EP1541293B1 - Handwerkzeug - Google Patents

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EP1541293B1
EP1541293B1 EP20040106415 EP04106415A EP1541293B1 EP 1541293 B1 EP1541293 B1 EP 1541293B1 EP 20040106415 EP20040106415 EP 20040106415 EP 04106415 A EP04106415 A EP 04106415A EP 1541293 B1 EP1541293 B1 EP 1541293B1
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EP
European Patent Office
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fan
bearing plate
hand tool
transmission
slots
Prior art date
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EP20040106415
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English (en)
French (fr)
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EP1541293A1 (de
Inventor
Bernd Ziegler
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hilti AG
Original Assignee
Hilti AG
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Publication date
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25F—COMBINATION OR MULTI-PURPOSE TOOLS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; DETAILS OR COMPONENTS OF PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS NOT PARTICULARLY RELATED TO THE OPERATIONS PERFORMED AND NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B25F5/00—Details or components of portable power-driven tools not particularly related to the operations performed and not otherwise provided for
    • B25F5/008—Cooling means

Definitions

  • the invention relates to an electrically operated hand tool, the type mentioned in the preamble of claim 1.
  • a hand tool is known from US 2,155,082 A.
  • the fan of the fan means comprises either a cover plate with fan blades formed thereon or the cover plate is designed as a fixed part, as so-called end shield, in the housing directly next to the fan.
  • Handheld devices with a bearing plate have the advantage of a flexible and easy installation.
  • the engine and the gearbox are installed separately from each other in each case a housing part of the hand tool and tested for their functionality.
  • At least one of the housing parts is provided with a bearing plate as a mounting part for assembling the two parts to the hand tool.
  • a disadvantage of the known solution is that provided for the cooling of the transmission cooling air is warmed by the warm engine and thus the transmission only a reduced cooling capacity is achieved. Over a longer period damage to the gear can occur, which lead to a malfunction of the hand tool and costly repairs.
  • a fan means with a larger fan or an additional fan means which generates a separate air flow of cooling air for the transmission.
  • a disadvantage of these solutions is that the energy required for, or the fan means increases sharply, so that a significant portion of the engine power is no longer available for the work function of the hand tool.
  • a fan means is known in which fan blades are arranged on a support disk on both sides. From the fan means cooling air are sucked from two axial directions on the one hand via the engine and on the other hand via the transmission through intake ports at two spaced-apart areas on the housing and blown over the radial circumference through exhaust ports again.
  • a disadvantage of the known solution is that no bearing plate can be arranged between the engine and the transmission and thus the platform idea is not feasible.
  • an electrically operated hand tool with a housing in which a motor with a drive shaft, arranged on the drive shaft fan means and a, the engine downstream gear are arranged.
  • the fan means sucks in cooling air through intake openings in the housing, which is passed through the engine and transmission and blown out through exhaust openings in the housing again.
  • the fan means includes a fan with fan blades and has on the side facing the gear of the fan additionally on a bearing plate having a plurality of spaced-apart slots and a passage opening for the implementation of the drive shaft.
  • the object of the invention is to provide a hand tool with a fan means that allows sufficient cooling of the components arranged in the housing while ensuring easy installation of the hand tool.
  • a fan maze is at least partially disposed on the, the fan wheel side facing the bearing plate, the radial extent is limited with respect to the center of the passage opening by a labyrinth ring.
  • a negative pressure Due to the flow difference on the two sides of the bearing plate results in the, the transmission side facing the bearing plate during operation of the handset, a negative pressure.
  • the negative pressure causes an air flow through one of the intake ports on the housing and the slots in the end shield to the fan, which ensures the cooling of the transmission with unheated cooling air.
  • the fan is preferably designed as a radial fan without cover.
  • the gear compartment is actively cooled and without the arrangement of a second or large fan wheel, so that the power requirement for the fan means is not significantly higher than in the known hand tools.
  • the platform concept for the production of the hand-held device can be implemented.
  • a bearing preferably a ball bearing is advantageously arranged for the storage of the drive shaft.
  • the fan wheel-facing side of the bearing plate a fan maze is at least partially arranged, the radial extent is limited with respect to the center of the passage opening by a labyrinth ring.
