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GEBIET DER ERFINDUNG
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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Elektrowerkzeug und insbesondere ein Elektrowerkzeug mit einem Gleichstrommotor mit mehreren Geschwindigkeiten.
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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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Elektrowerkzeuge müssen oftmals in verschiedenen Geschwindigkeitsmoden betrieben werden. Wenn zum Beispiel ein motorbetriebener Bohrer zum Bohren von Löchern verwendet wird, ist eine hohe Geschwindigkeit erforderlich, wohingegen niedrige Geschwindigkeiten benötigt werden, wenn der Bohrer als Schraubendreher verwendet wird. Die Geschwindigkeitssteuerung erfolgt normalerweise durch einen Geschwindigkeits-Reduziermechanismus wie beispielsweise ein Planetengetriebe. In dem Getriebe werden mehrere Geschwindigkeiten bereitgestellt, um die gewünschte maximale und minimale Geschwindigkeit zu erzielen. Die Erweiterung des Getriebes um zusätzliche Stufen ist jedoch teuer, was das Material und die Montage betrifft, und durch jede Stufe werden zum Beispiel bedingt durch Reibung zusätzliche Verluste eingeführt, wodurch die mit einer Ladung der Gleichstromquelle (Batterie) erzielbare Betriebszeit verkürzt wird.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Es besteht daher der Wunsch nach einem Elektrowerkzeug mit einem Motor, der über einen verbesserten Geschwindigkeitssteuerungsbereich verfügt.
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Dies wird erfindungsgemäß durch die Verwendung eines Mehrgeschwindigkeits-Gleichstrommotors erreicht, der mindestens drei Bürsten aufweist.
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Gemäß einem Aspekt der Erfindung wird ein Elektrowerkzeug bereitgestellt, umfassend ein Gehäuse, einen in dem Gehäuse angeordneten Gleichstrommotor, einen mit einer Welle des Motors gekoppelten Geschwindigkeits-Reduziermechanismus, einen durch den Geschwindigkeits-Reduziermechanismus angetriebenen Werkzeugkopf, eine erste Gleichstromquelle und eine Schaltvorrichtung, wobei der Motor eine übliche Bürste, eine Hochgeschwindigkeitsbürste und eine Niedriggeschwindigkeitsbürste, die sich mit einem Kommutator in Gleitkontakt befinden, aufweist und wobei die Schaltvorrichtung konfiguriert ist für die selektive Verbindung der üblichen Bürste und der Hochgeschwindigkeitsbürste mit der Stromquelle, um den Motor in einem Hochgeschwindigkeitsmodus zu betreiben, und für die Verbindung der üblichen Bürste und der Niedriggeschwindigkeitsbürste mit der Stromquelle, um den Motor in einem Niedriggeschwindigkeitsmodus zu betreiben.
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Vorzugsweise umfasst das Elektrowerkzeug ferner eine zweite Stromquelle, wobei die Schaltvorrichtung vorgegebene Stromquellenkombinationen mit den gewählten Bürsten verbindet, um den Motor in verschiedenen Geschwindigkeitsmoden zu betreiben.
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Vorzugsweise schaltet die Schaltvorrichtung die erste und die zweite Stromquelle zwischen der üblichen Bürste und der Hochgeschwindigkeitsbürste in Reihe, um den Motor im Hochgeschwindigkeitsmodus zu betreiben.
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Vorzugsweise schaltet die Schaltvorrichtung die erste und die zweite Stromquelle parallel zwischen die übliche Bürste und die Niedriggeschwindigkeitsbürste, um den Motor in dem Niedriggeschwindigkeitsmodus zu betreiben.
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Vorzugsweise haben die erste und die zweite Stromquelle die gleiche Spannung.
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Alternativ haben die erste und die zweite Stromquelle verschiedene Spannungen.
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Vorzugsweise umfasst das Elektrowerkzeug ferner einen ersten Resistor, wobei die Schaltvorrichtung die erste Stromquelle über den ersten Resistor mit der Niedriggeschwindigkeitsbürste verbindet, um die an die Niedriggeschwindigkeitsbürste angelegte Spannung zu reduzieren, wenn der Motor im Niedriggeschwindigkeitsmodus arbeitet.
