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Die
Erfindung bezieht sich auf Elektromotoren und insbesondere auf ein
kraftgetriebenes Werkzeug mit einem Elektromotor, der dazu ausgestaltet ist,
entweder von einer Wechselspannungsquelle oder von einer Gleichstrombatterie
angetrieben zu werden.
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Elektromotoren
werden in einer weiten Vielfalt von Anwendungen verwendet. In der
Industrie für die
Herstellung von kraftgetriebenen Werkzeugen werden Elektromotoren
verwendet, um verschiedene Werkzeuge, wie zum Beispiel Bohrmaschinen, Schleifmaschinen,
Kreissägen
und andere verschiedene tragbare, elektrisch angetriebene Werkzeuge anzutreiben.
In den letzten Jahren sind batteriegetriebene elektrische Handwerkzeuge
in wachsendem Maße
beliebt geworden. Das Vorsehen der Batterie hat den Gebrauchswert
solcher Handwerkzeuge stark erhöht
und ermöglicht
ihre Anwendung, wenn keine Wechselspannungsquelle zur Verfügung steht.
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Trotz
der Vorteile, ein batteriegetriebenes elektrisches Handwerkzeug
zur Verfügung
zu haben, würde
es trotzdem noch erwünscht
sein, dass man in der Lage ist, Wechselstrom zu verwenden, wenn
die Batterie des kraftgetriebenen Werkzeugs bis zu einem Punkt entladen
ist, an dem das Werkzeug nicht länger
verwendet werden kann, jedoch eine Wechselspannungsquelle ohne weitere
Umstände
zur Verfügung
steht. In solchen Situationen würde
ein einfaches Verbinden des elektrischen kraftgetriebenen Werkzeugs
mit der Wechselspannungsquelle über eine
elektrische Verlängerungsschnur
es ermöglichen,
das kraftgetriebene Werkzeug zum Beenden der derzeitigen Arbeitsaufgabe
zu verwenden.
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US 3,525,912 beschreibt
eine wählbare Spannungsquelle
für ein
kraftgetriebenes Werkzeug, das einen Motor mit zwei Wicklungen und
zwei Kommutatoren aufweist. Dadurch ist der Motor bei zwei verschiedenen
Spannungspegeln nutzbar. Die Spannungsquelle kann weiterhin eine
Gleichrichterschaltung aufweisen, die sowohl den Wechselstrom- als auch
den Gleichstrombetrieb ermöglicht.
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GB
248516 beschreibt einen elektrischen Generator mit zwei oder mehr
konzentrisch angeordneten Sätzen
von Wicklungen, so dass der Generator verschiedene Spannungspegel
erzeugen kann.
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Es
ist daher eine Hauptaufgabe der vorliegenden Erfindung, ein kraftgetriebenes
Werkzeug zur Verfügung
zu stellen, das in der Lage ist, von entweder einer Wechselspannungsquelle
oder von einer Gleichspannungsquelle angetrieben zu werden, ohne
dass eine Modifikation des Werkzeugs erforderlich ist.
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Es
ist eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein kraftgetriebenes
Werkzeug mit einem Motor zur Verfügung zu stellen, der von einer
Wechselspannungsquelle oder von einer Gleichspannungsquelle angetrieben
werden kann, und bei dem der Motor es nicht erforderlich macht,
die Gesamtabmessungen des kraftgetriebenen Werkzeugs wesentlich
zu vergrößern, er
nicht das Gesamtgewicht des kraftgetriebenen Werkzeugs wesentlich
erhöht und
er weiterhin die Herstellungskosten des kraftgetriebenen Werkzeugs
nicht wesentlich erhöht.
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Gemäß einem
Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein hybrider Wechselstrom/Gleichstrom-Motor,
der von einer Wechselspannungsquelle oder einer Gleichspannungsquelle
betrieben werden kann zur Verfügung
gestellt, aufweisend:
ein Permanentmagnetfeld;
einen im
Permanentmagnetfeld angeordneten Anker;
eine sich durch den
Anker erstreckende und diesen zur Drehung im Permanentmagnetfeld
abstützende Welle;
einen
an der Welle befestigten ersten Kommutator;
eine auf den Anker
gewickelte und elektrisch mit dem ersten Kommutator gekoppelte erste
Ankerwicklung;
einen an der Welle befestigten zweiten Kommutator;
eine
auf den Anker gewickelte und elektrisch mit dem zweiten Kommutator
gekoppelte zweite Ankerwicklung;
ein Paar in Berührung mit
einem vom erstem und zweitem Kommutator stehender Gleichstrombürsten zum
Koppeln eines Gleichstroms mit dem Kommutator, wenn die Spannungsquelle
eine Gleichspannungsbatterie ist; und
ein Paar in Berührung mit
dem anderen von erstem und zweitem Kommutator stehender Wechselstrombürsten zur
Kopplung eines Wechselstroms mit dem Kommutator, wenn die Spannungsquelle
eine Wechselspannungsquelle ist;
dadurch gekennzeichnet, dass
der erste Kommutator auf der Welle koaxial über einem Bereich des zweiten Kommutators
befestigt ist.
