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Die Erfindung betrifft ein Kühlsystem für eine Ultraschall-Handbohrmaschine, eine Ultraschall-Handbohrmaschine nach dem Oberbegriff von Anspruch 13 sowie ein Verfahren zum Kühlen einer Schwingungserregereinheit einer Ultraschall-Handbohrmaschine.
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Eine handgeführte Ultraschall-Bohrmaschine ist bereits aus der Druckschrift
DE 20 2017 100 736 U1 bekannt. Diese weist im Unterschied zu Schlagbohrmaschinen anstelle eines Schlagwerks einen Schwingungserreger zur Erzeugung von Ultraschallschwingungen auf, um unterstützt durch diese Ultraschallschwingungen die Bohrleistung zu erhöhen.
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Problematisch hierbei ist, dass an der Schwingungserregereinheit hohe Temperaturen entstehen können und diese daher aktiv gekühlt werden muss.
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Die Druckschrift
US 2011/0222975 A1 offenbart ein Ultraschall-Maschinenmodul in Form einer Wechselspindel. Die Wechselspindel weist ein Lüfterrad zur Kühlung der Ultraschall-Erregers auf.
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Ausgehend hiervon ist es Aufgabe der Erfindung, ein Kühlsystem für eine Ultraschall-Handbohrmaschine anzugeben, die eine technisch einfache und effektive Kühlung der Schwingungserregereinheit ermöglicht.
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Die Aufgabe wird durch die Merkmale des unabhängigen Patentanspruchs 1 gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen sind Gegenstand der Unteransprüche. Eine Ultraschall-Bohrmaschine ist Gegenstand des nebengeordneten Patentanspruchs 14 und ein Verfahren zum Kühlen eines Schwingungserregers einer Ultraschall-Handbohrmaschine ist Gegenstand des nebengeordneten Patentanspruchs 15.
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Gemäß einem ersten Aspekt bezieht sich die Erfindung auf ein Kühlsystem für eine Ultraschall-Handbohrmaschine. Das Kühlsystem umfasst eine um eine Drehachse rotativ antreibbare Sonotrode und eine mit der Sonotrode gekoppelte Schwingungserregereinheit, um Ultraschallschwingungen auf die Sonotrode übertragen zu können. Zur Kühlung der Schwingungserregereinheit ist ein Lüfterrad vorgesehen, mittels dem ein die Schwingungserregereinheit überstreichender Luftstrom erzeugbar ist.
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Der wesentliche Vorteil des Kühlsystems besteht darin, dass durch die Verwendung eines Lüfterrades eine technisch einfache Kühlung erreicht werden kann, die zum einen eine hochwirksame Kühlung der Schwingungserregereinheit ermöglicht, zum anderen die Baugröße und das Gewicht der Handbohrmaschine durch das Kühlsystem nur im begrenzten Maße vergrößert werden.
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Gemäß einer Ausführungsform ist das Lüfterrad hülsenförmig ausgebildet und umschließt die Schwingungserregereinheit umfangsseitig. Insbesondere ist die Schwingungserregereinheit zumindest teilweise in einem Innenbereich des Lüfterrades (z.B. innerer Hohlraum eines käfigartig ausgebildeten Lüfterrades) aufgenommen. Dadurch kann eine sehr kompakte Bauweise des Kühlsystems bei einer gleichzeitig für das Erreichen der Kühlwirkung der Schwingungserregereinheit günstigen Luftführung erreicht werden.
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Gemäß einer Ausführungsform ist das Lüfterrad drehfest mit der Schwingungserregereinheit verbunden. Beispielsweise kann die Schwingungserregereinheit direkt mit der Sonotrode verbunden bzw. rückseitig an dieser angeordnet sein, um die Einleitung der Schwingungen in die Sonotrode zu verbessern. Diese Sonotrode ist rotativ angetrieben, um das Bohrwerkzeug in Drehung zu versetzen. Das Lüfterrad kann fest, insbesondere drehfest mit der Sonotrode verbunden sein, so dass durch die Drehung der Sonotrode (und der Schwingungserregereinheit) auch das Lüfterrad rotiert wird, um den die Schwingungserregereinheit kühlenden Luftstrom zu erzeugen.
