EP0937320A1 - Abschaltbürste fur elektrohandwerkzeugmaschine - Google Patents

Abschaltbürste fur elektrohandwerkzeugmaschine

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EP0937320A1
EP0937320A1 EP98945040A EP98945040A EP0937320A1 EP 0937320 A1 EP0937320 A1 EP 0937320A1 EP 98945040 A EP98945040 A EP 98945040A EP 98945040 A EP98945040 A EP 98945040A EP 0937320 A1 EP0937320 A1 EP 0937320A1
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EP
European Patent Office
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carbon brush
electric hand
commutator
machine tool
electric
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Günther Berger
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Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01R—ELECTRICALLY-CONDUCTIVE CONNECTIONS; STRUCTURAL ASSOCIATIONS OF A PLURALITY OF MUTUALLY-INSULATED ELECTRICAL CONNECTING ELEMENTS; COUPLING DEVICES; CURRENT COLLECTORS
    • H01R39/00—Rotary current collectors, distributors or interrupters
    • H01R39/02—Details for dynamo electric machines
    • H01R39/58—Means structurally associated with the current collector for indicating condition thereof, e.g. for indicating brush wear
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01R—ELECTRICALLY-CONDUCTIVE CONNECTIONS; STRUCTURAL ASSOCIATIONS OF A PLURALITY OF MUTUALLY-INSULATED ELECTRICAL CONNECTING ELEMENTS; COUPLING DEVICES; CURRENT COLLECTORS
    • H01R39/00—Rotary current collectors, distributors or interrupters
    • H01R39/02—Details for dynamo electric machines
    • H01R39/38—Brush holders
    • H01R39/381—Brush holders characterised by the application of pressure to brush