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Gemäß einem
anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Kraftmodul zur
Ermöglichung
der Verwendung von Wechselstrom oder Gleichstrom zum Betreiben eines
elektrisch angetriebenen Geräts
zur Verfügung
gestellt, wobei das Antriebsmodul aufweist:
eine Gleichrichterschaltung
zum Empfang eines Wechselstromeingangssignals und zur Erzeugung eines
Gleichstromsignals aus diesem;
einen Kondensator zum Filtern
des Gleichstromsignals;
eine Batterie;
einen Motor, wie
vorher definiert; und
einen Schalter zum Koppeln entweder der
Batterie oder einer Wechselspannungsquelle mit dem Motor.
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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein kraftgetriebenes Werkzeug
mit einem Motor, der von einer Wechselspannungsquelle oder von einer Gleichspannungsquelle
betrieben werden kann. Das kraftgetriebene Werkzeug weist eine Kraftmodulschaltung
mit einem Schalter auf, mit dem das kraftgetriebene Werkzeug eingestellt
werden kann, mit Wechselstrom oder mit Gleichstrom betrieben zu werden.
Der Motor weist ein Permanentmagnetfeld auf, in dem ein Anker angeordnet
ist. Der Anker wird zur Drehung von einer Ankerwelle abgestützt. An
einem Ende der Ankerwelle ist ein erster Kommutator (d. h. ein Gleichstromkommutator)
darauf angeordnet. Eine erste Feldwicklung ist elektrisch mit dem Gleichstromkommutator
gekoppelt, um Gleichstrom zu der ersten Ankerwicklung zu übertragen.
Eine zweite Ankerwicklung ist elektrisch mit einem zweiten Kommutator
(d. h. mit einem Wechselstromkommutator) gekoppelt, der auf der
Ankerwelle angeordnet ist. In einer bevorzugten Ausführung ist
der Wechselstromkommutator über
einem Bereich des Gleichstromkommutators angeordnet. Ein erstes
Paar Bürsten
ist funktionell mit dem Gleichstromkommutator verbunden, um Gleichstrom
zu der ersten Ankerwicklung zu übertragen.
Ein zweites Paar Bürsten
ist funktionell mit dem Wechselstromkommutator verbunden, um gleichgerichteten
Wechselstrom zu der zweiten Ankerwicklung zu übertragen.
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Bei
Gebrauch ermöglicht
es die mit dem Wechselstromkommutator verbundene zweite Ankerwicklung,
den Motor durch ein gleichgerichtetes Wechselstromsignal anzutreiben.
Um den Motor in einer Gleichstrom-Betriebsweise zu betreiben, ist
ein mit dem Motor verbundener Schalter vorgesehen, um den Motor
von der Wechselspannungsquelle zu trennen und einen Batterieblock
des Werkzeugs mit dem Gleichstromkommutator zu koppeln. Auf diese Art
und Weise kann die mit dem Gleichstromkommutator verbundene erste
Ankerwicklung durch das Gleichstromsignal von dem Batterieblock
unter Strom gesetzt werden.
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In
der bevorzugten Ausführung
weist die Kraftmodulschaltung weiterhin eine Bremsschaltung auf.
Die Bremsschaltung weist einen normalerweise geschlossenen Schalter
auf, der über
einer der Wechselstrom- oder Gleichstromwicklungen für das Bremsen
des Motor in sowohl Wechselstrom- als auch Gleichstrombetriebsweise
angeordnet ist. Das gewünschte
Bremsverhalten (d. h. hartes Bremsen oder weiches Bremsen) bestimmt, über welcher Wicklung
der Schalter angeordnet ist.
