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Gebiet der Technik
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Die Erfindung betrifft einen Außenläufermotor mit einem mehrere elektronisch schaltbare Pole aufweisenden Stator und einem relativ zu dem Stator rotierbar gelagerten, den Stator zumindest teilweise umgebenden Außenläufer.
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Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Gerät mit einem Gerätefestteil und einem relativ zu dem Gerätefestteil antreibbaren Bewegtelement, wobei das Gerät zum Antrieb des Bewegtelementes einen Elektromotor aufweist.
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Stand der Technik
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Außenläufermotoren sind im Stand der Technik bekannt. Bei derartigen Außenläufermotoren befindet sich der ruhende Teil, d.h. der Stator des Elektromotors, im Inneren und ist von dem bewegten Teil, dem Außenläufer - auch Rotor genannt - umschlossen. Dieser Außenläufer oder Rotor besteht üblicherweise aus mehreren abwechselnd entgegengesetzt ausgerichteten Permanentmagneten oder aus einem entsprechend vielpolig magnetisierten Ring. Der Stator weist üblicherweise eine Mehrzahl von Magnetspulen auf, die paarweise eine Phase des Elektromotors bilden. Derartige Statoren sind beispielsweise zweiphasig oder dreiphasig ausgeführt. Bevorzugt arbeiten derartige Außenläufermotoren bürstenlos, wozu eine gesonderte Umrichterelektronik vorgesehen ist. Ein derartiger Außenläufermotor ist beispielsweise in der
DE 10 2009 059 241 A1 offenbart.
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Des Weiteren sind im Stand der Technik vielfältige Geräte bekannt, welche einen solchen Außenläufermotor aufweisen. Der Außenläufermotor dient zum Antrieb eines Bewegtelementes, beispielsweise zum rotierenden oder kreisförmig schwingenden Antrieb desselben. Ein solches Gerät ist beispielsweise das in der
DE 10 2013 107 915 A1 beschriebene Feuchtreinigungsgerät, bei welchem ein Außenläufermotor eine Schwingplatte über ein Exzentergetriebe antreibt. Durch die exzentrische Kreisbewegung der Schwingplatte entsteht eine Unwucht, welche im Stand der Technik durch Kontermassen ausgeglichen wird, die an dem Exzenter beziehungsweise der Rotationsachse befestigt werden. Die Auslenkung der Schwingplatte wird zunächst von einer an dem Exzenter oder der Rotationsachse befestigten Kontermasse ausgeglichen. Da die Kraftangriffspunkte der Schwingplatte und der Kontermasse jedoch nicht in derselben Ebene liegen, entsteht ein Moment, das durch eine zusätzliche Kontermasse ausgeglichen werden muss. Diese Kontermasse wird beispielsweise an der Rotationsachse befestigt.
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Nachteilig bei dem bekannten Stand der Technik ist der geringe Exzentrizitätsradius der Kontermassen. Durch den relativ kleinen Schwingkreis wird die Kontermasse ineffizient. Infolgedessen muss die benötigte Masse und damit auch das Gesamtgewicht des Gerätes vergrößert werden.
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Zusammenfassung der Erfindung
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Ausgehend von dem vorgenannten Stand der Technik ist es Aufgabe der Erfindung, einen Außenläufermotor sowie ein Gerät mit einem solchen Außenläufermotor zu schaffen, bei welchen auf vorteilhafte Art und Weise ein Unwuchtausgleich erfolgt, ohne gleichzeitig das Gewicht des Außenläufermotors beziehungsweise des Gerätes unnötig zu erhöhen.
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Zur Lösung dieser Aufgabe wird zunächst ein Außenläufermotor vorgeschlagen, dessen Außenläufer zum Zwecke eines Unwuchtausgleichs mindestens eine bezogen auf eine Rotationsachse des Außenläufers unsymmetrisch angeordnete Kontermasse aufweist.
