nakonec umělá inteligence pomůže dopracovat se k tomu, že může-li být inteligentní vodovodní ventil, který automaticky odstaví přítok vody při jejím úniku, pak i člověk, který rukou takový ventil uzavře, bude inteligentní. Jistě, toto tvrzení je trochu přitažené za vlasy, ale nespějeme k tomu, že když člověk bude schopen udělat jednoduché věci – například posekat trávu, zastavit vodu nebo navařit oběd – už bude považován za inteligentního? Nebo pracovník na benzinovém čerpadle, který zpaměti spočítá dvě čísla – bude SMART pracovník?

Mají uhlíkové kartáče právo na označení „inteligentní“?

Když už máme inteligentní květináč, vodovodní ventil nebo inteligentní hrnec, proč by nemohly být inteligentní uhlíkové kartáče?

Jistě, z technologického hlediska je zřejmě mezi inteligencí mobilního telefonu a sekačky značný rozdíl. Pokud nám však tento rozdíl nevadí a sekačky nazýváme inteligentní, proč bychom nemohli akceptovat případný rozdíl v inteligenci vodovodního ventilu a uhlíkového kartáče?

Inteligentní vodovodní ventil zaregistruje únik vody a zabrání potopě v domě. Uhlíkový kartáč, který zaregistruje opotřebení na limitní hranici a odpojí přívod proudu do motoru, čímž zabrání poškození komutátoru – proč by se takový kartáč nemohl nazývat inteligentní? Jaký je rozdíl mezi těmito dvěma produkty? V hodnotě zachráněného majetku? Nebo jaká jsou kritéria inteligence?

Jak rozeznat „IQ“ uhlíkových kartáčů

Závislost údržby komutátorových motorů související s včasnou výměnou uhlíkových kartáčů pouze na lidském faktoru se ukazuje jako problém. Častým důsledkem je poškození komutátoru, motoru nebo celého zařízení a někdy i požáry z nadměrného jiskření.

Dokonce ani péče o takové motory a generátory, které mají zabudované počítadlo odpracovaných motohodin, bez přemýšlejícího a zodpovědného člověka nefunguje jak má. A to i proto, že životnost kartáče ovlivňuje mnoho faktorů.

Pro minimalizaci výše uvedených problémů se zrodila vylepšení, z nichž mnohé byly patentovány. Nejde přitom o rádius ani o vroubkování kontaktní plochy kartáče, ale o signalizaci, že se něco děje, že je třeba něco udělat nebo se na to připravit.

Elektrických ručních nářadí se týkají (zatím) zejména dvě z nich: uhlíkový kartáč s integrovaným vypínacím zařízením a uhlíkový kartáč s integrovaným vypínacím zařízením se signalizací opotřebení.

Obr. 2. Od nejjednoduššího k nejsložitějšímu uhlíkovému kartáči

Rozeznáte je jediným krátkým pohledem (obr. 2). Nejjednodušší, avšak nejčastěji používaný je standardní kartáč (obr. 2 A). Kromě černého „hranolečku“ stanovených rozměrů vidíte jedno měděné přívodní lanko (obr. 2 A1). Takový kartáč nevydává žádný signál a uživatel se musí spolehnout sám na sebe - na sledování symptomů, tedy projevů, které jsou identifikovatelné zrakem, sluchem, čichem či hmatem. Nejlepší prevencí je a vždy zůstane provádění pravidelné údržby.

Na obr. 2 B je kartáč s vypínacím mechanismem. Oproti standardnímu provedení naleznete v blízkosti měděného lanka (obr. 2 B1) malou nenápadnou plochu kruhového tvaru, nejčastěji měděné barvy (obr. 2 B2). Jedná se o „zátku“ – uzávěr silné pružiny, která je součástí vypínacího mechanismu. Za chvíli se dozvíte, k čemu slouží.

Následuje kartáč s vypínacím mechanismem a signalizací opotřebení (obr. 2 C). Má vše, co předchozí kartáč, tedy přívodní měděné lanko (C1), vypínací zařízení (C2) a navíc - přívodní vodič pro signalizaci opotřebení (C3).

U kartáče s jedním přívodem jde tedy buď o standardní kartáč nebo o kartáč s vypínacím mechanismem – hledejte uzávěr. Pokud má kartáč dva přívody, jde s určitostí o kartáč se signalizací. V tomto případě uzávěr určitě najdete – tyto kartáče se nevyrábějí pouze se signalizací, ale vždy je v nich zabudován také vypínací mechanismus.

