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Die
Erfindung betrifft ein Elektrogerät, insbesondere ein Elektrowerkzeug,
nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
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Bei
solchen Elektrowerkzeugen kann es sich um ein Akku(DC)- und/oder
ein Netz(AC)-Elektrowerkzeug,
wie um Bohrmaschinen, Schleifer, Sägen, Hobel, Winkelschleifer
o. dgl., handeln.
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Elektrowerkzeuge
besitzen ein Gehäuse,
in dem wärmeerzeugende
Bauteile aufgenommen sind. Eine solche Wärmequelle im Gehäuse ist
der Elektromotor des Elektrowerkzeugs. Zur Abführung der vom Elektromotor
erzeugten Wärme
befindet sich im und/oder am Gehäuse
eine Einrichtung zur Erzeugung eines Kühlluftstroms. Bei dieser Einrichtung kann
es sich beispielsweise um einen Motorlüfter, um diverse Ansaugöffnungen
am Gehäuse
oder auch um luftstromverstärkende
Bauteile und/oder Baugruppen im Gehäuse handeln.
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Es
können
jedoch noch weitere Wärmequellen
im Gehäuse
befindlich sein. Bei einem DC-Elektrowerkzeug
weist der Akkumulator als Energiespeicher eine Wärmeentwicklung während des
Betriebs auf. Desweiteren ist in höherwertigen Elektrowerkzeugen
eine elektrische Schaltungsanordnung mit einem Leistungshalbleiter,
wie einen Leistungstransistor, einen MOS-FET, einen Triac o. dgl.,
angeordnet, die zur Steuerung und/oder Regelung des Elektromotors
durch entsprechende Steuerung und/oder Regelung des durch den Leistungshalbleiter
zum Elektromotor fließenden
elektrischen Laststroms dient. Schließlich können auch noch Leitungen, der elektrische
Schalter, sonstige Elektroniken, Kontaktierstellen o. dgl. im Gehäuse als
weitere Wärmequellen
wirken. Es hat sich nun herausgestellt, daß die von diesen Wärmequellen
erzeugte Verlustwärme bisher
nur ungenügend
abgeführt
wird, worunter die Betriebsfähigkeit
des Elektrowerkzeugs leidet.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Abführung der Verlustwärme für das Elektrogerät, insbesondere
für die
weiteren Wärmequellen
im Gehäuse
des Elektrowerkzeugs, zu verbessern.
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Diese
Aufgabe wird bei einem gattungsgemäßen Elektrogerät durch
die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.
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Bei
dem erfindungsgemäßen Elektrogerät ist im
Gehäuse
wenigstens ein starrer und/oder flexibler Luftkanal angeordnet.
Während
das eine Ende des Luftkanals der Einrichtung zur Erzeugung eines
Kühlluftstroms
zugewandt ist, ist das andere Ende des Luftkanals dem wärmeerzeugenden
Bauteil zugewandt, so daß der
Luftkanal den Luftstrom zur Kühlung
der wenigstens einen Wärmequelle
leitet und/oder verteilt. Mit Hilfe dieses Luftkanals gelingt es,
den konvektiven Wärmetransport
zu erhöhen
sowie die Wärmemitführung zu
optimieren. Vorteilhafterweise ist somit auch bei den weiteren Komponenten
im Elektrogerät
für eine
verbesserte Kühlung
gesorgt, was wiederum die Betriebsbereitschaft sowie die Lebensdauer
des Elektrogeräts
verbessert. Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der
Unteransprüche.
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Der
Luftkanal läßt sich
so ausgestalten, daß das
wärmeerzeugende
Bauteil vom Luftstrom umflossen und/oder durchflossen wird. Hierfür können die
wärmeerzeugenden,
mechanischen und/oder elektrischen und/oder elektronischen Bauelemente sowie
Baugruppen, wie Schalter, Elektronikmodule, Akkumulator zur Kühlung von
dessen Zellen o. dgl., zum Umfließen und/oder Durchfließen des
Kühlluftstroms
geeignet aufgebaut sein.