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Erfindungsgemäß ist die Kontermasse nun an dem Außenläufer des Außenläufermotors befestigt. Dadurch ist der gesamte Antriebstrang, inklusive Kontermasse, eine Einheit, die separat gefertigt und in ein Gerät eingebaut werden kann. Es ist nicht erforderlich, nachträglich Kontermassen an einem von dem Außenläufermotor angetriebenen Bauteil des Gerätes zu befestigen. Zudem wird durch den bereits in dem Außenläufermotor erfolgten Unwuchtausgleich ein Abtriebsstrang des entsprechenden Gerätes entlastet. Zudem kann durch die Anordnung der Kontermasse an dem Außenläufer ein besonders großer Abstand zwischen der Kontermasse und der Rotationsachse geschaffen werden, so dass durch den größeren Schwingungsradius der Kontermasse gleichzeitig der Betrag der erforderlichen Masse reduziert werden kann. Die Kontermasse ist somit auch bei geringerem Betrag der Masse durch den gegenüber dem Stand der Technik vergrößerten Schwingkreis besonders effizient. Insgesamt wird somit ein Außenläufermotor mit einer definierten Unwucht hergestellt, die eine Unwucht anderer Baugruppen des den Außenläufermotor aufweisenden Gerätes ausgleichen kann.
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Insbesondere wird vorgeschlagen, dass die Kontermasse an einer radial nach außen weisenden Umfangsfläche des Außenläufers angeordnet ist. Insbesondere durch die Anordnung der Kontermasse auf der nach außen gewandten Seite des Außenläufers kann der Abstand zwischen der Kontermasse und der Rotationsachse erhöht werden, so dass sich der Schwingkreis der Kontermasse erhöht und somit die Masse optimal klein ausgelegt werden kann.
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Des Weiteren wird vorgeschlagen, dass der Außenläufer zwei Kontermassen aufweist. Insbesondere wird vorgeschlagen, dass die Kontermassen in zueinander beabstandeten, senkrecht zu einer Längserstreckung der Rotationsachse orientierten Ebenen angeordnet sind. Die vorgeschlagene zweite Kontermasse dient zum Ausgleich eines Moments, welches dadurch entsteht, dass die erste Kontermasse in einer Ebene angeordnet ist, die gegebenenfalls nicht mit der Bewegungsebene des angetriebenen Bauteils zusammenfällt. Es empfiehlt sich, die beiden Kontermassen - bezogen auf eine axiale Richtung - möglichst weit voneinander entfernt anzuordnen, da eine unmittelbare Nähe der Kontermassen ineffektiv für den Unwuchtausgleich ist. Besonders bevorzugt sind die Kontermassen somit - bezogen auf die axiale Richtung der Rotationsachse - maximal weit voneinander entfernt, wobei beispielsweise eine erste Kontermasse an einen ersten Stirnbereich des Außenläufers angrenzt und eine zweite Kontermasse an einen gegenüberliegenden Stirnbereich des Außenläufers angrenzt. Bezogen auf eine radiale Richtung liegen die Kontermassen in gegenüberliegenden Umfangsbereichen des Außenläufers, so dass eine die beiden Kontermassen verbindende Gerade durch die Rotationsachse läuft.
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Gemäß einer Ausführungsform wird vorgeschlagen, dass die Kontermasse an den Außenläufer angeschweißt oder angeklebt ist. Die Kontermasse kann somit beispielsweise ein separates Bauteil sein, welches bei der Herstellung des Außenläufermotors beziehungsweise des Außenläufers mit dem Außenläufer verbunden wird, beispielsweise auf dessen nach außen weisende Umfangsfläche geschweißt oder geklebt wird.
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Alternativ kann vorgesehen sein, dass die Kontermasse einteilig mit dem Außenläufer ausgebildet ist. Die Kontermasse kann unmittelbar an den Außenläufer angeformt sein. Dies kann dadurch erfolgen, dass bei der Herstellung des Außenläufers, bei welcher beispielsweise ein Stanzprozess verwendet wird, Material, das üblicherweise entfernt wird, beispielsweise als Lasche stehengelassen wird. Die Lasche kann an dem Außenläufer umgebogen werden, nach innen oder nach außen, wobei die umgebogene Lasche dann eine Kontermasse für den Außenläufermotor bildet. Sofern zwei Kontermassen an dem Außenläufer vorgesehen sind, kann auch die zweite Kontermasse einteilig mit dem Außenläufer ausgebildet sein. Somit können separate Kontermassen, die ansonsten erst mit dem Außenläufer verbunden werden müssten, entfallen. Es ist nicht erforderlich, Kontermassen separat zu fertigen und zu montieren.
