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Stand der
Technik
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Es
sind Handwerkzeugmaschinen mit einem Elektromotor bekannt. Dieser
weist einen um eine Ankerachse drehbaren Kommutator zur Polumschaltung
einer Ankerwicklung auf, welcher mehrere in Umfangsrichtung angeordnete
leitfähige
Lamellen umfasst. Diese werden im Betrieb der Handwerkzeugmaschine
von einer Kohlebürste
kontaktiert, die in Radialrichtung verschiebbar in einem Bürstenköcher angeordnet
ist, welcher mit einem Motorgehäuse
starr verbunden ist. Bei einer Rotation des Kommutators übertragen
sich aufgrund der Lamellenstruktur der Kommutatoroberfläche sowie
aufgrund von Bauteiltoleranzen und Unwuchten Vibrationen auf die
Kohlebürste
und weiter auf den Bürstenköcher und
das Motorgehäuse.
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Vorteile der
Erfindung
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Es
wird eine Handwerkzeugmaschine mit einem Elektromotor vorgeschlagen,
welcher einen um eine Rotationsachse drehbaren Kommutator, eine Bürsteneinheit
mit zumindest einer Bürste,
einen Tragkörper
zum Tragen der Bürsteneinheit
und ein Entkopplungsmittel umfasst, das dazu vorgesehen ist, einer Übertragung
einer durch eine Rotation des Kommutators entstehenden Vibration
zumindest eines Teils der Bürsteneinheit
quer zur Radialrichtung auf den Tragkörper entgegenzuwirken. Es können dadurch
eine Verminderung von Vibrationen, die bei einem Betrieb des Elektromotors
entstehen, und deren Übertragung
auf den Tragkörper
vorteilhaft erzielt werden. Insbesondere kann ein Abstrahlen von
Laufgeräuschen
vermindert werden. Die Bürste
ist vorzugsweise in Radialrichtung beweglich und von einem Führungsmittel
geführt.
Dabei kann das Entkopplungsmittel als Verbindungselement zum direkten
Verbinden des Führungsmittels
mit dem Tragkörper
ausgebildet sein. Unter einem "Entkopplungsmittel" soll insbesondere
ein Mittel zur Schwingungsisolierung und/oder ein Mittel zur Schwingungsdämpfung verstanden
werden. Unter einem "Teil" der Bürsteneinheit
soll insbesondere die Bürste
und/oder ein weiteres Element der Bürsteneinheit, wie z.B. ein Führungsmittel
zur Führung
der Bürste,
verstanden werden.
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Ferner
wird vorgeschlagen, dass das Entkopplungsmittel und zumindest der
Teil der Bürsteneinheit
eine einen Schwingungseigenmodus aufweisende Einheit bilden und
das Entkopplungsmittel dazu vorgesehen ist, eine Anregung des Schwingungseigenmodus
bei einem Betrieb des Elektromotors zu verhindern. Es können dadurch
Schwingungen zumindest des Teils der Bürsteneinheit mit großen Amplituden
verhindert werden. Insbesondere können Schwingungen der Bürste und/oder
eines Führungsmittels
zur Führung
der Bürste
vermindert werden. Dadurch kann ein Verschleiß der Bürste aufgrund einer Reibung
zwi schen der Bürste
und dem Kommutator und aufgrund eines Bürstenfeuers, welches auf Kontaktverluste
zwischen Bürste
und Kommutator zurückzuführen ist,
vermindert werden. Dabei kann die Lebensdauer der Bürste erhöht werden. Das
Entkopplungsmittel ist vorzugsweise derart abgestimmt, z.B. durch
dessen Ausgestaltung und/oder die Wahl des Materials, dass der Schwingungseigenmodus
eine Resonanzfrequenz oder mehrere Resonanzfrequenzen aufweist,
welche von Anregungsfrequenzen des Kommutators verschieden sind.
