Slovensko
Uhlíkové kefy s integrovaným vypínacím zariadením
Je výhodou, keď sú vo Vašom náradí uhlíkové kefy s integrovaným vypínacím zariadením. Avšak aj tieto majú svoje slabé miesta. Prečítajte si, čo sa inde nedozviete.
Ľudstvo často poháňajú vpred prekážky, ktoré treba riešiť alebo prekonávať. Ani technické problémy, ktoré priniesol v druhej polovici minulého storočia „boom“ malých komutátorových motorov, nie sú výnimkou. Hromadne sa vtedy používali – a dodnes používajú – ako pohonné jednotky elektrických ručných náradí alebo iných podobných spotrebičov, ktoré nájdeme napríklad v domácnostiach.
Nikto však nechcel, aby tieto spotrebiče boli veľké alebo aby boli drahé. Preto tu nebolo miesta pre počítadlá motohodín alebo iné podobné zariadenia a dosť ťažko si je predstaviť, že by niekto pravidelne kontroloval stav kief a komutátora v kuchynskom mixéri.
V podstate to ani nebolo potrebné. Zaťaženie (alebo preťaženie) domácich spotrebičov (tým myslím aj hobby náradie v dielni domáceho majstra) sa nedá porovnávať so zaťažením profesionálneho elektrického ručného náradia, ktoré pracuje denne niekoľko hodín, naviac zďaleka nie v takých podmienkach, akou je čistá kuchyňa domácej gazdinej. Uhlíkové kefy pri takomto „občasnom“ zaťažení ľahko prežijú náradie – alebo aj domácu gazdinú.
Keďže cena rotora a jeho komutátora tvorili a tvoria podstatnú časť nákladov pri konštrukcii elektrického ručného náradia, mohli by sme možno zjednodušene tvrdiť, že aj elektrické ručné náradia určené pre nasadenie v každodennej práci sa podieľali na vzniku nových vynálezov. A to tým, že bolo nutné riešiť vznikajúce problémy – a teda bolo nutné rozmýšľať.
Samovypínací mechanizmus uhlíkových kief je typickým príkladom dômyselného riešenia.
Uhlíková kefa s integrovaným vypínacím zariadením
V medzinárodnom patentovom úrade nájdete mnoho patentov, ktoré sa tejto problematiky priamo alebo nepriamo dotýkajú. Spočiatku sa sústredili na riešenie vypínania vo veľkých motoroch, kde boli veľké kefy a tým aj dosť miesta pre rôzne mechanizmy. Uhlíková kefa s integrovaným vypínacím zariadením vhodná aj pre malé motory elektrických ručných náradí však dostala (takmer) dnešnú podobu až patentom EP0023537A1 z roku 1981 (obr. 1).
Tým sa začala éra ich „nasadenia“ v elektrickom ručnom náradí.
Citácia z patentu z roku 1981: „...uhlíková kefa (1) má zdvíhaciu pružinu (4) s izolačnou vsuvkou (5), ktorá sa nachádza na konci bližšom ku komutátoru (3) ... pričom celý systém sa podopiera o kovový uzáver (6)...“.
Obr. 1. Nákres vypínacej kefy z r. 1981
Izolačný kolík bol síce nazvaný nezvyčajne ako „izolačná vsuvka“ (v tomto patente DE: Isolierstoffnippel), ale princíp činnosti bol popísaný veľmi presne. Iste, od registrácie patentu po hromadnú výrobu a používanie v elektrických ručných náradiach ešte nejaké roky ubehli. Podrobnejšie sme činnosť kief s „vyšším IQ“ už popisovali, ale aby ste nemuseli preklikávať, stručne si ho zopakujeme:
Obr. 2. Uhlíková kefa s integrovaným vypínacím zariadením: izolačný kolík A, limitná hranica opotrebovania B, pružina C a uzáver vypínacieho mechanizmu D
Vypínací mechanizmus uhlíkovej kefy s integrovaným vypínacím zariadením (EN: Carbon brush with switch-off device, DE: Kohlebürste mit Abschaltvorrichtung) (obr. 2) pozostáva zo špeciálne tvarovaného izolačného kolíka (obr. 2 A) umiestneného v tele kefy, a to v limitnej hranici jej opotrebovania (obr. 2 B). Kolík je pod vplyvom napnutej pružiny (obr. 2 C) a celý systém je uzavretý uzáverom (obr. 2 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.
Všimnite si, ako sa dnešný popis v hlavnej črte nápadne podobá tomu z roku 1981.