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Es
bietet sich der besonderen Effektivität halber für die Kühlung an, daß die Wärmeabführung mittels
des Luftstroms in Richtung zu Kühlelementen
im und/oder am Gehäuse,
zu Kühlöffnungen
im und/oder am Gehäuse
nach außen
o. dgl. erfolgt. Zu diesem Zweck kann im Gehäuse wenigstens ein weiterer
starrer und/oder flexibler Luftkanal von der wenigstens einen Wärmequelle
in die entsprechende Richtung zu den Kühlelementen, Kühlöffnungen
o. dgl. abgehen. Zweckmäßigerweise
wird der Querschnitt des jeweiligen Luftkanals der abzuführenden Wärme entsprechend
den physikalischen Gegebenheiten und/oder Gesetzmäßigkeiten
angepaßt.
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Zur
Anpassung an das jeweilige Elektrogerät kann der Luftkanal in Schlauchform
ausgestaltet sein. Der Verlauf des in der Art eines flexiblen und/oder
vorgeformten Schlauchs ausgebildeten Luftkanals ist dem Bauraum
zwischen der Einrichtung zur Erzeugung eines Kühlluftstroms und dem wärmeerzeugenden
Bauteil, also insbesondere entsprechend der Gehäuseführung im Elektrowerkzeug, angepaßt. Der
einfachen Montage halber sind Endstücke an den Enden des Luftkanals
angeordnet. Diese Endstücke
dienen dann zum mechanischen Befestigen, beispielsweise durch Anflanschen,
Verschrauben, Verrasten o. dgl., an die Einrichtung zur Erzeugung
eines Kühlluftstroms
sowie an das wärmeerzeugende
Bauteil.
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Um
den Luftkanal in einfacher Weise aus Standardbauteilen herzustellen,
kann dieser aus mehreren Einzelteilen bestehen. Je nach Erfordernis können die
Einzelteile miteinander lose übergehend und/oder
fest verflanscht sein. Eine besonders einfache Montage ist auch
gewährleistet,
wenn die Einzelteile derart ausgestaltet sind, daß diese
in deren End-Einbaulage
im Gehäuse
ihre Funktion erlangen. Beispielsweise können die Einzelteile hälftig in
je einer Griffschalenhälfte
des Gehäuses
einsetzbar sein, so daß der
eigentliche Luftkanal beim Montieren der Griffschalenhälfte zum
kompletten Gehäuse
fertiggestellt wird.
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Zur
kompakten Ausbildung des Kühlsystems kann
es sich anbieten, wenn die Einzelteile miteinander verzweigend zur
Ausbildung mehrerer Luftkanäle ausgestaltet
sind. Diese Luftkanalzweige sind dann dementsprechend mehreren zu
kühlenden,
wärmeerzeugenden
Bauteilen zugewandt. In einfachster Weise bildet der Luftkanal ein
offenes Kühlsystem
im Gehäuse
für das
wärmeerzeugende
Bauteil. Andererseits kann der Luftkanal auch ein in sich geschlossenes
Kühlsystem
im Gehäuse
für das
wärmeerzeugende
Bauteil bilden. Zur Erhöhung
der Kühlleistung sind
im geschlossenen Kühlsystem
von Luft verschiedene gasförmige
und/oder flüssige
Kühlmedien verwendbar.
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Die
Effektivität
der Kühlung
lässt sich
dadurch weiter steigern, daß der
Luftkanal wenigstens ein kühlstromverstärkendes
Element aufweist. Beispielsweise kann hierfür eine Düse an dem dem wärmeerzeugenden
Bauteil zugewandten Ende des Luftkanals angeordnet sein.