Definitions

  • the invention relates to an electric hand machine tool according to the preamble of claim 1.
  • a carbon brush for DC electric motors which has two axial, step-shaped extensions in the area of its head part, which serve as a socket for one current-carrying wire. Between the extensions there is a contact surface made of hard tissue for a pressure element and a damping pad underneath, the pressure element being intended to press the carbon brush against the commutator.
  • the projections protrude axially only about 5% of the total length of the cabbage brush over the contact surface for the pressure element.
  • the known carbon brush has the disadvantage that it does not even extend nearly to the height of the pressure element or the pressure spring, that is, to its axially outermost region.
  • the area of the carbon brush that determines the service life of the carbon brush or its service life is relatively short.
  • the outer diameter of the electric motor equipped with the corresponding carbon brushes, which is determined by the position and the dimensions of the pressure spring, and the corresponding housing area which is equipped with such a motor. piece electric hand machine tool is relatively large and in no way corresponds to an optimal grip circumference of the tool, especially when the motor housing serves as a handle. An optimal or as small as possible grip circumference of the electric hand machine tool is relatively difficult to achieve due to the limits of the size of the collector diameter and the length of the carbon brush.
  • the length of the carbon brush is determined by the difference between the collector radius and the outer radius of the housing minus the spring protrusion (height) compared to the housing.
  • the known carbon brush is therefore too short for power tools, the handle of which is formed by the motor housing.
  • the known carbon brush does not have a shut-off element which improves the safety of the electric hand tool and further reduces the usable carbon brush lengths, so that if the shut-off element were installed in the known carbon brush, its running time would be even shorter than without a shut-off element.
  • the hand tool according to the invention with the characterizing features of claim 1 has the advantage that it is 2 to 3 mm longer when the shut-off device is installed, so that the running time of the electric hand tool is extended by about 20 to 30 hours until the next carbon brush change.
  • the spring means are designed as a spiral spring, a minimal installation space in the motor housing for the maximum length of the carbon brush can be fully utilized. Characterized in that the spiral leaf spring is secured with its support arm area in a groove of the carbon brush position, it is ensured that the carbon brush is pressed securely in the direction of the commutator until the shutdown element responds, and thereby sparking and burn damage to the commutator can be excluded.
  • FIG. 1 shows a hand-held power tool designed as an angle grinder with the carbon brushes according to the invention in partial longitudinal section
  • FIG. 2 shows the angle grinder according to FIG. 1 in a view from above with the motor housing partially broken open
  • FIG. 3 shows the cross section of a further exemplary embodiment of an electric hand machine tool in the region of the carbon brush holder
  • Figure 4 shows the detail of a carbon brush according to the invention, cut along the broad side and Figure 5 shows the detail of the carbon brush according to Figure 4 with the view of the narrow side.
  • the electric hand machine tool shown in Figure 1 is an angle grinder 10, from whose motor housing 12 an electrical connection cable 11 emerges at the rear, the outer contour 13 of the motor housing 12 being highlighted on opposite sides by a dashed line each, which illustrates the relatively small outer diameter of the motor housing 12
  • a gear housing 14 is flanged to the front of the motor housing 12 and has an output shaft 14 'which emerges at a right angle to the motor housing axis.
  • the motor housing 12 On the side, the motor housing 12 carries a button 15 for switching an electric switch controlling the motor on and off.
  • a motor 16 with a rotor 18 can be seen, the rear bearing 19 of which is supported centrally in the rear region of the motor housing 12.
  • the rotor 18 carries a commutator 20, on which radially elongated carbon brushes 22 with a rectangular cross-section are elastically supported, which are held in rectangular-tubular carbon brush guides 24 which are arranged on a carrier 17 in a manner fixed to the housing.
  • the carbon brush guides 24 have a side slot 25 (FIG. 3), through which a spiral spring 26 engages with their arm 30 and can follow the wear-related displacement of the carbon brush 22 towards the commutator 20.
  • the spiral spring 26 is held in the middle of its spiral area with a clamping end 31 in a slot 29 of a spring holder 28 so as to prevent it from losing, and the support arm 30 of the spiral spring 26 opposite the clamping end 31 is supported at the top on a support surface 32 of a head region 34 of the carbon brush 22 from ( Figure 3).
  • the carbon brush 22 carries an extension 36 on the head region 34, which projects radially beyond the radially outermost edge of the carbon brush guides 24.
  • the foot region 35 of the carbon brushes 22 serves as a contact and wear part and is supported radially on the commutator 20.
  • FIG. 2 shows a plan view of the handheld power tool 10 according to FIG. 1 and in particular shows the position of the carbon brush guide 24 and the spiral spring 26 as well as the spring holder 28 and an electrical connecting wire 40, which can flexibly follow the movement of the carbon brush 22.
  • FIG. 3 shows only a part of the upper half of the cross-section of a hand-held power tool 10 ', which continues downwards in mirror image, whereby, in contrast to FIGS. 1 and 2, an exemplary embodiment of a commutator area is shown, the spiral springs 26 of which are 90 degrees with respect to the longitudinal axis of the commutator 20 are rotated. Accordingly, the spring holder 28 with the slots 29 are also rotated by 90 degrees with respect to the exemplary embodiment in FIGS. 1 and 2.
  • the carbon brush 22 has an inclined foot 35 and is laterally offset from the radial starting from the center of the commutator 20.
  • Extension 36 protrudes beyond the upper edge of the carbon brush guide 24.
  • the side slot 25 of the carbon brush guide 22 is also clearly visible.
  • FIG. 4 shows the detail of a carbon brush 22 with a shut-off element 38 mounted in a socket-like manner in the extension 36, the angular recess being clear, which is determined by the curved course of the support surface 32 or the end face 36a of the head region 34 of the carbon brush 22 running parallel thereto , it is clear from Figure 3 that in the upper outer contour formed between the extensions of the upper end face 36a and the side surfaces 42, 44 or in the angular recess, the spring means 26 at least with the area supported on the carbon brush 22 in the mounting position of the Immerse the carbon brush 22 flush.
  • FIG. 5 shows the view of the narrow side of the carbon brush 22 and illustrates the arrangement of the groove 33 and the side walls 46, 48 of the carbon brush 22 securing the position of the support arm 30 of the spiral spring 26.
  • the function of the shut-off device 38 is that, with increasing wear, the lower edge of the shut-off device 38 can be stamp-free and supported by a compression spring 50 on the collector 20. If this case occurs when the upper wear limit is reached, the carbon brush 22 is pressed outward against the force of the spiral spring 26, so that contact between the current-carrying wire 40 and the commutator 20 is prevented. It switches the electric motor automatically turns off so that damage to the commutator by contact with the strand 40, sliding friction from metal to metal, is prevented at high speeds.