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Der
Motor des kraftgetriebenen Werkzeugs der vorliegenden Erfindung
hat relativ geringe Abmessungen und ein geringes Gewicht und erreicht dazu
noch einen hohen Wirkungsgrad. Der Motor und seine dazugehörigen Schaltkreise
sind für
kraftgetriebene Handwerkzeuge, bei denen Abmessungs- und Gewichts-Erwägungen bei
der Konstruktion und im Betrieb des Werkzeugs die Hauptrolle spielen,
ideal.
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Die
verschiedenen Vorteile der vorliegenden Erfindung werden Fachleuten
beim Lesen der nachfolgenden Beschreibung und der beigefügten Ansprüche sowie
durch Bezugnahme auf die nachfolgenden Zeichnungen deutlich, wobei
die Zeichnungen zeigen in
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1 eine Aufrissansicht für ein Beispiel
eines kraftgetriebenen Werkzeugs, mit welchem der Motor der vorliegenden
Erfindung verwendet werden kann;
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2 eine vereinfachte Querschnittsansicht des
Motors der vorliegenden Erfindung;
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3 eine vereinfachte schematische Zeichnung
des Motors von 2 und
seiner dazugehörigen
Schaltungsanordnung;
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4 eine Querschnittsansicht
eines Ankers eines nicht doppelt isolierten Gleichstrommotors eines
kraftgetriebenen Werkzeugs;
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5 eine Querschnittsansicht
eines Ankers eines Gleichstrommotors eines kraftgetriebenen Werkzeugs,
der ein erstes Verfahren der Doppelisolierung verwendet;
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6 eine Querschnittsansicht
eines Ankers eines Gleichstrommotors eines kraftgetriebenen Werkzeugs,
der ein zweites Verfahren der Doppelisolierung verwendet;
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7 eine Querschnittsansicht
eines Ankers eines Gleichstrommotors eines kraftgetriebenen Werkzeugs,
der ein drittes Verfahren der Doppelisolierung verwendet;
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8 ein Querschnitt durch
die Mitte des Laminierungsstapels eines Ankers für einen Gleichstrommotor eines
kraftgetriebenen Werkzeugs, der Doppelisolierung verwendet; und
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9 eine Querschnittsansicht
eines Gehäuses
für einen
Gleichstrommotor eines kraftgetriebenen Werkzeugs, der Doppelisolierung
verwendet.
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Bezug
auf 1 nehmend ist dort
als ein Beispiel ein elektrisch kraftgetriebenes Handwerkzeug 10 mit
einem Motor 12 gemäß der vorliegenden Erfindung
dargestellt. Es ist sofort zu erkennen, dass der Motor 12 und
seine dazugehörige
Schaltungsanordnung in einer weiten Vielfalt von elektrisch angetriebenen
Kraftwerkzeugen verwendet werden kann. Daher ist die Abbildung einer
elektrisch angetriebenen Handbohrmaschine in 1 nur als ein Beispiel und als den Motor 12 und
seine zugehörige
Schaltungsanordnung nicht auf eine besondere Form des Werkzeugs
einschränkend
zu betrachten. Es ist vorgesehen, dass der Motor 12 für elektrisch
angetriebene handgeführte
Schleifmaschinen, Kreissägen, Stichsägen und
praktisch für
jedes andere elektrisch angetriebene Kraftwerkzeug verwendet werden kann,
bei dem die Fähigkeit,
von einer Wechselspannungsquelle oder von einer Gleichspannungsquelle betrieben
zu werden, den Gebrauchswert des Werkzeugs sogar weiter erhöhen würde.
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Weiter
auf 1 Bezug nehmend,
weist das kraftgetriebene Werkzeug 10 einen vom Benutzer betätigbaren
Kippschalter 14, einen Griffbereich 16 und ein
Spannfutter 18 auf. Das Spannfutter ist an einer Untersetzungsgetriebeanordnung 20 befestigt, die
wiederum mit einem Ausgangsende einer zu dem Motor 12 gehörigen Ankerwelle
gekoppelt ist. Ein Batterieblock 24 wird von dem kraftgetriebenen Werkzeug 10 getragen,
um den Motor 12 für
den Betrieb mit Gleichstrom zu versorgen. Ein von Hand betätigbarer
Wechselstrom/Gleichstrom-Wählschalter 26 erlaubt
es einem Benutzer, das Werkzeug 10 für die Verwendung entweder mit
Wechselstrom oder mit Gleichstrom einzustellen. Wenn der Schalter 26 in die
Wechselstromstellung ("AC") bewegt wird, kann der
Motor 12 Wechselstrom über
eine Steckbuchse 28 aufnehmen, an der eine elektrische
Verlängerungsschnur
lösbar
befestigt sein kann. Wenn der Batterieblock 24 ausreichend
aufgeladen ist, kann das kraftgetriebene Werkzeug 10 ausschließlich durch
Gleichstrom angetrieben werden, der von dem Batterieblock 24 zur
Verfügung
steht, wenn sich der Schalter 26 in seiner Gleichstromstellung
("DC") befindet. In der
bevorzugten Ausführung
ist der Batterieblock 24 ein entfernbarer, wiederaufladbarer 12-Volt-Batterieblock.