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Zusammenfassend
ist festzustellen, daß bei vielen
Elektrowerkzeugen Wärme
infolge der Speicherung, Abgabe, Weiterleitung, Dosierung, Umwandlung
o. dgl. von Energie als Folge der bei diesen Einzelprozessen auftretenden
Verlustleistung entsteht. Während
die Speicherung und Abgabe der elektrischen Energie vor allem bei
batteriebetriebenen Elektrowerkzeugen am Akku, dessen Elektronik und/oder
Kontaktierung auftritt, wird die Weiterleitung, Dosierung und teilweise
Umwandlung in der Regel durch Leitungen, Kontaktierungen sowie einen entsprechenden
Schalter einschließlich
dessen Elektronik realisiert. Die Umwandlung in mechanische Energie
schließlich
erfolgt in einem entsprechenden Elektromotor. Gegebenenfalls ist
in diesem Energiefluß eine
zusätzliche
Elektronik angeordnet, an deren Leistungshalbleitern sich ebenfalls
Verlustleistung in Form von Wärme
entwickelt. Diese Wärmeentwicklung
setzt der Leistungsfähigkeit
des Gesamtsystems Grenzen und muß deshalb durch sinnvolle Kühlung kompensiert
werden. Die Kühlung
erfolgt unter anderem mit Hilfe entsprechender Kühlelemente, beispielsweise
Kühlkörper aus
Werkstoffen mit guten Wärmeeigenschaften,
einer sinnvollen Anordnung der wärmeerzeugenden
Bauteile in den vorhandenen Luftstrom und/oder unter Hinzufügung von luftstromverstärkenden
Zusatz-Bauteilen, wie Ventilatoren.
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Bei
diesem aktuellen Stand der Technik wird innerhalb eines Elektrowerkzeuges
ein, vor allem im Motorlüfter
entstehender Luftstrom, eher passiv zur Kühlung der genannten Wärmequellen
genutzt. Jedoch werden Bauteile, die nicht im Hauptstrom der Kühlluft positioniert
sind, wenig bis gar nicht umströmt.
Diese stellen somit Schwachpunkte des Gesamtsystems dar und müssen teilweise
stark überdimensioniert
werden. Zukünftige
Elektrowerkzeuge weisen eine ständig
steigende Leistung auf, womit die Notwendigkeit besteht, die Wärmeableitung
zu optimieren.
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Bei
der Erfindung ist nun erkannt, daß sich die Kühlung bei
einem derartigen System weiter verbessern lässt. Der Grundgedanke für diese
Verbesserung besteht darin, den vorhandenen Luftstrom, innerhalb
des Gesamtsystems Elektrowerkzeug, optimal zu führen und weiterzuleiten, so
daß die
entsprechenden Wärmequellen
optimal gekühlt
werden können.
Dabei soll dieses Kühlsystem
möglichst
flexibel einsetzbar sein. Dafür
werden innerhalb des Elektrowerkzeuges starre und/oder flexible
Luftkanäle
angeordnet, die den Luftstrom leiten und/oder verteilen. Dies erfolgt
vorzugsweise von den Entstehungspunkten dieser Strömung, wie
Motorlüfter,
diverse Ansaugöffnungen
oder luftstromverstärkende
Bauteile und/oder Baugruppen, hin zu den genannten Wärmequellen,
wie Akkumulator, Leitungen, Schalter, Elektroniken oder Kontaktierstellen.
Die Wärmeabführung erfolgt
dann analog in Richtung zu Kühlelementen
oder gezielt nach außen.
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Die
mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin,
daß eine
Verbesserung der Kühlleistung
für das
Elektrogerät,
insbesondere bei Elektrowerkzeugen mit höheren Leistungen, erzielt wird.
Dennoch ist die Lösung
einfach sowie kostengünstig
und benötigt
lediglich wenig zusätzlichen Platz
im Elektrogerät.
Desweiteren wird die Betriebs- sowie Ausfallssicherheit für das Elektrogerät gesteigert.
