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Die Erfindung betrifft Hand-Werkzeugmaschine, insbesondere Schleifgerät, Trenngerät oder Schrauber, mit einem Werkzeugmotor zum motorischen Antreiben einer zum Halten eines Werkzeugs vorgesehenen Werkzeugaufnahme, und mit einem zusammen mit dem Werkzeugmotor in einem Gehäuse der Hand-Werkzeugmaschine angeordneten Lüfterrad einer Lüfteranordnung zur Erzeugung eines Kühlluftstroms zur Kühlung der Hand-Werkzeugmaschine, insbesondere des Werkzeugmotors.
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Eine typische Hand-Werkzeugmaschinen hat eine Lüfteranordnung mit einem Lüfterrad, das zur Kühlung der Hand-Werkzeugmaschine, insbesondere der vom Antriebsmotor oder Werkzeugmotor erzeugten Wärme dient. Der Kühlluftstrom durchströmt in der Regel das Gehäuse von hinten nach vorn. Allerdings müssen teilweise sehr aufwändige Konstruktionen realisiert werden, damit die Kühlung auch in kritischen Betriebszuständen der Hand-Werkzeugmaschine funktioniert.
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Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein verbessertes Kühlkonzept für Hand-Werkzeugmaschinen bereitzustellen.
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Zur Lösung der Aufgabe ist bei einer Hand-Werkzeugmaschine der eingangs genannten Art vorgesehen, dass sie einen von dem Werkzeugmotor separaten Lüftermotor zum motorischen Antreiben des Lüfterrads aufweist.
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Es ist ein Grundgedanke der vorliegenden Erfindung, dass speziell für Lüftungszwecke einseparater Lüftermotor, beispielsweise ein elektrischer Lüftermotor, vorgesehen ist, der das Lüfterrad antreibt. Das Lüfterrad ist mit einer anderen Drehzahl betreibbar als die des Werkzeugmotors. Das Lüfterrad ist bezüglich des Gehäuses und bezüglich der Motorwelle drehbar gelagert.
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Die Hand-Werkzeugmaschine umfasst oder ist beispielsweise ein Schleifgerät, Trenngerät, ein Schneidgerät, eine Säge, z. B. eine Stich- oder Kreissäge, ein Schrauber oder dergleichen. Beispielsweise ist es vorteilhaft, wenn ein Schleifgerät oder eine sonstige erfindungsgemäße Hand-Werkzeugmaschine nach einem oder im Zusammenhang mit einem ein großes Drehmoment erfordernden und somit eine große wärme des Werkzeugmotors erzeugenden Betrieb durch die erfindungsgemäße Lüfteranordnung zusätzlich gekühlt wird, das heißt dass der von dem Werkzeugmotor separate Lüftermotor zur Kühlung der Hand-Werkzeugmaschine, insbesondere des Werkzeugmotors, beiträgt oder diese Kühlung sogar alleine übernimmt. Aber auch bei einem Schrauber, bei dem beispielsweise bei niederen Drehzahlen ein hohes Drehmoment abverlangt wird, ist es vorteilhaft, wenn eine vom Antrieb des Werkzeugmotors unabhängige zusätzliche Kühlung vorgesehen ist.
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Der Lüftermotor kann das Lüfterrad beispielsweise auch noch antreiben, wenn der Werkzeugmotor bereits oder noch steht. Somit kann also beispielsweise nach dem Betrieb der Hand-Werkzeugmaschine noch anfallende Wärme aus dem Gehäuse weg transportiert werden, ohne dass der Werkzeugmotor weiterläuft. Die Maschine ist also wesentlich besser gekühlt. Zudem wird der Werkzeugmotor von der Kühlung entlastet.
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Die Hand-Werkzeugmaschine ist beispielsweise eine elektrische Hand-Werkzeugmaschine. Der Werkzeugmotor ist beispielsweise ein elektrischer Antriebsmotor. Das Kühlkonzept eignet sich aber auch zur zusätzlichen Kühlung beispielsweise einer pneumatisch ihr Werkzeug antreibenden Werkzeugmaschine, das heißt im Zusammenhang mit einem pneumatischen Werkzeugmotor.
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Der Werkzeugmotor und der Lüftermotor sind also zweckmäßigerweise elektrische Motoren. Der Lüftermotor und/oder der Werkzeugmotor sind z. B. Reihenschlussmotoren oder elektronisch kommutierte Motoren.
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Es können auch mehrere Lüftermotoren und/oder mehrere Lüfterräder vorgesehen sein. Beispielsweise kann ein Lüftermotor mindestens zwei Lüfterräder antreiben. Wenn mehrere Lüfterräder, beispielsweise 2 Lüfterräder vorgesehen sind, kann jedem Lüfterrad ein separater Lüftermotor zugeordnet sein. Dadurch ist eine individuelle Ansteuerung möglich, d. h. das jeweilige Lüfterrad wird nur dann betrieben, wenn es nötig ist.
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Eine bevorzugte Variante der Erfindung sieht vor, dass eine Nenn-Drehzahl und/oder Maximal-Drehzahl des Lüftermotors wesentlich höher oder wesentlich kleiner als diejenige des Werkzeugmotors ist. Somit kann also der Lüftermotor eine optimale Kühlleistung erbringen, während der Werkzeugmotor seinen originären Zweck, nämlich den Antrieb der Werkzeugaufnahme bzw. des Werkzeugs optimal bedient. Beispielsweise kann der Antriebsmotor mit großem Drehmoment relativ langsam drehen, während der Lüftermotor dafür sorgt, dass das Lüfterrad mit vergleichsweise großer Drehzahl angetrieben wird und vorzugsweise einen starken und/oder schnell strömenden Kühlluftstrom erzeugt.
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Der Lüftermotor treibt zweckmäßigerweise ein Lüfterrad an, das koaxial zu einer Motorwelle des Werkzeugmotors ist. Bevorzugt ist in diesem Fall auch, wenn der Lüftermotor koaxial zu der Motorwelle ist. Es versteht sich, dass auch nur das Lüfterrad koaxial zur Motorwelle sein kann, während der Lüftermotor nicht koaxial ist oder umgekehrt, dass der Lüftermotor zwar koaxial zur Motorwelle ist, das Lüfterrad jedoch nicht.
