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Die Erfindung betrifft einen elektrischen Kleinmotor gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
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Der Verschleiß des Kollektors ist einer der wesentlichsten Faktoren, welche die Lebensdauer eines elektrischen Kleinmotors beeinträchtigen. Der Verschleiß läßt sich in zwei Arten aufteilen: in den mechanischen Verschleiß aufgrund des Reibungskontaktes mit den Bürsten und den elektrischen Verschleiß aufgrund von Funken, die zwischen dem Kollektor und den Bürsten erzeugt werden. Der Verschleiß des Kollektors ist besonders groß, wenn der mechanische und der elektrische Verschleiß gleichzeitig auftreten. Wenn sich der Kollektor dreht, springen die Bürsten auf der Oberfläche des Kollektors aufgrund von Unregelmäßigkeiten in der Kollektoroberfläche oder infolge von Schwingungen während der Drehung. Dies erleichtert die Erzeugung von Funken und somit den Verschleiß des Kommutators. Daher müssen der Kommutator und die Bürsten jederzeit in gutem Kontakt dadurch gehalten werden, daß die Bürsten auf den Kommutator zu mit einer angemessenen Kraft gedrückt werden.
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Aus der DE-OS 27 47 939 ist bereits ein elektrischer Kleinmotor der eingangs genannten Art bekannt, der weiter unten unter Bezugnahme auf die Fig. 1 und 2 näher beschrieben wird. Bei diesem Kleinmotor liegen die Kollektorgleitstücke elastisch an dem Kollektor an, wobei sie durch die Drehung des Kollektors und die dadurch auf sie ausgeübte Kraft je nach Drehrichtung entweder verstärkt gebogen oder in Richtung des Kollektors gezogen werden. Wenn ein Kollektorgleitstück in seinen Ursprungszustand zurückkehrt, reibt oder scheuert es auf der Oberfläche des Kollektors mit der Folge eines örtlichen mechanischen Verschleißes, der auch zu einem elektrischen Verschleiß führt.
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Aus der DE-AS 12 75 672 ist ferner eine Bürstenhalterung mit einer U-förmig ausgebildeten Bürste bekannt, die nicht federnd gelagert ist. Diese Bürstenhalterung hat den Nachteil, daß sich die U-förmig ausgebildete Bürste schnell verschleißt und ein unerwünschtes Schwingen der Kollektorgleitstücke auftritt, wodurch die Haltbarkeit des Kollektors verringert ist.
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Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen elektrischen Kleinmotor der betrachteten Art so zu verbessern, daß ein unerwünschtes Schwingen der Kollektorgleitstücke der Bürste verhindert und die Nutzungsdauer des Kollektors erhöht ist.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.
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Zwar ist bereits in der DE-PatAnm. D 4636 VIIId/21c, bekanntgemacht am 23. Februar 1956, eine Kontaktfederausbildung dargestellt, bei der die Kontaktfeder im unbelasteten Zustand nach vorne hin gebogen ist, jedoch findet sich in dieser Druckschrift kein Hinweis darauf, daß diese Federausbildung bei der Bürste eines elektrischen Kleinmotors verwendet werden kann.
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Bei dem erfindungsgemäßen elektrischen Kleinmotor sind steife Verstärkungsabschnitte auf dem gebogenen Abschnitt der Bürste zur Erhöhung ihrer Steifigkeit vorgesehen, so daß unerwünschte Schwingungen der Kollektorgleitstücke verhindert sind. Die Kollektorgleitstücke sind im unbelasteten Zustand nach vorne in Richtung auf die Kollektorseite in einer solchen Weise gebogen, daß das Kollektorgleitstück eine gerade Linie einnimmt, wenn es in federndem Kontakt mit dem Kollektor steht.