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Ein
Ausführungsbeispiel
der Erfindung mit verschiedenen Weiterbildungen und Ausgestaltungen
ist in den Zeichnungen dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben.
Es zeigt die
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Fig.
ein Elektrowerkzeug mit geöffnet
dargestelltem Gehäuse.
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In
der Figur ist ein Elektrowerkzeug 1 schematisch mit geöffnet dargestelltem
Gehäuse 2 gezeigt.
Im Gehäuse 2 des
Elektrowerkzeugs 1 befindet sich ein Elektromotor 3 mit
einem Ventilatorrad 4, das den Kühlluftstrom für den Elektromotor 3 erzeugt, und
das somit als Einrichtung zur Erzeugung eines Kühlluftstroms dient. Desweiteren
ist im Gehäuse 2 ein
elektrischer Schalter 5 angeordnet. Bei dem Elektrowerkzeug 1 kann
es sich um ein Akku- und/oder ein
Netz-Elektrowerkzeug, beispielsweise um eine Bohrmaschine, einen
Schleifer, eine Säge,
einen Hobel, einen Winkelschleifer o. dgl., handeln.
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Im
Schalter 5 befindet sich ein einen beweglichen Schaltkontakt
sowie einen Festkontakt umfassendes, nicht weiter gezeigtes Kontaktsystem.
Der Schalter 5 ist derart im Gehäuse 2 aufgenommen, daß ein am
Schalter 5 angeordnetes, manuell vom Benutzer bewegbares
Betätigungsorgan 6 aus
dem Gehäuse 2 herausragt.
Das Betätigungsorgan 6 wirkt auf
den Schaltkontakt zur Umschaltung des Kontaktsystems ein, so daß das Elektrowerkzeug 1 mittels des
Betätigungsorgans 6 ein-
und/oder ausschaltbar ist. Desweiteren ist im Gehäuse 2 ein
Umschalter 16, der mittels eines Umschalthebels 17 vom
Benutzer bedienbar ist, für
den Rechts-/Linkslauf des Elektromotors 3 angeordnet. Am
Schalter 5 befinden sich weiterhin elektrische Anschlüsse 7 zur
Verbindung des Schalters 5 mit einer Energiequelle, beispielsweise
mit einem Akku, sowie nicht sichtbare, weitere elektrische Anschlüsse zur
Verbindung des Schalters 5 mit dem Elektromotor 3.
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Schließlich befindet
sich im Schalter 5 eine elektrische Schaltungsanordnung
zur Steuerung und/oder Regelung des Elektromotors 3. Die
Schaltungsanordnung dient als Steuerelektronik zur Drehzahlveränderung
des Elektromotors 3. Hierzu weist die Schaltungsanordnung
wenigstens ein zugehöriges,
wärmeerzeugendes
Leistungsbauteil, wie einen Leistungshalbleiter, einen Leistungstransistor,
einen MOS-FET, einen Triac o. dgl., auf, wodurch eine entsprechende
Steuerung und/oder Regelung des durch das Leistungsbauteil zum Elektromotor 3 fließenden elektrischen
Laststroms erfolgt.
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Um
die Verlustwärme
von dem als eine Wärmequelle
wirkenden Schalter 5 effizient abzuführen, ist im Gehäuse 2 wenigstens
ein starrer und/oder flexibler Luftkanal 8 angeordnet.
Das eine Ende 9 des Luftkanals 8 ist der Einrichtung 4 zur
Erzeugung eines Kühlluftstroms
zugewandt. Das andere Ende 10 des Luftkanals 8 ist
dem wärmeerzeugenden
Bauteil, und zwar hier dem Schalter 5, zugewandt. Der Luftkanal 8 leitet
und/oder verteilt einen Teil des Luftstroms, der von der Einrichtung 4 zur
Erzeugung eines Kühlluftstroms
stammt, zum Schalter 5. Dadurch dient dieser mittels des
Luftkanals 8 geführte
Luftstrom zur Kühlung
des Schalters 5. Der Querschnitt des Luftkanals 8 ist
entsprechend den physikalischen Gegebenheiten und Gesetzmäßigkeiten
der vom Schalter 5 abzuführenden Wärmemenge angepaßt.
