EP1541293B1

EP1541293B1 - Hand tool

Info

Publication number: EP1541293B1
Application number: EP20040106415
Authority: EP
Inventors: Bernd Ziegler
Original assignee: Hilti AG
Current assignee: Hilti AG
Priority date: 2003-12-11
Filing date: 2004-12-09
Publication date: 2007-05-23
Anticipated expiration: 2024-12-09
Also published as: DE10358027A1; DE502004003870D1; EP1541293A1; ES2286564T3

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.The invention relates to an electrically operated hand tool, the type mentioned in the preamble of claim 1. Such a hand tool is known from US 2,155,082 A.

Stand der TechnikState of the art

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.For cooling of hand tools, in particular of drills or rotary hammers, cooling air is sucked by means of a fan means through suction in the housing of the hand tool, guided by means provided in the housing air flow guide on the engine and the transmission to the cooling and then blown through exhaust ports in the housing , 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.

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.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. This makes it possible to implement a so-called platform concept in which large numbers of different engines can be assembled with large numbers of different transmissions or other functional elements to form the desired handsets. The manufacturing costs for a hand tool are thereby significantly reduced compared to a hand tool manufactured according to a customary manufacturing method.

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.A disadvantage of the known solution, however, 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.

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.To improve the cooling of the transmission, for example, 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.

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.From DE 196 00 339 C1 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.

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.From US 2,155,082 A an electrically operated hand tool with a housing is known, 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.

Darstellung der ErfindungPresentation of the invention

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.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.

Die Aufgabe ist durch die Merkmale des unabhängigen Anspruchs gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen dargelegt.The object is solved by the features of the independent claim. Advantageous developments are set forth in the subclaims.

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.According to the invention, 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.

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.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. At the same time suck the fan blades of the fan through the at least one further intake cooling air for cooling the engine. The heated cooling air is blown out by means of the fan wheel through the exhaust openings on the housing. 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. Furthermore, with the configuration of the fan means of the hand-held device, the platform concept for the production of the hand-held device can be implemented. In the passage opening a bearing, preferably a ball bearing is advantageously arranged for the storage of the drive shaft.

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.At the, 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. By means of 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. Furthermore, 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.

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.Is in the inventive handset electronics, for example, arranged for the engine and / or transmission control, 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.

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.Preferably, 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.

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.Advantageously, 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. This arrangement of the slots avoids a possible negative influence of the slots on the flow behavior the cooling air flows and thus the structure of the flow difference on both sides of the bearing plate.

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.Preferably, 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.

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.Preferably, the transmission is a belt transmission. In particular with so-called 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.

Aus der nachfolgenden Detailbeschreibung und der Gesamtheit der Patentansprüche ergeben sich weitere vorteilhafte Ausführungsformen und Merkmalskombinationen der Erfindung.From the following detailed description and the totality of the claims, further advantageous embodiments and feature combinations of the invention result.

Brief description of the drawings

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.

The invention will be explained in more detail below with reference to an embodiment. Show it:

Fig. 1: A side view on a drill;
Fig. 2: the side view of Figure 1 with a partial cut of the drill.
Fig. 3: a cross section along the line III-III in Fig. 1, and Fig. 2;
Fig. 4: a view of the bearing plate along the line IV-IV in Fig. 1, and Fig. 2; and
Fig. 5: a view of the fan means along the line VV in Fig. 1, and Fig. 2.

Grundsätzlich sind in den Figuren gleiche Teile mit den gleichen Bezugszeichen versehen.Basically, the same parts are provided with the same reference numerals in the figures.

Wege zur Ausführung der ErfindungWays to carry out the invention

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.In the figures 1 to 3, 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.

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.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.

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.Due to the size and configuration of the intake openings 11, 13 and 15 and the configuration of the fan means 21, the amount of sucked into the housing 2 cooling air is determined. For a rotary hammer 1 middle power class ranges for cooling the motor 3, a cooling air flow 12 of about 15 l / s, for cooling the transmission 5, a cooling air flow 14 of about 4 l / s and for cooling the electronics 6, a cooling air flow 16 of approx 1 l / s, so that from the fan 23 20 l / s heated cooling air must be blown out. For this purpose, the fan means 21 requires a power requirement of about 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.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.

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.In FIG. 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. To the through-opening 27, 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

Claims

Electrically operated hand tool, especially a drill device or a hammer drill (1), having a housing (2) in which are arranged a motor (3) having a drive shaft (4), a ventilator (21) arranged on the drive shaft (4), and a transmission (5) arranged after the motor (3), and wherein the ventilator (21) draws in cooling air through at least two intake openings (11, 13, 15) in the housing (2), and wherein the cooling air is directed over the motor (3) and the transmission (5) and again ejected through at least one exhaust opening (17) of the housing (2), and wherein the ventilator (21) includes a fan rotor (23) having fan blades (24), and wherein the ventilator (21), at the side of the fan rotor (23) facing the transmission (5), additionally has a bearing plate (22) that has a plurality of spaced apart slots (26) and a through opening (27) for the passage of the drive shaft (4), characterised in that a ventilating labyrinth (28) is arranged at at least some regions of the side of the bearing plate (22) that faces the fan rotor (23), the radial extent of the ventilating labyrinth (28) with respect to the centre of the through opening (27) being limited by a labyrinth ring (29).
Hand tool according to claim 1, characterised in that the slots (26) in the bearing plate (22) are arranged extending concentrically with respect to the centre of the through opening (27).
Hand tool according to claim 1, characterised in that the minimum radial distance (R1) of the slots (26) in the bearing plate (22) with respect to the centre of the through opening (27) is greater than the outer radius (A1) of the labyrinth ring (29).
Hand tool according to one of claims 1 to 3, characterised in that the maximum radial distance (R2) of the slots (26) in the bearing plate (22) with respect to the centre of the through opening (27) is smaller than the outer radius (A2) of the fan rotor (23).
Hand tool according to one of claims 1 to 4, characterised in that the transmission (5) is a belt transmission.