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Der Lüftermotor ist also beispielsweise direkt koaxial im Antriebsstrang der Hand-Werkzeugmaschine angeordnet.
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Eine bevorzugte Ausführungsform sieht vor, dass das durch den Lüftermotor antreibbare Lüfterrad an oder auf der Motorwelle des Werkzeugmotors mittels einer Lageranordnung drehbar gelagert ist. Somit bildet also beispielsweise die Motorwelle eine Lagerbasis für das Lüfterrad und/oder den Lüftermotor.
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Weiterhin eignet sich diese Variante insbesondere auch dazu, dass ein üblicherweise direkt auf die Motorwelle drehfest aufgesetztes bzw. an der Motorwelle drehfest angeordnetes Lüfterrad durch eine erfindungsgemäße Lüfteranordnung ersetzt wird, d. h. dass der Lüftermotor mit seinem Lüfterrad direkt auf der Motorwelle anstelle des dort üblicherweise ortsfest angeordneten Werkzeugmotor-Lüfterrads angeordnet ist. Somit können also bereits serienmäßig hergestellte Konstruktionen weiterverwendet werden und durch ein erfindungsgemäßes Lüfterrad mit Lüftermotor ersetzt werden. Es ist auch möglich, das in ein und derselben Serie von Hand-Werkzeugmaschinen unterschiedliche Konfigurationen gefertigt werden, einmal mit fest an der Motorwelle angeordnetem, durch den Werkzeugmotor direkt angetriebenem Werkzeugmotor-Lüfterrad und ein anderes Mal mit einem durch einen separaten Lüftermotor antreibbaren erfindungsgemäßen Lüfterrad.
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Die das Lüfterrad an oder auf der Motorwelle lagernde Lageranordnung umfasst zweckmäßigerweise mindestens ein zwischen der Motorwelle des Werkzeugmotors und dem durch den Lüftermotor antreibbaren Lüfterrad angeordnetes Wälzlager, beispielsweise ein Kugellager, Rollenlager, Nadellager oder dergleichen. Selbstverständlich sind auch einfachere Lagerkonzepte, z. B. Gleitlager, ohne weiteres realisierbar.
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Das durch den Lüftermotor antreibbare Lüfterrad ist beispielsweise an oder in einem Motorgehäuse des Werkzeugmotors angeordnet. Z. B. kann das Lüfterrad in einen Innenraum eines Motorgehäuses des Werkzeugmotors angeordnet sein. Es ist auch möglich, das Lüfterrad auf dem Motorgehäuse des Werkzeugmotors anzuordnen. Weiterhin kann das Motorgehäuse des Werkzeugmotors auch eine Halterung oder eine Haltestruktur für den Lüftermotor sein oder aufweisen.
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Eine besonders bevorzugte, kompakte Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass das durch den Lüftermotor antreibbare Lüfterrad und der Lüftermotor eine integrale Baueinheit bilden. Somit kann also der in das Lüfterrad integrierte oder das Lüfterrad integral aufweisende Lüftermotor beispielsweise als eine kompakte Baueinheit in das Gehäuse der Hand-Werkzeugmaschine eingebaut werden. Auch der Ersatz eines konventionellen, durch den Werkzeugmotor direkt antreibbaren Werkzeugmotor-Lüfterrads, das beispielsweise auf der Motorwelle fest angeordnet ist, ist doch eine derartige kompakte, integrale Baueinheit erleichtert.
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An dem Lüfterrad ist beispielsweise eine Ausnehmung für ein Primärteil oder eine Erregerspulenanordnung des Lüftermotors angeordnet oder vorgesehen. Somit kann also die Erregerspulenanordnung direkt in das Lüfterrad eingreifen.
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Eine bevorzugte Ausführungsform sieht vor, dass das Lüfterrad einen Kurzschlussläufer des Lüftermotors bildet.
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Ein Primärteil des Lüftermotorsmotors ist zweckmäßigerweise bezüglich des Gehäuses ortsfest. Das Lüfterrad bildet ein Sekundärteil des Lüftermotors oder weist diese Sekundärteil auf. Das Primärteil umfasst die Erregerspulenanordnung, während das Sekundärteil beispielsweise eine Magnetanordnung, eine Sekundärspulenanordnung, einen Kurzschlussläufer oder dergleichen umfasst.
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Eine bevorzugte Ausführungsform sieht vor, dass eine Kupplung vorhanden ist, mit der das durch den Lüftermotor antreibbare Lüfterrad mit dem Werkzeugmotor zum Antreiben durch den Werkzeugmotor kuppelbar ist. Die Kupplung, beispielsweise eine Fliehkraftkupplung, ermöglicht es, dass der Werkzeugmotor beispielsweise ab einer vorbestimmten Drehzahl den Betrieb des Lüfterrads übernimmt, so dass der Lüftungsmotor ausgeschaltet werden kann, z. B. einfach nur mitläuft oder steht. Selbstverständlich können beide Motoren zum Betrieb des Lüfterrads beitragen.
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Die Kupplung kann auch eine schaltbare Kupplungsarm, d. h. eine Kupplung die beispielsweise durch einen magnetischen Antrieb oder eine sonstige Antriebseinrichtung, zum Beispiel auch eine Feder-Antriebseinrichtung, betätigbar ist. Mithin kann also die Kupplung schaltbar sein zwischen einem Betrieb des Lüfterrads einerseits nur durch den Lüftermotor und andererseits durch den Werkzeugmotor allein oder zusammen mit bzw. unter Zuhilfenahme des Lüftermotors.
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Beispielsweise kuppelt die Kupplung den Werkzeugmotor mit dem durch den Lüftermotor antreibbaren Lüfterrad in Abhängigkeit von einer Drehzahl des Werkzeugmotors. Bei niederer Drehzahl des Werkzeugmotors übernimmt der Lüftermotor den Betrieb des Lüfterrads ganz oder im wesentlichen, während bei hoher Drehzahl der Werkzeugmotor das Lüfterrad zumindest teilweise antreibt.