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Gemäß einer Ausführungsform ist das Lüfterrad schaufelradartig ausgebildet. Die Lüfterradschaufeln verlaufen dabei mit ihrer Längsachse vorzugsweise parallel oder im Wesentlichen parallel zur Drehachse der Sonotrode und sind in Bezug auf eine radial zur Drehachse verlaufende Radialrichtung derart schräg angestellt, dass bei Rotation des Lüfterrades ein radial nach außen hin gerichteter Luftstrom entsteht. Die Lüfterradschaufeln können dabei zur Steigerung der Kühlleistung in einer Richtung quer zur Drehachse der Sonotrode gekrümmt oder gewölbt ausgebildet sein, beispielsweise rückwärts oder vorwärts gekrümmt.
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Alternativ können die Lüfterradschaufeln in Längsrichtung gesehen spiralförmig oder spiralähnlich ausgebildet sein, d.h. die Lüfterradschaufeln weisen in Richtung der Drehachse der Sonotrode einen Drall auf. Dieser Drall kann derart ausgebildet sein, dass die Lüfterradschaufeln die Drehachse der Sonotrode teilweise vollständig oder auch mehrfach umschlingen.
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Gemäß einer Ausführungsform ist das Lüfterrad zur Erzeugung eines in Bezug auf die Drehachse der Sonotrode radialen Luftstroms von innen nach außen ausgebildet. In anderen Worten ist das Lüfterrad als Radiallüfter ausgebildet, bei dem die Luft parallel bzw. axial zur Drehachse der Sonotrode bzw. des Lüfterrades angesaugt und durch die Rotation des Lüfterrades um 90° umgelenkt und radial ausgeblasen wird.
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Dadurch kann die Kühlung der im Inneren des Lüfterrades angeordneten Schwingungserregereinheit verbessert werden, da der Luftstrom die Schwingungserregereinheit umfangsseitig überstreicht.
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Gemäß einer Ausführungsform ist das Lüfterrad konzentrisch zur Schwingungserregereinheit vorgesehen. Dadurch kann eine sehr homogene Kühlung der Schwingungserregereinheit erreicht werden.
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Gemäß einer Ausführungsform ist zwischen der Schwingungserregereinheit und einer Innenumfangsfläche des Lüfterrades ein ring- oder hülsenförmiger Luftspalt ausgebildet. Die durch das Lüfterrad angesaugte Luft wird durch diesen Luftspalt hindurchgeführt, überstreicht dabei die Schwingungserregereinheit und bewirkt so die Kühlung derselben. Dadurch kann wiederum eine sehr homogene Kühlung der Schwingungserregereinheit erreicht werden.
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Gemäß einer Ausführungsform bildet das Lüfterrad einen Abschnitt einer Antriebs- und Lagerungseinheit, über die eine Drehmomenteinleitung auf die Sonotrode erfolgt. Beispielsweise kann das Lüfterrad als Lüfterradabschnitt einstückig an der Antriebs- und Lagerungseinheit ausgebildet sein. Diese Antriebs- und Lagerungseinheit umgibt die Sonotrode und die daran angeordnete Schwingungserregereinheit vorzugsweise zumindest abschnittsweise. Insbesondere können die Sonotrode und die daran angeordnete Schwingungserregereinheit zumindest abschnittsweise in einen im Inneren der Antriebs- und Lagerungseinheit ausgebildeten Innenraum hineinreichen. Die Drehmomenteinleitung in die Antriebs- und Lagerungseinheit kann über ein Getriebe erfolgen. Die Antriebs- und Lagerungseinheit selbst ist dann über geeignete Verbindungsmittel mit der Sonotrode verbunden, um die Drehmomentübertragung von der Antriebs- und Lagerungseinheit auf die Sonotrode zu gewährleisten. In anderen Worten erfolgt damit vorzugsweise die Übertragung des Drehmoments auf die Sonotrode über das Lüfterrad als Drehmomentübertragungsmittel.
