Česká republika
Uhlíkové kartáče s integrovaným vypínacím zařízením
Je výhodou, když jsou ve Vašem nářadí uhlíkové kartáče s integrovaným vypínacím zařízením. Avšak i tyto mají svá slabá místa. Přečtěte si, co se jinde nedozvíte.
Lidstvo často pohánějí vpřed překážky, které je třeba řešit nebo překonávat. Ani technické problémy, které přinesl ve druhé polovině minulého století „boom“ malých komutátorových motorů, nejsou výjimkou. Hromadně se tehdy používaly – a dodnes používají – jako pohonné jednotky elektrických ručních nářadí nebo jiných podobných spotřebičů, které najdeme například v domácnostech.
Nikdo však nechtěl, aby tyto spotřebiče byly velké nebo aby byly drahé. Proto zde nebylo místa pro počítadla motohodin nebo jiná podobná zařízení a dost těžko si lze představit, že by někdo pravidelně kontroloval stav kartáčů a komutátoru v kuchyňském mixéru.
V podstatě to ani nebylo nutné. Zatížení (nebo přetížení) domácích spotřebičů (tím myslím i hobby nářadí v dílně kutila) nelze srovnávat se zatížením profesionálního elektrického ručního nářadí, které pracuje denně několik hodin, navíc zdaleka ne v takových podmínkách, jako je čistá kuchyně domácí hospodyně. Uhlíkové kartáče při takovém „občasném“ zatížení snadno přežijí nářadí – nebo i domácí hospodyni.
Jelikož cena rotoru a jeho komutátoru tvořily a tvoří podstatnou část nákladů při konstrukci elektrického ručního nářadí, mohli bychom zjednodušeně tvrdit, že i elektrická ruční nářadí určená pro nasazení v každodenní práci se podílela na vzniku nových vynálezů. A to tím, že bylo nutné řešit vznikající problémy – a bylo tedy nutné přemýšlet.
Samovypínací mechanismus uhlíkových kartáčů je typickým příkladem důmyslného řešení.
Uhlíkový kartáč s integrovaným vypínacím zařízením
V mezinárodním patentovém úřadu naleznete mnoho patentů, které se této problematiky přímo nebo nepřímo dotýkají. Zpočátku se soustředili na řešení vypínání ve velkých motorech, kde byly velké kartáče a tím i dost místa pro různé mechanismy. Uhlíkový kartáč s integrovaným vypínacím zařízením vhodný i pro malé motory elektrických ručních nářadí však dostal (téměř) dnešní podobu až patentem EP0023537A1 z roku 1981 (obr. 1).
Tím začala éra jejich „nasazení“ v elektrickém ručním nářadí.
Citace z patentu z roku 1981: „...uhlíkový kartáč (1) má zvedací pružinu (4) s izolační vsuvkou (5), která se nachází na konci bližším ke komutátoru (3) ... přičemž celý systém se podpírá o kovový uzávěr (6)...“.
Obr. 1. Nákres vypínacího kartáče zr. 1981
Izolační kolík byl sice nazván neobvykle jako „izolační vsuvka“ (v tomto patentu DE: Isolierstoffnippel), ale princip činnosti byl popsán velmi přesně. Jistě, od registrace patentu po hromadnou výrobu a používání v elektrických ručních nářadích ještě nějaká léta uběhla. Podrobněji jsme činnost kartáčů s „vyšším IQ“ již popisovali, ale abyste nemuseli proklikávat, stručně si jej zopakujeme:
Obr. 2. Uhlíkový kartáč s integrovaným vypínacím zařízením: izolační kolík A, limitní hranice opotřebování B, pružina C a uzávěr vypínacího mechanismu D
Vypínací mechanismus uhlíkového kartáče s integrovaným vypínacím zařízením (EN: Carbon brush with switch-off device, DE: Kohlebürste mit Abschaltvorrichtung) (obr. 2) sestává ze speciálně tvarovaného izolačního kolíku (obr. 2 A) umístěného v těle kartáče, a to v mezní hranici jeho opotřebování (obr. 2 B). Kolík je pod vlivem napnuté pružiny (obr. 2 C) a celý systém je uzavřen uzávěrem (obr. 2 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.
Všimněte si, jak se dnešní popis v hlavním rysu nápadně podobá tomu z roku 1981.
Na první pohled výborný nápad - vypnout přívod proudu při opotřebení kartáče na limitní hranici - měl však několik nedostatků. Nejslabším místem byl izolační kolík. Ten musí odolávat mechanickému a tepelnému namáhání, jakož i namáhání způsobenému elektrickým obloukem v momentě vypnutí, což klade vysoké nároky na takovou „drobnost“, jako je materiál kolíku.