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Die Erfindung schafft einen elektrischen Kleinmotor, bei dem verstärkende Abschnitte vorgesehen sind, um die Steifigkeit der Bürsten an den gebogenen Abschnitten zu unterstützen, an welchen die Bürsten derart gebogen sind, um eine Bürstenbasis und ein Kollektorgleitstück zu bilden; ferner sind zusätzliche Lagerungsabschnitte vorgesehen, die zur Lagerung der unteren Seiten der gebogenen Abschnitte erforderlich sind, so daß eine unerwünschte Bewegung der Kollektorgleitstücke verhindert wird, wodurch der Verschleiß des Kollektors infolge von Reibung reduziert und die Lebensdauer des Kleinmotors vergrößert wird.
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Der erfindungsgemäße elektrische Kleinmotor weist somit Bürsten auf, die Bürstenbasen enthalten, welche durch Bürsten-Lagerungsabschnitte gelagert werden, die auf einem Motorgehäuse vorgesehen sind; ferner weisen die Bürsten gebogene Abschnitte auf, die durch Biegen eines Teils jeder Bürste gebildet werden, so daß die Kollektorgleitstücke der Bürsten in elastischen Kontakt direkt mit einem Kollektor unter Einhaltung eines vorbestimmten Winkels gelangen. Erfindungsgemäß sind die Steifigkeit unterstützende Abschnitte vorgesehen, um den gebogenen Abschnitten Steifigkeit zu verleihen und/oder zusätzliche Lagerungsabschnitte zur Lagerung der unteren Seiten der Bürstenbasen an den gebogenen Abschnitten, die an den Bürsten-Lagerungen vorgesehen sind.
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Im folgenden werden bevorzugte Ausführungsformen des erfindungsgemäßen elektrischen Kleinmotors an Hand der Zeichnung erläutert. Es zeigt
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Fig. 1 eine Perspektivansicht der Beziehung zwischen den Bürsten und dem Motorgehäuse bei einem bekannten elektrischen Kleinmotor,
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Fig. 2 eine Aufsicht in Richtung des Pfeils a in Fig. 1 in dem Zustand, in welchem die Bürsten nach Fig. 1 an dem Motorgehäusedeckel befestigt und mit dem Kollektor in Kontakt gebracht sind,
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Fig. 3 eine Perspektivansicht der Bürsten, die bei dem erfindungsgemäßen elektrischen Kleinmotor eingesetzt sind,
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Fig. 4 eine Aufsicht auf eine abgewandelte Ausführungsform der Erfindung und
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Fig. 5 eine Aufsicht auf eine weiter abgewandelte Ausführungsform der Erfindung.
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Im allgemeinen bestehen die Bürsen 1 und 1&min; eines elektrischen Kleinmotors aus Streifen aus elastischem bzw. federndem und elektrisch leitfähigem Material, beispielsweise einer Kupfer-Beryllium-Legierung; Bürsten-Grundabschnitte 2 und 2&min; und Kollektor-Gleitstücke 3 und 3&min; sind integral dadurch gebildet, daß die Bürsten 1 und 1&min; unter einem vorbestimmten Winkel gebogen sind, wie aus Fig. 1 hervorgeht. Mit 4 und 4&min; sind in Fig. 1 die Anschlußabschnitte bezeichnet, mit 5 und 5&min; die Befestigung der abgebogenen Stücke und mit 6 und 6&min; Öffnungen. Auf einem Motorgehäusedeckel 7 sind Bürsten-Lagerungsabschnitte 8 und 8&min; sowie 9 und 9&min; zur Lagerung bzw. Aufnahme der Bürsten 1 und 1&min; vorgesehen. Zwischenräume bzw. Luftspalte zwischen den die Bürsten lagernden Abschnitten 8 und 8&min; sowie 9 und 9&min; bilden Öffnungen 10 und 10&min; zum Einsetzen der Bürsten. Wenn die Bürsten 1 und 1&min; auf dem Motor- Gehäusedeckel 7 befestigt werden, werden die Bürsten 1 und 1&min; in der Richtung eingesetzt, die durch Pfeile aund a&min; in Fig. 1 gezeigt ist. Zu diesem