  • the fan maze on the bearing plate can be generated with the same type of fan and a same power requirement of the fan means a higher flow difference at the two sides of the bearing plate.
  • the fan maze prevents the creation of a negative pressure in the region of a possibly arranged bearing, which could suck the lubricant of the bearing out of this.
  • the life of the bearing is significantly increased by the arrangement of a fan labyrinth.
  • the negative pressure generated by the fan means for generating a further air flow for cooling the electronics for example by an additional suction port and the slots in the bearing plate can be used.
  • the slots are arranged concentrically in the bearing plate to the center of the passage opening, wherein advantageously all slots have substantially the same distance to the center of the passage opening.
  • the efficiency of formed as a circular ring sections slots is higher than slots with straight edges, since the slots formed as a circular ring sections have a better flow behavior of the air flow.
  • the minimum radial distance of the slots in the bearing plate to the center of the passage opening is greater than the outer radius of the labyrinth ring.
  • the maximum radial distance of the slots in the bearing plate to the center is smaller than the outer radius of the fan wheel. This ensures that the slots are in the axial projection of the fan wheel, whereby the cooling air flows are performed in the device in the desired manner and can not interfere with each other largely. In addition, the blowing out of the heated cooling air is ensured by means of the fan wheel.
  • the transmission is a belt transmission.
  • belt transmissions certain maximum temperatures in the gear compartment must not be exceeded, otherwise the belts will be damaged.
  • the wear of the belt is significantly reduced by the inventive fan means, resulting in a longer life of the belt and thus a longer service life of the entire hand tool.
  • the air flows generated by the fan means 21 are shown with reference to an embodiment of a hammer drill 1.
  • On the housing 2 are first suction openings 11, through which the cooling air flow 12 for cooling the motor 3, the fan element 21, second suction openings 13, through which the cooling air flow 14 for cooling the transmission 5 flows to the fan element 21, and third suction openings 15 through which the cooling air flow 16 for cooling the electronics 6 flows to the fan element 21, and exhaust openings 17 are arranged through which the heated cooling air 18 is blown radially.
  • the fan means 21 comprises a bearing plate 22 and a fan wheel 23 designed as a radial fan with fan blades 24, the fan means 21 being arranged between the motor 3 and the gear 5 on the drive shaft 4.
  • the amount of sucked into the housing 2 cooling air is determined.
  • the fan means 21 requires a power requirement of about 160 W.
  • the hammer drill 1 has a belt transmission as a transmission 5, which is cooled by the cooling air flow 14 such that the temperatures do not exceed 70 ° C in the range of the transmission 5.
  • the bearing plate 22 has a plurality of spaced-apart slots 26 and a passage opening 27 for the drive shaft 4.
  • the bearing plate 22 is viewed from the motor 3 without and in Fig. 5 with the arranged fan 23.
  • the slots 26 formed as circular ring sections are arranged concentrically to the center of the lead-through opening 27 at a radial distance R1.
  • a fan maze 28 is arranged substantially as a cup-shaped recess whose radial extent is limited by a labyrinth ring 29 with respect to the center of the passage opening 27.
  • the minimum radial distance R1 of the slots 26 to the center of the passage opening 27 is greater than the outer radius A1 of the labyrinth ring 29.
  • the maximum radial distance R2 of the slots 26 is smaller than the outer radius A2 of the fan 23rd

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Percussive Tools And Related Accessories (AREA)
  • Structures Of Non-Positive Displacement Pumps (AREA)

Description

  • Die Erfindung betrifft ein elektrisch betriebenes Handwerkzeug, der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 genannten Art. Ein solches Handwerkzeug ist aus der US 2.155.082 A bekannt.