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Eine weitere Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass zum einen das mindestens eine, durch den Lüftermotor antreibbare Lüfterrad vorhanden ist, zudem aber auch eines oder mehrere nur durch den Werkzeugmotor antreibbare oder angetriebene Werkzeugmotor-Lüfterräder.
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Auch der Werkzeugmotor kann eines oder mehrere durch ihn direkt angetriebene Lüfterräder aufweisen. Beispielsweise sind das oder die Werkzeugmotor-Lüfterräder drehfest mit einer Motorwelle des Werkzeugmotors gekoppelt. Beispielsweise ist das jeweilige Werkzeugmotor-Lüfterrad drehfest an der Motorwelle angeordnet, beispielsweise von der Motorwelle durchdrungen, oder durch ein Getriebe mit einer Motorwelle des Werkzeugmotors gekoppelt.
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Das durch den Lüftermotor antreibbare Lüfterrad bzw. die erfindungsgemäße Lüfteranordnung kann auch mit einem Kühlkörper und/oder einer Kühlrippenanordnung versehen sein oder zum Kühlen einer Kühlrippenanordnung oder eines Kühlkörpers dienen. Der Kühlkörper oder die Kühlrippenanordnung sind z. B. an dem Werkzeugmotor und/oder an einer Leistungselektronik zum Betreiben des Werkzeugmotors vorgesehen.
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Vorzugsweise weist die Hand-Werkzeugmaschine eine Steuerung und/oder eine Regelung zum Ansteuern oder Regeln des Lüftermotors anhand mindestens eines Parameters auf. Die Steuerung oder Regelung kann auch zweckmäßigerweise zur Ansteuerung des Lüftermotors für eine Nachlaufzeit nach einem Ausschalten des Werkzeugmotors ausgestaltet sein. Der mindestens eine Parameter hängt beispielsweise von dem Werkzeugmotor ab. Beispielsweise umfasst der mindestens eine Parameter einen Temperaturwert des Werkzeugmotors, einen Temperaturwert des Gehäuses oder einen Drehzahlwert des Werkzeugmotors oder beliebige Kombinationen davon. Durch eine solche Steuerung oder Regelung ist es z. B. möglich, dass beispielsweise die Hand-Werkzeugmaschine auf einen Anstieg oder einen Abfall einer Gehäusetemperatur oder einer Motortemperatur des Werkzeugmotors sofort reagiert und den Lüftermotor zum Betrieb des Lüfterrads beziehungsweise zum Kühlen der Hand-Werkzeugmaschine oder des Werkzeugmotors ansteuert, z. B. einschaltet oder dessen Drehzahl erhöht.
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In diesem Zusammenhang ist auch eine Art Register-Kühlung möglich, d. h. dass beispielsweise bei niederen Drehzahlen des Werkzeugmotors der Lüftermotor das Lüfterrad antreibt und der Werkzeugmotor ein Werkzeugmotor-Lüfterrad, das fest mit seiner Motorwelle gekoppelt ist. Bei höheren Drehzahlen des Werkzeugmotors genügt es, wenn dieser sein Werkzeugmotor-Lüfterrad antreibt und der erfindungsgemäß zusätzlich vorhandene Lüftermotor ausgeschaltet ist oder mit geringerer Leistung läuft.
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Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung erläutert. Es zeigen:
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1 eine Teil-Schnittdarstellung eines ersten Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Hand-Werkzeugmaschine,
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2 eine Schnittdarstellung eines vorderen Teils eines zweiten Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Hand-Werkzeugmaschine, etwa entsprechend einem Ausschnitt A in 1,
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3 ein Lüfterrad der Hand-Werkzeugmaschine gemäß 2 in Schnittdarstellung, das in
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4 in einer Teilschnittdarstellung und in
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5 einer Explosionsdarstellung dargestellt ist,
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6 Drehzahlverläufe eines Lüftermotors und eines Werkzeugmotors der Hand-Werkzeugmaschinen gemäß 1 oder 2,
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7 einen Temperaturverlauf des Werkzeugmotors der Hand-Werkzeugmaschine gemäß 1 oder 2 und einen dazu eingezeichneten Drehzahlverlauf des Lüftermotors,
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8 eine Seitenansicht eines dritten Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Hand-Werkzeugmaschine in Gestalt eines Schraubers, von dem in
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9 ein Antriebsstrang detailliert dargestellt ist, und
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10 ein schematisches Blockschaltbild einer Steuerung für eine Hand-Werkzeugmaschine gemäß der Erfindung.
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Die in der Zeichnung dargestellten Hand-Werkzeugmaschinen 10, 110 und 210 weisen teilweise gleiche oder ähnliche Komponenten auf, die mit denselben Bezugsziffern versehen sind, teilweise jedoch mit um jeweils 100 verschieden großen Bezugsziffern, um Unterschiede deutlich zu machen.
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Die Hand-Werkzeugmaschinen 10, 110 und 210 weisen Gehäuse 11, 111 und 211 auf. Die Gehäuse 11 und 211 sind nahezu identisch, während das Gehäuse 211 anders ausgestaltet ist. Die Hand-Werkzeugmaschinen 10 und 110 sind beispielsweise Trenngeräte oder Schleifgeräte, insbesondere Poliermaschinen oder Winkelschleifer, Sägen oder dergleichen, während die Hand-Werkzeugmaschine 210 ein Schraubgerät oder Bohrgerät oder beides darstellt.
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Bei den Hand-Werkzeugmaschinen 10, 110 und 210 erzeugt ein jeweils vorhandener Werkzeugmotor 12, 112 oder 212 beim Betrieb der Hand-Werkzeugmaschine eine große Wärme. Bei den Werkzeugmotoren 12, 112 und 212 handelt es sich beispielsweise um typische Reihenschlussmotoren, elektronisch kommentierte Motoren oder dergleichen.