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Es
wird außerdem
vorgeschlagen, dass die Bürsteneinheit
ein Führungsmittel
zur Führung
der Bürste
aufweist und das Entkopplungsmittel dazu vorgesehen ist, einer Übertragung
einer Vibration der Bürste
auf das Führungsmittel
entgegenzuwirken. Es können
Schwingungen des Führungsmittels
bei einem Betrieb vorteilhaft vermindert werden, wodurch eine Kontaktzeit
der Bürste
mit dem Kommutator bei einem Umlauf des Kommutators im zeitlichen
Mittel erhöht
werden kann. Damit können
Kontaktverluste zwischen der Bürste
und dem Kommutator und das Entstehen von einem Bürstenfeuer vermindert werden,
wodurch eine weitere Reduzierung des Verschleißes der Bürste erreicht werden kann.
Durch eine erhöhte
Kontaktzeit kann ferner bei einem Betrieb eine effektive Kommutierung
erzielt werden.
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In
einer weiteren Ausführungsform
der Erfindung wird vorgeschlagen, dass die Bürsteneinheit ein Führungsmittel
zur Führung
der Bürste
aufweist und das Entkopplungsmittel in einem zur Aufnahme der Bürste vorgesehenen
Aufnahmebereich des Führungsmittels
zumindest teilweise angeordnet ist. Dadurch kann ein enger Kontakt
des Entkopplungsmittels mit der Bürste er reicht werden, wobei
eine kompakte Bauform und eine effektive Entkopplung erzielt werden
können.
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Vorteilhafterweise
weist die Bürsteneinheit ein
Führungsmittel
zur Führung
der Bürste
auf und das Entkopplungsmittel ist einstückig an das Führungsmittel
angeformt. Dadurch können
eine kompakte Ausgestaltung sowie eine einfache Montage erreicht
werden.
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In
diesem Zusammenhang wird vorgeschlagen, dass das Entkopplungsmittel
als federelastischer Steg ausgebildet ist, welcher an das Führungsmittel
einstückig
angeformt ist. Dadurch kann eine Übertragung von Schwingungen
großer
Amplituden auf das Führungsmittel
vorteilhaft vermindert werden und es kann Material bei dem Aufbau
des Führungsmittels
eingespart werden. Vorzugsweise ist der federelastische Steg derart
ausgeformt, dass eine progressive Federkennlinie erreicht wird.
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In
einer weiteren Ausführungsform
der Erfindung wird vorgeschlagen, dass das Entkopplungsmittel von
einem Wandungsteilbereich des Führungsmittels
gebildet ist, welcher insbesondere doppelwandig ausgeführt ist.
Dadurch kann ein robustes Entkopplungsmittel erreicht werden.
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Ist
das Entkopplungsmittel als federelastisches Blechteil ausgebildet,
kann ein geringer Herstellungsaufwand erzielt werden. Zweckmäßigerweise
ist das Blechteil derart ausgeformt, dass eine progressive Federkennlinie
erreicht wird.
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Vorteilhafterweise
ist das Entkopplungsmittel an der Bürste befestigt. Dadurch kann
die Bürste
einfach in bestehenden E lektromotoren eingesetzt werden. Es ist
z.B. das Ersetzen einer herkömmlichen Bürste durch
eine erfindungsgemäße Bürste denkbar.
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In
diesem Zusammenhang wird vorgeschlagen, dass das Entkopplungsmittel
in die Bürste
teilweise eingebettet ist, wodurch eine robuste Befestigung des
Entkopplungsmittels erreicht werden kann.
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Zeichnung
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Weitere
Vorteile ergeben sich aus der folgenden Zeichnungsbeschreibung.
In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele
der Erfindung dargestellt. Die Zeichnung, die Beschreibung und die
Ansprüche
enthalten zahlreiche Merkmale in Kombination. Der Fachmann wird
die Merkmale zweckmäßigerweise auch
einzeln betrachten und zu sinnvollen weiteren Kombinationen zusammenfassen.