Landscapes

  • Motor Or Generator Current Collectors (AREA)
  • Inorganic Insulating Materials (AREA)
  • Manipulator (AREA)
  • Automatic Tool Replacement In Machine Tools (AREA)
  • Mechanisms For Operating Contacts (AREA)
  • Brushes (AREA)

Abstract

Eine Elektrohandwerkzeugmaschine (10) mit einem Elektromotor (16), dessen Kommutator (20) über mindestens eine durch Federmittel (26) an den Kommutator (20) gedrückte Kohlebürste (22) mit einer Spannungsquelle verbindbar ist, wobei die Kohlebürste (22) aus einem Kopfteil (34) und einem Fussteil (35) besteht und eine Elektrolitze (40) sowie ein Abschaltorgan (38) trägt, welches bei einem bestimmten Verschleiss des Fussteils (35) der Kohlebürste (22) automatisch die elektrische Verbindung zwischen der Spannungsquelle und dem Kommutator (20) trennt, erhält dadurch eine längere Nutzungsdauer zwischen den Service-Intervallen zum Kohlebürstenwechsel, dass die Kohlebürste (22) im Bereich ihres Kopfteils (34) um einen einzigen axialen Fortsatz (36) verlängert ist, der als Fassung für das Abschaltorgan (38) dient und der so bemessen ist, dass zwischen den äussersten Aussenkanten des Kopteils (34) und des Fortsatzes (36) innerhalb dieser Aussenkanten die Federmittel (26) bündig in die Aussenkontur der Kohlebürste (22) integriert eintreten.