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Die Werkzeugmotoren 12, 112 und 212 treiben Werkzeugaufnahmen 13, 213 an, beispielsweise zum lösbaren Halten eines als Trenn-Werkzeug ausgestalteten Werkzeugs 14 oder eines beispielsweise einen Bohrer oder ein Schrauber-Bit umfassenden Werkzeugs 214.
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Die Hand-Werkzeugmaschinen 10, 110 und 210 sind beispielsweise netzbetriebene, elektrische Handwerkzeugmaschinen, weshalb jeweils Netzkabel 15 zum Anschluss an ein elektrisches Versorgungsnetz vorhanden sind. Selbstverständlich ist auch ein Betrieb mit einem elektrischen Energiespeicher an Bord einer jeweiligen Hand-Werkzeugmaschine im Rahmen der Erfindung zu sehen. Beispielsweise könnten die Hand-Werkzeugmaschinen 10, 110, 210 jeweils einen Akkupack aufweisen.
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Die Werkzeugmotoren 12, 112 und 212 sind mittels Antriebsschaltern 16 einschaltbar und/oder ausschaltbar. Bevorzugt ist es möglich, mit den Antriebsschaltern 16 auch eine Drehzahl zu regeln, d. h. beispielsweise einen schnelleren oder langsameren Betrieb der Werkzeugmotoren 12, 112 und 212 vorzugeben.
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Eine erfindungsgemäße Hand-Werkzeugmaschine kann einen Werkzeugmotor aufweisen, der die Werkzeugaufnahme der Hand-Werkzeugmaschine direkt antreibt. Beim Ausführungsbeispiel sind jedoch Getriebe 18 bzw. 218 vorhanden.
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Das Getriebe 18 Hand-Werkzeugmaschinen 10 oder 110 ist beispielsweise ein Kegelradgetriebe umfassend ein direkt vom Werkzeugmotor 12 oder 112 angetriebenes Kegelrad 19 sowie ein weiteres, mit dem Kegelrad 19 kämmendes Kegelrad 20.
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Das Getriebe 218 umfasst ein Planetengetriebe 219. Mithilfe eines Schaltelements 220, beispielsweise eines Drehrings oder dergleichen, können unterschiedliche Gangstufen oder Gänge bei dem Getriebe 218 eingestellt werden.
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Abtriebsseitig weisen die Getriebe 18 und 218 jeweils eine Werkzeugwelle 21 auf, an denen die Werkzeugaufnahmen 13 oder 213 angeordnet sind.
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Bei der Hand-Werkzeugmaschine 10 oder 110 treibt eine Motorwelle 22 des Werkzeugmotors 12 oder 112 das Kegelrad 19 an. Beispielsweise sitzt das Kegelrad 19 direkt vorn an der Motorwelle 92 bzw. ist drehfest mit dieser verbunden. Die Motorwelle des Werkzeugmotors 212 hingegen ist nicht im Einzelnen dargestellt. Darauf kommt es in diesem Fall auch nicht an.
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Die Motorwelle 22 der Hand-Werkzeugmaschine 10, 110 ist an einem vorderen Lager 23 nahe beim Getriebe 18 und mit einem hinteren Lager 24 am Gehäuse 11 bzw. 111 abgestützt. Nahe beim hinteren Lager 24 befindet sich beispielsweise ein Kollektor 25 des als Reihenschlussmotor ausgestalteten Werkzeugmotors 12 oder 112. Wie gesagt, kann der Werkzeugmotor 12 oder 112 oder 212 auch ein elektronisch kommutierter Motor sein.
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Der hintere Teil oder Hauptteil des Gehäuses 11 oder 111 bildet einen Handgriff 17 zum Ergreifen durch einen Bediener. Mithin kann also ein Bediener das Gehäuse 11 oder 111 direkt an seinem Motor-Gehäuseabschnitt 58 umgreifen.
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Das Gehäuse 211 der Hand-Werkzeugmaschine 210 hat wie bei Schraubgeräten oder Bohrern üblich einen den Werkzeugmotor 212 aufnehmenden Motor-Gehäuseabschnitt 258, von dem ein Handgriff 217 in der Art eines Pistolenhandgriffs absteht.
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Am Handgriff 217 ist der Antriebsschalter 16 angeordnet. Beim Gehäuse 11 oder 111 ist der Antriebsschalter 16 beispielhaft an deren Oberseite eingezeichnet.
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An der jeweiligen Abtriebseite des Werkzeugmotors 12, 112 der Hand-Werkzeugmaschine 10 oder 110 sind an den Motor-Gehäuseabschnitten 58 Ausströmöffnungen 26 für einen Kühlluftstrom 28 vorgesehen. Der Kühlluftstrom 28 kann einen hinteren, von der Abtriebsseite der Werkzeugmotoren 12, 112 abgewandten Seite des Gehäuses 11, 111 in die Motor-Gehäuseabschnitte 58 durch Einströmöffnungen 27 einströmen.
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An der Abtriebseite des Werkzeugmotors 212 sind bei der Hand-Werkzeugmaschine 210 an dem Motor-Gehäuseabschnitt 258 Einströmöffnungen 227 für einen Kühlluftstrom 28 vorgesehen. Der Kühlluftstrom 28 kann von der vorderen, der Abtriebsseite des Werkzeugmotor 212 zugewandten Seite des Gehäuses 211 in den Motor-Gehäuseabschnitt 258 durch die Einströmöffnungen 227 einströmen und strömt hinten durch Ausströmöffnungen 226 aus dem Gehäuse 211 aus. Die umgekehrte Strömungsrichtung ist aber auch möglich.
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Die Werkzeugmotoren 112 und 212 haben jeweils ein direkt von ihnen selbst angetriebenes Werkzeugmotor-Lüfterrad 129 bzw. 229. Das Werkzeugmotor-Lüfterrad 129 und 229 läuft in an sich bekannter Weise mit dem Werkzeugmotor 112 oder 212 mit, wenn dieser läuft.
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Die Werkzeugmotor-Lüfterräder 129 und 229 sind z. B. mit den Motorwellen 22 der Werkzeugmotoren 112 und 212 drehfest verbunden, z. B. auf oder den Motorwellen 22 angeordnet. Dadurch ist eine an sich übliche und in einigen Betriebszuständen ausreichende Kühlung der Hand-Werkzeugmaschine 110, 210 möglich.