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Neben dem zuvor beschriebenen Außenläufermotor wird mit der Erfindung des Weiteren ein Gerät mit einem Gerätefestteil und einem relativ zu dem Gerätefestteil antreibbaren Bewegtelement vorgeschlagen, wobei das Gerät zum Antrieb des Bewegtelementes einen Elektromotor aufweist, welcher ein Außenläufermotor nach einer der beschriebenen Ausführungsformen ist. Das Gerät weist somit einen Außenläufermotor mit einem mehrere elektronisch schaltbare Pole aufweisenden Stator und einem relativ zu dem Stator rotierbar gelagerten, den Stator zumindest teilweise umgebenden Außenläufer auf, welcher zum Zwecke eines Unwuchtausgleichs mindestens eine - bezogen auf eine Rotationsachse des Außenläufers - unsymmetrisch angeordnete Kontermasse aufweist. Die Kontermasse kann bevorzugt an einer radial nach außen weisenden Umfangsfläche des Außenläufers angeordnet sein. Des Weiteren kann es vorgesehen sein, dass der Außenläufer zwei Kontermassen aufweist. Bei einer Ausbildung mit zwei Kontermassen ist es des Weiteren vorteilhaft, dass die Kontermassen in zueinander beabstandeten, senkrecht zu einer Längserstreckung der Rotationsachse orientierten Ebenen angeordnet sind. Des Weiteren kann die Kontermasse entweder als ein zunächst separates Element an dem Außenläufer befestigt werden, insbesondere durch Schweißen oder Ankleben, oder einteilig mit dem Außenläufer ausgebildet sein. Die zuvor in Bezug auf den Außenläufermotor beschriebenen Vorteile ergeben sich somit auch für das mit der Erfindung vorgeschlagene Gerät.
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Des Weiteren wird vorgeschlagen, dass das Gerät ein zwischen dem Außenläufermotor und dem Bewegtelement ausgebildetes Exzentergetriebe aufweist. Insbesondere kann vorgesehen sein, dass das Exzentergetriebe einteilig mit dem Außenläufer ausgebildet ist. Gemäß dieser Ausführungsform sind eine Rotationswelle des Außenläufers und ein damit verbundener Exzenter relativ zueinander fixiert, so dass es bei Rotation der Rotationswelle gleichzeitig zu einer exzentrischen Kreisbewegung des Exzenters kommt. Die Einteiligkeit kann während beispielsweise eines Stanzprozesses erreicht werden. Alternativ kann es auch vorgesehen sein, dass das Exzentergetriebe nicht einteilig mit dem Außenläufer ausgebildet ist, beispielsweise indem Rotationswelle und Exzenter über ein Zahnradgetriebe oder auch einen separaten Bügel oder dergleichen miteinander in mechanischer Wirkverbindung stehen.
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Des Weiteren wird vorgeschlagen, dass der Außenläufermotor so in dem Gerät eingebaut ist, dass die Rotationsachse des Außenläufers während einer üblichen Gebrauchsstellung des Gerätes auf einer horizontalen ebenen Fläche im Wesentlichen vertikal orientiert ist. Der Außenläufermotor ist demnach vertikal in dem Gerät angeordnet, so dass die Rotationswelle ebenfalls senkrecht orientiert ist. Da gegebenenfalls ein relativ großes Drehmoment zum Antrieb eines Bewegtelementes des Gerätes erforderlich ist, ist der Durchmesser des Außenläufermotors üblicherweise deutlich größer als seine Höhe (Länge). Dadurch kann der Außenläufermotor platzsparend auch beispielsweise in ein relativ flaches Gerät und/oder sogar ein sich selbsttätig fortbewegendes Gerät, beispielsweise einen autonomen Roboter, integriert werden. Zudem wird durch die vertikale Orientierung der Rotationswelle auch ein mit einem Exzenter in Wirkverbindung stehendes Bewegtelement in einer Ebene bewegt, welche parallel zu einer Fläche orientiert ist, auf welcher das Gerät während eines Arbeitsbetriebes steht oder sich bewegt.