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Gemäß einer Ausführungsform ist die Antriebs- und Lagerungseinheit über ein ringartig ausgebildetes Koppelelement, insbesondere eine Federeinrichtung mit der Sonotrode gekoppelt. Durch dieses ringartige Koppelelement wird zum einen eine Drehmomentübertragung von der Antriebs- und Lagerungseinheit zur Sonotrode und der damit verbundenen oder verbindbaren Spannvorrichtung für ein Bohrwerkzeug erreicht, zum anderen ermöglicht ein als Federeinrichtung ausgebildetes Koppelelement eine schwingende Lagerung der Sonotrode gegenüber der Antriebs- und Lagerungseinheit. Vorzugsweise ist das Koppelelement in einem Schwingungsknoten (Schwingungsnullpunkt) der Sonotrode angeordnet, so dass das Koppelelement nichtfedernd ausgebildet sein kann. Für den Fall, dass beispielsweise durch die Aufnahme eines Bohrwerkzeugs in einer Spannvorrichtung der Ultraschall-Handbohrmaschine eine Verschiebung des Schwingungsknotens von der Lage des Koppelelements weg erfolgt, kann die Übertragung der Schwingungen auf die Antriebs- und Lagerungseinheit reduziert werden.
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Gemäß einer Ausführungsform weist die Antriebs- und Lagerungseinheit einen Luftführungsabschnitt auf, über den die Luft der Schwingungserregereinheit zuführbar ist. Der Luftführungsabschnitt kann beispielsweise rohrförmig ausgebildet sein und auf die der Sonotrode gegenüberliegende Seite von dem Lüfterrad abstehen. Vorzugsweise ist der Luftführungsabschnitt beabstandet zu der Schwingungserregereinheit angeordnet, diese ist vorzugsweise im Inneren des Lüfterrades angeordnet, das sich in Richtung der Drehachse der Sonotrode bzw. der Antriebs- und Lagerungseinheit an den Luftführungsabschnitt anschließt. Dabei kann der Luftführungsabschnitt konzentrisch zu der Drehachse der Sonotrode angeordnet sein. Durch den Luftführungsabschnitt lässt sich eine Zuführung von Luft in einem örtlich konzentrierten Luftstrom zur Schwingungserregereinheit hin erreichen.
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Gemäß einer Ausführungsform erfolgt die rotative Lagerung der Sonotrode über die Antriebs- und Lagerungseinheit. Hierzu wird die Antriebs- und Lagerungseinheit in einer Gehäuseeinheit der Ultraschall-Handbohrmaschine über geeignete Lagerstellen drehbar gelagert. Diese Lagerung der Antriebs- und Lagerungseinheit bewirkt ebenso eine rotative Lagerung der Sonotrode bzw. der Schwingungserregereinheit. Insbesondere bewirkt das zuvor beschriebene Koppelelement, insbesondere die Federeinrichtung die Halterung der Sonotrode bzw. der Schwingungserregereinheit gegenüber der Antriebs- und Lagerungseinheit. Dadurch kann ein kompakt bauendes Kühlsystem für die Schwingungserregereinheit der Ultraschall-Handbohrmaschine erreicht werden.
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Gemäß einer Ausführungsform erfolgt das Ansaugen der Luft an einem der Sonotrode entfernt liegenden, rückwärtigen Abschnitt der Antriebs- und Lagerungseinheit, insbesondere an einem als Ansaugöffnung ausgebildeten freien Ende der Antriebs- und Lagerungseinheit. Dadurch kann ein Ansaugen der Luft an einem dem Bohrwerkzeug gegenüberliegenden Bereich der Ultraschall-Handbohrmaschine erreicht werden, so dass das Ansaugen von beim Bohren entstehendem Staub etc. reduziert werden kann.
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Gemäß einer Ausführungsform ist eine Filtereinrichtung zur Filterung der vom Lüfterrad angesaugten Luft vorgesehen. Diese Filtereinrichtung kann im Bereich der Ansaugöffnung vorgesehen sein. Vorteilhafterweise ist die Filtereinrichtung abnehmbar vorgesehen, um diese leichter reinigen oder insgesamt auswechseln zu können.
