Inteligentné uhlíkové kefy

K čomu slúžia a čo dokážu? Majú vôbec právo, aby sme ich takto nazývali?

Keďže je reč o inteligentných uhlíkových kefách, kvôli slovu „inteligentný“ som si dovolil dlhší úvod. Nemusíte ho čítať, môžete ho preskočiť rovno do celkom zaujímavej technickej časti.

Inteligentné produkty

Ešte sme sa nestihli vyrovnať so smartfónmi – najprv ich do škôl zavádzame a potom zakazujeme – a už sa na nás valí umelá inteligencia. Inteligentný (smart) môže byť nielen telefón, hodinky, automobil alebo dom – ale aj ventilátor, nabíjačka či prsteň. Slovo „inteligentný“ je tak populárne, že kvetináč s automatickou reguláciou zavlažovania nazývame inteligentný kvetináč a vodovodný ventil, ktorý zatvorí prívod vody pri detegovaní jej úniku sa volá inteligentný ventil. Hrniec, ktorý má v pamäti 150 receptov, nájdete s názvom inteligentný hrniec. Takže máme SMART kvetináč, SMART vodovodný ventil, SMART hrniec. Trocha smiešne, nemyslíte?

A keďže synonymá slova „inteligentný“ sú slová rozumný, bystrý, múdry..., máme tu rozumný kvetináč, bystrý vodovodný ventil či múdry hrniec...no, akosi mi to nevychádza.

A potom iný extrém. Natankujem do svojej motorky 10 litrov benzínu za 15,10 Eur a k tomu Coca-cola za 1,20 Eur. Obsluha za pultom – často so smartfónom v ruke - potrebuje kalkulačku, aby spočítala tieto dve jednoduché čísla.

Na okraj: Toho roku sa chystám na motorke do Bieloruska navštíviť priateľa z mojich dávnych vojenských čias. V Európe nepopulárny prezident tejto krajiny už pred rokmi urobil so smartfónmi to, o čo sa dnes snažíme v Európskej únii – zakázal ich používanie (obr. 1). Keď sa mi podarí vybaviť vízum, schválne budem sledovať, či obsluha na benzínke spočíta spamäti, koľko treba zaplatiť za benzín a colu.

Ale vráťme sa k smartfónom a k inteligencii.

Obr. 1. Zákaz používania smartfónov v školách platí v niektorých krajinách už dávno

Možno nám nakoniec umelá inteligencia pomôže dopracovať sa k tomu, že ak môže byť inteligentný vodovodný ventil, ktorý automaticky odstaví prítok vody pri jej úniku, potom aj človek, ktorý rukou takýto ventil uzavrie, bude inteligentný. Iste, toto tvrdenie je trocha pritiahnuté za vlasy, ale nespejeme k tomu, že keď človek bude schopný urobiť jednoduché veci – napríklad pokosiť trávu, zastaviť vodu alebo navariť obed – už bude považovaný za inteligentného? Alebo pracovník na benzínovom čerpadle, ktorý spamäti spočíta dve čísla – bude SMART pracovník?

Majú uhlíkové kefy právo na označenie „inteligentný“?

Keď už máme inteligentný kvetináč, vodovodný ventil alebo inteligentný hrniec, prečo by nemohli byť inteligentné uhlíkové kefy?

Iste, z technologického hľadiska je zrejme medzi inteligenciou mobilného telefónu a kosačky značný rozdiel. Ak nám však tento rozdiel nevadí a kosačky nazývame inteligentné, prečo by sme nemohli akceptovať prípadný rozdiel v inteligencii vodovodného ventilu a uhlíkovej kefy?

Inteligentný vodovodný ventil zaregistruje únik vody a zabráni potope v dome. Uhlíková kefa, ktorá zaregistruje opotrebenie na limitnej hranici a odpojí prívod prúdu do motora, čím zabráni poškodeniu komutátora – prečo by sa taká kefa nemohla nazývať inteligentnou? Aký je rozdiel medzi týmito dvoma produktmi? V hodnote zachráneného majetku? Alebo aké sú kritériá inteligencie?

