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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, wobei
das Gehäuse
eine Gehäusewandung,
die schalenartig als eine Griffschale ausgebildet sein kann, am Übergang
vom Gehäuseinneren
zum Gehäuseäußeren aufweist.
Im Gehäuseinneren
ist wenigstens ein wärmeerzeugendes
Bauteil aufgenommen. Eine solche Wärmequelle im Gehäuse ist
beispielsweise der Elektromotor des Elektrowerkzeugs. Weitere Wärmequellen
können
ein Energiespeicher für
das Elektrowerkzeug, ein elektrischer Schalter, eine elektrische
Schaltungsanordnung in der Art einer Leistungselektronik mit einem
Leistungshalbleiter, die beispielsweise zur Steuerung und/oder Regelung
des Elektromotors durch entsprechende Steuerung und/oder Regelung
des durch das Bauteil zum Elektromotor fließenden elektrischen Laststroms dient,
o. dgl., sein.
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Die
Kühlung
von solchen Energiewandlern in Elektrowerkzeugen, insbesondere von
Schaltern und/oder Leistungselektroniken, aber auch von Akkus und
Motoren, ist zentral für
die Funktion, die Lebensdauer, die Energieeffizienz im Hinblick
auf die Laufdauer mit einer bestimmten Energiemenge bzw. der Akkukapazität. Wegen
der zunehmenden mechanischen Integration von Elektrowerkzeugen aufgrund des
Trends, dem Konsumenten möglichst kleine Werkzeuge
liefern zu wollen, wird jedoch die Entwärmung immer schwieriger. Beispielsweise
stehen die notwendigen Volumina für Kühlluftströme in kleinen Elektrowerkzeugen
gar nicht mehr zur Verfügung.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Entwärmung für die Wärmequellen im Gehäuse des
Elektrogeräts
zu verbessern. Insbesondere sollen im Elektrowerkzeug neue Pfade
für die
Wärmeleitung
zum Hauptzweck der Entwärmung
geschaffen werden.
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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 ein
wärmeleitendes
Element in die Gehäusewandung
eingebracht, wobei das eine Ende des wärmeleitenden Elements dem wärmeerzeugenden
Bauteil im Gehäuseinneren
zugewandt ist und das andere Ende des wärmeleitenden Elements dem Gehäuseäußeren zugewandt
ist, derart daß Wärme vom
wärmeerzeugenden
Bauteil aus dem Gehäuseinneren zum
Gehäuseäußeren abführbar ist.
Mit anderen Worten sind also wärmeleitende
Teile in den Griffschalen von Elektrowerkzeugen geschaffen, um so für eine effiziente
Wärmeabfuhr
aus dem Gehäuseinneren
zu sorgen. Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand
der Unteransprüche.
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Bei
dem Gehäuse
kann es sich um einen Bestandteil des gesamten Systemumfangs für das Elektrowerkzeug
handeln. So kann es sich bei dem Gehäuse um die Griffschale des
Elektrowerkzeugs und/oder um ein Akkugehäuse und/oder um ein Ladegerätgehäuse für den Akku
handeln.
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In
zweckmäßiger Ausgestaltung
des wärmeleitenden
Elements, nimmt dessen eine Ende, das dem Gehäuseinneren zugewandt ist, Wärme aus
der Innenluft des Elektrowerkzeugs auf. Selbstverständlich kann
hierzu dieses Ende eine wärmetechnische Kontaktstelle
des wärmeerzeugenden
Bauteils berühren.
Um einen guten Wärmeübergang
zu gewährleisten,
kann diese Berührung
in der Art einer gefederten Wärmekontaktstelle
ausgebildet sein. Das andere Ende des wärmeleitenden Elements führt die Wärme direkt
an die Außenluft
ab.
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Selbstverständlich kann
dieses Ende auch indirekt über
wenigstens ein weiteres wärmeleitendes
Teil die Wärme
an die Außenluft
abführen. Zwecks
einer sicheren Entwärmung
kann es sich bei dem weiteren wärmeleitenden
Teil um Kühlrippen handeln.
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Um
Beeinträchtigungen
des Benutzers zu vermeiden, befinden sich die Flächen zur Wärmeabfuhr an die Außenluft
in der Regel nicht auf dem Handgriff des Elektrowerkzeugs. Weiter
sind in der Regel die wärmeleitenden
Elemente dünner
als die Wand der Griffschale ausgebildet, so daß sie also die Wandung zwischen
dem Ort, an dem sie die Wärme aufnehmen,
beispielsweise beim elektrischen Schalter, und dem Ort, an dem sie
die Wärme
an die Außenluft
und/oder an weitere Elemente abgeben, durchqueren. Es gibt aber
auch die Variante, daß das wärmeleitende
Element in der Art eines Inserts gleich dick oder auch dicker als
die Griffschale ist. Bei der Konstruktion und/oder Dimensionierung
des wärmeleitenden
Elements wird der Effekt des ”Thermal Spreading” berücksichtigt.