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Es
zeigen:
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1 eine
Handwerkzeugmaschine mit einem Elektromotor,
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2 einen
Kommutator, einen Bürstenköcher, eine
Bürste
und Entkopplungsmittel des Elektromotors aus 1,
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3 einen
Bürstenköcher mit
Verbindungselementen,
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4 zwei
an einem Verbindungsring montierte Bürstenköcher und eine durch Stege mit
dem Verbindungsring verbundene Trägerplatte,
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5 einen
Bürstenköcher, ein
in dem Bürstenköcher integriertes
dämpfendes
Blechteil und eine Bürste,
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6a einen
Bürstenköcher mit
Stegen,
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6b den
Bürstenköcher aus 6a in
einer weiteren Ausführung,
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7 den
Bürstenköcher aus 2 und eine
alternative Bürste
mit einem eingebetteten Entkopplungsmittel und
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8 einen
Bürstenköcher mit
einem doppelwandigen Abschnitt und eine Bürste.
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Beschreibung
der Ausführungsbeispiele
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1 zeigt
in einer Seitenansicht eine als Bohrmaschine 10 ausgebildete
Handwerkzeugmaschine mit einem Maschinengehäuse 12. Diese weist einen
Elektromotor 14 auf, welcher ein Motorgehäuse 16,
einen um eine Rotationsachse 18 drehbaren Anker 20,
welcher von einem nicht gezeigten Stator umgeben ist, einen mit
dem Anker 20 fest verbundenen Kommutator 22, eine
Bürsteneinheit 24 und
einen an dem Motorgehäuse 16 abgestützten Tragkörper 26 zum
Tragen der Bürsteneinheit 24 umfasst. Die
Bürsteneinheit 24 weist
eine Bürste 28 aus
einem leitfähigen
Material und ein als Bürstenköcher ausgebildetes
Führungsmittel 30 zur
Führung
der Bürste 28 auf,
wobei diese relativ zur Rotationsachse 18 in Radialrichtung 32 beweglich
im Führungsmittel 30 gelagert
ist. Die Bürste 28 ist
zur Übertragung
eines elektrischen Stroms von einer nicht gezeigten Stromversorgungseinheit
der Bohrmaschine 10 auf den Kommutator 22 vorgesehen.
Hierzu ist die Bürste 28 in Kontakt
mit leitfähigen
Lamellen 34 des Kommutators 22, die in Umfangsrichtung
des Kommutators 22 angeordnet sind und an eine nicht gezeigte
Ankerwicklung des Ankers 20 elektrisch angeschlossen sind.
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Aufgrund
der lamellenartigen Struktur der Kommutatoroberfläche sowie
aufgrund einer Reibung zwischen der Bürste 28 und den Lamellen 34 entstehen
bei einem Betrieb des Elektromotors 14 bzw. einer Rotation
des Kommutators 22 Vibrationen der Bürste 28 und des Führungsmittels 30.
Der Elektromotor 14 ist mit Entkopplungsmitteln 36 zur
Entkopplung der Bürsteneinheit 24 vom
Tragkörper 26 versehen,
die dazu vorgesehen sind, einer Übertragung
von diesen Vibrationen auf den Tragkörper 26 entgegenzuwirken.
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In 2 ist
die Anordnung der Bürsteneinheit 24,
der Entkopplungsmittel 36 und des Kommutators 22 in
einer perspektivischen Ansicht dargestellt. Der Übersichtlichkeit halber ist
der Tragkörper 26 in
der Figur nicht gezeigt. Die Bürste 28,
welche in einem Aufnahmebereich 37 (siehe 7)
des Führungsmittels 30 aufgenommen
ist, ist mittels einer nicht dargestellten und innerhalb des Führungsmittels 30 angeordneten
Bürstenandruckfeder
auf den Kommutator 22 in Radialrichtung 32 angepresst.