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Es
ist zu erkennen, dass der Wählschalter 26 und
die Wechselstromsteckdose 28 an anderen Positionen an der
Bohrmaschine 10 angeordnet sein können. Eine Variante wäre, dass
der Schalter 26 in der Aussparung 24a angeordnet
ist, so dass er automatisch betätigt
wird, wenn der Batterieblock 24 eingesetzt wird und dadurch
das Werkzeug 10 automatisch für den Betrieb von einer Gleichspannungsquelle
einstellt. Das Entfernen des Batterieblocks 24 und das
Trennen des Schalters 26 würden das Werkzeug 10 automatisch
auf den Betrieb mit Wechselstrom einstellen.
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Bezug
auf 2 nehmend, ist der
Motor 12 ausführlicher
dargestellt. Der Motor weist ein Permanentmagnetfeld 30 auf.
Das Permanentmagnetfeld 30 ist vorzugsweise in zwei Segmenten 30a und 30b vorgesehen,
wobei jedes Segment einen keramischen Permanentmagnet aufweist.
Jeder Permanentmagnet 30a und 30b haftet an einem
Motorgehäuse 32,
das vorzugsweise ein Motorgehäuse
aus kaltgewalztem Stahl ist. In dem Permanentmagnetfeld 30 befindet
sich ein Anker 34, der auf einer Ankerwelle 36 abgestützt wird,
die sich koaxial durch den Anker erstreckt. Die Ankerwelle 36 weist
ein erstes Ende 36a und ein zweites Ende 36b auf.
An dem zweiten Ende 36b ist ein Gleichstromkommutator 38 konzentrisch
angeordnet, der starr an dem zweiten Ende 36b befestigt
ist, um mit der Welle 36 zu rotieren. Ein Phenol-Isolierungsbereich 38a isoliert
den Kommutator 38 gegenüber
der Ankerwelle 36. Eine erste Ankerwicklung 40 (d.
h. eine Gleichstromankerwicklung), die in einem herkömmlichen "fliegenden" Alpha-Wicklungsmuster über einen
Teil des Ankers 34 gewickelt ist, ist elektrisch mit dem
Gleichstromkommutator 38 gekoppelt. Die erste Ankerwicklung 40 ist
vorzugsweise mit dickem Draht gewickelt, wie zum Beispiel möglicherweise
mit Draht 20AWG.
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Ein
Wechselstromkommutator 42 ist starr und koaxial über einen
Teil des Gleichstromkommutators 38 angeordnet. Der Wechselstromkommutator 42 ist
gegenüber
dem Gleichstromkommutator 38 durch einen Phenol-Isolierungsabschnitt 42a isoliert und
elektrisch mit einer zweiten Ankerwicklung 44 (d. h. einer
Wechselstromankerwicklung) gekoppelt. Die zweite Ankerwicklung 44 ist
ebenfalls über
einen Teil der ersten Wicklung 40 in einem herkömmlichen "fliegenden" Alpha-Wicklungsmuster
gewickelt. Es wird stark bevorzugt, dass die zweite Ankerwicklung 44 über die
erste Ankerwicklung 40 gewickelt ist, weil die zweite Ankerwicklung 44 aus
dünnerem
Draht hergestellt ist, zum Beispiel aus Draht 28 AWG, und empfindlicher
gegenüber
Bruch wäre,
wenn sie zuerst auf den Anker 34 gewickelt wäre.
