EP3122518A1

EP3122518A1 - Riemenkühlung

Info

Publication number: EP3122518A1
Application number: EP15718450.8A
Authority: EP
Inventors: Wolfgang Schreiber; Torsten LÜTTICH
Original assignee: Hilti AG
Current assignee: Hilti AG
Priority date: 2014-03-25
Filing date: 2015-03-24
Publication date: 2017-02-01
Also published as: EP2923802A1; JP2017509501A; US20170100831A1; WO2015144664A1

Abstract

Werkzeugmaschine (1), enthaltend ein Gehäuse (10); einen Motor (20), insbesondere ein Elektromotor; eine Antriebswelle (22), welche von dem Motor (20) betreibbar ist; einen Riemenantrieb (50) zur Übertragung der Antriebskraft des Motors (20) auf ein Werkzeug; und einen ersten Lüfter (30) zum Erzeugen einer ersten Luftstrecke (70) in dem Gehäuse (10), die zur Kühlung wenigstens des Motors (20) dient. Der erste Lüfter (30) und der Riemenantrieb (50) sind über die Antriebswelle (22) betreibbar. Die Werkzeugmaschine (1) enthält einen zweiten Lüfter (40) zum Erzeugen einer zweiten Luftstrecke (80) in dem Gehäuse (10), die zur Kühlung wenigstens des Riemenantriebs (50) dient.

Description

Fürstentum Liechtenstein

„Riemenkühlung "

Die Erfindung betrifft eine Werkzeugmaschine, die ein Gehäuse, einen Motor, insbesondere ein Elektromotor, eine Antriebswelle, welche von dem Motor betreibbar ist, einen Riemenantrieb zur Übertragung der Antriebskraft des Motors auf ein Werkzeug und einen ersten Lüfter zum Erzeugen einer ersten Luftstrecke in dem Gehäuse, die zur Kühlung wenigstens des Motors dient enthält. Der erste Lüfter und der Riemenantrieb sind über die Antriebswelle betreibbar.

Bei einigen Werkzeugmaschinen, wie beispielsweise Kernbohrgeräten, erfolgt der Abtrieb der Motorkraft über einen Riemenantrieb. Hierbei ist ein Riemen (Zahnriemen) über ein Zahnrad bzw. Riemenscheibe mit der Antriebswelle verbunden, die wiederum von dem Motor angetrieben wird. An der Kontaktstelle zwischen Riemenscheibe und Riemen kann es zu erhöhten Temperaturen kommen. Aufgrund dieser erhöhten Temperaturen kann es an dem Riemenantrieb zu Beschädigungen kommen, die auch einen Komplettausfall des Riemenantriebs zur Folge haben können. Für gewöhnlich ist daher irgendein Kühlungskonzept zur entsprechenden Kühlung des Riemenantriebs vorgesehen. Bisherige Kühlkonzepte für Werkzeugmaschinen mit Riemenantrieb sehen üblicherweise eine aktive Kühlung mit einer Luftstrecke vor. Diese Luftstrecke wird dabei mit Hilfe eines Lüfters (Ventilators) erzeugt. Der Lüfter ist dabei häufig so in der Werkzeugmaschine positioniert, dass zusätzlich zum Riemenantrieb auch noch der Motor sowie die Elektronik entsprechend gekühlt werden. Der von dem Lüfter erzeugte Luftstrom (Luftstrecke) zur Kühlung des Motors, der Elektronik und des Riemenantriebs wird dabei häufig zuerst auf den Motor gerichtet, um mit dem noch relativ kühlen Luftstrom eine maximale Kühlung des Motors zu erreichen. Anschließend wird der Luftstrom zu der Elektronik geleitet, um diese zu kühlen. Hierbei erwärmt sich der Luftstrom zusätzlich. Als Letztes gelangt der Luftstrom zu dem Riemenantrieb, um diesen zu kühlen. Dadurch, dass der durch den Lüfter erzeugte Luftstrom zuerst auf den Motor sowie die Elektronik gelenkt wird, um diese zu kühlen, und erst anschließend auf den Riemenantrieb geleitet wird, ist die Temperatur des Luftstrom durch die Kühlung des Motors sowie der Elektronik bereits deutlich gestiegen, sodass keine optimale Kühlung des Riemenantriebs mehr möglich ist. Durch einen nicht optimal gekühlten Riemenantrieb kann die Temperatur des Riemenantriebs und insbesondere an der Kontaktstelle zwischen Riemenscheibe und Riemen soweit ansteigen, dass eine Beschädigung und/oder ein Komplettausfall des Riemenantriebs sowie der gesamten Werkzeugmaschine droht.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Werkzeugmaschine mit einer verbesserten Kühlung des Riemenantriebs zur Verfügung zu stellen, um damit die Verschleiß- und Ausfallanfälligkeit des Riemenantriebs bzw. der Werkzeugmaschine zu verringern.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird eine Werkzeugmaschine zur Verfügung gestellt, die ein Gehäuse; einen Motor, insbesondere ein Elektromotor; eine Antriebswelle, welche von dem Motor betreibbar ist; einen Riemenantrieb zur Übertragung der Antriebskraft des Motors auf ein Werkzeug und einen ersten Lüfter zum Erzeugen einer ersten Luftstrecke in dem Gehäuse, die zur Kühlung wenigstens des Motors dient, enthält, wobei der erste Lüfter und der Riemenantrieb über die Antriebswelle betreibbar sind.