    • Stand der Technik
  • Zur Kühlung von Handwerkzeugen, insbesondere von Bohrgeräten oder Bohrhämmern, wird Kühlluft mittels eines Lüftermittels durch Ansaugöffnungen in dem Gehäuse des Handwerkzeuges angesaugt, mittels einer, im Gehäuse vorgesehenen Luftströmungsführung über den Motor und das Getriebe zu deren Kühlung geführt und anschliessend durch Ausblasöffnungen in dem Gehäuse ausgeblasen. Das Lüfterrad des Lüftermittels umfasst entweder eine Deckscheibe mit daran ausgebildeten Lüfterschaufeln oder die Deckscheibe ist als feststehendes Teil, als so genanntes Lagerschild, im Gehäuse direkt neben dem Lüfterrad ausgebildet.
  • Handgeräte mit einem Lagerschild weisen den Vorteil einer flexiblen und einfachen Montage auf. Der Motor und das Getriebe werden getrennt von einander in jeweils einem Gehäuseteil des Handwerkzeuges eingebaut und auf deren Funktionsfähigkeit getestet. Zumindest eines der Gehäuseteile wird mit einem Lagerschild als Montageteil zum Zusammensetzen der beiden Teile zu dem Handwerkzeug versehen. Damit lässt sich ein so genannter Plattformgedanke umsetzen, bei dem in grosser Zahl gefertigte unterschiedliche Motoren mit in grosser Zahl gefertigten, unterschiedlichen Getrieben, beziehungsweise anderen Funktionselementen zu den gewünschten Handgeräten zusammenfügen lassen. Die Herstellungskosten für ein Handwerkzeug werden dadurch wesentlich gegenüber einem nach einem üblichen Herstellverfahren gefertigten Handwerkzeug gesenkt.
  • Nachteilig an der bekannten Lösung ist jedoch, dass die für die Kühlung des Getriebes vorgesehene Kühlluft durch den betriebswarmen Motor angewärmt wird und dadurch beim Getriebe nur noch eine verminderte Kühlleistung erreicht wird. Über einen längeren Zeitraum können Schäden an dem Getriebe auftreten, welche zu einer Funktionsunfähigkeit des Handwerkzeuges und zu kostenintensiven Reparaturen führen.
  • Zur Verbesserung der Kühlung des Getriebes kann beispielsweise ein Lüftermittel mit einem grösseren Lüfterrad oder ein zusätzliches Lüftermittel, welches einen separaten Luftstrom von Kühlluft für das Getriebe erzeugt. Nachteilig an diesen Lösungen ist, dass der Energie bedarf für das, beziehungsweise die Lüftermittel stark zunimmt, so dass ein wesentlicher Anteil der Motorleistung nicht mehr für die Arbeitsfunktion des Handwerkzeuges zur Verfügung steht.
  • Aus der DE 196 00 339 C1 ist ein Lüftermittel bekannt, bei dem auf einer Tragscheibe auf beiden Seiten Lüfterschaufeln angeordnet sind. Von dem Lüftermittel werden aus zwei axialen Richtungen Kühlluft einerseits über den Motor und andererseits über das Getriebe durch Ansaugöffnungen an zwei voneinander beabstandeten Bereichen an dem Gehäuse angesaugt und über den radialen Umfang durch Ausblasöffnungen wieder ausgeblasen. Nachteilig an der bekannten Lösung ist, dass zwischen dem Motor und dem Getriebe kein Lagerschild angeordnet werden kann und somit der Plattformgedanke nicht umsetzbar ist.
  • Aus der US 2,155,082 A ist ein elektrisch betriebenes Handwerkzeug mit einem Gehäuse bekannt, in dem ein Motor mit einer Antriebswelle, ein, an der Antriebswelle angeordnetes Lüftermittel und ein, dem Motor nachgeordnetes Getriebe angeordnet sind. Das Lüftermittel saugt Kühlluft durch Ansaugöffnungen in dem Gehäuse an, die über Motor und Getriebe geleitet sowie über Ausblasöffnungen in dem Gehäuse wieder ausgeblasen wird. Das Lüftermittel beinhaltet ein Lüfterrad mit Lüfterschaufeln und weist an der, dem Getriebe zugewandten Seite des Lüfterrades zusätzlich ein Lagerschild auf, das mehrere, zueinander beabstandete Schlitze und eine Durchführöffnung für die Durchführung der Antriebswelle aufweist.