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Gemäß einem weiteren Aspekt betrifft die Erfindung eine Ultraschall-Handbohrmaschine mit einer Spannvorrichtung zur Aufnahme eines Bohrwerkzeugs und Antriebsmitteln umfassend einen elektrischen Motor zum Bewegen des Bohrwerkzeugs, wobei die Antriebsmittel zudem eine Schwingungserregereinheit umfassen, mittels dem das Bohrwerkzeug in Schwingungen im Ultraschallbereich versetzbar ist. Des Weiteren ist ein Kühlsystem gemäß einem der vorher beschriebenen Ausführungsbeispiele vorgesehen, um die Schwingungserregereinheit zu kühlen.
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Gemäß einem nochmals weiteren Aspekt betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Kühlung eines Schwingungserregers einer Ultraschall-Handbohrmaschine. Die Ultraschall-Handbohrmaschine umfasst eine um eine Drehachse rotativ antreibbare Sonotrode und eine mit der Sonotrode zur Übertragung von Ultraschallschwingungen gekoppelte Schwingungserregereinheit. Dabei wird ein Lüfterrad rotativ angetrieben, mittels dem ein die Schwingungserregereinheit überstreichender Luftstrom erzeugt wird.
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Unter „Sonotrode“ im Sinne der vorliegenden Erfindung wird ein Element verstanden, das durch das Einleiten von hochfrequenten mechanischen Schwingungen, insbesondere Ultraschallschwingungen, in Resonanzschwingungen versetzt werden kann. Dabei stellt die Sonotrode die Verbindung vom Schwingungserreger (z.B. den Piezoelementen eines Ultraschallgenerators) zum Bohrwerkzeug her.
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Die Ausdrücke „näherungsweise“, „im Wesentlichen“ oder „etwa“ bedeuten im Sinne der Erfindung Abweichungen vom jeweils exakten Wert um +/- 10%, bevorzugt um +/- 5% und/oder Abweichungen in Form von für die Funktion unbedeutenden Änderungen.
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Weiterbildungen, Vorteile und Anwendungsmöglichkeiten der Erfindung ergeben sich auch aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen und aus den Figuren. Dabei sind alle beschriebenen und/oder bildlich dargestellten Merkmale für sich oder in beliebiger Kombination grundsätzlich Gegenstand der Erfindung, unabhängig von ihrer Zusammenfassung in den Ansprüchen oder deren Rückbeziehung. Auch wird der Inhalt der Ansprüche zu einem Bestandteil der Beschreibung gemacht.
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Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Figuren an Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen:
- 1 beispielhaft und grob schematisch eine Ultraschall-Handbohrmaschine in einer seitlichen Schnittdarstellung;
- 2 beispielhaft eine Antriebs- und Lagerungseinheit mit daran angeordneter Sonotrode und Schwingungserregereinheit in einer perspektivischen Darstellung;
- 3 beispielhaft die Antriebs- und Lagerungseinheit mit daran angeordneter Sonotrode und Schwingungserregereinheit gemäß 2 in einer perspektivischen Längsschnittdarstellung;
- 4 beispielhaft die Antriebs- und Lagerungseinheit mit daran angeordneter Sonotrode und Schwingungserregereinheit gemäß 2 in einer perspektivischen Radialschnittdarstellung;
- 5 beispielhaft eine in einer Gehäuseeinheit angeordnete Antriebs- und Lagerungseinheit in einer oberseitigen Längsschnittdarstellung; und
- 6 beispielhaft eine in einer Gehäuseeinheit angeordnete Antriebs- und Lagerungseinheit in einer seitlichen Längsschnittdarstellung.
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1 zeigt beispielhaft und schematisch eine Ultraschall-Handbohrmaschine 10. Die Handbohrmaschine 10 weist in an sich bekannter Weise ein Gehäuse 10.1 auf, an dem ein Handgriff 10.2 vorgesehen ist, um die Handbohrmaschine händisch führen zu können. An dem Handgriff 10.2 sind Steuermittel, beispielsweise in Form eines Druckknopfs vorgesehen, mittels denen die Drehzahl der Handbohrmaschine 10 steuerbar ist.