Description

ABSCHALTBÜRSTE FÜR ELEKTROHANDWERKZEUGMASCHINE
Stand der Technik
Die Erfindung geht aus von einer Elektrohandwerkzeugmaschine nach der Gattung des Anspruchs 1.
Durch die DE-OS 43 21 475 ist eine Kohlebürste für Gleichstrom-Elektromotoren bekannt, die im Bereich ihres Kopfteils zwei axiale, stufenförmige Fortsätze aufweist, die als Fas- sung für je eine stromführende Litze dienen. Zwischen den Fortsätzen ist eine Anlagefläche aus Hartgewebe für ein Druckelement sowie eine darunter liegende Dämpfungauflage vorgesehen, wobei das Druckelement die Kohlebürste an den Kommutator drücken soll. Die Fortsätze stehen axial etwa nur um 5% der Gesamtlänge der Kohlbürste über die Anlagefläche für das Druckelement vor. Dadurch hat die bekannte Kohlebürste den Nachteil, daß sie sich nicht einmal annähernd bis zur Aufbauhöhe des Druckelements bzw. der Andruckfeder erstreckt, d.h. bis zu deren axial am weitesten außenliegenden Bereich. Dadurch ist der die Lebensdauer der Kohlebürste bestimmende Bereich der Kohlebürste bzw. deren Lebensdauer verhältnismäßig kurz. Der durch die Position und die Maße der Andruckfeder bestimmte Außendurchmesser des mit den entsprechenden Kohlebürsten bestückten Elektromotors und der entsprechende Gehäusebereich der mit einem solchen Motor be- stückten Elektrohandwerkzeugmaschine ist verhältnismäßig groß und entspricht keinesfalls einem optimalen Griffumfang des Werkzeugs insbesondere dann, wenn das Motorgehäuse als Handgriff dient. Ein optimaler bzw. möglichst kleiner Griff- umfang der Elektrohandwerkzeugmaschine ist wegen der Grenzen der Verkleinerbarkeit des Kollektordurchmessers und der Kohlebürstenlänge nur verhältnismäßig schwer verwirklichbar. Die Länge der Kohlebürste wird bestimmt durch die Differenz zwischen dem Kollektorradius und dem Außenradius des Gehäu- ses abzüglich dem Federüberstand (Bauhöhe) gegenüber dem Gehäuse .
Die bekannte Kohlebürste ist daher für Elektrowerkzeuge, deren Griff durch das Motorgehäuse gebildet wird, zu kurz.
Außerdem hat die bekannte Kohlebürste kein die Sicherheit des Elektrohandwerkzeugs verbesserndes und die nutzbare Kohlebürstenlängen weiter reduzierendes Abschaltorgan, so daß, falls das Abschaltorgan in die bekannte Kohlebürste einge- baut würde, deren Laufzeit noch kürzer wäre als ohne Abschaltorgan.
Vorteile der Erfindung
Die erfindungsgemäße Handwerkzeugmaschine mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 hat demgegenüber den Vorteil, daß sie bei eingebautem Abschaltorgan um 2 bis 3 mm länger ist, so daß sich die Laufzeit des Elektrohandwerkzeugs bis zum nächsten Kohlbürstenwechsel um etwa 20 bis 30 Stunden verlängert.
Dadurch, daß die Federmittel als Spiralfeder ausgebildet sind, wird ein minimaler Bauraum im Motorgehäuse für die maximale Länge der Kohlebürste voll ausnutzbar. Dadurch, daß die Spiralblattfeder mit ihrem Stützarmbereich in einer Nut der Kohlebürstenlage gesichert ist, ist gesichert, daß die Kohlebürste bis zum Ansprechen des Abschaltorgans sicher in Richtung des Kommutators gedrückt wird und dadurch Funkenbildung und Verbrennungsschäden am Kommutator ausgeschlossen werden können.
Dadurch, daß der Kopf der Kohlebürste verlängert ist, ist das Führungsverhalten bei zunehmender Abnutzung und Verkür- zung der Kohlebürste besser als bei den bisherigen Kohlebürsten, weil deren Führungsflächen länger sind.
Dadurch, daß die Flachseite der Spiralfeder im wesentlichen parallel und eng benachbart zur Schmalseite der Kohlebürste angeordnet ist, ist eine besonders kompakte Bauweise der Bürstenhalterung möglich.
Zeichnung
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der nachfolgenden
Beschreibung anhand der zugehörigen Zeichnung näher erläutert .
Es zeigen Figur 1 eine als Winkelschleifer ausgestaltete Handwerkzeugmaschine mit den erfindungsgemäßen Kohlebürsten im Teil- Längsschnitt ,
Figur 2 den Winkelschleifer gemäß Figur 1 in der Ansicht von oben mit teilweiser aufgebrochenem Motorgehäuse, Figur 3 den Querschnitt eines weiteren Ausführungsbeispiels einer Elektrohandwerkzeugmaschine im Bereich des Kohlebür- stenträgerε ,
Figur 4 die Einzelheit einer erfindungsgemäßen Kohlebürste, entlang der Breitseite geschnitten und Figur 5 die Einzelheit der Kohlebürste gemäß Figur 4 mit der Ansicht der Schmalseite.
Beschreibung der Ausführungsbeispiele
Die in Figur 1 dargestellte Elektrohandwerkzeugmaschine ist ein Winkelschleifer 10, aus dessen Motorgehäuse 12 hinten ein Elektro-Anschlußkabel 11 austritt, wobei die Außenkontur 13 des Motorgehäuses 12 auf gegenüberliegenden Seiten durch je eine gestrichelte Linie hervorgehoben ist, die den verhältnismäßig geringen Außendurchmesser des Motorgehäuses 12 verdeutlicht