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Gemäß einer speziellen Ausführungsform wird vorgeschlagen, dass das Gerät ein Bodenbearbeitungsgerät mit einer Schwingplatte als Bewegtelement ist. Gemäß dieser Ausgestaltung ist das Gerät beispielsweise ein Reinigungsgerät, welches eine Reinigungseinrichtung mit einem Reinigungselement aufweist. Das Reinigungselement kann beispielsweise ein textiles Wischtuch sein, welches mit Hilfe von Befestigungsmitteln, insbesondere einer Trägerplatte, abnehmbar an der Schwingplatte angeordnet werden kann. Die Schwingplatte kann ein fester Bestandteil des Reinigungsgerätes sein, welcher von einem Nutzer nicht ohne weiteres von einem Gerätefestteil des Reinigungsgerätes gelöst werden kann. Die Schwingplatte kann beispielsweise eine langgestreckte, rechteckige Grundform aufweisen, welche beispielsweise ein Länge-Breite-Verhältnis von etwa 3:1 aufweist. Die Schwingplatte weist eine Kupplung auf, welche zur Verbindung mit beispielsweise einem Exzenter eines Exzentergetriebes dient, über welches eine Krafteinleitung ausgehend von dem Außenläufermotor erfolgt.
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Figurenliste
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Im Folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen:
- 1 einen axialen Längsschnitt durch einen erfindungsgemäßen Außenläufermotor,
- 2 eine perspektivische Ansicht auf den geschnitten dargestellten Außenläufermotor,
- 3 ein erfindungsgemäßes Gerät mit einem Außenläufermotor.
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Beschreibung der Ausführungsformen
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Die 1 und 2 zeigen Schnittdarstellungen eines erfindungsgemäßen Außenläufermotors 1 mit einem davon angetriebenen Bewegtelement 12. Der Außenläufermotor 1 ist hier ein elektronisch kommutierter Außenläufermotor 1 mit einem Stator 3 und einem den Stator 3 umgebenden Außenläufer 4. Der ruhende Teil des Außenläufermotors 1, nämlich der Stator 3, ist in üblicher Art und Weise im Inneren des Außenläufermotors 1 angeordnet und von dem bewegten Teil, nämlich dem Außenläufer 4, oder auch Rotor genannt, umschlossen. Der Außenläufer 4 besteht aus mehreren in Umfangsrichtung des Außenläufers 4 hintereinander angeordneten und mit entgegengesetzten Polrichtungen ausgerichteten Magneten 23, welche hier beispielsweise Permanentmagnete sind. Alternativ könnten die Magnete 23 auch Teil eines entsprechend vielpolig magnetisierten Ringes sein. Der Stator 3 weist eine Mehrzahl von Spulen 22 auf, welche jeweils einen Pol 2 bilden. Hier ist der Stator 3 beispielsweise zweiphasig ausgeführt, mit insgesamt vier Spulen 22 (von welchen zwei Spulen 22 in den Schnittdarstellungen nicht sichtbar sind. Derartige Außenläufermotoren 1 arbeiten bürstenlos, wozu eine gesonderte Umrichterelektronik vorgesehen ist.
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Der Stator 3 kann über eine Montageplatte 24 an einem Gerätefestteil 21 eines Gerätes 11 (siehe 3) fixiert werden. An der Montageplatte 24 sind drehfest der Stator 3 sowie ein Lager für eine Rotationswelle 14 des Außenläufers 4 angeordnet. Die Rotationswelle 14 des Außenläufers 4 ist um eine Rotationsachse 5 rotierbar. Die Rotationswelle 14 ist mit dem Bewegtelement 12 über ein Exzentergetriebe 13 verbunden, wobei eine Rotation der Rotationswelle 14 durch das Exzentergetriebe 13 in eine exzentrische Kreisbewegung des Bewegtelementes 12 übersetzt wird, so dass das Bewegtelement 12 eine kreisförmige Bewegung vollziehen kann.