A ještě je i jedno výrazně „inteligentnější“ provedení kartáčů, ale o těch si povíme pár slov na konci článku.

Uhlíkový kartáč s integrovaným vypínacím zařízením

Navzdory složitému názvu jde o správné technické pojmenování (EN: Carbon brush with switch-off device, DE: Kohlebürste mit Abschaltvorrichtung , ale pokud bychom ubrali ze složitosti, můžeme je klidně nazvat „samovypínací“ nebo ještě jednodušeji „vypínací“.

Vypínací mechanismus uhlíkového kartáče (obr. 3) sestává ze speciálně tvarovaného izolačního kolíku (obr. 3 A) umístěného v těle kartáče, a to v mezní hranici jeho opotřebování (obr. 3 B). V elektrickém ručním nářadí se za takovou považuje obvykle délka 4-10mm v závislosti na typu kartáče. Kolík je pod vlivem napnuté pružiny (obr. 3 C) a celý systém je uzavřen uzávěrem (obr. 3 D).

Pokud se uhlíkový kartáč opotřebuje až po izolační kolík, pružina povolí a izolační kolík zvedne uhlíkový kartáč z komutátoru. Proudový tok se přeruší a zařízení se vypne.

Tyto kartáče jsou vhodné zejména pro elektrická ruční nářadí, kde se předpokládá jejich vysoké opotřebení častým zapínáním, vypínáním a přetěžováním.

Obr. 3. Uhlíkový kartáč s integrovaným vypínacím zařízením: Izolační kolík A, limitní mez opotřebování B, pružina C a uzávěr vypínacího mechanismu D

Do této kategorie jednoznačně patří úhlové brusky, proto všechny naše modely s komutátorovým motorem mají vypínací kartáče, například HERMAN HCB.

V našich elektrických ručních nářadích jsou kartáče instalovány vždy v párech a tak jsou i dodávány a vyměňovány. Ze dvou kartáčů, které tvoří pár, je vypínací pouze jeden z nich. Vychází se totiž z předpokladu, že když jsou obě ze stejného materiálu, pracují ve stejném režimu a ve stejném prostředí, i jejich opotřebení je srovnatelné a případné rozdíly jsou zanedbatelné.

Výhodou je spolehlivé samočinné vypnutí zařízení, nevýhodou nečekané zastavení motoru. Když nejsou po ruce vhodné náhradní kartáče, práce zastane, což může způsobit nežádoucí prostoje na vzdáleném pracovišti, například na stavbě. Pro nářadí ve strojírenské výrobě by to neměl být problém – tam by měly být po ruce náhradní kartáče. Při výměně by však i zde mohlo nastat zdržení, pokud by se výměna dělala tak, jak má, trvalo by to při úhlové brusce 20 minut.

Uhlíkové kartáče s integrovaným vypínacím a signalizačním zařízením

Náhlé vypnutí motoru na mezní hranici opotřebení uhlíkových kartáčů nikdy není příjemné. Této nevýhodě lze samozřejmě předejít pravidelnou kontrolou, což se od uživatele očekává. Žádné náhlé zastavení by proto při pravidelné údržbě nemělo být velkým překvapením.

Přesto byly vyvinuty a používají se – i když v elektrických ručních nářadích vzácně – uhlíkové kartáče s indikátorem opotřebení. Jde o zdokonalení kartáčů s integrovaným vypínacím mechanismem, který je doplněn o optickou signalizaci, která v řeči kartáčů říká, že „když nás nevyměníte, zařízení vypneme“.

Obr. 4. „Inteligentní“ uhlíkové kartáče: snímač A, vypínací mechanismus B, přívodní lanko C

Princip činnosti tohoto kartáče (obr. 4) spočívá v tom, že spodní část signalizačního zařízení – můžeme ho nazvat i snímač – je izolována a instalována o cca 1mm níže než spodní část izolačního kolíku vypínacího zařízení (obr. 4. A).

Když se uhlíkový kartáč opotřebuje až po snímač, izolace se setře (přesněji - třením o komutátor dochází k jejímu sedření) a vytvoří se vodivé elektrické spojení mezi snímačem a komutátorem. Na signalizačním lanku lze takto zachytit napěťový signál a dále jej zpracovat – například připojit k servisní LED diodě. Kartáč zůstává nadále funkční a obsluha může pracovat obvykle dalších 8 až 10 hodin, což umožňuje jejich výměnu bez prostojů v práci, například po pracovní směně.