Ako rozoznať „IQ“ uhlíkových kief

Závislosť údržby komutátorových motorov súvisiacej s včasnou výmenou uhlíkových kief iba na ľudskom faktore sa ukazuje ako problém. Častým dôsledkom je poškodenie komutátora, motora alebo celého zariadenia a niekedy aj požiare z nadmerného iskrenia.

Dokonca ani starostlivosť o také motory a generátory, ktoré majú zabudované počítadlo odpracovaných motohodín, bez rozmýšľajúceho a zodpovedného človeka nefunguje ako má. A to aj preto, že na životnosť kefy vplýva veľa faktorov.

Pre minimalizáciu vyššie uvedených problémov sa zrodili vylepšenia, z ktorých mnohé boli patentované. Nejde pritom o rádius ani o vrúbkovanie kontaktnej plochy kefy, ale o signalizáciu, že sa niečo deje, že treba niečo urobiť alebo sa na to pripraviť.

Elektrických ručných náradí sa týkajú (zatiaľ) najmä dve z nich: uhlíková kefa s integrovaným vypínacím zariadením a uhlíková kefa s integrovaným vypínacím zariadením so signalizáciou opotrebenia.

Obr. 2. Od najjednoduchšej k najzložitejšej uhlíkovej kefe

Rozoznáte ich jediným krátkym pohľadom (obr. 2). Najjednoduchšia, avšak najčastejšie používaná je štandardná kefa (obr. 2 A). Okrem čierneho „hranolčeka“ stanovených rozmerov vidíte jedno medené prívodné lanko (obr. 2 A1). Takáto kefa nevydáva žiadny signál a užívateľ sa musí spoľahnúť sám na seba - na sledovanie symptómov, teda prejavov, ktoré sú identifikovateľné zrakom, sluchom, čuchom či hmatom. Najlepšou prevenciou je a vždy zostane vykonávanie pravidelnej údržby.

Na obr. 2 B je kefa s vypínacím mechanizmom. Oproti štandardnému prevedeniu nájdete v blízkosti medeného lanka (obr. 2 B1) malú nenápadnú plochu kruhového tvaru, najčastejšie medenej farby (obr. 2 B2). Ide o „zátku“ – uzáver silnej pružiny, ktorá je súčasťou vypínacieho mechanizmu. O chvíľu sa dozviete, na čo slúži.

Nasleduje kefa s vypínacím mechanizmom a signalizáciou opotrebenia (obr. 2 C). Má všetko, čo predchádzajúca kefa, teda prívodné medené lanko (C1), vypínacie zariadenie (C2) a naviac - prívodný vodič pre signalizáciu opotrebenia (C3).

Pri kefe s jedným prívodom ide teda buď o štandardnú kefu alebo o kefu s vypínacím mechanizmom – hľadajte uzáver. Ak má kefa dva prívody, ide s určitosťou o kefu so signalizáciou. V tomto prípade uzáver určite nájdete – tieto kefy sa nevyrábajú iba so signalizáciou, ale vždy je v nich zabudovaný aj vypínací mechanizmus.

A ešte je aj jedno výrazne „inteligentnejšie“ prevedenie kief, ale o tom si povieme pár slov na konci článku.

Uhlíková kefa s integrovaným vypínacím zariadením

Napriek zložitému názvu ide o správne technické pomenovanie (EN: Carbon brush with switch-off device, DE: Kohlebürste mit Abschaltvorrichtung), ale ak by sme ubrali zo zložitosti, môžeme ich kľudne nazvať „samovypínacie“ alebo ešte jednoduchšie „vypínacie“.

Vypínací mechanizmus uhlíkovej kefy (obr. 3) pozostáva zo špeciálne tvarovaného izolačného kolíka (obr. 3 A) umiestneného v tele kefy, a to v limitnej hranici jej opotrebovania (obr. 3 B). V elektrickom ručnom náradí sa za takúto považuje obvykle dĺžka 4-10mm v závislosti od typu kefy. Kolík je pod vplyvom napnutej pružiny (obr. 3 C) a celý systém je uzavretý uzáverom (obr. 3 D).