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Allerdings kann es beispielsweise beim Ablegen der Hand-Werkzeugmaschine 110 oder 210 zu längeren, kraftintensiven Betrieb dazukommen, dass sie überhitzt. Man könnte als Gegenmaßnahme z. B. viele und/oder große Kühlrippen vorsehen. Es ist auch möglich, dass die Leistung des Werkzeugmotors einer normalen Hand-Werkzeugmaschine gedrosselt wird, so dass es nicht zu Überhitzungszuständen kommt.
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Hier schaffen die folgenden Maßnahmen bei den Hand-Werkzeugmaschinen 10, 110 und 210 Abhilfe:
Die Hand-Werkzeugmaschinen 10, 110 und 210 weisen jeweils Lüfterräder 30, 130 und 230 auf Die Lüfterräder 130 und 230 sind von den Werkzeugmotor-Lüfterrädern 129 und 229 separat und zusätzlich zu diesen vorgesehen. Bei der Hand-Werkzeugmaschine 10 ist sogar nur das Lüfterrad 30 vorhanden, jedoch kein vom Werkzeugmotor 12 direkt antreibbares Werkzeugmotor-Lüfterrad.
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Den Betrieb der Lüfterräder 30, 130 und 230, die Bestandteile von Lüfteranordnungen 50, 150 und 250 sind, übernehmen Lüftermotoren 31, 131 und 231. Die Lüftermotoren 31, 131 und 231 arbeiten separat von dem Werkzeugmotoren 12, 112 und 212, können also auch dann ihre jeweiligen Lüfterräder 30, 130 und 230 antreiben, wenn der Werkzeugmotor 12, 112 und 212 steht oder vielleicht auch mit einer anderen Drehzahl läuft als die Lüftermotoren 31, 131 und 231.
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Der Lüftermotor 31 umfasst eine Erregerspulenanordnung 32 zum Erzeugen eines magnetischen Drehfeldes. Die Erregerspulenanordnung 32 bildet einen Bestandteil eines Primärteils 33 des Lüftermotors 31. Ein Sekundärteil 34 des Lüftermotors 31 wird vom Lüfterrad 30 bereitgestellt.
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Das Lüfterrad 30 ist beispielsweise ein Kurzschlussläufer, der durch die Erregerspulenanordnung 32 angetrieben wird. Das Lüfterrad kann auch einen oder mehrere Magnete einer Magnetanordnung umfassen, die mit dem durch die Erregerspulenanordnung 32 erzeugbaren Erregerfeld zusammenwirken.
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Das Lüfterrad 30 umfasst beispielsweise einen Lüfterradnabenkörper 35, von dem Flügel 36 abstehen. Mit den Flügeln 36, die in der Art von der Rippen oder abstehenden Leitflächen ausgestaltet sind, ist bei der Hand-Werkzeugmaschine 10 der Kühlluftstrom 28 erzeugbar.
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Die Lüfterräder 130 und 230 haben in ähnlicher Weise Flügel 136 oder 236.
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Das Lüfterrad 30 ist mittels einer Lageranordnung 37 direkt an oder auf der Motorwelle 22 des Werkzeugmotors 12 gelagert. Am Lüfterradnabenkörper 35, der sozusagen einen inneren Teil des Lüfterrads 30 bildet, ist eine Lageraufnahme 38 für die Komponenten der Lageranordnung 37 vorgesehen. In der Lageraufnahme 38 ist beispielsweise ein Lagereinsatz 39, zum Beispiel eine Buchse oder dergleichen, aufgenommen. Der Lagereinsatz 39 hält Wälzlager, nämlich ein Nadellager 40 sowie ein Kugellager 41. Anstelle des Nadellager 40 könnte selbstverständlich auch ein Dichtring, ein Filzring oder ein anderes lagerndes und/oder abdichtendes Bauteil vorgesehen sein.
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Das Nadellager 40 ist näher beim Werkzeugmotor 12 als das Kugellager 41. Vor den Halteabschnitt 42 steht noch nach radial innen ein stirnseitiger Vorsprung 44 vor, der zum Halten des Nadellagers 40 in dem Halteabschnitt 43 vorgesehen ist. Beispielsweise sind die beiden Lager 40 und 41 in den Lagereinsatz 39 eingepresst, dort verklebt oder dergleichen.
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An dem Lagereinsatz 39 ist ein ringförmiger Halteabschnitt 42 zum Halten des Nadellagers 40 und ein weiterer, einen größeren Durchmesser aufweisender Halteabschnitt 43 für das Kugellager 41 vorgesehen. Zwischen den Halteabschnitten 42 und 43 befindet sich eine Stufe.
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Die jeweils inneren Lagerringe 45 des Nadellagers 40 und des Kugellagers 41 sind drehfest auf der Motorwelle 22 angeordnet.
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Das Primärteil 33 des Lüftermotors 31 umfasst einen Erregerkern 46, der beispielsweise geblecht ist. Der Erregerkern 46 umfasst einen Ringkörper 47, von dem nach radial innen (radial außen wäre auch möglich) Spulenträger 48 abstehen. An den Spulenträger 48 sind Spulen 49 der Erregerspulenanordnung 32 angeordnet.
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Die Erregerspulenanordnung 32 ist teilweise in dem Lüfterrad 30 aufgenommen, was eine besonders kompakte Bauform ermöglicht. Beispielsweise befindet sich am Lüfterrad 30, insbesondere dessen Lüfterradnabenkörper 35, eine ringförmige Aufnahme 51, in die eine Stirnseite der Erregerspulenanordnung 32 teilweise eingreift. Dadurch kann das Erregerfeld der Erregerspulenanordnung 32 optimal auf das Sekundärteil 34 bzw. das Lüfterrad 30 einwirken.