Může totiž prasknout, karbonizovat nebo spálit se v oblouku, což by znamenalo, že tok proudu by se nepřerušil a motor by běžel dál. Proto se patentovaly různé profily a dělaly se nesčetné pokusy, aby izolační kolík mohl co nejlépe plnit svou funkci.
Očividným nedostatkem těchto kartáčů je, že nářadí zastane nečekaně. O jejich přednostech se říká, že spolehlivě vypnou přívod proudu do kartáče v momentě opotřebování pod limitní hranici a tím ochrání komutátor před poškozením.
Platí to však jen částečně. Každé zařízení má své nedostatky a je dobré o nich vědět. Vysvětlíme Vám, proč je zavádějící mluvit o absolutní spolehlivosti vypnutí a o absolutní ochraně komutátoru.
První nedostatek se týká izolačního kolíku. A nejde o problémy s materiálem, ze kterého je vyroben – to už je vyřešeno. Jde o to, že za určitých okolností může dojít k jeho vypadnutí (obr. 3).
Obr. 3. Pružina prorazila dno opotřebovaného uhlíkového kartáče
Potěším Vás – tomuto nedostatku se lze vyhnout – nejčastěji jde o nevědomost nebo nedůslednost uživatele. Dno vypínacího mechanismu je totiž pod značným tlakem silné pružiny na vypínací kolík. Označení „silná pružina“ platí doslova, protože při aktivaci (tedy, když uhlík dosáhl své limitní délky) musí co nejrychleji odtlačit kartáč od komutátoru a zároveň překonat i protitlak přítlačné pružiny uhlíkového kartáče. Když je například v momentě kontroly ve stavu, že má velmi tenké (nebo žádné) dno, může při demontáži „vystřelit“ – někdy i tak, že se nenajde. Není třeba ji hledat, stejně ji nepotřebujete, protože v takových případech se musí založit nové kartáče. Často však dochází k tomu, že kartáč (s dírou v trupu) jde zpět na své místo - to je ta nedůslednost. Motor se bez problémů rozjede, avšak po několika hodinách práce hrozí „z ničeho nic“ jeho vážné poškození.
Druhým nedostatkem je doběh rotoru po vypnutí. Moment aktivace vypínacího mechanismu nastává pouze během práce motoru – rotor se točí, s ním i komutátor, kartáč je přitlačen přítlačnou pružinou a pomalu z něj ubývá. Je logické, že když se s nářadím nepracuje, žádná aktivace vypínacího mechanismu nemůže nastat – z kartáče neubývá.
Obr. 4. Minibrázda v komutátoru způsobená vypínacím kolíkem
A teď pozor!
Otáčky rotoru elektrického ručního nářadí jsou poměrně vysoké – až 30.000 ot./min ., což je 500 otáček za sekundu. A v této chvíli kartáče vypnou... Motor se ze setrvačnosti točí dál, hlavička vypínacího kolíku tlačí na otáčející se komutátor.
K úplnému zastavení potřebuje například úhlová bruska téměř pět vteřin. Za tuto dobu se otočí komutátor asi 1000-krát a to často stačí k tomu, aby hlavička vypínacího kolíku vydřela do komutátoru alespoň malinkou brázdu (obr. 4).
A už jsme s nevýhodami téměř na konci, už jen jedna drobnost - tou je vznik elektrického oblouku.
Při nadzvednutí kartáče, kterým dosud procházel proud, se v tomto momentě vytvoří elektrický oblouk, i když jen na zlomek vteřiny.
Vypínací mechanismus zvedne kartáč, například u úhlové brusky HERMAN WX-12501 o 3-4mm (obr. 5).
Vzhledem ke krátkosti doby žádné vážné poškození komutátoru nehrozí, ale úplně „čisté“ to není.
Obr. 5. Vypínací mechanismus odpojil kartáč od komutátoru
Typická porucha: nářadí „z ničeho nic“ přestalo fungovat
Tak, a tady je podstata nejčastější příčiny poruchy, se kterou se denně setkáváme: nářadí „z ničeho nic“ přestalo fungovat. Uživatel ji takto v našem servisním formuláři často také vyznačuje.
Taková porucha vlastně ani není poruchou – jednoduše se opotřebovaly kartáče a je třeba je vyměnit. A jaký moment překvapení z toho, že nářadí náhle zastalo? Už jsme všichni jako silničáři, které každý rok v zimě překvapí, že napadl sníh? Vždyť Vaše nářadí Vám pomáhá vrtat, řezat či brousit – zaslouží si proto jakou-takou péči, nejlépe však pravidelnou údržbu.