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Zudem weist die Handbohrmaschine 10 eine Werkzeugaufnahme in Form einer Spannvorrichtung 11 auf, die zur Halterung eines Bohrwerkzeugs 12 ausgebildet ist. Die Spannvorrichtung 11 kann insbesondere eine Schnellspannvorrichtung zur drehfesten Verbindung des Bohrwerkzeugs 12 mit einer drehend im Gehäuse gelagerten Welle 14 sein. Unter Bohrwerkzeug werden sämtliche Werkzeuge mit geradem Werkzeugschaft verstanden, insbesondere solche, die eine geometrisch bestimmte Schneide zur Erstellung von Bohrlöchern aufweisen. Mit derartigen Bohrwerkzeugen lassen sich unterstützt durch die Ultraschallschwingungen vorteilhaft Löcher in spröde Materialien, beispielsweise Ziegel, Beton oder aber auch Verbundwerkstoffe einbringen.
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Die Welle 14, die beispielsweise als Sonotrode ausgebildet sein kann, ist im gezeigten Ausführungsbeispiel durch mehrere Lagerstellen 15 rotativ gelagert, so dass die Welle 14 um eine Drehachse DA drehbar ist. Die Welle 14 steht mit einem Motor 13 in Wirkverbindung. Im gezeigten Ausführungsbeispiel ist der Motor 13 versetzt zur Welle 14 vorgesehen. Zur Einleitung eines Drehmoments in die Welle 14 ist ein Getriebe 16 vorgesehen, mittels dem eine Drehbewegung des Motors 13 auf die Welle 14 übertragen wird. Das Getriebe 16 kann insbesondere ein aus kämmend ineinandergreifenden Zahnrädern oder Kegelrädern gebildetes Getriebe sein. Dadurch wird eine vom Motor bewirkte Drehbewegung über die Welle 14 und die Spannvorrichtung 11 auf das Bohrwerkzeug 12 übertragen.
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Zur Erzeugung von Schwingungen am Bohrwerkzeug 12 ist eine Schwingungserregereinheit 3 vorgesehen. Diese Schwingungserregereinheit 3 weist beispielsweise mehrere Piezoelemente 3.1 auf, die stapelartig hintereinander entlang einer Längsachse LAS der Schwingungserregereinheit 3 angeordnet sind. Die Längsachse LAS der Schwingungserregereinheit 3 kann dabei parallel zur Drehachse DA angeordnet sein, insbesondere aber mit der Drehachse DA zusammenfallen, d.h. die Längsachse LAS der Schwingungserregereinheit 3 und die Drehachse DA der Welle 14 bzw. des Bohrwerkzeugs 12 bilden eine gemeinsame Achse. Die Schwingungserzeugung kann mittels zumindest eines Piezoelements unter Nutzung des piezoelektrischen Effekts oder durch zumindest ein magnetostriktives Element unter Nutzung des Effekts der Magnetostriktion erfolgen.
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Die Schwingungserregereinheit 3 ist vorzugsweise mit einer Sonotrode 2 gekoppelt, über die die Schwingungen auf die Spannvorrichtung 11 übertragen werden. Die Sonotrode 2 ist hierbei mit der Spannvorrichtung 11 in geeigneter Weise verbunden. Insbesondere kann die Sonotrode 2 einen integralen Bestandteil der Spannvorrichtung 11 bilden und beispielsweise den Schaft des Bohrwerkzeugs 12 aufnehmen. Beispielsweise kann die Welle 14 durch eine Sonotrode gebildet werden.
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Die Schwingungserregereinheit 3 ist mit einer Ansteuereinheit 17 verbunden, die zur elektrischen Ansteuerung der Schwingungserregereinheit 3 ausgebildet ist. Insbesondere beaufschlagt die Ansteuereinheit 17 die Schwingungserregereinheit 3 mit einem elektrischen Signal, um diese in Schwingung im Ultraschallbereich zu versetzen. Die Schwingfrequenz kann dabei im Bereich zwischen 20 kHz und 60 kHz liegen, bevorzugt im Bereich zwischen 20 kHz und 40 kHz.