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Weiter
auf 2 Bezug nehmend,
ist ein Paar Bürsten 46 mit
dem Gleichstromkommutator 38 verbunden und wird verwendet,
um den Gleichstrom von der Batterie 24 (1) mit der ersten Ankerwicklung 40 zu
koppeln, wenn die Batterie 24 als Spannungsquelle für den Motor 12 verwendet
wird. Ein zweites Paar Bürsten 48 ist
koaxial über
dem Wechselstromkommutator 42 angeordnet und wird verwendet,
um die gleichgerichtete Wechselspannung zu der zweiten Ankerwicklung 44 zu übertragen, wenn
eine Wechselspannungsquelle verwendet wird, um den Motor 12 anzutreiben.
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Es
ist zu erkennen, dass, wenn auch beide Kommutatoren 38 und 42 auf
dem zweiten Ende 36b der Ankerwelle 36 angeordnet
sind, dass einer der Kommutatoren 38 oder 42 genau
so gut auf dem ersten Ende 36a der Ankerwelle 36 angeordnet
sein könnte.
Das Anordnen beider Kommutatoren 38 und 42 koaxial
auf einer Seite des Ankers 34 erlaubt es jedoch, eine kompaktere
Motoranordnung zur Verfügung
zu stellen, die in kraftgetriebenen Handwerkzeugen sehr erwünscht ist,
bei denen die Gesamtkompaktheit des Werkzeugs ein wünschenswertes Merkmal
ist. Das Vorsehen beider Kommutatoren 38 und 42 auf
demselben Ende der Ankerwelle 36 verringert auch die Verdrahtungskompliziertheit
und die Gesamtanzahl von für
den Motor 12 erforderlichen Bauteilen.
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Nun
auf 3 Bezug nehmend,
ist dort ein Kraftmodul 50, das eine Motorsteuerungsschaltung einschließlich des
Motors 12 der vorliegenden Erfindung bildet, dargestellt.
Eine 120-Volt-Wechselspannungsquelle 52 ist über eine
Graetz-Gleichrichterschaltung 52, bestehend aus den Dioden 52a–52d, gekoppelt,
um ein welliges Gleichstromsignal zu liefern. Ein Filterkondensator 53 liefert
ein gefiltertes Gleichstromsignal zu den Bürsten 48.
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Der
Wechselstrom/Gleichstrom-Wählschalter
ist ein auf Nennspannung ausgelegter einpoliger Wechselschalter.
wenn der Wechselstrom/Gleichstrom-Schalter 26 sich in der
in 3 dargestellten Wechselstromstellung
("AC"-Stellung) und der
Kippschalter 14 sich in der Stellung, die in 3 gestrichelt dargestellt
ist, befindet, kann die Wechselspannungsquelle verwendet werden,
um den Motor 12 anzutreiben. In dieser Betriebsart wird
Strom über
die Bürsten 48 zu
der zweiten Ankerwicklung 44 geliefert. Wenn der Schalter 26 in
die Stellung bewegt wird, die in 3 gestrichelt
dargestellt ist, während der
Kippschalter 14 in der gestrichelt dargestellten Stellung
gehalten wird, kann der Motor 12 von dem Batterieblock 24 angetrieben
werden. In dieser Gleich-strom-Betriebsart ("DC")
wird Gleichstrom zu den Bürsten 46 geliefert.
Die Bürsten 46 übertragen den
Gleichstrom über
den Gleichstromkommutator 38 zu der ersten Ankerwicklung 40 und
ermöglichen, dass
der Motor 12 durch den Batterieblock 24 angetrieben
wird. Ein Bremsschalter 54 ist über die Wechselstrombürsten 48 gekoppelt,
um den Motor 12 zu bremsen. Es ist jedoch zu erkennen,
dass das Bremsen sowohl in der wechselstrombetriebsart als auch in
der Gleichstrombetriebsart erfolgt.
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Die
zweite Ankerwicklung 44 (d. h. die Wechselstromankerwicklung)
weist einen höheren
elektrischen Widerstand auf als die erste Ankerwicklung. Das ermöglicht es,
eine "sanftere" Bremswirkung zu erzielen.
Wenn eine "härtere" (d. h. plötzlichere) Bremswirkung
erwünscht
ist, kann der Bremsschalter 54 über die Gleichstrombürsten 46 gekoppelt
sein. Somit kann die Bremswirkung auf spezifische Arten von kraftgetriebenen
Werkzeugen zugeschnitten werden. Der Bremsschalter 54 ist
ein "normalerweise geschlossener" Schalter, der automatisch
schließt, sobald
der Kippschalter 14 durch einen Benutzer in eine "normalerweise offene" Stellung freigegeben wird.