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Zum Antrieb des Bewegtelementes 12 steuert eine Steuereinrichtung des Außenläufermotors 1 die Bestromung der Pole 2 des Stators 3. Zwei in Bezug auf die Rotationsachse 5 radial gegenüberliegende Pole 2 des Stators 3 bilden ein steuerbares Statorspulenpaar mit einem Nordpol und einem Südpol. Wenn durch eines der Statorspulenpaare ein Strom fließt, wird ein elektromagnetisches Feld zwischen den gegenüberliegenden Polen 2 erzeugt. Die an dem Außenläufer 4 angeordneten Magnete 23 werden innerhalb dieses elektromagnetischen Feldes ausgerichtet, wodurch der Außenläufer 4 einem Drehmoment unterliegt und rotiert. Das jeweilige Statorspulenpaar bleibt so lange mit Strom beaufschlagt, bis die Magnete 23 des Außenläufers 4 ausgerichtet sind. Eine zeitlich aufeinanderfolgende Beaufschlagung der über den Umfang des Stators 3 angeordneten Pole 2 beziehungsweise Statorspulenpaare, bewirkt eine kontinuierliche Rotation des Außenläufers 4 um die Rotationsachse 5. Während eines Rotationsumlaufs des Außenläufers 4 werden somit - bezogen auf aufeinanderfolgende Phasen - die in Umfangsrichtung hintereinander angeordneten Statorspulenpaare mit Strom beaufschlagt. Bei beispielsweise drei Statorspulenpaaren ergeben sich drei Phasen pro Rotationsumlauf, wobei - bezogen auf die erste Phase - zunächst ein erstes Statorspulenpaar mit Strom beaufschlagt wird, bezogen auf die zweite Phase ein zweites Statorspulenpaar und bezogen auf die dritte Phase ein drittes Statorspulenpaar. Bei einem Außenläufermotor 1 mit zwei Statorspulenpaaren (wie in dem Beispiel gemäß den 1 und 2) ergeben sich entsprechend nur zwei Phasen pro Rotationsumlauf.
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Bei der Herstellung des Außenläufermotors 1 wird eine Abtriebsunwucht, die durch beispielsweise eine exzentrische Kreisbewegung eines von dem Außenläufermotor 1 angetriebenen Bewegtelementes 12 entsteht, bereits durch eine besondere Ausgestaltung des Außenläufermotors 1 ausgeglichen. Der Außenläufermotor 1 weist hier beispielsweise zwei Kontermassen 6, 7 zur Erzeugung einer definierten Unwucht auf. Die Kontermassen 6, 7 sind hier so auf gegenüberliegenden Seiten einer Umfangsfläche 8 des Außenläufers 4 angeordnet, dass diese jeweils radial nach außen weisen. Die Kontermassen 6, 7 befinden sich in verschiedenen Ebenen 9, 10 des Außenläufermotors 1, welche orthogonal zu einer Längserstreckung der Rotationsachse 5 orientiert sind. Die erste Kontermasse 6 befindet sich hier in einer ersten Ebene 9. Die zweite Kontermasse 7 ist in einer zweiten Ebene 10 angeordnet, die zu der ersten Ebene 9 einen definierten Abstand aufweist. Hier ist der Abstand im Rahmen der axialen Länge des Außenläufers 4 maximal groß, wobei sich die erste Kontermasse 6 an einem ersten axialen Endbereich des Außenläufers 4 befindet, und wobei sich die zweite Kontermasse 7 an dem in axialer Richtung gegenüberliegenden Endbereich befindet. Die Kontermassen 6, 7 werden bei der Herstellung des Außenläufermotors 1 mittels beispielsweise Schweißen oder Kleben an der Umfangsfläche 8 des Außenläufers 4 befestigt. Alternativ könnten diese auch einteilig an den Außenläufer 4 angeformt sein.