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Das Primärteil 33 umfasst einen Träger 52 für den Erregerkern 46. Der Träger 52 umfasst eine Platte 53, an der einer oder mehrere Haltevorsprünge 54, beispielsweise ein Ringkörper, zum Halten der Erregerspulenanordnung 32 vorgesehen ist. Beispielsweise ist der Ringkörper 47 des Erregerkerns 46 in dem Ringkörper des Haltevorsprungs 54 aufgenommen.
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Das Primärteil 33 des Lüftermotors 31 ist fest mit dem Gehäuse 11 der Hand-Werkzeugmaschine 10 verbunden. Beispielsweise ist ein Aufnahmeraum 55 zur Aufnahme des Lüfterrads 30 und des Lüftermotors 31 vorgesehen. Zum Beispiel ist ein Außenumfang der Platte 53 an einem Innenumfang der Aufnahme oder des Aufnahmeraums 55 gehalten.
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Das vordere Motor-Lager 23 des Werkzeugmotors 12 wird von einer Lagerhalterung 61 gehalten. An der dem Lager 23 entgegengesetzten Außenseite der Lagerhalterung 61 stützt sich das Primärteil 33 weiterhin ab. Die Lagerhalterung 61 umfasst beispielsweise einen nach radial innen vor das Motor-Lager 23 vorstehenden Vorsprung 62, der das Motor-Lager 23 in einer Aufnahme 63 eines vorderen, das Getriebe 18 aufnehmenden Abschnitts 64 des Gehäuses 11 hält.
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Die Lüfteranordnung 50 ist derart kompakt gehalten, dass sie anstelle eines ansonsten direkt vom Werkzeugmotor 12 anzutreibenden Werkzeugmotor-Lüfterrades vorgesehen sein kann. Beispielsweise befindet sich die Lüfteranordnung 50 zwischen dem Motor-Lager 23, das die Motorwelle 22 am Gehäuse 11 abstützt, und dem Werkzeugmotor 12.
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Es versteht sich, dass auch ein alternatives Antriebskonzept für das Lüfterrad 30 möglich wäre, beispielsweise mittels eines Lüftermotors 31', der mittels eines Zahngetriebes, Reibradgetriebes, Riemengetriebes oder dergleichen das Lüfterrad 30 antreiben könnte. Der Lüftermotor 31' ist nicht koaxial zu der Motorwelle 22 des Werkzeugmotors 12. Beispielsweise ist der Lüftermotor 31' im Abschnitt 65 des Gehäuses 11 aufgenommen.
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Bei der Hand-Werkzeugmaschine 110 befindet sich etwa an derjenigen Stelle, wobei der Hand-Werkzeugmaschine 10 das Lüfterrad 30 und der Lüftermotor 31 angeordnet sind, das Werkzeugmotor-Lüfterrad 129. Das Werkzeugmotor-Lüfterrad 129 ist drehfest mit der Motorwelle 22 verbunden, wird also vom Werkzeugmotor 112 direkt angetrieben. Somit ist bereits durch das Werkzeugmotor-Lüfterrad 129 ein Teil des Kühlluftstroms 28 erzeugbar, wenn sich der Werkzeugmotor 112 dreht.
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Zusätzlich zu dem Werkzeugmotor-Lüfterrad 129 umfasst die Lüfteranordnung 150 der Hand-Werkzeugmaschine 110 noch das Lüfterrad 130. Das Lüfterrad 130 ist in einem hinteren Abschnitt 65 des Gehäuses 111 angeordnet und kann den Kühlluftstrom 28 alleine oder in Zusammenwirkung mit dem Werkzeugmotor 112 erzeugen. In dem hinteren Abschnitt 65 ist ein hinterer Aufnahmeraum 156 für das Lüfterrad 130 vorgesehen. In den Aufnahmeraum 156 kann der Kühlluftstrom 28 durch die dort befindlichen Einströmöffnungen 27 einströmen.
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Beispielsweise wird das Lüfterrad 130 von einem koaxial zum Werkzeugmotor 112 angeordneten Lüftermotor 131 angetrieben. Der Lüftermotor 131 ist nahe bei den Einströmöffnungen 27, jedenfalls an der vom Werkzeugmotor 112 abgewandten Seite des Lüfterrads 130 angeordnet. Dies ist eine optionale Maßnahme.
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Jedenfalls erleichtert diese Konfiguration die Anordnung einer vorzugsweise zusätzlich vorgesehenen Kupplung 57, die am hinteren, dem Lüfterrad 130 zugewandten Endbereich der Motorwelle 22 angeordnet ist. Die Kupplung 57 kann eine Antriebsverbindung zwischen dem Werkzeugmotor 112 und dem Lüfterrad 130 herstellen, also das Lüfterrad 130 an den Werkzeugmotor 112 ankuppeln oder von diesem abkuppeln.
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Beispielsweise umfasst die Kupplung 57 eine Fliehkraftkupplung, die bei höherer Drehzahl des Werkzeugmotors 112 einkuppelt, so dass der Werkzeugmotor 112 das Lüfterrad 130 antreibt, und bei kleinerer oder niederer Drehzahl des Werkzeugmotors 112 diesen vom Lüfterrad 130 abkuppelt, so dass das Lüfterrad 130 beispielsweise frei drehen kann oder alleine durch den Lüftermotor 131 angetrieben werden kann. Mithin ist es also möglich, dass das Lüfterrad 130 einmal vom Lüftermotor 131, beispielsweise bei niederen Drehzahlen des Werkzeugmotors 112, ein anderes Mal jedoch nur durch den Werkzeugmotor 112 oder durch den Werkzeugmotor 112 gemeinsam mit dem Lüftermotor 131 angetrieben wird, z. B. bei höheren Drehzahlen des Werkzeugmotors 112.
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Bei der Hand-Werkzeugmaschine 210 treibt der Werkzeugmotor 212 das Werkzeugmotor-Lüfterrad 229 dauerhaft an. Das Werkzeugmotor-Lüfterrad 229 ist beispielsweise zwischen einem Motorgehäuse 222 und dem Getriebe 218 angeordnet. Das Werkzeugmotor-Lüfterrad 229 läuft also stets mit derselben Drehzahl wie die Motorwelle des Werkzeugmotors 212, wobei selbstverständlich auch ein Getriebe vorgesehen sein könnte, beispielsweise um die Drehzahl des Werkzeugmotor-Lüfterrads 229 gegenüber der Drehzahl des Werkzeugmotors 212 zu erhöhen oder zu senken.