Vorn an das Motorgehäuse 12 ist ein Getriebegehäuse 14 ange- flanscht, das eine im rechten Winkel zur Motorgehäuseachse nach unten austretende Abtriebswelle 14' aufweist. Seitlich trägt das Motorgehäuse 12 eine Taste 15 zum Ein- und Ausschalten eines den Motor steuernden Elektroschalters .
Im Inneren des Motorgehäuses 12 ist ein Motor 16 mit einem Rotor 18 erkennbar, dessen hintere Lagerung 19 sich mittig im hinteren Bereich des Motorgehäuses 12 abstützt.
Axial benachbart zur hinteren Lagerung 19 trägt der Rotor 18 einen Kommutator 20, an den sich radial längliche Kohlebürsten 22 mit rechteckigem Querschnitt elastisch abstützen, die in rechteckig-rohrförmigen Kohlebürstenführungen 24 gehalten werden, die an einen Träger 17 gehäusefest angeordnet sind.
Die Kohlebürstenführungen 24 weisen einen Seitenschlitz 25 (Figur 3) auf, durch den seitlich eine Spiralfeder 26 mit ihrem Arm 30 greifen und der abnutzungsbedingten Verschiebung der Kohlebürste 22 zum Kommutator 20 hin folgen kann. Die Spiralfeder 26 ist in der Mitte ihres spiraligen Bereiches mit einem Klemmende 31 in einen Schlitz 29 eines Federhalters 28 gegen Verlieren gesichert festgehalten und der dem Klemmende 31 gegenüberliegende Stützarm 30 der Spiralfe- der 26 stützt sich oben an einer Stützfläche 32 eines Kopfbereichs 34 der Kohlebürste 22 ab (Figur 3). Die Kohlebürste 22 trägt am Kopfbereich 34 einen Fortsatz 36, der radial über die radial äußerste Kante der Kohlebürstenführungen 24 hinausragt. Der Fußbereich 35 der Kohlebürsten 22 dient als Kontakt- und Verschleißteil und stützt sich radial am Kommutator 20 ab.
Figur 2 zeigt eine Draufsicht auf die Handwerkzeugmaschine 10 gemäß Figur 1 und macht insbesondere die Lage der Kohle- bürstenführung 24 und der Spiralfeder 26 sowie des Federhalters 28 und einer Elektro-Anschluß-Litze 40 deutlich, die biegsam der Bewegung der Kohlebürste 22 folgen kann.
Figur 3 zeigt nur einen Teil der oberen Hälfte des sich spiegelbildlich nach unten fortsetzenden Querschnitts einer Handwerkzeugmaschine 10', wobei im Unterschied zu den Figuren 1 und 2 ausschnittsweise ein Ausführungsbeispiel eines Kommutatorbereichs gezeigt ist, dessen Spiralfedern 26 gegenüber der Längsachse des Kommutators 20 um 90 Grad gedreht angeordnet sind. Dementsprechend sind die Federhalter 28 mit den Schlitzen 29 ebenfalls um 90 Grad gegenüber dem Ausführungsbeispiel der Figur 1 und 2 gedreht angeordnet. Außerdem hat die Kohlebürste 22 einen schrägen Fuß 35 und ist gegenüber der Radialen, ausgehend vom Mittelpunkt des Kommutators 20 seitlich versetzt. Deutlich wird bei Ansicht des Kopfbereichs 34 eine winklige Ausnehmung, in der außerdem eine Nut 33 verläuft, in die der Stützarm 30 der Spiralfeder 26 eintaucht und so gegen seitliches Abrutschen von der Kohlebürste 22 gesichert ist. Besonders deutlich wird, daß das obere Ende der Kohlebürste 22 bis nah an die Außenkontur 13 heranragt und daß dadurch sowohl der die Litze 40 tragende Bereich als auch die Verschleißlänge bestimmende Abschaltorgan 38 (Fig. 4) radial maximal weit nach außen geführt sind. Das obere Ende des
Fortsatzes 36 steht über die Oberkante der Kohlebürstenführung 24 hinaus. Deutlich ist auch der Seitenschlitz 25 der Kohlebürstenführung 22 erkennbar.
Figur 4 zeigt die Einzelheit einer Kohlebürste 22 mit einem im Fortsatz 36 fassungsartig gelagerten Abschaltorgan 38 wobei die winklige Ausnehmung deutlich wird, die durch den gebogenen Verlauf der Stützfläche 32 bzw. der dazu parallel verlaufenden Stirnseite 36a des Kopfbereichs 34 der Kohle- bürste 22 bestimmt wird, wobei aus Figur 3 deutlich wird, daß in die zwischen den Verlängerungen der oberen Stirnfläche 36a und der Seitenflächen 42, 44 gebildete obere Außenkontur bzw. in die winklige Ausnehmung die Federmittel 26 zumindest mit dem sich an der Kohlebürste 22 abstützenden Bereich in der Montageposition der Kohlebürste 22 bündig eintauchen.
Figur 5 zeigt die Ansicht der Schmalseite der Kohlebürste 22 und verdeutlicht die Anordnung der Nut 33 und den die Lage des Stützarms 30 der Spiralfeder 26 sichernden Seitenwänden 46, 48 der Kohlebürste 22.
Die Funktion des Abschaltorgans 38 besteht darin, daß bei zunehmendem Verschleiß die Unterkante des Abschaltorgans 38 sich stempelartig frei und durch eine Druckfeder 50 federnd am am Kollektor 20 abstützen kann. Ist dieser Fall bei Erreichen der Verschleißobergrenze eingetreten, wird die Kohlebürste 22 entgegen der Kraft der Spiralfeder 26 nach außen gedrückt, so daß ein Kontakt zwischen der stromführenden Litze 40 und dem Kommutator 20 verhindert. Dabei schaltet sich automatisch der Elektromotor aus so daß ein Beschädigen des Kommutators durch Kontakt mit der Litze 40, Gleitreibung von Metall auf Metall, bei hohen Drehzahlen verhindert wird.