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In
einfacher Weise erfolgt die Wärmeabführung mittels
des durch den Luftkanal 8 geführten Luftstroms in Richtung
zu Kühlöffnungen 11,
die sich im und/oder am Gehäuse 2 befinden,
womit die Verlustwärme
aus dem Gehäuse 2 nach
außen
gelangt. Zweckmäßigerweise
kann hierfür
im Gehäuse 2 wenigstens
ein weiterer starrer und/oder flexibler Luftkanal 12 von
der wenigstens einen Wärmequelle,
und zwar hier dem Schalter 5, in die entsprechende Richtung
zu den Kühlöffnungen 11 abgehen.
Falls gewünscht
kann die Wärmeabführung jedoch
auch zu nicht weiter gezeigten Kühlelementen
im und/oder am Gehäuse 2 erfolgen,
was sich insbesondere für Hochleistung-Elektrowerkzeuge
anbieten kann. Solche Kühlelemente
können
als am Gehäuse 2 befindliche
Kühlkörper ausgestaltet
sein. Es kann sich bei diesen Kühlelementen
jedoch auch um Peltier-Elemente o. dgl. handeln.
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Während der
Luftkanal 12 als starres Gebilde ausgestaltet ist, ist
der Luftkanal 8 in Schlauchform ausgestaltet. Der Verlauf
des in der Art eines flexiblen und/oder vorgeformten Schlauchs ausgestalteten
Luftkanals 8 ist entsprechend dem Bauraum zwischen der
Einrichtung 4 zur Erzeugung eines Kühlluftstroms und dem wärmeerzeugenden
Bauteil 5 entsprechend der Gehäuseführung im Elektrowerkzeug 1 platzsparend
angepaßt.
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Am
Ende 9 des Luftkanals 8 ist ein Endstück 13 schematisch
angedeutet. Das Endstück 13 an dem
Ende 9 des Luftkanals 8 kann zum Anflanschen an
die Einrichtung 4 zur Erzeugung eines Kühlluftstroms ausgestaltet sein.
Ein weiteres Endstück 14 am
Ende 10 des Luftkanals 8 gestattet das Anflanschen
an den Schalter 5 als wärmeerzeugendes Bauteil.
Die Anordnung solcher Endstücke 13, 14 bietet
sich insbesondere bei einem flexiblen Luftkanal 8 zu dessen
mechanischer Befestigung an.
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Der
Luftkanal 12 besteht aus mehreren Einzelteilen 15, 15', so daß dieser
aus Standard-Bauteilen
zusammengesetzt ist. Die Einzelteile 15, 15' sind miteinander
fest verflanscht. Selbstverständlich
können
Einzelteile 15, 15' auch
durch Zusammenstecken oder lose ineinander übergehend zusammengesetzt sein.
Da im allgemeinen das Gehäuse 2 aus zwei
Gehäusehalbschalen
besteht, kann es sich anbieten, die Einzelteile 15, 15' derart auszugestalten, daß diese
in deren End-Einbaulage im Gehäuse 2 ihre
Funktion erlangen. Hierzu sind dann die Einzelteile 15, 15' hälftig in
je einer Griffschalenhälfte
des Gehäuses 2 einsetzbar.
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Der
Umschalter 16 im Gehäuse 2 wirkt
als weitere Wärmequelle.
Um die Verlustwärme
des Umschalters 16 abführen
zu können,
besteht der Luftkanal 8 aus den Einzelteilen 18, 18'.