Zeitpunkt werden die Anschlußabschnitte 4 und 4&min; durch nichtdargestellte Öffnungen bzw. Löcher hindurchgeführt, die nach innen gegenüber den Einsetzöffnungen 10 und 10&min; vorgesehen sind, und werden aus dem Motorgehäusedeckel 7 herausgeführt, um eine äußere Verbindung zu ermöglichen. Da die einander gegenüberliegenden Luftspalte zwischen den Bürstenlagerungsabschnitten 8 und 8&min; sowie 9 und 9&min; entsprechend der Dicke der Bürstengrundabschnitte 2 und 2&min; bestimmt sind, werden die Bürsten 1 und 1&min; vom Motorgehäusedeckel 7 in einem Zustand gelagert, in welchem die Bürsten-Grundabschnitte 2 und 2&min; fest zwischen den Lagerungsabschnitten 8 und 8&min; sowie 9 und 9&min; befestigt sind. Die Bürsten 1 und 1&min; sind noch fester an dem Motorgehäusedeckel 7 befestigt, indem sie mit den Befestigungsöffnungen 6 und 6&min; auf den abgebogenen Befestigungsstücken 5 und 5&min; in Eingriff stehen, die dadurch gebildet sind, daß die Bürsten-Grundabschnitte 2 und 2&min; umgebogen sind, wobei Vorsprünge 11 und 11&min; auf den Lagerungsabschnitten 9 und 9&min; vorgesehen sind, und daß ferner die Köpfe der Vorsprünge 11 und 11&min; verkerbt bzw. vernietet werden.
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Fig. 2 ist eine Aufsicht in Richtung des Pfeiles a in Fig. 1, wobei der Zustand dargestellt ist, in welchem die Bürste 1 durch den Motorgehäusedeckel 7 gelagert wird und das Kollektorgleitstück 3 in federndem Kontakt mit dem Kollektor steht. Aus Fig. 1 ist ersichtlich, daß das Kollektorgleitstück 3 in einem zwangsfreien Zustand gerade verläuft oder in einem Zustand, in welchem das Kollektorgleitstück 3 sich nicht in Kontakt mit dem Kollektor 12 befindet. Wenn das Kollektorgleitstück 3 in Kontakt mit dem Kollektor 12 gebracht wird, wird jedoch das Kollektorgleitstück 3 gebogen, um eine Druckkraft durch seine Elastizität auf den Kollektor 12 auszuüben. Die Druckkraft kann auf einen optimalen Wert dadurch eingestellt werden, daß in angemessener Weise der Biegungswinkel R zwischen der Bürstenbasis 2 und dem Kollektorgleitstück 3 gewählt wird, welches sich in einem zwangsfreien Zustand befindet.
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Die Drehung des Kollektors bewirkt jedoch eine Reibung zwischen dem Kollektor 12 und dem Kollektorgleitstück 3, wodurch eine Tangentialkraft hervorgerufen wird, die auf denjenigen Abschnitt des Kollektorgleitstücks 3 wirkt, mit welchem es in Kontakt mit dem Kollektor 12 gelangt. Mit anderen Worten heißt dies, daß bei einer Drehhung des Kollektors in der durch den Pfeil F gezeigten Richtung (Fig. 2) das Kollektorgleitstück 3 in einen Zustand, der in der Zeichnung durch eine gestrichelte Linie A dargestellt ist, durch eine Kraft gebracht wird, die in Richtung der Spitze der Bürste 1 gerichtet ist (in der Richtung, die mit dem Buchstaben T bezeichnet ist). Wenn andererseits der Kollektor 12 in der durch einen Pfeil R gezeigten Richtung dreht, wird das Kollektorgleitstück 3 stärker gebogen und in einen Zustand gebracht, der durch die gestrichelte Linie B dargestellt ist, und zwar als Ergebnis einer Kraft, die in einer Richtung wirkt, um das Kommutatorgleitstück 3 nach oben zu drücken (in Richtung des Buchstabens C). Wenn der Biegungsgrad oder die Verlängerung des Kommutatorgleitstücks 3 in beiden Fällen eine bestimmte Grenze überschreitet, wird das Kommutatorgleitstück 3 schnell in seinen Ursprungszustand zurück verbracht oder in den Zustand, der in der Zeichnung voll ausgezeichnet dargestellt ist. Damit wiederholt das Kommutatorgleitstück 3 das Biegen (oder Verlängern) und die Rückkehr in den Ursprungszustand, wie vorstehend erwähnt ist, während der Drehung des Kollektors 12.