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An dieser Stelle sei bemerkt, dass selbstverständlich bei einer erfindungsgemäßen Lüfteranordnung auch ein Getriebe zwischen dem mindestens einen jeweiligen, dediziert dem Lüfterrad zugeordneten und von dem Werkzeugmotor separaten Lüftermotor und dem Lüfterrad vorgesehen sein kann, so dass beispielsweise der Lüftermotor mit gegenüber dem mindestens einen Lüfterrad größerer oder kleinerer Drehzahl drehen kann.
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Das durch den Lüftermotor 231 separat antreibbare Lüfterrad 230 ist an einem Außenumfang des Motorgehäuse 222 angeordnet oder in einen Zwischenraum zwischen dem Motorgehäuse 222 und dem Werkzeugmotor-Lüfterrad 229. Der Lüftermotor 231 umfasst ein Primärteil 33, das außen am Motorgehäuse 222 angeordnet ist. Das Primärteil 33 umfasst beispielsweise eine Erregerspulenanordnung 232 in der Art der Erregerspulenanordnung 32 des Primärteils 33 des Lüftermotors 31.
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Das Lüfterrad 230 kann auch dann vom Lüftermotor 231 angetrieben werden, wenn der Werkzeugmotor 212 steht. Beispielsweise erzeugt die Lüfteranordnung 250 dann den Kühlluftstrom 28 derart, dass der Kühlluftstrom 28 über Kühlrippen einer Kühlrippenanordnung 260 des Motorgehäuse 222 strömt und somit den Werkzeugmotor 212 auch bei Stillstand desselben effektiv kühlt.
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Am Beispiel einer Steuerung 70, die Bestandteil jeder der Hand-Werkzeugmaschinen 10, 110 und 210 sein kann, soll eine erfindungsgemäß arbeitende, optimierte Steuerung für eine Lüfteranordnung mit einem vom Werkzeugmotor separaten Lüftermotor zum Antreiben eines Lüfterrad des erläutert werden. An dieser Stelle sei bemerkt, dass auch eine passive Ansteuerung möglich ist, d. h. dass beispielsweise bei einem Druck auf den Antriebsschalter 16 jeweils der Lüftermotor 31, 131 oder 231 mitläuft, d. h. dass der Lüftermotor 31, 131 und 231 parallel zum Werkzeugmotor 12, 112 und 212 bestromt wird.
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Eine Steuerung kann auch sehr einfach ausgestaltet sein, d. h. dass der jeweilige Lüftermotor beispielsweise anhand eines Speicherkondensators oder eines sonstigen Energiespeichers noch eine gewisse Nachlaufzeit mit Strom versorgt wird, wenn der Werkzeugmotor bereits ausgeschaltet ist, d. h. dass der Lüftermotor noch etwas nachläuft und eine Überhitzung der stillstehenden Hand-Werkzeugmaschine verhindert.
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Ferner kann eine Massenträgheit des Lüftermotors und/oder des Lüfterrads so ausgestaltet sein, dass die Lüfteranordnung nach einem Ausschalten des Werkzeugmotors nachläuft.
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Die Steuerung 70 steht exemplarisch für eine gewisse Intelligenz einer Steuerung, d. h. sie hat beispielsweise einen Mikroprozessor 71, einen Speicher 72 sowie eine Ausgangsstufe 73, beispielsweise mit Leistungstransistoren, um die Lüftermotoren 31, 131 oder 231 anzusteuern.
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In dem Speicher 72 ist ein Programm 74 zur Ansteuerung des Lüftermotors 31, 131 oder 231 gespeichert. Das Programm 74 enthält beispielsweise Programmcode, der vom Mikroprozessor 71 ausführbar ist, um die jeweiligen Lüftermotoren anzusteuern.
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Die Ausgangsstufe 73 oder eine sonstige Leistungselektronik ist zweckmäßigerweise mit einem Kühlkörper 59 versehen. Beispielsweise ist der Kühlkörper 59 bei der Hand-Werkzeugmaschine 110 im Kühlluftstrom 28 angeordnet, d. h. die vom Lüfterrad 130 erzeugte Kühlluft umströmt den Kühlkörper 59 und kühlt somit die Endstufe oder Ausgangsstufe 73.
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Selbstverständlich kann die Anordnung auch bei den anderen Hand-Werkzeugmaschinen ähnlich günstig getroffen sein, was man beispielsweise bei der Hand-Werkzeugmaschine 10 leicht sehen kann. Dort ist nämlich die Steuerung 70 in ein Gehäuse des Antriebsschalters 16 integriert, so dass der nicht eingezeichnete Kühlkörper 59 beispielsweise in den Kühlluftstrom 28 vor stehen kann.
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Die Steuerung 70 kann eine integrale, auch den Werkzeugmotor 12, 112, 212 oder auch andere Komponenten der jeweiligen Hand-Werkzeugmaschine 10, 110 oder 210 steuernde Steuerung sein. Mithin muss also der Mikroprozessor 71 beispielsweise nicht speziell für die erfindungsgemäße Lüfteranordnung 50, 150 oder 250 vorgesehen sein, sondern kann auch weitere Aufgaben über nehmen.
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Im Falle einer Nachrüstung einer an sich vorhandenen oder fertig konstruierten Hand-Werkzeugmaschine mit einer erfindungsgemäßen Lüfteranordnung ist jedoch eine dedizierte der Lüfteranordnung zugeordnete Steuerung zweckmäßig.
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In den Gehäusen 11, 111 oder 211 ist zweckmäßigerweise ein Temperatursensor 75 angeordnet. Der Temperatursensor 75 ist beispielsweise im Bereich der Steuerung 70 angeordnet, so dass er eine jeweilige Temperatur von deren relativ empfindlichen elektronischen Komponenten erfassen kann. Ein weiterer Temperatursensor 76 ist beispielsweise am oder im Werkzeugmotor 12, 112 oder 212 angeordnet. Der Temperatursensor 76 dient zur Erfassung einer Temperatur des Werkzeugmotors 12, 112 oder 212.