Das bedeutet eine solche Konstruktion der wärmeleitenden Elemente, daß Kühlflächen gegen
die Außenluft
groß sind
im Vergleich zu den wärmetechnischen
Kontaktstellen zur Wärmequelle,
und daß zwischen
Wärmequelle
und Kühlfläche zur
Außenluft
wenn möglich
ein maximaler Wärmefluß mit minimalem
Materialeinsatz ermöglicht
ist.
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Das
wärmeleitende
Element läßt sich
auf verschiedene Art und Weise entsprechend den Gegebenheiten des
Elektrowerkzeugs im Gehäuse
befestigen. So kann das wärmeleitende
Element mittels Verschraubung, Klemmung, Insert Molding, Film-Insert-Molding
o. dgl. im Gehäuse
und/oder in der Gehäusewandung
befestigt sein. Ein Insert leitet beim Film-Insert-Molding die Wärme von
innerhalb der Griffschale nach außen auf einen wärmeleitenden Film.
Dieser am Äußeren des
Gehäuses
angebrachte Film kann dabei sogar auch dekorativen Zwecken dienen.
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In
einfacher Art und Weise kann das zu kühlende wärmeerzeugende Bauteil mittels
Metallteilen, Metallgeflechten, Litzen, Heatpipes o. dgl. wärmetechnisch
mit einer Wärmekontaktstelle
des wärmeleitenden
Elements verbunden sein. Um eine besonders effektive Wärmeabfuhr
zu gewährleisten,
kann es sich bei dem wärmeleitenden
Element um eine Heatpipe handeln. Zweckmäßigerweise besitzt das wärmeleitende
Element einen rechteckigen, flächigen
o. dgl. Querschnitt, so daß die
Anordnung im Gehäuseinneren
sehr kompakt gehalten werden kann. Zur Kompaktheit trägt auch
bei, daß das
wärmeleitende
Element gegen das Gehäuseinnere
und/oder gegen das Gehäuseäußere eine
oder mehrere Wärmekontaktstellen
aufweist.
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In
das wärmeleitende
Element können
noch weitere Funktionen in einer Art von Multifunktionalität integriert
werden, was die Kostengünstigkeit
steigert. Zusätzlich
kann das wärmeleitende
Element der Stromführung
im Elektrowerkzeug, der mechanischen Befestigung, beispielsweise
indem es Schraubsockel, Lötfahnen,
Schweißflächen, Klebflächen, Flächen für selbstschneidende
Schrauben o. dgl. aufweist, der Verstärkung der Griffschale o. dgl. dienen.
Somit ist dort eine Verstärkung
der Griffschale in einfacher Art und Weise geschaffen, wo die Gefahr
des Brechens aufgrund konstruktiver Zwänge droht, beispielsweise im
Bereich des Links-/Rechts-Umschalters. Das wärmeleitende Element kann weiterhin
eine Nut zur Aufnahme des Akkus enthalten. Um die bei der Entwärmung an
sich anfallende Abwärme
zu nutzen, läßt sich
mittels des wärmeleitenden
Elements die erzeugte Wärme
an die Griffflächen
am Gehäuse
in der Art einer Griffheizung leiten. Dabei ist selbstverständlich darauf
zu achten, daß dabei
nur warme, aber nicht heiße
Stellen entstehen.
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Eine
besonders effiziente Wärmeabfuhr
wird dadurch erreicht, daß an
der dem Gehäuseäußeren zugewandten
Gehäusewandung
ein Wärmediffusor zur
Verteilung der Wärme
angeordnet ist. In einfacher Art und Weise handelt es sich bei dem
Wärmediffusor um
ein außen
auf die Griffwandung aufgelegtes metallenes Netz. Das Netz kann
bei der Herstellung des Gehäuses
anschließend
mittels Kunststoff überspritzt
werden.
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Zusammenfassend
läßt sich
für eine
besonders bevorzugte Ausgestaltung nachfolgendes feststellen. In
die Griffschale des Elektrowerkzeugs werden wärmeleitende Teile eingebracht.