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Vorzugsweise umfasst das Elektrowerkzeug ferner einen zweiten Resistor, wobei die Schaltvorrichtung die erste Stromquelle über den zweiten Resistor mit der Hochgeschwindigkeitsbürste verbindet, um die an die Hochgeschwindigkeitsbürste angelegte Spannung zu reduzieren, wenn der Motor im Hochgeschwindigkeitsmodus arbeitet, wobei der Widerstand des ersten Resistors höher ist als der Widerstand des zweiten Resistors.
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Vorzugsweise umfasst die Schaltvorrichtung drei einpolige Umschalter, wovon jeder zwei Kontaktpunkte und einen Kontaktarm aufweist. Bei dem ersten Schalter ist ein Kontaktpunkt mit dem positiven Anschluss der ersten Stromquelle und das festgelegte Ende des Kontaktarms mit dem positiven Anschluss der zweiten Stromquelle verbunden. Bei dem zweiten Schalter ist ein Kontaktpunkt mit dem positiven Anschluss der ersten Stromquelle, der andere Kontaktpunkt mit dem negativen Anschluss der ersten Stromquelle und der üblichen Bürste und das festgelegte Ende des Kontaktarms mit dem negativen Anschluss der zweiten Stromquelle verbunden. Bei dem dritten Schalter ist ein Kontaktpunkt mit der Niedriggeschwindigkeitsbürste, der andere Kontaktpunkt mit der Hochgeschwindigkeitsbürste und das festgelegte Ende des Kontaktarms mit dem positiven Anschluss der zweiten Stromquelle verbunden.
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Alternativ ist die erste Stromquelle zwischen die übliche Bürste und die Schaltvorrichtung und die zweite Stromquelle zwischen die Schaltvorrichtung und die Hochgeschwindigkeitsbürste geschaltet, wobei die Schaltvorrichtung selektiv die erste Stromquelle mit der Niedriggeschwindigkeitsbürste verbindet, um den Motor in einem Niedriggeschwindigkeitsmodus zu betreiben, oder die erste Stromquelle zwischen der üblichen Bürste und der Hochgeschwindigkeitsbürste mit der zweiten Stromquelle in Reihe schaltet, um den Motor im Hochgeschwindigkeitsmodus zu betreiben.
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Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung umfassen die Möglichkeit, dass durch die Schaltvorrichtung verschiedene Bürsten und entsprechende Kombinationen von Stromquellen oder Resistoren gewählt werden können, so dass der Motor in verschiedenen Geschwindigkeitsmoden arbeiten kann. Deshalb lässt sie die Stufenzahl der folgenden Getriebe reduzieren, so dass auch Verluste an dem Getriebe und Kosten reduziert werden können.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung wird nunmehr anhand eines Beispiels beschrieben, wobei auf die Figuren der anliegenden Zeichnungen Bezug genommen wird. Identische Strukturen, Elemente oder Teile, die in mehr als einer Figur erscheinen, sind in sämtlichen Figuren, in denen sie enthalten sind, mit denselben Bezugszeichen gekennzeichnet. Die Dimensionen von Bauteilen und Merkmalen, die in den Figuren dargestellt sind, sind im Hinblick auf eine übersichtliche Darstellung gewählt und sind nicht notwendigerweise maßstabsgetreu. Die Figuren sind im Folgenden aufgelistet.