    • Darstellung der Erfindung
  • Aufgabe der Erfindung ist es, ein Handwerkzeug mit einem Lüftermittel zu schaffen, das eine ausreichende Kühlung der im Gehäuse angeordneten Bauteile bei Gewährleistung einer einfachen Montage des Handwerkzeuges ermöglicht.
  • Die Aufgabe ist durch die Merkmale des unabhängigen Anspruchs gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen dargelegt.
  • Gemäss der Erfindung ist an der, dem Lüfterrad zugewandten Seite des Lagerschildes zumindest bereichsweise ein Lüfterlabyrinth angeordnet, dessen radiale Erstreckung bezüglich dem Zentrum der Durchführöffnung durch einen Labyrinthring begrenzt ist.
  • Durch die Strömungsdifferenz an den beiden Seiten des Lagerschildes ergibt sich auf der, dem Getriebe zugewandten Seite des Lagerschildes im Betrieb des Handgerätes ein Unter-druck. Der Unterdruck sorgt für eine Luftströmung durch eine der Ansaugöffnungen an dem Gehäuse und die Schlitze im Lagerschild zu dem Lüfterrad, was die Kühlung des Getriebes mit unerwärmter Kühlluft sicherstellt. Gleichzeitig saugen die Lüfterschaufeln des Lüfterrades durch die zumindest eine weitere Ansaugöffnung Kühlluft zur Kühlung des Motors an. Die erwärmte Kühlluft wird mittels des Lüfterrades durch die Ausblasöffnungen an dem Gehäuse ausgeblasen. Das Lüfterrad ist vorzugsweise als Radiallüfterrad ohne Deckscheibe ausgebildet. Der Getrieberaum wird aktiv und ohne Anordnung eines zweiten oder grossen Lüfterrades gekühlt, so dass der Leistungsbedarf für das Lüftermittel nicht wesentlich höher als bei den bekannten Handwerkzeugen ist. Des Weiteren kann mit der Ausgestaltung des Lüftermittels des Handgerätes der Plattformgedanke zur Herstellung des Handgerätes umgesetzt werden. In der Durchführöffnung ist vorteilhafterweise für die Lagerung der Antriebswelle ein Lager, bevorzugt ein Kugellager angeordnet.
  • An der, dem Lüfterrad zugewandten Seite des Lagerschildes ist zumindest bereichsweise ein Lüfterlabyrinth angeordnet, dessen radiale Erstreckung bezüglich dem Zentrum der Durchführöffnung durch einen Labyrinthring begrenzt ist. Mittels des Lüfterlabyrinths an dem Lagerschild kann mit dem gleichen Typ von Lüfterrad und einem gleichen Leistungsbedarf des Lüftermittels eine höhere Strömungsdifferenz an den beiden Seiten des Lagerschildes erzeugt werden. Des Weiteren verhindert das Lüfterlabyrinth ein Entstehen eines Unterdrucks im Bereich eines allfällig angeordneten Lagers, der das Schmiermittel des Lagers aus diesem herausaugen könnte. Die Lebensdauer des Lagers wird durch die Anordnung eines Lüfterlabyrinthes wesentlich erhöht.
  • Ist in dem erfindungsgemässen Handgerät eine Elektronik, beispielsweise für die Motor und/oder Getriebesteuerung angeordnet, kann der von dem Lüftermittel erzeugte Unterdruck zur Erzeugung einer weiteren Luftströmung zur Kühlung der Elektronik, beispielsweise durch eine zusätzliche Ansaugöffnung und den Schlitzen im Lagerschild, verwendet werden.
  • Vorzugsweise sind die Schlitze im Lagerschild konzentrisch zum Zentrum der Durchführöffnung verlaufend angeordnet, wobei vorteilhafterweise alle Schlitze im Wesentlichen den gleichen Abstand zum Zentrum der Durchführöffnung aufweisen. Der Wirkungsgrad von als Kreisringabschnitte ausgebildeten Schlitzen ist höher als von Schlitzen mit gerade ausgebildeten Rändern, da die als Kreisringabschnitte ausgebildeten Schlitze ein besseres Strömungsverhalten des Luftstroms aufweisen.