Ak sa uhlíková kefa opotrebuje až po izolačný kolík, pružina povolí a izolačný kolík zdvihne uhlíkovú kefu z komutátora. Prúdový tok sa preruší a zariadenie sa vypne.

Tieto kefy sú vhodné najmä pre elektrické ručné náradia, kde sa predpokladá ich vysoké opotrebenie častým zapínaním, vypínaním a preťažovaním.

Obr. 3. Uhlíková kefa s integrovaným vypínacím zariadením: Izolačný kolík A, limitná hranica opotrebovania B, pružina C a uzáver vypínacieho mechanizmu D

Do tejto kategórie jednoznačne patria uhlové brúsky, preto všetky naše modely s komutátorovým motorom majú vypínacie kefy, napríklad HERMAN HCB.

V našich elektrických ručných náradiach sú kefy inštalované vždy v pároch a tak sú aj dodávané a vymieňané. Z dvoch kief, ktoré tvoria pár, je vypínacia iba jedna z nich. Vychádza sa totiž z predpokladu, že keď sú obe z rovnakého materiálu, pracujú v rovnakom režime a v rovnakom prostredí, aj ich opotrebenie je porovnateľné a prípadné rozdiely sú zanedbateľné.

Výhodou je spoľahlivé samočinné vypnutie zariadenia, nevýhodou nečakané zastavenie motora. Keď nie sú poruke vhodné náhradné kefy, práca zastane, čo môže spôsobiť neželané prestoje na vzdialenom pracovisku, napríklad na stavbe. Pre náradia v strojárskej výrobe by to nemal byť problém – tam by mali byť poruke náhradné kefy. Pri výmene by však aj tu mohlo nastať zdržanie, ak by sa výmena robila tak ako má, trvalo by to pri uhlovej brúske 20 minút.

Uhlíkové kefy s integrovaným vypínacím a signalizačným zariadením

Náhle vypnutie motora na limitnej hranici opotrebenia uhlíkových kief nikdy nie je príjemné. Tejto nevýhode sa dá samozrejme predísť pravidelnou kontrolou, čo sa od užívateľa aj očakáva. Žiadne náhle zastavenie by preto pri pravidelnej údržbe nemalo byť veľkým prekvapením.

Napriek tomu boli vyvinuté a používajú sa – aj keď v elektrických ručných náradiach zriedkavo - uhlíkové kefy s indikátorom opotrebenia. Ide o zdokonalenie kief s integrovaným vypínacím mechanizmom, ktorý je doplnený o optickú signalizáciu, ktorá v reči kief hovorí, že „keď nás nevymeníte, zariadenie vypneme“.

Obr. 4. Uhlíkové kefky so signalizačným zariadením: snímač A, vypínací mechanizmus B, prívodné lanko C

Princíp činnosti tejto kefy (obr. 4) spočíva v tom, že spodná časť signalizačného zariadenia – môžeme ho nazvať aj snímač - je izolovaná a inštalovaná o 1 až 3mm nižšie ako spodná časť izolačného kolíka vypínacieho zariadenia (obr. 4. A).

Keď sa uhlíková kefa opotrebuje až po snímač, izolácia sa zotrie (presnejšie - trením o komutátor dochádza k jej zodretiu) a vytvorí sa vodivé elektrické spojenie medzi snímačom a komutátorom. Na signalizačnom lanku je možné takto zachytiť napäťový signál a ďalej ho spracovať – napríklad pripojiť k servisnej LED dióde. Kefa zostáva naďalej funkčná a obsluha môže pracovať obvykle ďalších 8 až 10 hodín, čo umožňuje ich výmenu bez prestojov v práci, napríklad po pracovnej zmene.

Výhodou pre používateľa je definovateľný čas medzi signalizáciou a vypnutím, čo umožňuje včasnú výmenu kief pred zastavením motora a úsporu nákladov skrátením odstávky alebo zamedzením jej vzniku.