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1 zeigt ein Elektrowerkzeug gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
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2 zeigt eine schematische Verbindungsanordnung des Kommutators, der Bürsten, der Stromquellen und der Schaltvorrichtung eines Motors für das Elektrowerkzeug von 1 gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
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3 zeigt eine schematische Verbindungsanordnung, ähnlich wie in 2, gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
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4 zeigt eine schematische Verbindungsanordnung, ähnlich wie in 2, gemäß einer dritten Ausführungsform der Erfindung;
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5 zeigt eine schematische Verbindungsanordnung, ähnlich wie in 2, gemäß einer vierten Ausführungsform der Erfindung;
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6 zeigt eine schematische Verbindungsanordnung, ähnlich wie in 2, gemäß einer fünften Ausführungsform der Erfindung;
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7 zeigt eine schematische Verbindungsanordnung, ähnlich wie in 2, gemäß einer sechsten Ausführungsform der Erfindung;
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8 zeigt eine schematische Verbindungsanordnung, ähnlich wie in 2, gemäß einer siebten Ausführungsform der Erfindung; und
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9 zeigt eine schematische Verbindungsanordnung, ähnlich wie in 2, gemäß einer achten Ausführungsform der Erfindung;
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DETAILBESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
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Es versteht sich, dass das Elektrowerkzeug gemäß der vorliegenden Erfindung ein Bohrer, Hammer, eine Säge, ein Hobel, Schlagschrauber, Maulschlüssel oder dergleichen sein könnte. Zur Vereinfachung der Beschreibung werden verschiedene Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung an dem Beispiel eines tragbaren, schnurlosen Handbohrers beschrieben.
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1 zeigt einen tragbaren, schnurlosen Bohrer, wobei das Gehäuse zum Teil aufgeschnitten ist, um einige Teile im Inneren darzustellen. Der Bohrer hat ein Gehäuse 10, einen in dem Gehäuse 10 angeordneten Motor 30, einen Geschwindigkeitsreduziermechanismus 50 in Form eines Planetengetriebes, das mit der Welle des Motors 30 gekoppelt ist, und einen Bohrerkopf oder ein Bohrfutter 70, das durch den Geschwindigkeitsreduziermechanismus 50 angetrieben wird.
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2 zeigt schematisch einen Gleichstrommotor mit einem Kommutator C, einer üblichen Bürste B1, einer Niedriggeschwindigkeitsbürste B2, einer Hochgeschwindigkeitsbürste B3, zwei Gleichstromquellen U1, U2 und einer Schaltvorrichtung. Die Bürsten B1, B2, B3 befinden sich in Gleitkontakt mit dem Kommutator C. Der Kommutator C ist an der Motorwelle P befestigt und umfasst eine Mehrzahl von Segmenten, die voneinander beabstandet sind.
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Wicklungen, die um einen Kern des Rotors herumgeführt sind, sind mit den Segmenten verbunden. In dieser Ausführungsform sind die Spannungen der Gleichstromquellen U1, U2 gleich.
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Die Schaltvorrichtung umfasst drei einpolige Umschalter K1, K2, K3. Jeder Schalter hat zwei Kontaktpunkte und einen Kontaktarm mit einem festgelegten Ende und einem freien Ende, der für die selektive Verbindung mit einem der beiden Kontaktpunkte ausgebildet ist. Bei dem ersten Schalter K1 ist der erste Kontaktpunkt S11 mit dem positiven Anschluss der ersten Stromquelle U1 verbunden, der zweite Kontaktpunkt S12 bleibt unverbunden, und das festgelegte Ende seines Kontaktarms ist mit dem positiven Anschluss der zweiten Stromquelle U2 verbunden. Bei dem zweiten Schalter K2 ist der erste Kontaktpunkt S21 mit einem Punkt zwischen dem negativen Anschluss und der ersten Stromquelle U1 und der üblichen Bürste B1 verbunden. Der zweite Kontaktpunkt S22 ist mit dem positiven Anschluss der ersten Stromquelle U1 und das festgelegte Ende seines Kontaktarms mit dem negativen Anschluss der zweiten Stromquelle U2 verbunden. Bei dem dritten Schalter K3 ist der erste Kontaktpunkt S31 mit der Niedriggeschwindigkeitsbürste B2, der zweite Kontaktpunkt S32 mit der Hochgeschwindigkeitsbürste B3 und das festgelegte Ende des Kontaktarms mit dem positiven Anschluss der zweiten Stromquelle U2 verbunden. Die Kontaktarme der drei Schalter K1, K2, K3 sind über eine Schubstange (anhand der gestrichelten Linie in 1 dargestellt) miteinander verbunden. Das heißt, die Wahl der Zustände der freien Enden der Kontaktarme der drei Schalter kann durch ein Schieben der Schubstange geändert werden.