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Ein weiterer Sensor, der mit der Steuerung 70 zusammenwirkt, ist eine Drehzahlsensor 77, der eine jeweilige Drehzahl des Werkzeugmotors 12, 112 oder 212 erfasst.
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Wenn die Steuerung 70 zugleich zur Steuerung des Werkzeugmotors 12,112 oder 212 dient, was an sich bevorzugt ist, ist es beispielsweise möglich, insbesondere wenn dieser Werkzeugmotor ein elektronisch kommutierter oder bürstenloser Gleichstrommotor ist, dass der Drehzahlsensor 77 nicht notwendig ist, weil die Steuerung 70 schon auf anderem Wege ermittelt, mit welcher Drehzahl der Werkzeugmotor 12, 112 oder 212 dreht.
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In 10 ist die Steuerung 70 als Blockschaltbild in Zusammenwirkung bzw. zur Ansteuerung der Lüfteranordnung 50 dargestellt:
Beim Betrieb der Hand-Werkzeugmaschine 10 ist beispielsweise eine Drehzahl NW des Werkzeugmotors 12 von einem Zeitpunkt t0 bis einem Zeitpunkt t1 im Wesentlichen konstant, nimmt dann jedoch bis zu einem Zeitpunkt t2 bis auf NULL ab (6). Der Lüftermotor 31 läuft von Beginn an, das heißt wenn der Werkzeugmotor 12 zu dem Zeitpunkt t0 eingeschaltet wird, mit einer ebenfalls im Wesentlichen konstanten Drehzahl NL. Allerdings schaltet die Steuerung 70 den Lüftermotor 31 zum Zeitpunkt t2 noch nicht ab, obwohl sie anhand des Drehzahlsensors 77 den Stillstand des Werkzeugmotors 12 kennt, sondern lässt den Lüftermotor 31 für eine Nachlaufzeit TN noch bis zu einem Zeitpunkt t3 nachlaufen, so dass der bereits still stehende Werkzeugmotor 12 weiterhin im Kühlluftstrom 28 steht und gekühlt wird.
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Selbstverständlich stellt die Steuerung 70 vorzugsweise die jeweilige Drehzahl NL des Lüftermotors 31 in Abhängigkeit von einer Drehzahl des Werkzeugmotors 12 ein, so dass auch bei größeren Drehzahlen des Werkzeugmotors 12 eine optimale Kühlung gewährleistet ist.
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Auch wenn die Temperatur im Gehäuse 11 oder die Temperatur des Werkzeugmotors 12 entsprechend ansteigt oder abfällt, greift die Steuerung 70 ein bzw. regelt die Drehzahl des Lüftermotors 31 in Abhängigkeit von den jeweiligen, durch den Temperatursensor 75 und/oder 76 erfassten Temperaturen.
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Der Temperaturverlauf TA des Werkzeugmotors 12 und der Drehzahlverlauf NL des Lüftermotors 31 gemäß 7 veranschaulichen, dass die Steuerung 70 nicht nur eine drehzahlabhängige, sondern auch eine temperaturabhängige Ansteuerung des Lüftermotors 31, 131, 231 leistet. Zum Zeitpunkt t0 steigt die Temperatur TA des Werkzeugmotors 12 zwar beinahe bis zu einem oberen Grenzwert Tg an, sinkt dann aber wieder bis zu einem Zeitpunkt t5 ab, um anschließend wieder anzusteigen.
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Zu einem Zeitpunkt t6 überschreitet die Temperatur TA des Werkzeugmotors 12 den Grenzwert Tg. In diesem Moment steuert die Steuerung 70 den Lüftermotor 31, der ab dem Zeitpunkt t0 noch mit relativ niedriger Drehzahl läuft, zu einer Erhöhung der Drehzahl NL an, so dass die Kühlleistung erhöht wird. Man erkennt, das relativ kurzfristig nach Erhöhung der Drehzahl des Lüftermotors 31 die Temperatur TA des Werkzeugmotors 12 wieder abnimmt und zu einem Zeitpunkt t7 den Grenzwert Tg unterschreitet und bis zum Zeitpunkt t9 wieder auf Null zurückgeht.
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Zwischen dem Zeitpunkt t7 und einem Zeitpunkt t8 senkt die Steuerung 70 die Drehzahl NL des Lüftermotors 31 ab, und stellt ab dem Zeitpunkt t8 wieder dieselbe Drehzahl ein, die der Lüftermotor 31 bis zum Zeitpunkt t6 noch hatte. Somit ist also eine Temperaturspitze des Werkzeugmotors 12 durch die erfindungsgemäße Lüfteranordnung 50, 150, 250 sozusagen abgefangen worden oder vermieden worden.
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Beispielsweise wird die Hand-Werkzeugmaschinen 10 zum Zeitpunkt t5 ausgeschaltet, das heißt der Werkzeugmotor 12 läuft nicht mehr. Durch den vorherigen Betrieb mit beispielsweise relativ hoher Drehzahl und/oder mit relativ hohem Drehmoment, ist der Werkzeugmotor 12 stark erwärmt. Die Lüfteranordnung 50 kühlt jedoch auch in diesem Betriebsfall effektiv und vermeidet, dass beispielsweise elektrische Spulen oder andere empfindliche Komponenten des Werkzeugmotors 12 überhitzen, wenn dieser außer Betrieb genommen wird.
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Wenn die Steuerung 70 beispielsweise die. Lüfteranordnung 150 ansteuert, kann bis zum Zeitpunkt t6 die Kühlung durch das Werkzeugmotor-Lüfterrad 129 ausreichen, während die Steuerung 70 danach zusätzlich noch den Lüftermotor 131 zu schaltet, um eine Temperaturspitze zu vermeiden.
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Der Temperaturwert TA steht exemplarisch für jeden anderen Temperaturwert, beispielsweise einen Gehäuse-Temperaturwert, der durch den Temperatursensor 75 erfassbar ist.