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Wenn das Kollektorgleitstück 3 in seinen Ursprungszustand zurückkehrt, reibt oder scheuert das Kommutatorgleitstück schnell auf der Oberfläche des Kollektors 12, wodurch ein örtlicher mechanischer Verschleiß aufgrund der Schleifwirkung auf der Oberfläche des Kollektors 12hervorgerufen wird. Der örtliche Verschleiß des Kollektors 12 führt zu Funken, die zu einem elektrischen Verschleiß führen. Um diese Schwierigkeiten zu beseitigen, wurde vorgeschlagen, daß das Kollektorgleitstück in einem zwangsfreien Zustand nach vorne gebogen wird, so daß das Gleitstück 3 im wesentlichen gerade ist, wenn es in Berührung mit dem Kollektor 12 gelangt, um das vorerwähnte wiederholte Biegen (oder Verlängern) und die Rückkehr in den ursprünglichen Zustand zu verhindern.
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Das Bürstenmaterial, welches im allgemeinen bei elektrischen Kleinmotoren verwendet wird, hat jedoch eine Dicke in der Größenordnung von 0,08 mm mit einer geringen mechanischen Festigkeit. Wie aus Fig. 2 hervorgeht, führt daher die Drehung des Kollektors 12 eine Zugkraft in Richtung eines Pfeiles T (Fig. 2) ein oder eine Druckkraft in Richtung eines Pfeiles C, die auf das Kommutatorgleitstück 3 wirken, so daß sich ein Schwingen des gebogenen Abschnitts 13 zwischen der Bürstenbasis 2 und dem Kollektorgleitstück 3 ergibt, oder eine Änderung des Biegewinkels R des gebogenen Abschnitts 13. Bei einer derartigen Konstruktion kann daher eine Deformation der Bürste, wie sie in Fig. 2 durch die gestrichelte Linie A oder B gezeigt ist, nicht erfolgreich verhindert werden.
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In den Fig. 3 bis 5 sind Ausführungsformen gemäß der Erfindung dargestellt. Gleiche Teile gegenüber Fig. 1 und 2 sind mit gleichen Bezugszeichen versehen, daher bedeuten 1 die Bürste, 2 die Bürsten-Basis, 3 das Kollektorgleitstück, 4 die Anschlußabschnitte, 5 das gebogene Befestigungsstück, 6 die Befestigungsöffnung, 7 einen Motorgehäusedeckel, 8 und 9 Bürstenlagerungsabschnitte und 10 eine Öffnung zum Einsetzen der Bürste. Mit 11 ist ein Vorsprung bezeichnet, und mit 12 der Kollektor, während mit 13 ein gebogener Abschnitt, mit 14 ein steifer, verstärkender Abschnitt und mit 15 ein zusätzlicher Lagerabschnitt angegeben sind.