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Wenn die freien Enden der Kontaktarme der drei Schalter K1, K2, K3 durch ein Schieben der Schubstange mit den ersten Kontaktpunkten S11, S21, S31 verbunden werden, werden die Stromquellen U1, U2 zwischen der üblichen Bürste B1 und der Niedriggeschwindigkeitsbürste B2 parallelgeschaltet, und die Motorwelle P dreht sich mit niedriger Geschwindigkeit, d. h. der Motor arbeitet in einem Niedriggeschwindigkeitsmodus. Wenn die freien Enden der Kontaktarme der drei Schalter K1, K2, K3 durch ein Schieben der Schubstange mit den zweiten Kontaktpunkten S12, S22, S32 verbunden werden, werden die Stromquellen U1, U2 zwischen der üblichen Bürste B1 und der Hochgeschwindigkeitsbürste B3 in Reihe geschaltet, und die Motorwelle P dreht sich mit hoher Geschwindigkeit, d. h. der Motor arbeitet in einem Hochgeschwindigkeitsmodus, um den Kopf des Bohrers mit einer relativ hohen Geschwindigkeit zu drehen.
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In der vorstehenden Ausführungsform können durch die Schaltvorrichtung verschiedene Bürsten und entsprechenden Kombinationen der Stromquellen gewählt werden, so dass sich der Motor in verschiedenen Geschwindigkeitsmoden drehen kann, wodurch die Anzahl der Stufen des Getriebes des Geschwindigkeitsreduziermechanismus reduziert werden kann, um die durch das Getriebe bedingten Verluste zu reduzieren. Ferner lässt sich die effektive Arbeitszeit des Motors erhöhen, indem die parallelgeschalteten Stromquellen U1, U2 zum Einsatz kommen, wenn eine Drehung des Motors mit niedriger Geschwindigkeit gefordert ist.
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Als eine alternative Anordnung könnten die drei Schalter durch einen einzigen dreipoligen Umschalter ersetzt werden.
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Eine zweite Ausführungsform ist in 2 gezeigt, in der die Schaltvorrichtung ein verlinkter Schalter K wie zum Beispiel ein zweipoliger Ein/Aus-Schalter, wie dargestellt, oder ein zweipoliger Umschalter ist. Die übliche Bürste B1 ist mit den positiven Anschlüssen der Stromquellen U1, U2 verbunden, und die negativen Anschlüsse der Stromquellen U1, U2 sind über Kontakte des beweglichen Schalters K jeweils mit der Hochgeschwindigkeitsbürste B3 und der Niedriggeschwindigkeitsbürste B2 verbunden. Der verlinkte Schalter K verbindet selektiv die Stromquelle U1 mit der Hochgeschwindigkeitsbürste B3, so dass der Motor in einem Hochgeschwindigkeitsmodus arbeitet, um den Bohrerkopf 70 mit einer relativ hohen Geschwindigkeit zu drehen, oder er verbindet die Stromquelle U2 mit der Niedriggeschwindigkeitsbürste B2, so dass der Motor in einem Niedriggeschwindigkeitsmodus arbeitet, um den Bohrerkopf 70 mit einer relativ niedrigen Geschwindigkeit zu drehen. In dieser Ausführungsform ist die Spannung der Stromquelle U1 vorzugsweise höher als die Spannung der Stromquelle U2.
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Es wird auf 4 Bezug genommen, wobei sich versteht, dass die Schaltvorrichtung auch ein einpoliger Umschalter K sein kann. Der Kontaktpunkt S1 des Schalters K ist mit der Niedriggeschwindigkeitsbürste B2 und der Kontaktpunkt S2 mit dem positiven Anschluss der Stromquelle U2 verbunden, und das festgelegte Ende des Kontaktarms des Schalters K ist mit dem negativen Anschluss der Stromquelle U1 verbunden. Wenn das freie Ende des Kontaktarms des Schalters K mit dem Kontaktpunkt S1 verbunden wird, wird die Stromquelle U1 mit der Niedriggeschwindigkeitsbürste B2 verbunden, und der Motor dreht sich im Niedriggeschwindigkeitsmodus. Wenn das freie Ende des Kontaktarms des Schalters K mit dem Kontaktpunkt S2 verbunden wird, wird die Stromquelle U1 mit der Stromquelle U2 zwischen der üblichen Bürste B1 und der Hochgeschwindigkeitsbürste B3 in Reihe geschaltet, und die Motorwelle dreht sich mit hoher Geschwindigkeit.