Jeden příklad za všechny
Najdou se i takoví uživatelé, kterým vypínací mechanismus brání v práci.
Obr. 6. Zbytky kartáčů (A), se kterými se motor trápil v posledních hodinách svého života, zničený komutátor (B)
Prohlédněte si zbytky uhlíkových kartáčů na obr. 6 A. Nacházeli se v úhlové brusce, která byla zaslána do opravy v rámci záruční doby. Uživatel hrubým způsobem odstranil část těla kartáče, ve kterém se nacházel vypínací mechanismus – a to jen proto, že bruska nečekaně vypnula a náhradní kartáče zřejmě nebyly po ruce. Odstraněním vypínacího mechanismu a založením zbytků kartáčů na své místo se bruska stala funkční – když odhlédneme od toho, že to už nebyly kartáče, ale pouze jejich zbytky – o podlimitní délce se zde ani nedá mluvit. Motor se rozjel, ale během několika minut zničil komutátor (obr. 6 B) a byla nutná výměna celého rotoru. Škoda rovnající se téměř ceně nové brusky.
Na toto nedokáže přijít kdokoli. Musel to udělat někdo technicky zdatnější. Proč takoví lidé nevyužijí své schopnosti ve prospěch firmy, pro kterou pracují, například tím, že budou provádět pravidelnou kontrolu nářadí a šetřit tak její náklady? Namísto toho si takový pracovník možná řekne – „vždyť to není škoda, která se mě týká“...
Závěr
Uhlíkové kartáče s integrovaným vypínacím zařízením jsou vhodné zejména pro elektrická ruční nářadí, kde se předpokládá jejich vysoké opotřebení častým zapínáním, vypínáním a přetěžováním. Do této kategorie jednoznačně patří úhlové brusky, proto všechny naše modely s komutátorovým motorem mají vypínací kartáče. Nákladným opravám zabrání v naprosté většině případů, jak je však vidět, každé vylepšení má i své slabé stránky. Vzniku krátkého elektrického oblouku ani rýze jako následku doběhu rotoru po vypnutí kartáčů neumíte zabránit.
Co však ovlivnit víte, je předejít náhlému vypnutí – jednoduše vidět ve vypínacím mechanismu pouze jakousi „pojistku“, něco, co zabrání nejhoršímu tehdy, když to nepostřehneme při pravidelné údržbě. To se dá tak, že impulsem pro výměnu kartáčů nebude vypnutí motoru vypínacím mechanismem kartáče, ale prevence. Proto když při pravidelné kontrole komutátoru a kartáčů zjistíte, že kartáče jsou již příliš krátké, vyměňte je. Přesné údaje o minimálních délkách uhlíkových kartáčů pro naše nářadí naleznete v technické tabulce v detailu produktu HERMAN HCB. Toto jsou užitečné údaje, které nikde jinde nenajdete.
Klíčová slova: uhlíkové kartáče, integrované vypínací zařízení, vypínací mechanismus, komutátorové motory, elektrické ruční nářadí, izolační kolík, doběh rotoru, elektrický oblouk
Zdroje:
Interní technické a školicí materiály společnosti HERMAN
patent DE1838778U
patent EP0023537A1
patent DE2801839A1
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 😊.
Děkujeme, recenze byla přidána
Neodpověděli jste správně na otázky z článku
Mikulas Tóth –
Dobré rady nad zlato. Ďakujem
Papp Sándor –
Fontos tudnivalók vannak a cikkben
V článku jsou důležité informace
Přeložit text Zobrazit originálPapp Sándor –
Nagyon hasznos cikk! A gépek élettartamát tudjuk hosszabbítani
Velmi užitečný článek! Dokážeme prodloužit životnost strojů
Přeložit text Zobrazit originálSilvia Hanzelová –
Zrozumiteľné a výstižne napísané.
Silvia Hanzelová –
Zrozumiteľné a výstižne napísané.
Bába János –
Újdonság volt számomra!
Bylo to pro mě nové!
Přeložit text Zobrazit origináljakubmorave1987@seznam.cz –
Výborný článek
Ján Bunta –
poucny clanok, ale dolezite co v clanku zaznelo je prave prevencia. len kedy ju urobit? naradie sa potrebuje a ôna Vianoce" nerobi nik, ani ten technik, co by mohol naradie zlontrolovat. A pre to sa aj vy budete stale stretavat s podobnymi pripadmi, ako ste opisali v lanku.
tibor –
teším sa z nových patentov
Pavol Hanzel –
Výborne vysvetlené.
Petr Šindelář –
O vypínacím systému kartáčů jsem netušil.