Die Entkopplungsmittel 36 umfassen jeweils ein Dämpfungselement 38,
welches zur Dämpfung
von Vibrationen der Bürsteneinheit 24 vorgesehen
ist, und ein Federelement 40. Das Dämpfungselement 38 weist einen
ersten Schaft 38.1, der an dem Führungsmittel 30 befestigt
ist, und einen zweiten Schaft 38.2 auf, welcher an dem
Tragkörper 26 befestigt
ist und auf dem ersten Schaft 38.1 verschiebbar angeordnet
ist. Eine Vibrationsdämpfung
wird durch eine Reibungskraft bei ei ner Bewegung des Schafts 38.2 auf
dem Schaft 38.1 erreicht. Das Dämpfungselement 38 ist vom
Federelement 40 umgeben, welches sich auf das Führungsmittel 30 einerseits
und den Tragkörper 26 andererseits
stützt.
Durch die Entkopplungsmittel 36 sind Schwingungen der Bürsteneinheit 24 quer zur
Radialrichtung 32 zugelassen. Die Bürsteneinheit 24 mit
der Bürste 28 und
dem Führungsmittel 30 bildet
zusammen mit den Entkopplungsmitteln 36 eine zur Schwingung
vorgesehene Einheit 44, die Schwingungseigenmodi aufweist.
Diese Schwingungseigenmodi sind jeweils durch eine Resonanzfrequenz
charakterisiert, wobei die Resonanzfrequenzen durch eine Ausgestaltung
und die Wahl des Materials der Entkopplungsmittel 36 abgestimmt
werden können. Diese
Resonanzfrequenzen sind größer als
die Umlauffrequenzen des Kommutators 22, welche den verschiedenen
Drehzahlstufen der Bohrmaschine 10 entsprechen, und sind
für jede
Drehzahlstufe kleiner als die entsprechende Frequenz der Vibrationsanregung,
die aufgrund der lamellenartigen Struktur des Kommutators 22 entsteht.
Durch eine angepasste Abstimmung der Resonanzfrequenzen können ferner Schwingungen
der Bürsteneinheit 24 quer
zur Radialrichtung 32 mit geringen Amplituden erreicht
werden, wodurch ein Verschleiß der
Bürste 28 durch
Reibung und Bürstenfeuer
gering gehalten werden kann.
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3 zeigt
eine weitere Ausführungsform
eines als Bürstenköcher ausgeführten Führungsmittels 46 der
Bürsteneinheit 24 zur
Führung
der in der Figur nicht gezeigten Bürste 28. Dieses ist
an dem Tragkörper 26 durch
vier Verbindungselemente direkt befestigt, welche jeweils als ein
Entkopplungsmittel 48 ausgebildet sind. Die Entkopplungsmittel 48 sind
an das Führungsmittel 46 einstückig angeformt.
Die Entkopplungsmit tel 48 lassen Schwingungen der Bürsteneinheit 24 quer
zur Radialrichtung 32 sowie in Radialrichtung 32 zu.
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Eine
weitere Ausführungsform
der Bürsteneinheit 24 ist
in 4 dargestellt. Diese weist zwei als Bürstenköcher ausgebildete
Führungsmittel 50 jeweils
zur Führung
einer Bürste 28 und
ein ringförmiges
Stützelement 52 auf,
auf welchem die Führungsmittel 50 montiert
sind. Durch das Stützelement 52 ist
die relative Lage der Führungsmittel 50 zueinander
festgelegt. Das Stützelement 52 ist
um die Rotationsachse 18 des Kommutators 22 angeordnet, welcher
der Übersichtlichkeit
halber nicht gezeigt ist. Es ist des Weiteren mit einem als Trägerplatte
ausgeführten
Tragkörper 54 durch
vier Entkopplungsmittel 56 verbunden. Der Tragkörper 54 umfasst
zwei Tragelemente 54.1, 54.2, welche mit zwei
Verbindungselementen 57 miteinander verbunden sind. Diese
Verbindungselemente 57 sind nicht in Kontakt mit den Führungsmitteln 50.