Výhodou pro uživatele je definovatelný čas mezi signalizací a vypnutím, což umožňuje včasnou výměnu kartáčů před zastavením motoru a úsporu nákladů zkrácením odstávky nebo zamezením jejímu vzniku.

Komplikace s tímto typem kartáčů však nejsou jen ve větší složitosti jejich výroby, ale zejména v nutnosti instalace dodatečného indikátoru na elektrickém ručním nářadí, čímž se výroba prodražuje. Proto se obvykle používá pouze u nářadí vyšší cenové kategorie. U nás najdete takový kartáč například v kombinovaném kladivu SDS-max HERMAN BX-1200. Praxe je však taková, že dělník si signalizaci nevšimne, nehlásí nebo ji zatají a k prostojům dojde tak jako tak. Můj názor - jde o zbytečný přepych.

Závěr

Nezastávám názor, že uvedené dva typy uhlíkových kartáčů, o kterých zde byla řeč, by se měly nazývat SMART kartáče, inteligentní kartáče nebo něco podobného – i když se s tímto označením často setkáváme. Je to vůči nim možná trochu nespravedlivé, vždyť si vzpomeňme na vodovodní ventil nebo hrnec...

Jde však nesporně o vylepšení, která prošla mnoha zdokonaleními a pomáhají člověku dělat práci lépe. Nenahradí ho však a bylo by dobře, kdyby jeho chytré ruce a inteligentní hlava zde ještě dlouho zůstaly.

Zde je pár slíbených řádků o opravdu inteligentních kartáčích (obr. 5). Používají se ve velkých motorech a generátorech, například ve větrných elektrárnách. Jistě jste si jich při cestování všimli - lézt do takové výšky kvůli kontrole kartáčů je namáhavé a optimalizace frekvence kontrol je více než žádoucí.

Kartáče těchto generátorů mají celou řadu integrovaných snímačů, které jsou propojeny s řídící jednotkou. Personál údržby má tak kartáče pod kontrolou kdykoli a kdekoli. Přesné údaje znamenají přesné znalosti o zbývající životnosti kartáčů, čímž lze efektivně plánovat jejich údržbu. Kontrola je dálková elektronickým bezdrátovým spojením v reálném čase – kartáče mají elektronický vysílač informací a někdo je z pohodlí své kanceláře zachycuje a kontroluje.

Obr. 5. Systém inteligentních kartáčů

I v oblasti elektrického ručního nářadí se tyto elektronické systémy objevují – nevyhneme se tomu ani my. Ale jsou to další prvky navíc a znamenají další potenciální poruchová místa. A co je pro profesionální elektrické nářadí klíčové? Spolehlivost. Tak potom nač další elektronika?

Někdo může namítat, že u elektrického ručního nářadí přece jedeme cestou bezkartáčových motorů, takže žádná elektronika s inteligentními uhlíkovými kartáči stejně nehrozí. Jistě, do určité míry je to pravda. Hrozí však jiná elektronika – ta, která řídí bezuhlíkové motory BLDC a BLAC. Ty jsou totiž elektronikou přímo prosáklé...

Klíčová slova: uhlíkové kartáče, inteligentní uhlíkové kartáče, elektrické ruční nářadí, vypínací mechanismus, signalizace opotřebení, inteligentní produkty

Zdroje:
Interní technické a školicí materiály společnosti HERMAN
www.schunk-group.com
www.ohiocarbon.com
patent DE1838778U
patent DE2801839A1
www.postawy.by/2022/10/zapret-na-smartfony-vo-vremya-urokov-preimushhestva-i-nedostatki-novyh-pravil/

Ing. Herman Nagypál

Vystudoval jsem vojenskou školu, obor letecká elektrotechnika. S nářadím a nástroji jsem se naučil pracovat už v dětství s tátou na stavbě rodinného domu. Každý náš nový produkt testuji i osobně - vlastníma rukama ve své dobře vybavené dílně. Ve volném čase se rád proháním na motorce po rumunských horských průsmycích. Kromě toho studuji trendy v oboru a rád si vyzkouším i konkurenční produkty. Nad některými se pousměju, nad některými se divím (že se někdo dal nachytat a koupil to) a některé jsou fakt dobré. Skoro jako naše 😊.