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Über die Spannvorrichtung 11 ist das Bohrwerkzeug 12 mit der Schwingungserregereinheit 3 schwingungsgekoppelt, d.h. die von der Schwingungserregereinheit 3 erzeugten Schwingungen werden auf das Bohrwerkzeug 12 übertragen, so dass der Bohrvorgang schwingungsunterstützt erfolgt.
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Die Schwingungserregereinheit 3 kann insbesondere zur Erzeugung von longitudinalen Ultraschallschwingungen ausgebildet sein. Durch diese longitudinalen Ultraschallschwingungen wird das Bohrwerkzeug 12 in axialer Richtung (axial in Bezug auf die Drehachse DA) ähnlich einem mechanischen Schlagwerk einer Schlagbohrmaschine in Bewegung versetzt. Dadurch kann durch die Ultraschallschwingungen unterstützt ein hoher Materialabtrag an dem zu bohrenden Material erreicht werden.
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In den 2 bis 6 ist eine Ausführungsform eines Kühlsystems 1 gezeigt, das zur Kühlung der Schwingungserregereinheit 3, insbesondere der Piezoelemente 3.1 der Schwingungserregereinheit 3 ausgebildet ist. Das Kühlsystem 1 umfasst ein Lüfterrad 4, über das ein Luftstrom erzeugt wird, der die Schwingungserregereinheit 3, insbesondere die Piezoelemente 3.1 der Schwingungserregereinheit 3 überströmt.
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Wie insbesondere den 2 bis 4 zu entnehmen ist, ist das Lüfterrad umfangsseitig um die Schwingungserregereinheit 3 vorgesehen. Durch dessen hülsenförmige Ausbildung umschließt dieses die Schwingungserregereinheit 3 umfangsseitig. Die Schwingungserregereinheit 3 kann dabei zumindest teilweise in einem Innenraum des Lüfterrades 4 angeordnet sein. Zwischen der Schwingungserregereinheit 3 bzw. deren Piezoelementen 3.1 und dem Lüfterrad 4 ist ein Luftspalt 5 vorgesehen. Über diesen Luftspalt 5 kann die vom Lüfterrad 4 angesaugte Luft entlang der Schwingungserregereinheit 3 geführt werden, um dadurch in der Schwingungserregereinheit 3 entstehende Wärme abzufördern.
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Vorzugsweise ist das Lüfterrad 4 als Radiallüftereinheit oder Querstromlüfter ausgebildet. Dabei wird durch das Lüfterrad 4 Luft parallel bzw. axial zur Drehachse DA des Lüfterrades 4 angesaugt und durch dessen Rotation um 90° umgelenkt und radial ausgeblasen. In anderen Worten erzeugt das Lüfterrad 4 einen in Bezug auf die Drehachse DA radialen Luftstrom von der Schwingungserregereinheit 3 radial nach außen. Zur Erzeugung dieses radialen Luftstroms ist das Lüfterrad 4 schaufelradartig ausgebildet, wobei die Lüfterschaufeln in Bezug auf eine radial zur Drehachse DA orientierte Radialrichtung schräg gestellt und/oder gewölbt ausgebildet sind. Dadurch kann bei Rotation des Lüfterrades 4 eine Sogwirkung vom Innenraum des Lüfterrades 4 radial nach außen erzeugt werden.
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Um eine verbesserte Kühlung der Schwingungserregereinheit 3 zu erreichen, kann das Lüfterrad 4 käfigartig um die Schwingungserregereinheit 3 herum ausgebildet sein. Dabei kann das Lüfterrad 4 eine in Richtung der Drehachse DA gemessene Länge L aufweisen, die zumindest 50%, vorzugsweise zumindest 60%, 70%, 80% oder 90% der Länge der Schwingungserregereinheit 3 (gemessen in Richtung der Drehachse DA) entspricht. Die Länge L kann beispielsweise im Bereich zwischen 30mm und 60mm gewählt sein, insbesondere 35mm, 40mm, 45mm, 50mm oder 55mm.