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Wie unter Bezugnahme auf Fig. 2 erläutert ist, ist einer der Gründe für eine unerwünschte Schwingung des Kollektorgleitstücks 3 die Änderung der Position des gebogenen Abschnitts 13. Demzufolge hat vorliegende Erfindung eine solche Konstruktion, daß eine Verstärkungseinrichtung auf dem gebogenen Abschnitt 3 vorgesehen wird, um den Biegewinkel R an einer Änderung auch dann zu verhindern, wenn eine Kraft auf das Kollektorgleitstück 3 in Richtung eines Pfeils C oder T (Fig. 2) während der Drehung des Kollektors 12 ausgeübt wird. Dies bedeutet, daß die Bürste 1 bei dem erfindunsgemäßen elektrischen Kleinmotor einen steifen Verstärkungsabschnitt 14 auf dem gebogenen Abschnitt 13 aufweist, wie aus Fig. 3 hervorgeht, um den gebogenen Abschnitt 13 zu verstärken und der Bürste 1 eine Steifigkeit zu verleihen. Der steife Verstärkungsabschnitt 14 gemäß Fig. 3 wird durch eine lange Umbördelung bzw. durch einen langen umgeschlagenen Abschnitt gebildet, der durch Prägen oder Umstanzen des gebogenen Abschnittes 13 in einer Richtung senkrecht zur Biegungslinie erzeugt wird. Bei der Herstellung der Bürste 1 wird ein langer Bördelrand vor dem Prägen bzw. Stanzen des Bürstenmaterials an einem Grenzabschnitt zwischen der Basis 2 und dem Gleitstück 3 geformt und dann wird das Bürstenmaterial am gebogenen Abschnitt 13 gebogen, wobei die ausgebauchte Seite des Wulstrandes auf die Innenseite gerichtet ist, um die in Fig. 3 gezeigte Bürste zu bilden. Die auf diese Weise erzeugte Bürste kann in zufriedenstellender Weise unerwünschte Schwingungen des Kommutatorgleitstücks 3 verhindern, wie dies unter Bezugnahme auf Fig. 2 erläutert ist, da der gebogene Abschnitt 13 durch den steifen Verstärkungsabschnitt 13 verstärkt ist. Bei der Ausführungsform nach Fig. 3 ist ein steifer Verstärkungsabschnitt 14 vorgesehen. Es können natürlich auch mehrere derartige Verstärkungsabschnitte vorgesehen werden oder jede andere Konstruktion kann anstelle des erhaben herausgearbeiteten bzw. geprägten Wulstes verwendet werden, wenn eine gleiche Steifigkeit der Basis 2 verliehen wird (durch Biegen der Seitenkanten beispielsweise).
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Um noch stärker das Schwingen des Kommutatorgleitstücks 3 zu verhindern, kann ein zusätzlicher Lagerungsabnitt 15 (Fig. 4) auf dem Bürstenlagerungsabschnitt 9 vorgesehen werden, um den Verstärkungsabschnitt 14 zu lagern.
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Im Hinblick auf die Tatsache, daß ein Streifen mit einer Dicke von etwa 0,08 mm üblicherweise für die Basis 2 verwendet wird, ist es tatsächlich unmöglich, präzis das Loch 10 zum Bürsteneinsetzen zu formen, so daß der Anschlußabschnitt 14 der Bürstenbasis 2 in das Einsetzloch 10 exakt hineingedrückt werden kann. Dies bedeutet, daß das Loch 10 im Stande ist, größer als die Dicke der Bürste während des tatsächlichen Formvorganges zu werden, so daß ein Spiel im Anschlußabschnitt 4 und der Basis 12 innerhalb des Bürsteneinsatzloches 10 resultiert. Auch in einem solchen Fall kann eine unerwünschte Bewegung der Bürste 1 dadurch verhindert werden, daß ein zusätzlicher Lagerungsabschnitt 15 vorgesehen wird, um den steifen Verstärkungsabschnitt 14 zu lagern oder zu stützen, der auf dem gebogenen Abschnitt 13 vorgesehen ist.