Na prvý pohľad výborný nápad – vypnúť prívod prúdu pri opotrebení kefy na limitnú hranicu - mal však niekoľko nedostatkov. Najslabším miestom bol izolačný kolík. Ten musí odolávať mechanickému a tepelnému namáhaniu, ako aj namáhaniu spôsobenému elektrickým oblúkom v momente vypnutia, čo kladie vysoké nároky na takú „drobnosť“, akou je materiál kolíka.
Môže totiž prasknúť, karbonizovať alebo spáliť sa v oblúku, čo by znamenalo, že tok prúdu by sa neprerušil a motor by bežal ďalej. Preto sa patentovali rôzne profily a robili sa nespočetné pokusy, aby izolačný kolík mohol čo najlepšie plniť svoju funkciu.
Očividným nedostatkom týchto kief je, že náradie zastane nečakane. O ich prednostiach sa hovorí, že spoľahlivo vypnú prívod prúdu do kefy v momente opotrebovania pod limitnú hranicu a tým ochránia komutátor pred poškodením.
Platí to však iba čiastočne. Každé zariadenie má svoje nedostatky a je dobré o nich vedieť. Vysvetlíme Vám, prečo je zavádzajúce hovoriť o absolútnej spoľahlivosti vypnutia a o absolútnej ochrane komutátora.
Prvý nedostatok sa týka izolačného kolíka. A nejde o problémy s materiálom, z ktorého je vyrobený – to už je vyriešené. Ide o to, že za určitých okolností môže dôjsť k jeho vypadnutiu (obr. 3).
Obr. 3. Pružina prerazila dno opotrebovanej uhlíkovej kefy
Poteším Vás - tomuto nedostatku sa dá vyhnúť - najčastejšie ide o nevedomosť alebo nedôslednosť užívateľa. Dno vypínacieho mechanizmu je totiž pod značným tlakom silnej pružiny na vypínací kolík. Označenie „silná pružina“ platí doslova, pretože pri aktivácii (teda vtedy, keď uhlík dosiahol svoju limitnú dĺžku) musí čo najrýchlejšie odtlačiť kefu od komutátora a zároveň prekonať aj protitlak prítlačnej pružiny uhlíkovej kefy. Keď je napríklad v momente kontroly v stave, že má veľmi tenké (alebo žiadne) dno, môže pri demontáži „vystreliť“ – niekedy aj tak, že sa nenájde. Netreba ju hľadať, aj tak ju nepotrebujete, pretože v takýchto prípadoch sa musia založiť nové kefy. Často však dochádza k tomu, že kefa (s dierou v trupe) ide späť na svoje miesto – to je tá nedôslednosť. Motor sa bez problémov rozbehne, avšak po niekoľkých hodinách práce hrozí „z ničoho nič“ jeho vážne poškodenie.
Druhým nedostatkom je dobeh rotora po vypnutí. Moment aktivácie vypínacieho mechanizmu nastáva iba počas práce motora – rotor sa točí, s ním aj komutátor, kefa je pritlačená prítlačnou pružinou a pomaly z nej ubúda. Je logické, že keď sa s náradím nepracuje, žiadna aktivácia vypínacieho mechanizmu nemôže nastať – z kefy neubúda.
Obr. 4. Minibrázda v komutátore spôsobená vypínacím kolíkom
A teraz pozor!
Otáčky rotora elektrického ručného náradia sú pomerne vysoké – až 30.000 ot./min., čo je 500 otáčok za sekundu. A v tejto chvíli kefy vypnú... Motor sa zo zotrvačnosti točí ďalej, hlavička vypínacieho kolíka tlačí na otáčajúci sa komutátor.
Na úplné zastavenie potrebuje napríklad uhlová brúska takmer päť sekúnd. Za túto dobu sa otočí komutátor asi 1000-krát a to často stačí k tomu, aby hlavička vypínacieho kolíka vydrela do komutátora aspoň maličkú brázdu (obr. 4).
A už sme s nevýhodami takmer na konci, už iba jedna drobnosť - tou je vznik elektrického oblúka.
Pri nadvihnutí kefy, ktorou doteraz prechádzal prúd, sa v tomto momente vytvorí elektrický oblúk, aj keď iba na zlomok sekundy.
Vypínací mechanizmus zdvihne kefu, napríklad u uhlovej brúsky HERMAN WX-12501 o 3-4mm (obr. 5).
Vzhľadom na krátkosť doby žiadne vážne poškodenie komutátora nehrozí, ale úplne „čisté“ to nie je.
Obr. 5. Vypínací mechanizmus odpojil kefu od komutátora
Typická porucha: náradie „z ničoho nič“ prestalo fungovať
Tak, a tu je podstata najčastejšej príčiny poruchy, s ktorou sa denne stretávame: náradie „z ničoho nič“ prestalo fungovať. Užívateľ ju takto v našom servisnom formulári často aj vyznačuje.