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Zu 1 zurückkehrend, ist, obwohl der
Motor 12 der vorliegenden Erfindung dazu ausgestaltet ist,
von einer Spannungsquelle mit relativ niedriger Gleichspannung betrieben
zu werden (d. h. von einer Gleichspannungsquelle mit weniger als
50 Volt), das Gehäuse
des kraftgetriebenen Werkzeugs 10 in der bevorzugten Ausführung trotzdem
doppelt gegenüber
dem elektrischen System des Werkzeugs isoliert. Wie Fachleuten gut
bekannt ist, sind kraftgetriebene Werkzeuge, die dazu ausgestaltet
sind, von einer Quelle hoher Spannung, wie zum Beispiel von einer herkömmlichen
Wechselspannungsquelle oder ein über
ein elektrisches Kabel angetriebenes kraftgetriebenes Werkzeug,
angetrieben zu werden, normalerweise so aufgebaut, dass das Gehäuse des
Werkzeugs aus Sicherheitsgründen
gegenüber
dem elektrischen System des Werkzeugs "doppelt isoliert" sind. Auf diese Weise ist der Benutzer
des Werkzeugs gegen elektrischen Stromschlag im Falle eines Kurzschlusses
in dem elektrischen System des Werkzeugs geschützt. Kabellose oder gleichstromgetriebene
Werkzeuge werden. durch Niederspannungsquellen angetrieben und erfordern
daher nicht solche Sicherheitsmaßnahmen. Daher ist bei herkömmlichen
gleichstrombetriebenen Werkzeugen das Gehäuse nicht gegenüber dem
elektrischen System des Werkzeugs isoliert.
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Es
gibt natürlich
viele gleichstromgetriebene tragbare Geräte, die alternativ durch höhere Spannung
aufweisenden Haus-Wechselstrom angetrieben werden. Um diesen alternativen
Betrieb zu ermöglichen,
verwenden jedoch durch Wechselstrom/Gleichstrom angetriebene Geräte universell Transformatoren,
um die hohe Wechselspannung herabzusetzen und dadurch das Gerät gegenüber der
Wechselspannungsquelle zu isolieren.
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Wenn
auch diese Lösung
für Geräte mit relativ
geringer Leistung, wie zum Beispiel für tragbare Stereogeräte, akzeptabel
ist, erfordern die Leistungsanforderungen für viele tragbare kraftgetriebene Werkzeuge
die Verwendung von großen
Transformatoren zum Herabtransformieren, die nicht nur sperrig, sondern
auch sehr schwer sind. Daher sind gleichstromgetriebene Werkzeuge,
die alternativ durch Haus-Wechselstrom angetrieben werden können, kommerziell
selten angeboten worden.
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Das
kraftgetriebene Werkzeug 10 der vorliegenden Erfindung
kann in vielfältiger
Weise doppelt isoliert werden. Ein solcher Weg ist die Verwendung eines
Kunststoffzahnrads an der Eingangsseite des Untersetzungsgetriebegehäuses 20,
wo der Ausgang des Gehäuses 20 mit
dem Spannfutter 18 gekoppelt ist. Diese Anordnung dient
dazu, die elektrisch leitenden Bereiche des Werkzeugs 10 im
Falle eines Kurzschlusses im Motor 12 gegenüber der Wechselspannungsquelle
zu isolieren.
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Wenn
auch die vorher beschriebene Anordnung für Elektromotoren mit einem
relativ geringen Drehmoment geeignet ist, ist das für den Motor 12 erforderliche
Motordrehmoment bei vielen Anwendungen, wie zum Beispiel bei einer
elektrisch angetriebenen Säge,
zu groß,
um durch Kunststoffzahnrad- und/oder Kunststoffwellenkomponenten übertragen zu
werden. In diesen Fällen
müssen
für das
doppelte Isolieren des Werkzeugs andere Anordnungen verwendet werden.