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Die Anordnung des steifen Verstärkungsabschnittes 14 und des zusätzlichen Lager- oder Stützabschnitts 15 gewährleistet daher eine feste Lagerung des gebogenen Abschnitts 13 ohne unerwünschte Schwingung oder Bewegung des gebogenen Abschnitts 13 und hindert somit das Kollektorgleitstück 3 daran, eine unerwünschte Reibung auf den Kollektor 12 auch bei einer Drehung des Kollektors 12 mit hoher Geschwindigkeit auszuüben.
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Wie vorstehend unter Bezugnahme auf Fig. 2 beschrieben ist, tendiert das Kollektorgleitstück 3 dazu, scharf umgebogen zu werden, wie in Fig. 2 gezeigt ist, wenn die Drehung des Kollektors 12 in der durch einen Pfeil F oder R (Fig. 4) gezeigten Richtung eine Kraft auf das Kollektorgleitstück 3 in Richtung eines Pfeils T oder C (Fig. 2) ausübt. Um dieses Biegen des Kollektorgleitstücks 3 zu verhindern, ist es erwünscht, daß es eine gerade Linie annimmt, wie es in Fig. 4 gezeigt ist, wenn es in federden Kontakt mit dem Kollektor 12 gebracht wird. Um dies zu erreichen, wird das Kollektorgleitstück 3 in einem zwangsfreien Zustand nach vorne gebogen, wie es in Fig. 4 durch die gestrichelte Linie D gezeigt ist, und zwar so weit, daß das Kollektorgleitstück 3 eine im wesentlichen gerade Linie annimmt, wenn es sich in federndem Kontakt mit dem Kollektor 12 befindet (siehe Fig. 4).
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Fig. 5 zeigt eine abgewandelte Ausführungsform der Erfindung. Bei dieser Ausführungsform wird der mittlere Teil der Bürstenbasis 2 durch einen mittigen Vorsprung 16 gelagert, der auf dem Bürstenlagerungsabschnitt 9 ausgebildet ist, wobei beide Seiten der Bürstenbasis 2 durch zwei Punkte K und K des Bürstenlagerungsabschnitts 8 gelagert sind. Dies bedeutet, daß bei dieser Ausführungsform die Basis 2 einer Biegekraft ausgesetzt ist und durch die sogenannte Dreipunktlagerung federnd gelagert wird. Auch in dem Fall, in welchem die Bürste 1 durch die Dreipunktlagerung gelagert wird, läßt sich die gleiche Wirkung wie bei den Ausführungsformen nach Fig. 3 und 4 dadurch erreichen, daß die Bürste 1 gemäß Fig. 5 daduch gelagert wird, daß der steife Verstärkungsabschnitt 14 auf dem Biegeabschnitt 13 zwischen der Basis 2 und dem Kollektorgleitstück 3 vorgesehen wird oder der Bürstenlagerungsabschnitt 9 so verlängert wird, daß der zusätzliche Lagerungsabschnitt 15 zur Lagerung des Verstärkungsabschnitts 14 verlängert wird, falls dies erforderlich ist.
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Aus vorstehender Beschreibung ist ersichtlich, daß gemäß der Erfindung die unerwünschte Reibung zwischen dem Kollektorgleitstück 3 und dem Kollektor 12 eines elektrischen Kleinmotors infolge des Schwingens des Gleitstücks 3 auch bei einer Drehung des Kollektors 12 mit hoher Geschwindigkeit reduziert werden kann und daß der örtliche Verschleiß des Kollektors 12 reduziert wird, wodurch die Lebensdauer verbessert wird, indem der steife Verstärkungsabschnitt auf dem gebogenen Abschnitt 13 der Basis gebildet wird, welcher den gebogenen Abschnitt 13 durch einen zusätzlichen Lagerungsabschnitt 15 vom Boden im Bedarfsfall stützt oder indem das Gleitstück 3 in einem zwangsfreien Zustand derart gebogen ist, daß das Kollektorgleitstück 3 eine gerade Linie annimmt, wenn es in federnden Kontakt mit dem Kollektor 12 verbracht wird.