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Die
Einzelteile 18, 18' sind
miteinander verzweigend zur Ausbildung mehrerer Luftkanäle 8 ausgestaltet,
so daß das
Einzelteil 18 zum Schalter 5 sowie das Einzelteil 18' zum Umschalter 16 führt, womit die
Luftkanäle 8 also
mehreren zu kühlenden,
wärmeerzeugenden
Bauteilen 5, 16 zugewandt sind. Der vom Einzelteil 18' gebildete Luftkanal
weist ein kühlstromverstärkendes
Element auf, das als eine Düse 19 an
dem dem Umschalter 16 zugewandten Ende ausgebildet ist.
Selbstverständlich
können
noch weitere Luftkanäle,
die allerdings in der Fig. nicht weiter gezeigt sind, zu weiteren
Wärmequellen
im Gehäuse 2 führen.
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Das
wärmeerzeugende
Bauteil, nämlich
hier der Schalter 5 sowie der Umschalter 16, wird
von dem über
den Luftkanal 8 geführten
Luftstrom umflossen. Durch entsprechenden Aufbau kann, soweit gewünscht, das
wärmeerzeugende
Bauteil 5, 16 vom Luftstrom auch durchflossen
werden. Beispielhaft sind hierfür
am Schaltergehäuse
des Schalters 5 entsprechende Öffnungen 20 gezeigt.
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Das
von den Luftkanälen 8, 12 im
Gehäuse 2 gebildete
Kühlsystem
stellt ein offenes Kühlsystem für die wärmeerzeugenden
Bauteile 5, 16 dar, da insoweit die Kühlluft aus
dem Gehäuse 2 zur
Wärmeabfuhr
nach außen
gelangt. Bei Hochleistungs-Elektrowerkzeugen kann es gewünscht sein,
daß der Luftkanal
ein in sich geschlossenes Kühlsystem
für das
wärmeerzeugende
Bauteil im Gehäuse 2 bildet. In
diesem geschlossenen Kühlsystem
werden gasförmige
und/oder flüssige
Kühlmedien
verwendet, die zur Effizienzsteigerung von Luft verschieden sind. Beispielsweise
kann eine Wasserkühlung
eingesetzt werden.
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Die
Erfindung ist nicht auf das beschriebene und dargestellte Ausführungsbeispiel
beschränkt. Sie
umfaßt
vielmehr auch alle fachmännischen
Weiterbildungen im Rahmen der durch die Patentansprüche definierten
Erfindung. So kann die Erfindung nicht nur bei Elektrowerkzeugen
eingesetzt werden, sondern kann auch auch bei sonstigen Elektrogeräten, beispielsweise
Elektrohaushaltsgeräten,
Elektrogartengeräten,
Werkzeugmaschinen o. dgl., Verwendung finden. Desgleichen läßt sich
die Erfindung nicht nur für
Schalter sondern auch für
sonstige wärmeerzeugende
Bauteile, wie Energiespeicher, Akkumulator, Leitungen, Elektroniken,
Steuerschaltungen, Kontaktierstellen o. dgl., einsetzen.
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- 1
- Elektrowerkzeug
- 2
- Gehäuse
- 3
- Elektromotor
- 4
- Ventilatorrad/Einrichtung
zur Erzeugung eines Kühlluftstroms
- 5
- (elektrischer)
Schalter/wärmeerzeugendes
Bauteil/Wärmequelle
- 6
- Betätigungsorgan
- 7
- (elektrischer)
Anschluß
- 8
- Luftkanal
- 9,
10
- Ende
(von Luftkanal)
- 11
- Kühlöffnung
- 12
- (weiterer)
Luftkanal
- 13,
14
- Endstück
- 15,
15'
- Einzelteil
(von weiterem Luftkanal)
- 16
- Umschalter
(für Rechts-/Linkslauf)/wärmeerzeugendes
Bauteil
- 17
- Umschalthebel
- 18,18'
- Einzelteil
(von Luftkanal)
- 19
- Düse
- 20
- Öffnung (im
Schalter)