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4 bis 9 zeigen die Wirkung einer Doppelisolierung
in einem Motor und in einem Gehäuse. Doppelisolierungstechnologien
sind im Fachgebiet gut bekannt. Doppelt isolierte Werkzeuge sind
normalerweise aus zwei Schichten einer elektrischen Isolierung oder
aus einer Schicht mit doppelter Dicke der Isolierung zwischen dem
Benutzer und dem elektrischen System des Werkzeugs aufgebaut. Speziell auf 4 Bezug nehmend, ist dort
eine Querschnittsansicht eines standardgemäßen, nicht doppelt isolierten
Gleichstrommotorankers 200 dargestellt. Der Anker 200 besteht
aus einer Welle 202 mit einem über sie aufgebautem Kern. Der
Kern ist aus vielen Lamellen 206 zusammengesetzt, mit Kerben
entlang dem äußeren Umfang,
um die Ankerwicklungen 204 zu halten. Ein Zahnrad und/oder
Spannfutter (nicht dargestellt), ist auf der Welle an einem Ende
des Ankers 200 angebracht, um eine Einrichtung zum Übertragen
der Rotationsenergie zu dem Arbeitsende des kraftgetriebenen Werkzeug
zur Verfügung
zu stellen. So würde
zum Beispiel ein Zahnradgetriebe die Rotationsenergie in die Vorwärts- und
Rückwärtsbewegung
umwandeln, die erforderlich ist, um eine hin- und hergehende Säge anzutreiben.
Der Weg von der Ankerwelle 202 zu dem Zahnradgetriebe oder
zu dem Spannfutter und schließlich
zu dem Arbeitsende ist elektrisch leitend. Daher wird alle elektrische
Energie, die an der Ankerwelle 202 vorhanden ist, zu dem
Arbeitsende geleitet, das dem Benutzer des kraftgetriebenen Werkzeugs 12 frei
zugänglich
ist. Die Stellen 208, 210 und 212 zeigen
die Bereiche des Läufers,
die durch Kontakt mit elektrisch leitenden Anordnungen unter Strom
gesetzt werden könnten, wenn
keine Isolierung verwendet wird. An der Stelle 208 könnte die
Ankerwelle 202 durch Kontakt mit den stromführenden
Ankerlamellen 206 unter Strom gesetzt werden. An der Stelle 210 könnte die
Ankerwelle 202 durch Kontakt mit den Endwindungen der Ankerwicklungen 204 unter
Strom gesetzt werden. An der Stelle 212 können die
Ankerlamellen 206 durch Kontakt mit den Endwindungen der
Ankerwicklungen 204 unter Strom gesetzt werden.
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Bezug
auf 5 nehmend ist ein
erstes Verfahren der Verwendung der Doppelisolierung des Motorankers 220 eines
kraftgetriebenen Werkzeugs dargestellt. Der Anker 220 besteht
aus einer Welle 222 mit einem darüber aufgebauten Kern. Der Kern setzt
sich aus vielen Lamellen 226 zusammen mit Kerben entlang
dem äußeren Umfang,
um die Ankerwicklungen 224 zu halten. Ein Spannfutter 228 ist
auf der Welle an einem Ende der Ankerlamellen 206 angebracht,
um eine Einrichtung zum Befestigen eines Elements, wie zum Beispiel
eines Bohrers, an dem Arbeitsende 208 (siehe 4) des kraftgetriebenen Werkzeugs
zur Verfügung
zu stellen. Ein geformter Kunststoffisolator 230 bildet
die Basisisolierung zwischen den Ankerwicklungen 224 und
den Lamellen 226 sowie zwischen der Welle 222 und
den Wicklungen 224. Ein Kunststoffrohrisolator 232 im
Presssitz umgibt die welle 222 und bildet eine ergänzende Isolierung,
um zu verhindern, dass die Welle unter Strom gesetzt wird, wenn
die Basisisolierung versagt.
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Bezug
auf 6 nehmend, ist dort
ein zweites Verfahren der Verwendung der Doppelisolierung des Motorankers 220 eines
kraftgetriebenen Werkzeugs dargestellt. Ein Papierisolator 240 bildet
die Basisisolierung zwischen den Ankerwicklungen 224 und
den Lamellen 226. Ein zweiter Isolator 242 mit doppelter
Dicke, 2 mm, umgibt die Welle 222 und bildet eine verstärkte Isolierung,
welche die ergänzende
Isolierung ersetzt, um zu verhindern, dass die Welle durch elektrische
Kurzschlüsse
mit den Lamellen 226 oder den Ankerwicklungen 224 unter
Strom gesetzt wird.
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Bezug
auf 7 nehmend; ist dort
ein drittes Verfahren der Verwendung der Doppelisolierung des Motorankers 220 eines
kraftgetriebenen Werkzeugs dargestellt. Ein Isolator 250 aus
entweder Papier oder aus geformten Kunststoff bildet die Basisisolierung
zwischen den Ankerwicklungen 224 und den Lamellen 226.