Das Tragelement 54.1 ist mit einem Teil des Motorgehäuses 16 starr
verbunden. Die Entkopplungsmittel 56 sind jeweils von einem
federelastischen und brückenförmigen Steg
gebildet. Das Stützelement 52 ist
um die Rotationsachse 18 drehbar, wodurch Schwingungen
der Bürsteneinheit 24 mit
dem Stützelement 52 und
den Führungsmitteln 50 in
Rotationsrichtung 58 zugelassen sind. Die Bürsteneinheit 24 bildet
zusammen mit den Entkopplungsmitteln 56 eine zur Schwingung
vorgesehene Einheit 60, welche eine Resonanzfrequenz aufweist, die
von dem Material und von der Ausgestaltung der Entkopplungsmittel 56,
insbesondere von der Breite und der Höhe der brückenförmigen Stege, abhängt. In
einem alternativen Ausführungsbeispiel
können die
Führungsmittel 50 unabhängig voneinander
jeweils durch ein Entkopplungsmittel 56 mit dem Tragkörper 54 verbunden
werden.
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In 5 ist
ein weiteres Ausführungsbeispiel der
Bürsteneinheit 24 und
eines Tragkörpers 62 zum Tragen
der Bürsteneinheit 24 dargestellt.
Der Tragkörper 62 ist
als Köcher
mit einem Aufnahmebereich 64 zur Aufnahme der Bürsteneinheit 24 ausgebildet. Die
Bürsteneinheit 24 umfasst
die Bürste 28 und
ist mit einem Führungsmittel
zur Führung
der Bürste 28 versehen,
welches als Entkopplungsmittel 66 ausgebildet ist. Dieses
Entkopplungsmittel 66 ist von einem federelastischen Blechteil
gebildet, das im Aufnahmebereich 64 des Tragkörpers 62 angeordnet
ist. Das Blechteil liegt an einer Fläche 68 des Aufnahmebereichs 64 an.
Das Blechteil weist ferner vier Abschnitte 70 auf, die
mit einem trapezförmigen
Profil ausgeformt sind, wodurch das Entkopplungsmittel 66 eine
progressive Federkennlinie aufweist. Alternativ sind weitere Ausformungen
des Blechteils möglich, durch
welche eine progressive Federkennlinie erreicht werden kann, wie
z.B. ein sinusförmiges
Profil. Durch das Entkopplungsmittel 66 sind Schwingungen
der in dem Aufnahmebereich 64 angeordneten Bürste 28 senkrecht
zur Radialrichtung 32 zugelassen.
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6a zeigt
ein weiteres Ausführungsbeispiel
eines Führungsmittels 72 der
Bürsteneinheit 24. Das
Führungsmittel 72 umfasst
einen Aufnahmebereich 74 zur Aufnahme der Bürste 28.
An einen Wandungsbereich 76a des Führungsmittels 72 sind
zwei als federelastische Stege ausgebildete Entkopplungsmittel 78a einstückig angeformt.
Die Entkopplungsmittel 78a ragen jeweils in ihrer Längsrichtung in
eine Aussparung des Wandungsbereichs 76a hinein und erstrecken
sich in Längsrichtung
des Führungsmittels 72.
Durch die Entkopplungsmittel 78a sind Schwingungen der
Bürste 28 in
Richtung der Rotationsachse 18 zugelassen. Die Entkopplungsmittel 78a weisen
jeweils einen Abschnitt 79 auf, der mit einem trapezförmigen Profil
ausgeformt ist und in den Aufnahmebereich 74 hineinragt.
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6b zeigt
das Führungsmittel 72 in
einer alternativen Ausführung.