Komplikácie s týmto typom kief však nie sú len vo väčšej zložitosti ich výroby, ale najmä v nutnosti inštalácie dodatočného indikátora na elektrickom ručnom náradí, čím sa výroba predražuje. Preto sa zvyčajne používa iba pri náradí vyššej cenovej kategórie. U nás nájdete takúto kefu napríklad v kombinovanom kladive SDS-max HERMAN BX-1200. Prax je však taká, že robotník si signalizáciu nevšimne, nehlási alebo ju zatají a k prestojom dôjde tak či tak. Môj názor – ide o zbytočný prepych.

Záver

Nezastávam názor, že uvedené dva typy uhlíkových kief, o ktorých tu bola reč, by sa mali nazývať SMART kefy, inteligentné kefy alebo niečo podobné – aj keď sa s týmto označením často stretávame. Je to voči nim možno trocha nespravodlivé, veď si spomeňme na vodovodný ventil alebo hrniec...

Ide však nesporne o vylepšenia, ktoré prešli mnohými zdokonaleniami a pomáhajú človeku lepšie robiť prácu. Nenahradia ho však a bolo by dobre, keby jeho šikovné ruky a inteligentná hlava tu ešte dlho zostali.

Tu je pár sľúbených riadkov o skutočne inteligentných kefách (obr. 5). Používajú sa vo veľkých motoroch a generátoroch, napríklad vo veterných elektrárňach. Iste ste si ich pri cestovaní všimli – liezť do takej výšky kvôli kontrole kief je namáhavé a optimalizácia frekvencie kontrol je viac ako žiadúca.

Kefy týchto generátorov majú celý rad integrovaných snímačov, ktoré sú prepojené s riadiacou jednotkou. Personál údržby má tak kefy pod kontrolou kedykoľvek a kdekoľvek. Presné údaje znamenajú presné znalosti o zostávajúcej životnosti kief, čím sa dá efektívne plánovať ich údržba. Kontrola je diaľková elektronickým bezdrôtovým spojením v reálnom čase – kefy majú elektronický vysielač informácií a niekto ich z pohodlia svojej kancelárie zachytáva a kontroluje.

Obr. 5. Systém inteligentných kief

Aj v oblasti elektrického ručného náradia sa tieto elektronické systémy objavujú - nevyhneme sa tomu ani my. Ale sú to ďalšie prvky naviac a znamenajú ďalšie potenciálne poruchové miesta. A čo je pre profesionálne elektrické náradie kľúčové? Spoľahlivosť. Tak potom načo ďalšia elektronika?

Niekto môže namietať, že pri elektrickom ručnom náradí predsa ideme cestou bezkefových motorov, takže žiadna elektronika s inteligentnými uhlíkovými kefami aj tak nehrozí. Iste, do určitej miery je to pravda. Hrozí však iná elektronika – tá, ktorá riadi bezuhlíkové motory BLDC a BLAC. Tie sú totiž elektronikou priam presiaknuté...

Kľúčové slová: uhlíkové kefy, inteligentné uhlíkové kefy, elektrické ručné náradie, vypínací mechanizmus, signalizácia opotrebenia, inteligentné produkty

Zdroje:
Interné technické a školiace materiály spoločnosti 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

Vyštudoval som vojenskú školu, odbor letecká elektrotechnika. S náradím a nástrojmi som sa naučil pracovať už v detstve s otcom na stavbe rodinného domu. Každý náš nový produkt testujem aj osobne - vlastnými rukami vo svojej dobre vybavenej dielni. Vo voľnom čase sa rád preháňam na motorke po rumunských horských priesmykoch. Okrem toho študujem trendy v odbore a rád si vyskúšam aj konkurenčné produkty. Nad niektorými sa pousmejem, nad niektorými sa čudujem (že sa niekto dal nachytať a kúpil to) a niektoré sú fakt dobré. Skoro ako naše 😊.