Ein an Ort und Stelle geformter Isolator 252 aus wärmehärtbarem
Kunststoff doppelter Dicke umgibt die Welle 222 und ergibt
eine verstärkte
Isolierung, welche die ergänzende
Isolierung ersetzt, um zu verhindern, dass die Welle durch elektrische Kurzschlüsse mit
den Lamellen 226 oder den Ankerwicklungen 224 unter
Strom gesetzt wird.
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Bezug
auf 8 nehmend, ist dort
ein Querschnitt durch die Mitte des Lamellenstapels des Motorankers 220 eines
kraftgetriebenen Werkzeugs dargestellt. Eine isolierende Nutauskleidung 260 bildet die
Basisisolierung zwischen den Ankerwicklungen 224 und den
Lamellen 226. Die Nutauskleidung ist aus irgendeinem geeigneten
elektrischen Isoliermaterial hergestellt, wie zum Beispiel aus Papier,
beschichtetem Papier, Polyester und vulkanisierter Faser. Eine ergänzende Isolierung
wird durch eine glasfaserverstärkte
Isolierhülse 262 aus
Polyester zur Verfügung
gestellt, welche die Welle 222 umgibt. Die Isolierhülse verhindert,
dass die Welle unter Strom gesetzt wird, wenn die durch die Nutauskleidung 260 gebildete
Basisisolierung versagt.
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Bezug
auf 9 nehmend, ist dort
ein doppelt isoliertes Gehäuse 270 eines
kraftgetriebenen Werkzeugs dargestellt. Wie im Fachgebiet bekannt ist,
sind die verwendeten Doppelisolierungsverfahren dazu bestimmt, zu
verhindern, dass elektrische Energie in dem Gehäuse 270 die Außenfläche des
Gehäuses 270 unter
Strom setzt. Das Gehäuse 270 ist mit
einer angenommenen Metallfolienabdeckung 272 auf der Außenfläche dargestellt,
um die Wechselwirkung mit einem Benutzer zu simulieren. Weiterhin sind
ein Ringanschluss 274 und ein isolierter Leiter 276 dargestellt,
der einen leitenden Draht 278 und eine Drahtisolierung 280 aufweist.
Elektrische Energie ist jeweils auf dem Ringanschluss 274 und
dem leitenden Draht 278 vorhanden. Die Doppelisolierung des
Ringanschlusses 274 wird durch Gehäusematerial doppelter Dicke
(2 mm) gebildet, das als verstärkte
Isolierung dient. Die Drahtisolierung 280 bildet die Basisisolierung
für den
leitenden Draht 278. Eine ergänzende Isolierung wird durch
das Gehäuse 270 gebildet,
das verhindert, dass elektrische Energie, die durch die Drahtisolierung
durchschlägt,
die Außenfläche des
Gehäuses 270 unter
Strom setzt.
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Der
Motor 12 der vorliegenden Erfindung stellt daher ein leichtes,
kompaktes Mittel für
das Antreiben eines Werkzeug von entweder einer Wechselspannungsquelle
oder von einer Gleichspannungsquelle dar. Somit kann der Motor 12 durch
einen wiederaufladbaren Gleichstrombatterieblock oder von einer
Standard-Wechselspannungsquelle angetrieben werden, wenn ein aufgeladener
Batterieblock nicht zur Verfügung
steht oder wenn der Batterieblock entladen ist, bevor die zur Zeit
durchgeführte
Arbeitsaufgabe abgeschlossen ist. Der Motor 12 wird mit
nur wenigen Zusatzkomponenten und ohne wesentlichen Zuwachs zum
Gesamtgewicht, zu den Abmessungen oder zu den Kosten eines kraftgetriebenen
Werkzeugs betrieben.
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Fachleute
können
nun aus der vorhergehenden Beschreibung erkennen, dass die umfassenden Merkmale
der vorliegenden Erfindung in einer Vielzahl von Formen realisiert
werden können.
Daher sollte, wenn auch die vorliegende Erfindung in Verbindung
mit besonderen Beispielen davon beschrieben ist, der geltende Schutzumfang
der Erfindung nicht auf diese Beispiele eingeschränkt werden,
da nach dem Studium der Zeichnungen, der Beschreibung und der nachfolgenden
Ansprüche
einem erfahrenen Praktiker andere Modifikationen deutlich werden.