In diesem Ausführungsbeispiel
ist das Führungsmittel 72 mit
zwei Entkopplungsmitteln 78b versehen. Diese erstrecken
sich jeweils in Längsrichtung
des Führungsmittels 72 in
einer Aussparung eines Wandungsbereichs 76b, an welchem
sie einstückig
angeformt und beidseitig abgestützt
sind. Ferner weisen die Entkopplungsmittel 78b jeweils
den trapezförmigen
Abschnitt 79 (siehe auch 6a) auf,
der in den Aufnahmebereich 74 hineinragt. Durch das trapezförmige Profil
und die Befestigung der Entkopplungsmittel 78b an dem Wandungsbereich 76b beidseitig
des Abschnitts 79 weisen die Entkopplungsmittel 78b jeweils
eine progressive Federkennlinie auf. Hierzu sind auch weitere Ausgestaltungen
des Abschnitts 79 denkbar.
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In 7 ist
eine weitere Ausführungsform der
Bürsteneinheit 24 mit
dem Führungsmittel 30 und einer
Bürste 80 dargestellt.
In die Bürste 80 ist
ein als Federelement ausgebildetes Entkopplungsmittel 82 eingebettet.
Dieses weist einen Teilbereich 84 auf, welcher aus einer
Fläche 86 der
Bürste 80 herausragt
und sich in Längsrichtung
der Bürste 80 bzw.
im montierten Zustand in Radialrichtung 32 erstreckt. Die
Bürste 80 mit
dem Entkopplungsmittel 82 kann in Kombination mit einem
bestehenden Führungsmittel genutzt
werden. Beispielsweise kann diese in den Aufnahmebereich 37 des
Führungsmittels 30 eingeführt werden.
Durch das Entkopplungsmittel 82 können Schwingungen der Bürste 80 innerhalb
des Führungsmittels 30 in
einer Richtung quer zur Radialrichtung 32 erlaubt werden.
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Es
ist außerdem
denkbar, dass ein oder mehrere weitere Entkopplungsmittel 82 in
die Bürste 80 eingebettet
sind.
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Eine
weitere Ausführungsform
der Bürsteneinheit 24 ist
in 8 dargestellt, welche die Bürste 28 und ein Führungsmittel 88 umfasst.
Dieses weist einen doppelwandigen Wandungsteilbereich auf, welcher
als Entkopplungsmittel 90 ausgebildet ist. Durch das Entkopplungsmittel 90 sind
Schwingungen der Bürste 28 in
einer Richtung quer zur Radialrichtung 32 zugelassen. Bei
der in der Figur dargestellten Auslegung der Bürsteneinheit 24 relativ
zur Rotationsachse 18 sind Schwingungen der Bürste 28 in
Richtung der Rotationsachse 18 erlaubt.
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- 10
- Bohrmaschine
- 12
- Maschinengehäuse
- 14
- Elektromotor
- 16
- Motorgehäuse
- 18
- Rotationsachse
- 20
- Anker
- 22
- Kommutator
- 24
- Bürsteneinheit
- 26
- Tragkörper
- 28
- Bürste
- 30
- Führungsmittel
- 32
- Radialrichtung
- 34
- Lamelle
- 36
- Entkopplungsmittel
- 37
- Aufnahmebereich
- 38
- Dämpfungselement
- 38.1
- Schaft
- 38.2
- Schaft
- 40
- Federelement
- 44
- Einheit
- 46
- Führungsmittel
- 48
- Entkopplungsmittel
- 50
- Führungsmittel
- 52
- Stützelement
- 54
- Tragkörper
- 54.1
- Tragelement
- 54.2
- Tragelement
- 56
- Entkopplungsmittel
- 57
- Verbindungselement
- 58
- Rotationsrichtung
- 60
- Einheit
- 62
- Tragkörper
- 64
- Aufnahmebereich
- 66
- Entkopplungsmittel
- 68
- Fläche
- 70
- Abschnitt
- 72
- Führungsmittel
- 74
- Aufnahmebereich
- 76a
- Wandungsbereich
- 76b
- Wandungsbereich
- 78a
- Entkopplungsmittel
- 78b
- Entkopplungsmittel
- 79
- Abschnitt
- 80
- Bürste
- 82
- Entkopplungsmittel
- 84
- Teilbereich
- 86
- Fläche
- 88
- Führungsmittel
- 90
- Entkopplungsmittel