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Wie insbesondere den 2 bis 4 zu entnehmen ist, ist das Lüfterrad 4 vorzugsweise mit der Sonotrode 2 und der Schwingungserregereinheit 3 drehfest verbunden, sodass bei Rotation der Sonotrode 2 um die Drehachse DA das Lüfterrad 4 ebenfalls rotiert und damit der die Schwingungserregereinheit 3 kühlende Luftstrom erzeugt wird.
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Im gezeigten Ausführungsbeispiel ist das Lüfterrad 4 als Abschnitt einer Antriebs- und Lagerungseinheit 6 ausgebildet, mittels der die Sonotrode 2 und die Schwingungserregereinheit 3 rotativ angetrieben und drehbar gelagert wird. Die Antriebs- und Lagerungseinheit 6 weist beispielsweise einen ersten Abschnitt auf, der einen Luftführungsabschnitt 6.1 ausbildet. Dieser Luftführungsabschnitt 6.1 ist beispielsweise rohrförmig ausgebildet und dient zum einen der Zuführung der Luft in den Innenbereich des Lüfterrads 4, zum anderen der drehbaren Lagerung der Antriebs- und Lagerungseinheit 6. Zudem können an dem Luftführungsabschnitt 6.1 Schleifkontakte 6.2 vorgesehen sein, über die die Zuführung des hochfrequenten elektrischen Signals an die Schwingungserregereinheit 3 erfolgt. Alternativ kann an dem Luftführungsabschnitt 6.1 ein Spulenelement zur induktiven Übertragung des elektrischen Signals an die Schwingungserregereinheit 3 vorgesehen sein.
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Des Weiteren kann die Antriebs- und Lagerungseinheit 6 ein Zahnrad, insbesondere ein Kegelrad 6.3 aufweisen, über den durch den Motor 13 ein Drehmoment auf die Antriebs- und Lagerungseinheit 6 übertragbar ist, um diese in Rotation zu versetzen. Zudem kann auf den das Lüfterrad 4 ausbildenden Lüfterradabschnitt folgend an der Antriebs- und Lagerungseinheit 6 ein Lagerabschnitt 6.4 vorgesehen sein, an dem wiederum eine Lagerstelle der Antriebs- und Lagerungseinheit 6 vorgesehen ist.
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Wie insbesondere 3 zu entnehmen ist, erstreckt sich die Sonotrode 2 und die daran angeordnete Schwingungserregereinheit 3 von dem Lagerabschnitt 6.4 her in den Innenraum der Antriebs- und Lagerungseinheit 6, so dass die Schwingungserregereinheit 3 zumindest abschnittsweise in dem Bereich der Antriebs- und Lagerungseinheit 6 zu liegen kommt, in der das Lüfterrad 4 vorgesehen ist.
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Die Sonotrode 2 ist über ein Koppelelement, insbesondere eine Federeinrichtung 7 mit der Antriebs- und Lagerungseinheit 6 gekoppelt. Diese kann insbesondere ringförmig die Sonotrode umschließend vorgesehen sein. Alternativ kann die Federeinrichtung 7 auch durch mehrere umfangsverteilte Stege gebildet werden. Über die Federeinrichtung 7 wird dabei zum einen die Sonotrode 2 mit der Antriebs- und Lagerungseinheit 6 drehfest verbunden, zum anderen wird die Sonotrode 2 schwingend in der Antriebs- und Lagerungseinheit 6 gelagert, so dass die Sonotrode 2 und damit das mit der Sonotrode 2 über die Spannvorrichtung 11 verbundene Bohrwerkzeug 12 eine in Richtung der Drehachse DA verlaufende Schwingbewegung vollziehen kann. Die Federeinrichtung 7 kann insbesondere einstückig an der Sonotrode 2 ausgebildet sein.
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5 und 6 zeigen die in einer Gehäuseeinheit 8 aufgenommene Antriebs- und Lagerungseinheit 6. Die Gehäuseeinheit 8 kann beispielsweise eine in dem Gehäuse der Ultraschall-Handbohrmaschine 10 aufgenommene Gehäuseeinheit sein.