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Es wird auf 5 Bezug genommen, wobei sich versteht, dass das Elektrowerkzeug alternativ eine einzige Stromversorgung U aufweisen kann. Ein Resistor R ist zwischen der Niedriggeschwindigkeitsbürste B2 und einem ersten Kontaktpunkt S1 eines einpoligen Umschalters K in Reihe geschaltet. Ein zweiter Kontaktpunkt S2 des Schalters K ist direkt mit der Hochgeschwindigkeitsbürste B2 verbunden. Das festgelegte Ende des Kontaktarms des Schalters K ist mit dem negativen Anschluss der Stromquelle U verbunden. Die Spannung, die an die Niedriggeschwindigkeitsbürste B2 angelegt wird, wenn der Schalter in die Position S1 gedreht wird, ist aufgrund des Spannungsabfalls über dem Resistor R niedriger als die Spannung, die an die Hochgeschwindigkeitsbürste angelegt wird, wenn der Schalter K in die Position S2 gedreht wird. Der Motor arbeitet infolgedessen im Niedriggeschwindigkeitsmodus mit einer Geschwindigkeit, die niedriger ist als die Geschwindigkeit, die er ohne Resistor aufweisen würde. Die Stromquelle U und der Resistor R wirken somit als eine zweite Quelle einer niedrigeren Spannung.
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Wie in 6 gezeigt ist, sind alternativ die beiden Resistoren R1, R2 jeweils mit der Niedriggeschwindigkeitsbürste B2 und der Hochgeschwindigkeitsbürste B3 verbunden. Der Widerstandswert des Resistors R1 ist größer als der Widerstandswert des Resistors R2. Der Schalter K kann die Stromquelle U über den Resistor R1 selektiv zwischen die übliche Bürste B1 und die Niedriggeschwindigkeitsbürste B2 oder die Stromquelle U über den Resistor R2 zwischen die übliche Bürste B1 und die Hochgeschwindigkeitsbürste B3 schalten, so dass der Motor in verschiedenen Geschwindigkeitsmoden arbeitet.
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Es versteht sich, dass die Schaltvorrichtung auch ein Paar verlinkter Schalter K1, K2 sein kann, wie in 7 gezeigt. Die Spannungen der beiden Stromquellen sind nicht gleich. Die selektive Verbindung einer der Stromquellen U1, U2 mit einer der Bürsten B1, B2, B3, nämlich beispielsweise die Verbindung von U1 mit B2, von U2 mit B2, von U1 mit B3 oder von U2 mit B3, lässt sich durch das Zusammenwirken des Paares der beweglichen Schalter K1, K2 bewerkstelligen, wodurch der Motor mit verschiedenen Geschwindigkeiten betrieben werden kann. Hinzu kommt, dass bei Erschöpfung einer Stromquelle bequem die andere Stromquelle benutzt werden kann.
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Wie in 8 gezeigt ist, kann die Schaltvorrichtung auch ein Paar von einpoligen Ein/Aus-Schaltern K1, K2 und ein einpoliger Umschalter K3 sein. Die Schalter K1, K2 sind jeweils zwischen die negativen Anschlüsse der Stromquellen U1, U2 und das festgelegte Ende des Kontaktarms des Schalters K3 geschaltet. Der Kontaktpunkt S1 des Schalters K3 ist mit der Niedriggeschwindigkeitsbürste B2 und der Kontaktpunkt S2 des Schalters K3 mit der Hochgeschwindigkeitsbürste B3 verbunden. Die positiven Anschlüsse der Stromquellen U1, U2 sind mit der üblichen Bürste B1 verbunden. Die selektive Verbindung einer der Stromquelle U1, U2 mit einer der Bürsten B2, B3, nämlich beispielsweise die Verbindung von U1 mit B2, von U1 mit B3, von U2 mit B2 oder von U2 mit B3, lässt sich durch die Betätigung der Schalter K1, K2, K3 bewerkstelligen. Darüber hinaus können beide Stromquellen mit beiden wählbaren Bürsten parallelgeschaltet werden, um über eine zusätzliche Leistung in diesem Geschwindigkeitsmodus zu verfügen. Dies ist insbesondere für den Niedriggeschwindigkeitsmodus wünschenswert, wenn ein zusätzliches Drehmoment benötigt wird.