Diese Teile nehmen Wärme
aus der Innenluft des Elektrowerkzeugs auf, oder noch besser, berühren wärmetechnische
Kontaktstellen der wärmeerzeugenden
Komponenten im Elektrowerkzeug. Elektrische Schalter im Elektrowerkzeug
können
zu diesem Zweck beispielsweise geometrisch optimal geformte, eventuell
sogar gefederte Wärmekontaktstellen
aufweisen. Diese wärmeleitenden
Teile führen
die Wärme
direkt oder über
andere wärmeleitende
Teile an die Außenluft
ab. Bei der Konstruktion wird der Effekt des ”Thermal Spreading” berücksichtigt.
D. h. die wärmeleitenden Teile
sind so konstruiert, daß Kühlflächen gegen
die Außenluft
groß sind
im Vergleich zu den wärmetechnischen
Kontaktstellen zur Wärmequelle,
und daß zwischen
Wärmequelle
und Kühlfläche zur
Außenluft wenn
möglich
maximaler Wärmefluß mit minimalem Materialeinsatz
möglich
ist.
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Die
mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin,
daß kleinste
Elektrowerkzeuge mit trotzdem hohem Drehmoment ermöglicht werden.
Dennoch ist für
die Entwärmung
gesorgt, womit die Funktionssicherheit des Elektrowerkzeugs gesteigert
ist. Eine aktive Lüftung
ist nicht mehr notwendig, d. h. es werden keine Lüfter im
Elektrowerkzeug benötigt,
da die passive Lüftung
ausreicht. Somit werden Kosten beim Elektrowerkzeug gespart. Weiter
nimmt auch die Lebensdauer der Komponenten und somit des Elektrowerkzeugs
insgesamt zu. Schließlich
läßt sich
der an der Außenseite
des Elektrowerkzeuggehäuses
befindliche Kühlkörper im
Hinblick auf Marketinggesichtspunkte als Designelement ausgestalten.
So bedeutet die Verwendung von Metall für den Kühlkörper Stabilität und/oder
Robustheit.
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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 Fig. ein Elektrowerkzeug mit geöffnet dargestelltem Gehäuse.
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In
der Figur ist ein Elektrowerkzeug 1 schematisch mit teilweise
geöffnet
dargestelltem Gehäuse 2 gezeigt.
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. Das Gehäuse 2 weist
eine schalenartige Gehäusewandung 5,
beispielsweise eine Griffschale, am Übergang vom Gehäuseinneren 3 zum
Gehäuseäußeren 4 auf.
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Im
Gehäuseinneren 3 des
Gehäuses 2 des Elektrowerkzeugs 1 befindet
sich ein Elektromotor 15. Desweiteren ist im Gehäuseinneren 3 ein
elektrischer Schalter 6 angeordnet. Im Schalter 6 befindet sich
ein einen beweglichen Schaltkontakt sowie einen Festkontakt umfassendes,
lediglich schematisch angedeutetes Kontaktsystem 7. Der
Schalter 6 ist derart im Gehäuse 2 aufgenommen,
daß ein
am Schalter 6 angeordnetes, manuell vom Benutzer bewegbares
Betätigungsorgan 8 aus
dem Gehäuse 2 herausragt.
Das Betätigungsorgan 8 wirkt
auf den Schaltkontakt zur Umschaltung des Kontaktsystems 7 ein,
so daß das
Elektrowerkzeug 1 mittels des Betätigungsorgans 8 ein-
und/oder ausschaltbar ist. Desweiteren ist im Gehäuse 2 ein
Umschalter 9, der mittels eines Umschalthebels 10 vom
Benutzer bedienbar ist, für
den Rechts-/Linkslauf des Elektromotors 15 angeordnet.
Am Schalter 6 befinden sich weiterhin elektrische Anschlüsse 11 zur
Verbindung des Schalters 6 mit einem Energiespeicher 12,
beispielsweise mit einem Akku, sowie nicht sichtbare, weitere elektrische
Anschlüsse
zur Verbindung des Schalters 6 mit dem Elektromotor 15.
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Schließlich befindet
sich im Gehäuseinneren 3,
und zwar im Schalter 6, eine elektrische Schaltungsanordnung 13 zur
Steuerung und/oder Regelung des Elektromotors 15. Die Schaltungsanordnung 13 dient
als eine Art von Leistungselektronik zur Drehzahlveränderung
des Elektromotors 15. Hierzu weist die Leistungselektronik 13 wenigstens
einen zugehörigen,
wärmeerzeugenden
Leistungshalbleiter 14, wie einen Leistungstransistor,
einen MOS-FET, einen Triac o. dgl., auf, wodurch eine entsprechende
Steuerung und/oder Regelung des durch den Leistungshalbleiter 14 zum
Elektromotor 15 fließenden
elektrischen Laststroms erfolgt.