Takáto porucha vlastne ani nie je poruchou – jednoducho sa opotrebovali kefy a treba ich vymeniť. A aký moment prekvapenia z toho, že náradie náhle zastalo? Už sme všetci ako cestári, ktorých každý rok v zime prekvapí, že napadol sneh? Veď Vaše náradie Vám pomáha vŕtať, rezať či brúsiť – zaslúži si preto akú-takú starostlivosť, najlepšie však pravidelnú údržbu.
Jeden príklad za všetky
Nájdu sa aj takí užívatelia, ktorým vypínací mechanizmus bráni v práci.
Obr. 6. Zvyšky kief (A), s ktorými sa motor trápil v posledných hodinách svojho života, zničený komutátor (B)
Pozrite si zvyšky uhlíkových kief na obr. 6 A. Nachádzali sa v uhlovej brúske, ktorá bola zaslaná do opravy v rámci záručnej doby. Užívateľ hrubým spôsobom odstránil časť tela kefy, v ktorej sa nachádzal vypínací mechanizmus – a to iba preto, lebo brúska nečakane vypla a náhradné kefy zrejme neboli po ruke. Odstránením vypínacieho mechanizmu a založením zbytkov kief na svoje miesto sa brúska stala funkčnou – keď odhliadneme od toho, že to už neboli kefy, ale iba ich „kýpte“ – o podlimitnej dĺžke sa tu ani nedá hovoriť. Motor sa rozbehol, ale v priebehu niekoľkých minút zničil komutátor (obr. 6 B) a bola nutná výmena celého rotora. Škoda rovnajúca sa takmer cene novej brúsky.
Na toto nedokáže prísť ktokoľvek. Musel to urobiť niekto technicky zdatnejší. Prečo takýto ľudia nevyužijú svoje schopnosti v prospech firmy, pre ktorú pracujú, napríklad tým, že budú robiť pravidelnú kontrolu náradí a šetriť tak jej náklady? Namiesto toho si takýto pracovník možno povie – „veď to nie je škoda, ktorá sa ma týka“...
Záver
Uhlíkové kefy s integrovaným vypínacím zariadením sú vhodné najmä pre elektrické ručné náradia, kde sa predpokladá ich vysoké opotrebenie častým zapínaním, vypínaním a preťažovaním. Do tejto kategórie jednoznačne patria uhlové brúsky, preto všetky naše modely s komutátorovým motorom majú vypínacie kefy. Nákladným opravám zabránia v absolútnej väčšine prípadov, ako je však vidieť, každé vylepšenie má aj svoje slabé stránky. Vzniku krátkeho elektrického oblúka ani ryhe ako následku dobehu rotora po vypnutí kief neviete zabrániť.
Čo však ovplyvniť viete, je predísť náhlemu vypnutiu – jednoducho vidieť vo vypínacom mechanizme iba akúsi „poistku“, niečo, čo zabráni najhoršiemu vtedy, keď to nepostrehneme pri pravidelnej údržbe. To sa dá tak, že impulzom pre výmenu kief nebude vypnutie motora vypínacím mechanizmom kefy, ale prevencia. Preto keď pri pravidelnej kontrole komutátora a kief zistíte, že kefy sú už príliš krátke, vymeňte ich. Presné údaje o minimálnych dĺžkach uhlíkových kief pre naše náradia nájdete v technickej tabuľke v detaile produktu HERMAN HCB. Toto sú užitočné údaje, ktoré nikde inde nenájdete.
Kľúčové slová: uhlíkové kefy, integrované vypínacie zariadenie, vypínací mechanizmus, komutátorové motory, elektrické ručné náradie, izolačný kolík, dobeh rotora, elektrický oblúk
Zdroje:
Interné technické a školiace materiály spoločnosti HERMAN
patent DE1838778U
patent EP0023537A1
patent DE2801839A1
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 😊.
Ďakujeme za Vašu recenziu
Nedpovedali ste správne na otázky z článku
Mikulas Tóth –
Dobré rady nad zlato. Ďakujem
Papp Sándor –
Fontos tudnivalók vannak a cikkben
V článku sú dôležité informácie
Preložiť text Zobraziť originálPapp Sándor –
Nagyon hasznos cikk! A gépek élettartamát tudjuk hosszabbítani
Veľmi užitočný článok! Dokážeme predĺžiť životnosť strojov
Preložiť text Zobraziť originálSilvia Hanzelová –
Zrozumiteľné a výstižne napísané.
Silvia Hanzelová –
Zrozumiteľné a výstižne napísané.
Bába János –
Újdonság volt számomra!
Bolo to pre mňa nové!
Preložiť text Zobraziť 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.