Claims

Ansprüche
1. Elektrohandwerkzeugmaschine (10) mit einem Elektromotor (16) , dessen Kommutator (20) über mindestens eine durch Fe- dermittel (26) an den Kommutator (20) gedrückte Kohlebürste (22) mit einer Spannungsquelle verbindbar ist, wobei die Kohlebürste (22) aus einem Kopfteil (34) und einem Fußteil (35) besteht und eine Elektrolitze (40) sowie ein Abschaltorgan (38) trägt, welches bei einem bestimmten Verschleiß des Fußteils (35) der Kohlebürste (22) automatisch die elektrische Verbindung zwischen der Spannungsquelle und dem Kommutator (20) trennt, dadurch gekennzeichnet, daß die Kohlebürste (22) im Bereich ihres Kopfteils (34) um einen axialen Fortsatz (36) verlän- gert ist, der als Fassung für das Abschaltorgan (38) dient und der so bemessen ist, daß in die zwischen der Verlängerung seiner oberen Stirnfläche (36a) und den Verlängerungen der Seitenflächen (42, 44) gebildete obere Außenkontur die Federmittel (26) zumindest mit dem sich an der Kohlebürste (22) abstützenden Bereich in der Montageposition der Kohlebürste (22), insbesondere bündig, eintauchen.
2. Elektrohandwerkzeugmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Federmittel (26) eine Spiralfeder dient, die sich mit einem, insbesondere gewölbten, Ende des Spiralbereichs, vorzugsweise Stützarmbereich (30), innerhalb der Außenkontur der Kohlebürste (22) erstreckt und sich an einer Stützfläche (32) am Kopfteil (34) der Kohlebürste (22) abstützt .
3. Elektrohandwerkzeugmaschine nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß sich der Stützarm (30) in einer Nut (33) im Kopfbereich (34) der Kohlebürste (22) lagegesichert abstützt .
4. Elektrohandwerkzeugmaschine nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Kohlebürste (22) länglich mit rechteckigem Querschnitt mit einer Breitseite (42) und einer Schmalseite (44) ausgestaltet ist.
5. Elektrohandwerkzeugmaschine nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß eine Flachseite der Spiralfeder (26) im wesentlichen parallel und eng benachbart zur Schmalseite
(44) der Kohlebürste (22) angeordnet ist.
6. Elektrohandwerkzeugmaschine nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektrolitze (40) etwa rechtwinklig, vorzugsweise aus einer Austrittsöffnung (42), aus der Breitseite (42) der Kohlebürste (22) tritt.
EP98945040A 1997-09-10 1998-07-23 Abschaltbürste fur elektrohandwerkzeugmaschine Expired - Lifetime EP0937320B1 (de)

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DE29716245U DE29716245U1 (de) 1997-09-10 1997-09-10 Elektrohandwerkzeugmaschine
DE29716245U 1997-09-10
PCT/DE1998/002077 WO1999013538A1 (de) 1997-09-10 1998-07-23 Abschaltbürste fur elektrohandwerkzeugmaschine

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EP (1) EP0937320B1 (de)
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