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Der
Elektromotor 15, der Energiespeicher 12, der elektrische
Schalter 6, die Leistungselektronik 13 oder sonstige
wärmeerzeugende
Bauteile 19 sind also im Gehäuseinneren 3 befindliche
Wärmequellen.
Um die Verlustwärme
von diesen Wärmequellen
effizient abzuführen,
ist ein wärmeleitendes Element 16 in
die Gehäusewandung 5 eingebracht. Beispielhaft
ist nachfolgend das dem lediglich schematisch angedeuteten wärmeerzeugenden
Bauteil 19 zugeordnete wärmeleitende Element 16 näher beschrieben.
Das eine Ende 17 des wärmeleitenden Elements 16 ist
dem wärmeerzeugenden
Bauteil 19 im Gehäuseinneren 3 zugewandt.
Das andere Ende 18 des wärmeleitenden Elements 16 ist
dem Gehäuseäußeren 4 zugewandt.
Dadurch ist die Wärme
vom wärmeerzeugenden
Bauteil 19 aus dem Gehäuseinneren 3 mittels
des wärmeleitenden
Elements 16 zum Gehäuseäußeren 4 abführbar.
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Wie
bereits erwähnt,
kann es sich bei dem Gehäuse 2 um
die Griffschale des Elektrowerkzeugs 1 handeln. Selbstverständlich können solche
wärmeleitenden
Elemente 16 auch im Akkugehäuse des Energiespeichers 12 und/oder
im Ladegerätgehäuse für den Akku 12 befindlich
sein.
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Das
eine Ende 17 des wärmeleitenden
Elements 16, das dem Gehäuseinneren 3 zugewandt
ist, befindet sich in der unmittelbaren Nähe zum wärmeerzeugenden Bauteil 19.
Dadurch nimmt dieses Ende 17 Wärme aus der Innenluft des Elektrowerkzeugs 1 auf.
Selbstverständlich
kann das Ende 17 auch eine wärmetechnische Kontaktstelle
des wärmeerzeugenden
Bauteils 19 berühren.
Um eine gute Anlage am wärmeerzeugenden
Bauteil 19 zu gewährleisten
bietet sich eine Art von gefederter Wärmekontaktstelle 20 an,
wie anhand eines anderen wärmeleitenden
Elements 16' gezeigt
ist. Das andere Ende 18 des wärmeleitenden Elements 16 führt die Wärme direkt
an die Außenluft
ab. Wie anhand des anderen wärmeleitenden
Elements 16' zu
sehen ist, kann die Wärme
auch indirekt über
wenigstens ein weiteres wärmeleitendes
Teil 21 an die Außenluft
abgeführt
werden. Besonders geeignet ist hierbei, wenn das wärmeleitende
Teil 21 in der Art von Kühlrippen 22 ausgestaltet
ist. Zweckmäßigerweise
ist die Fläche
der Kühlrippen 22 nicht
auf dem Handgriff 23 des Elektrowerkzeugs angeordnet, um
Beeinträchtigungen
des Benutzers zu vermeiden. Allerdings kann das wärmeleitende
Element 16, 16' die
erzeugte Wärme
an die Griffflächen 23 am
Gehäuse 2 so
leiten, daß nur
warme aber nicht heiße
Stellen entstehen, womit eine Art von Griffheizung für den Benutzer geschaffen
ist.
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In
der Regel sind die wärmeleitenden
Elemente 16, 16' dünner als
die Wand 5 der Griffschale und durchqueren somit die Wand 5 zwischen
dem Ort, an dem sie die Wärme
vom wärmeerzeugenden Bauteil 19 aufnehmen,
und dem Ort, an dem sie die Wärme
an die Außenluft
oder an weitere Teile 21 abgeben. Andererseits können die
wärmeleitenden
Elemente 16, 16' auch
in der Art von Inserts ausgestaltet sein, wobei bei dieser Variante
die Inserts gleich dick oder dicker als die Griffschale sind. Bei
der Konstruktion der wärmeleitenden
Elemente 16, 16' wird
der Effekt des ”Thermal
Spreading” berücksichtigt,
indem die wärmeleitenden
Elemente 16, 16' so
konstruiert sind, daß die
Kühlflächen 22 gegen
die Außenluft groß sind im
Vergleich zu den Wärmekontaktstellen 20 zum
wärmeerzeugenden
Bauteil 19. Weiterhin erfolgt die Ausgestaltung der wärmeleitenden Elemente 16, 16' so, daß zwischen
dem wärmeerzeugenden Bauteil 19 und
der Kühlfläche 22 zur
Außenluft
ein maximaler Wärmefluß mit minimalem
Materialeinsatz ermöglicht
ist.