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Die Antriebs- und Lagerungseinheit 6 ist über Lagerstellen 15 drehbar um die Drehachse DA in der Gehäuseeinheit 8 aufgenommen. Der Drehantrieb der Antriebs- und Lagerungseinheit 6 und damit der Sonotrode 2 erfolgt beispielsweise über ein Ritzel 18, insbesondere ein kegelartig ausgebildetes Ritzel, das in das an der Antriebs- und Lagerungseinheit 6 vorgesehenen Zahnrad 6.3 eingreift.
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Zwischen der Antriebs- und Lagerungseinheit 6 und der Gehäuseeinheit 8 sind mehrere Dichtelemente 8.1 vorgesehen, über die ein Austreten von Schmiermittel aus den mit Schmiermittel versorgten Bereichen verhindert werden kann. Insbesondere kann durch die Dichtelemente 8.1 ein Eintreten von Schmiermittel in den Laufbereich des Lüfterrades 4 wirksam verhindert werden.
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Bei Rotation der Antriebs- und Lagerungseinheit 6 und damit der Sonotrode 2 wird auch das einen integralen Bestandteil der Antriebs- und Lagerungseinheit 6 bildende Lüfterrad 4 in Rotation versetzt. Dadurch wird, wie in den 5 und 6 durch die Pfeile P1 angedeutet, Luft im Bereich des freien Endes der Antriebs- und Lagerungseinheit 6 an einer Ansaugöffnung 6.5 angesaugt. Diese Ansaugöffnung 6.5 kann beispielsweise in einem rückwärtigen Bereich des Gehäuses der Handbohrmaschine 10 vorgesehen sein, beispielsweise dem Bohrwerkzeug 12 gegenüberliegend.
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Zur Verhinderung oder Reduzierung von eingesaugtem Staub oder sonstigen Verunreinigungen kann eine Filtervorrichtung vorgesehen sein. Diese Filtereinrichtung kann zur Erleichterung der Reinigung oder zum vollständigen Austauschen auswechselbar vorgesehen sein.
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Die Luft wird anschließend durch den Luftführungsabschnitt 6.1 der Schwingungserregereinheit 3 zugeführt und radial nach außen abgelenkt, wie dies durch die Pfeile P2 angedeutet ist. Zur Ableitung der von dem Lüfterrad 4 geförderten Luft sind in der Gehäuseeinheit 8 Lüftungsöffnungen vorgesehen. Über diese Lüftungsöffnungen kann dann die vom Lüfterrad 4 geförderte Luft über weitere am äußeren Gehäuse der Ultraschall-Handbohrmaschine 10 vorgesehene Öffnungen ausgeblasen werden.
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Die Erfindung wurde voranstehend an Ausführungsbeispielen beschrieben. Es versteht sich, dass zahlreiche Änderungen sowie Abwandlungen möglich sind, ohne dass dadurch der durch die Patentansprüche definierte Schutzbereich verlassen wird.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Kühlsystem
- 2
- Sonotrode
- 3
- Schwingungserregereinheit
- 3.1
- Piezoelement
- 4
- Lüfterrad
- 5
- Luftspalt
- 6
- Antriebs- und Lagerungseinheit
- 6.1
- Luftführungsabschnitt
- 6.2
- Schleifkontakt
- 6.3
- Zahnrad
- 6.4
- Lagerabschnitt
- 6.5
- Ansaugöffnung
- 7
- Federeinrichtung
- 8
- Gehäuseeinheit
- 8.1
- Dichtelement
- 10
- Ultraschall-Handbohrmaschine
- 10.1
- Gehäuse
- 10.2
- Handgriff
- 11
- Spannvorrichtung
- 12
- Bohrwerkzeug
- 13
- Motor
- 14
- Welle
- 15
- Lagerstelle
- 16
- Getriebe
- 17
- Ansteuereinheit
- 18
- Ritzel
- DA
- Drehachse
- L
- Länge des Lüfterrades
- LAS
- Längsachse des Schwingungserregers