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Die Erfindung funktioniert nun so, dass das in den Figuren nach rechts ausgelenkte Bewegtelement 12 aufgrund der exzentrischen Anordnung eine Unwucht des angetriebenen Systems erzeugt, die zunächst von der Kontermasse 7 ausgeglichen wird. Da die Angriffspunkte der an dem Bewegtelement 12 und der Kontermasse 7 angreifenden Kräfte jedoch nicht in derselben axialen Ebene liegen, entsteht ein Moment, das hier durch das Kontergewicht 6 ausgeglichen wird. Dadurch, dass die Kontermassen 6, 7 radial nach außen weisend an der Umfangsfläche 8 des Außenläufers 4 angeordnet sind, ist der Exzentrizitätsradius der Kontermassen 6, 7 besonders groß, so dass die Beträge der Massen gegenüber dem Stand der Technik wesentlich kleiner ausfallen können. Die Kontermassen 6, 7 sind dadurch besonders effizient zum Ausgleichen der von der exzentrischen Kreisbewegung des Bewegtelementes 12 erzeugten Unwucht einsetzbar. Der gesamte Antriebstrang eines den Außenläufermotor 1 aufweisenden Gerätes 11, inklusive Unwuchtausgleich, kann somit eine Bauteileinheit sein, die separat gefertigt und in das Gerät 11 eingebaut werden kann. Durch die bereits in dem Außenläufermotor 1 erzeugte Unwucht kann beispielsweise ein Exzentergetriebe 13, über welches das Bewegtelement 12 angetrieben wird, entlastet werden.
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3 zeigt - lediglich beispielhaft - ein erfindungsgemäßes Gerät 11 mit einem solchen Außenläufermotor 1 (in 3 nicht sichtbar). Das Gerät 11 ist hier beispielsweise ein Bodenbearbeitungsgerät mit einem Basisgerät 15 und einem mit dem Basisgerät 15 verbindbaren Vorsatzgerät 16. Das Vorsatzgerät 16 weist einen Verbindungsbereich 20 zur lösbaren Anordnung an dem Basisgerät 15 auf. Das Vorsatzgerät 16 weist des Weiteren eine Reinigungseinrichtung mit einem als Schwingplatte ausgebildeten Bewegtelement 12 auf, an welchem eine Trägerplatte mit einem Reinigungselement (nicht dargestellt) befestigt werden kann. Das Gerät 11 ist mittels eines Stiels 17 von einem Nutzer handführbar. An dem Stiel 17 befindet sich ein Griff 18, an welchem der Nutzer während eines Reinigungsbetriebs angreifen und das Gerät 11 führen kann. An dem Griff 18 ist des Weiteren ein Schalter 19 ausgebildet, welcher hier zum An- und Ausschalten des Außenläufermotors 1 dient und gegebenenfalls der Auswahl unterschiedlicher Betriebsmodi des Gerätes 11. Das Bewegtelement 12 ist hier als flächige ebene Platte mit einer langgestreckten, rechteckigen Grundform ausgebildet, welche im Wesentlichen ein Länge-Breite-Verhältnis von etwa 3:1 aufweist. In einer üblichen Fortbewegungsrichtung des Gerätes 11 während eines Reinigungsbetriebs, d.h. während einer Vor- und Zurückbewegung, steht eine Längsseite des Bewegtelementes 12 senkrecht zu der Fortbewegungsrichtung. Das Bewegtelement 12 weist eine Kupplung auf, welche zur Verbindung mit dem Außenläufermotor 1, hier beispielsweise über ein Exzentergetriebe 13, dient. Der Außenläufermotor 1 kann entweder in dem Vorsatzgerät 16 oder in dem Basisgerät 15 des Gerätes 11 angeordnet sein. Mittels des Außenläufermotors 1 ist das Bewegtelement 12 relativ zu einem Gerätefestteil 21 des Gerätes 11, nämlich einem Gehäuse oder Chassis des Gerätes 11, schwingend verlagerbar.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Außenläufermotor
- 2
- Pol
- 3
- Stator
- 4
- Außenläufer
- 5
- Rotationsachse
- 6
- Kontermasse
- 7
- Kontermasse
- 8
- Umfangsfläche
- 9
- Ebene
- 10
- Ebene
- 11
- Gerät
- 12
- Bewegtelement
- 13
- Exzentergetriebe
- 14
- Rotationswelle
- 15
- Basisgerät
- 16
- Vorsatzgerät
- 17
- Stiel
- 18
- Griff
- 19
- Schalter
- 20
- Verbindungsbereich
- 21
- Gerätefestteil
- 22
- Spule
- 23
- Magnet
- 24
- Montageplatte
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102009059241 A1 [0003]
- DE 102013107915 A1 [0004]