  • Vorteilhafterweise ist der minimale radiale Abstand der Schlitze im Lagerschild zum Zentrum der Durchführöffnung grösser als der Aussenradius des Labyrinthringes. Diese Anordnung der Schlitze vermeidet einen möglichen negativen Einfluss der Schlitze auf das Strömungsverhalten der Kühlluftströme und somit auf den Aufbau der Strömungsdifferenz an den beiden Seiten des Lagerschildes.
  • Vorzugsweise ist der maximale radiale Abstand der Schlitze im Lagerschild zum Zentrum kleiner als der Aussenradius des Lüfterrades. Damit wird gewährleistet, dass die Schlitze in der Axialprojektion des Lüfterrades liegen, womit die Kühlluftströme im Gerät in der gewünschten Art und Weise geführt werden und sich weitgehend nicht gegenseitig behindern können. Zudem wird das Ausblasen der erwärmten Kühlluft mittels des Lüfterrades sichergestellt.
  • Bevorzugt ist das Getriebe ein Riemengetriebe. Insbesondere bei so genannten Riemengetrieben dürfen bestimmte Maximaltemperaturen im Getrieberaum nicht überschritten werden, da sonst die Riemen Schaden nehmen. Der Verschleiss der Riemen wird durch das erfindungsgemässe Lüftermittel massgeblich reduziert, was eine längere Lebensdauer des Riemens und somit eine längere Gebrauchsdauer des gesamten Handwerkzeuges ergibt.
  • Aus der nachfolgenden Detailbeschreibung und der Gesamtheit der Patentansprüche ergeben sich weitere vorteilhafte Ausführungsformen und Merkmalskombinationen der Erfindung.
    • Kurze Beschreibung der Zeichnungen
  • Die Erfindung wird nachstehend anhand eines Ausführungsbeispieles näher erläutert. Es zeigen:
    • Fig. 1
    Eine Seitenansicht auf ein Bohrgerät;
    Fig. 2
    die Seitenansicht gemäss Fig. 1 mit einem Teilaufschnitt des Bohrgerätes;
    Fig. 3
    einen Querschnitt entlang der Linie III-III in Fig. 1, bzw. Fig. 2;
    Fig. 4
    eine Ansicht auf das Lagerschild entlang der Linie IV-IV in Fig. 1, bzw. Fig. 2; und
    Fig. 5
    eine Ansicht auf das Lüftermittel entlang der Linie V-V in Fig. 1, bzw. Fig. 2.
  • Grundsätzlich sind in den Figuren gleiche Teile mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
    • Wege zur Ausführung der Erfindung
  • In den Figuren 1 bis 3 sind anhand eines Ausführungsbeispiels eines Bohrhammers 1 die von dem Lüftermittel 21 erzeugten Luftströme dargestellt. An dem Gehäuse 2 sind erste Ansaugöffnungen 11, durch welche der Kühlluftstrom 12 zur Kühlung des Motors 3 dem Lüfterelement 21 zuströmt, zweite Ansaugöffnungen 13, durch welche der Kühlluftstrom 14 zur Kühlung des Getriebes 5 dem Lüfterelement 21 zuströmt, und dritte Ansaugöffnungen 15, durch welche der Kühlluftstrom 16 zur Kühlung der Elektronik 6 dem Lüfterelement 21 zuströmt, sowie Ausblasöffnungen 17 angeordnet, durch welche die erwärmte Kühlluft 18 radial ausgeblasen wird.
  • Das Lüftermittel 21 umfasst ein Lagerschild 22 und ein als Radiallüfter ausgebildetes Lüfterrad 23 mit Lüfterschaufeln 24, wobei das Lüftermittel 21 zwischen dem Motor 3 und dem Getriebe 5 an der Antriebswelle 4 angeordnet ist.