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Wie 9 zeigt, kann die Schaltvorrichtung auch ein einpoliger Umschalter K1 und ein verlinkter Schalter K2 sein. Das festgelegte Ende des Kontaktarms des Schalters K1 ist mit dem positiven Anschluss der Stromquelle U2 verbunden, zwei Kontaktpunkte des Schalters K1 sind jeweils mit zwei Anschlüssen der Stromquelle U1 verbunden, und die übliche Bürste B1 ist mit dem positiven Anschluss der Stromquelle U1 verbunden. Der verlinkte Schalter K2 umfasst vier Kontaktpunkte S1–S4 und einen Kontaktarm mit einem zentralen Anschluss und mit zwei freien Enden für die selektive Verbindung mit zwei der Kontaktpunkte S1–S4. Der Kontaktpunkt S1 ist mit der Niedriggeschwindigkeitsbürste B2, der Kontaktpunkt S2 mit der Hochgeschwindigkeitsbürste B3 und der Kontaktpunkt S3 mit dem negativen Anschluss der Stromquelle U1 verbunden. Der mittlere Anschluss ist mit dem negativen Anschluss der Stromquelle U2 verbunden. Durch die Betätigung der Schalter K1, K2 ist eine selektive Verbindung der Stromquellen U1, U2 mit der Hochgeschwindigkeitsbürste B3 oder eine Verbindung der Stromquelle U2 mit der Niedriggeschwindigkeitsbürste B2 erreichbar, um den Motor in verschiedenen vorgegebenen Geschwindigkeitsmoden zu betreiben. Das heißt, die Niedriggeschwindigkeitsbürste B2 kann mit beiden parallelgeschalteten Stromquellen verbunden werden, während die Hochgeschwindigkeitsbürste B3 mit beiden in Reihe geschalteten Stromquellen oder nur mit der Stromquelle U2 verbunden werden kann, um für zwei Hochgeschwindigkeits-Betriebsmoden zu sorgen. Wenn der Schalter K1 über eine offene Position verfügt, könnte die Bürste B2 nur mit der Stromquelle U2 verbunden werden, wodurch die beiden Stromquellen eine unterschiedliche Spannung aufweisen könnten und daher für eine Parallelschaltung nicht geeignet wären.
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Verben wie ”umfassen”, ”aufweisen”, ”enthalten” und ”haben” sowie deren Abwandlungen in der Beschreibung und in den Ansprüchen sind in einem einschließenden Sinne zu verstehen. Sie geben an, dass das genannte Element vorhanden ist, schließen jedoch nicht aus, dass noch weitere Elemente vorhanden sind.
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Wenngleich die Erfindung anhand einer oder mehrerer bevorzugter Ausführungsformen beschrieben wurde, wird der Fachmann erkennen, dass verschiedene Modifikationen möglich sind, weshalb der Schutzrahmen der Erfindung durch die anliegenden Ansprüche angegeben ist.
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Zum Beispiel kann die Anzahl der Stromquellen optional drei oder vier oder mehr betragen, und die Anzahl der Bürsten kann optional vier oder mehr betragen. Durch die Wahl unterschiedlicher Bürsten und entsprechender Kombinationen von Stromquellen kann der Motor in verschiedenen Geschwindigkeitsmoden arbeiten, so dass die Anzahl der Stufen des an dem Motor befestigten Getriebes reduziert werden kann, wodurch auch die durch das Getriebe bedingten Verluste und die Kosten des Getriebes verringert werden.