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Das
wärmeleitende
Element 16, 16' ist
mittels Schrauben 24 im Gehäuse 2 und/oder in
der Gehäusewandung 5 befestigt.
Alternativ kann das wärmeleitende
Element 16, 16' auch
mittels Klemmung im Gehäuse 2 und/oder
in der Gehäusewandung 5 befestigt
sein. Desweiteren ist auch die Befestigung durch Insert Molding
möglich,
indem das wärmeleitende
Element 16, 16' in
der Art eines Inserts bei der Herstellung des Gehäuses 2 in
die aus Kunststoff bestehende Gehäusewandung 5 eingespritzt
ist. In einer weiteren Ausgestaltung ist dazu ein Film-Insert-Molding
verwendet, indem ein Insert die Wärme von innerhalb des Gehäuses 2 nach
außen
auf einen wärmeleitenden
Film leitet. Dieser wärmeleitende Film
am Gehäuse 2 kann
dann sogar auch dekorativen Zwecken dienen. Desweiteren kann das
zu kühlende
wärmeerzeugende
Bauteil 19 mittels Metallteilen, Metallgeflechten, Litzen,
Heatpipes o. dgl. wärmetechnisch
mit einer Wärmekontaktstelle 20 des wärmeleitenden
Elements 16, 16' verbunden
sein. Bei einer Heatpipe bietet sich eine solche mit einem rechteckigen,
flächigen
o. dgl. Querschnitt an. Schließlich
kann das wärmeleitende
Element 16, 16' gegen
das Gehäuseinnere 3 und/oder
gegen das Gehäuseäußere 4 eine
oder auch mehrere Wärmekontaktstellen 20 aufweisen,
was wiederum für
eine besondere Effizienz sorgt.
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Besteht
das wärmeleitende
Element 16, 16' aus
Metall, so kann dieses zusätzlich
der Stromführung
im Elektrowerkzeug 1 dienen. Desweiteren kann das wärmeleitende
Element 16, 16' zusätzlich der
mechanischen Befestigung von weiteren Teilen dienen, beispielsweise
indem es Schraubsockel, Lötfahnen,
Schweißflächen, Klebflächen, Flächen für selbstschneidende
Schrauben o. dgl. aufweist. So kann das wärmeleitende Element 16, 16' eine Nut zur Aufnahme
des Akkus 12 enthalten. Schließlich ist auch eine Verstärkung des
Gehäuses 2 durch
das wärmeleitende
Element 16, 16' dort
möglich,
wo dieses bruchgefährdet
ist. Dies kann beispielsweise im Bereich beim Links-/Rechts-Umschalter 9 der
Fall sein.
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Zur
weiteren Verbesserung der Wärmeabfuhr
läßt sich
an der dem Gehäuseäußeren 4 zugewandten
Gehäusewandung 5 ein
Wärmediffusor 25 zur
Verteilung der Wärme anordnen.
Bei dem Wärmediffusor 25 kann
es sich um ein außen
auf die Gehäusewandung 5 aufgelegtes,
metallenes Netz handeln. Das Netz wird anschließend mittels Kunststoff bei
der Herstellung des Gehäuses 2 überspritzt.
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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 1 eingesetzt
werden, sondern kann auch auch bei sonstigen Elektrogeräten, beispielsweise
Elektrohaushaltsgeräten, Elektrogartengeräten, Werkzeugmaschinen
o. dgl., Verwendung finden.
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- 1
- Elektrowerkzeug
- 2
- Gehäuse
- 3
- Gehäuseinneres
- 4
- Gehäuseäußeres
- 5
- Gehäusewandung/Wand
- 6
- (elektrischer)
Schalter
- 7
- Kontaktsystem
- 8
- Betätigungsorgan
- 9
- (Links-/Rechts-)Umschalter
- 10
- Umschalthebel
- 11
- (elektrischer)
Anschluß
- 12
- Energiespeicher/Akku
- 13
- Schaltungsanordnung/Leistungselektronik
- 14
- Leistungshalbleiter
- 15
- Elektromotor
- 16,16'
- wärmeleitendes
Element
- 17,
18
- Ende
(von wärmeleitendem
Element)
- 19
- wärmeerzeugendes
Bauteil
- 20
- (gefederte)
Wärmekontaktstelle
- 21
- wärmeleitendes
Teil
- 22
- Kühlrippen/Kühlfläche
- 23
- Handgriff/Grifffläche
- 24
- Schraube
- 25
- Wärmediffusor