  • Durch die Grösse und Ausgestaltung der Ansaugöffnungen 11, 13 und 15 sowie der Ausgestaltung des Lüftermittels 21 wird die Menge der in das Gehäuse 2 angesaugten Kühlluft bestimmt. Für einen Bohrhammer 1 der mittleren Leistungsklasse reicht zur Kühlung des Motors 3 ein Kühlluftstrom 12 von ca. 15 l/s, zur Kühlung des Getriebes 5 ein Kühlluftstrom 14 von ca. 4 l/s und zur Kühlung der Elektronik 6 ein Kühlluftstrom 16 von ca. 1 l/s aus, so dass von dem Lüfterrad 23 20 l/s erwärmte Kühlluft ausgeblasen werden müssen. Dazu benötigt das Lüftermittel 21 einen Leistungsbedarf von etwa 160 W.
  • Der Bohrhammer 1 weist als Getriebe 5 ein Riemengetriebe auf, welches durch den Kühlluftstrom 14 derart gekühlt wird, dass die Temperaturen 70 ° C im Bereich des Getriebes 5 nicht überschreiten. Das Lagerschild 22 weist mehrere, zueinander beabstandete Schlitze 26 und eine Durchführöffnung 27 für die Antriebswelle 4 auf.
  • In der Fig. 4 ist das Lagerschild 22 von dem Motor 3 aus betrachtet ohne und in Fig. 5 mit dem angeordneten Lüfterrad 23 dargestellt. Die als Kreisringabschnitte ausgebildeten Schlitze 26 sind konzentrisch zum Zentrum der Durchführöffnung 27 im radialen Abstand R1 verlaufend angeordnet. Um die Durchführöffnung 27 ist ein Lüfterlabyrinth 28 im Wesentlichen als schalenförmige Vertiefung angeordnet, dessen radiale Erstreckung bezüglich des Zentrums der Durchführöffnung 27 durch einen Labyrinthring 29 begrenzt ist. Der minimale radiale Abstand R1 der Schlitze 26 zum Zentrum der Durchführöffnung 27 ist grösser als der Aussenradius A1 des Labyrinthrings 29. Der maximale radiale Abstand R2 der Schlitze 26 ist kleiner als der Aussenradius A2 des Lüfterrades 23.

Claims (5)

  1. Elektrisch betriebenes Handwerkzeug, insbesondere ein Bohrgerät oder einen Bohrhammer (1), mit einem Gehäuse (2), in dem ein Motor (3) mit einer Antriebswelle (4), ein, an der Antriebswelle (4) angeordnetes Lüftermittel (21) und ein, dem Motor (3) nachgeordnetes Getriebe (5) angeordnet sind, wobei das Lüftermittel (21) Kühlluft durch zumindest zwei Ansaugöffnungen (11, 13, 15) in dem Gehäuse (2) ansaugt, wobei diese über Motor (3) und Getriebe (5) geleitet und über wenigstens eine Ausblasöffnung (17) in dem Gehäuse (2) wieder ausgeblasen wird, wobei das Lüftermittel (21) ein Lüfterrad (23) mit Lüfterschaufeln (24) beinhaltet, wobei das Lüftermittel (21) an der, dem Getriebe (5) zugewandten Seite des Lüfterrades (23) zusätzlich ein Lagerschild (22) aufweist, das mehrere, zueinander beabstandete Schlitze (26) und eine Durchführöffnung (27) für die Durchführung der Antriebswelle (4) aufweiset, dadurch gekennzeichnet, dass an der, dem Lüfterrad (23) zugewandten Seite des Lagerschildes (22) zumindest bereichsweise ein Lüfterlabyrinth (28) angeordnet ist, dessen radiale Erstreckung bezüglich dem Zentrum der Durchführöffnung (27) durch einen Labyrinthring (29) begrenzt ist.
  2. Handwerkzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Schlitze (26) im Lagerschild (22) konzentrisch zum Zentrum der Durchführöffnung (27) verlaufend angeordnet sind.
  3. Handwerkzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der minimale radiale Abstand (R1) der Schlitze (26) im Lagerschild (22) zum Zentrum der Durchführöffnung (27) grösser als der Aussenradius (A1) des Labyrinthringes (29) ist.
  4. Handwerkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der maximale radiale Abstand (R2) der Schlitze (26) im Lagerschild (22) zum Zentrum der Durchführöffnung (27) kleiner als der Aussenradius (A2) des Lüfterrades (23) ist.
  5. Handwerkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Getriebe (5) ein Riemengetriebe ist.
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