Gemäss der vorliegenden Erfindung enthält die Werkzeugmaschine einen zweiten Lüfter zum Erzeugen einer zweiten Luftstrecke in dem Gehäuse, die zur Kühlung wenigstens des Riemenantriebs dient. Hierdurch wird eine zusätzliche Luftstrecke bzw. Luftstrom nur für die Kühlung des Riemenantriebs zur Verfügung gestellt. Die Kühlung des Riemenantriebs erfolgt damit wesentlich verbessert und einem wärmebedingten Ausfall des Riemenantriebs ist entsprechend entgegengewirkt.

Entsprechend einer weiteren Ausgestaltungsform der vorliegenden Erfindung kann vorgesehen sein, dass der zweite Lüfter über die Antriebswelle betreibbar ist. Hierdurch kann auf einen zusätzlichen Antrieb für den zweiten Lüfter verzichtet und besonders effizient die Antriebskraft der Antriebswelle zum Betreiben des zweiten Lüfters genutzt werden. Darüber hinaus kann der Bauraum des Gehäuses durch die serielle Anordnung der beiden Lüfter zueinander effizient genutzt werden.

Um zu verhindern, dass zusammen mit der Luft, die zur Kühlung von den Lüftern aus der Umgebung angesogen wird, auch Schmutzpartikel in das Innere des Gehäuses der Werkzeugmaschine angesaugt werden, ist es vorteilhaft, dass die erste Luftstrecke eine Ansaugöffnung an einer Außenseite des Gehäuses und die zweite Luftstrecke eine Ansaugöffnung an einer Außenseite des Gehäuses enthält und wobei die erste und zweite Ansaugöffnung an einer von dem Werkzeug abgewandten Seite des Gehäuses positioniert sind.. Auf der von dem Werkzeug abgewandten Seite des Gehäuses befinden sich weniger Schmutzpartikel in der Umgebungsluft, da auf dieser Seite des Gehäuses weniger Schmutzpartikel durch das Betreiben des Werkzeugs von dem zu bearbeitenden Werkstoff abgelöst und in die Umgebungsluft gelangen.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltungsform der vorliegenden Erfindung kann vorgesehen sein, dass der zweite Lüfter so zu dem Riemenantrieb positioniert ist, dass der zu kühlende Riemenantrieb wenigstens teilweise in einem von dem zweiten Lüfter erzeugten Überdruckbereich liegt. Durch den Überdruck kann nicht die durch Schmutzpartikel verunreinigte Umgebungsluft, die sich in der Nähe des Werkzeugs befindet, zu dem Riemenantrieb gelangen.

Damit nicht die erste Luftstrecke, die wenigstens zur Kühlung des Motors dient, die zweite Luftstrecke beeinflusst oder sogar erwärmt, kann gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltungsform vorgesehen sein, dass die erste Luftstrecke und die zweite Luftstrecke wenigstens teilweise voneinander getrennt in dem Gehäuse positioniert sind.

Entsprechend einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung kann es möglich sein, dass der zweite Lüfter wenigstens teilweise aus Metall besteht. Hierdurch kann eine bessere thermische Anbindung des Lüfters zu der Antriebswelle sowie zu dem Riemenantrieb gewährleistet werden, wodurch eine schnellere Wärmeabfuhr von dem Riemenantrieb an die zweite Luftstrecke möglich ist.

Weitere Vorteile ergeben sich aus der folgenden Zeichnungsbeschreibung. In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung dargestellt. Die Zeichnung, die Beschreibung und die Ansprüche enthalten zahlreiche Merkmale in Kombination. Der Fachmann wird die Merkmale zweckmässigerweise auch einzeln betrachten und zu sinnvollen weiteren Kombinationen zusammenfassen.

Es zeigen:

Fig. 1 eine perspektivische Ansicht auf einen Teil der erfindungsgemäßen Werkzeugmaschine;

Fig. 2 eine Unteransicht auf das Gehäuse der Werkzeugmaschine;

Fig. 3 eine Innenansicht entlang der Schnittlinie A-A in Fig. 2 auf die Werkzeugmaschine mit Riemenantrieb;

Fig. 4 eine Innenansicht entlang der Schnittlinie A-A in Fig. 2 auf die Werkzeugmaschine ohne Riemenantrieb;

Fig. 5 eine Innenansicht auf die Werkzeugmaschine ohne Riemenantrieb mit teilweise geöffneten Gehäuse; und

Fig. 6 eine Unteransicht auf die Werkzeugmaschine ohne Riemenantrieb mit teilweise geöffneten Gehäuse.

Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung

Fig. 1 zeigt eine Werkzeugmaschine 1 gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel. Bei der Werkzeugmaschine 1 handelt es sich um eine Kernbohrmaschine mit einem Riemenantrieb 50.

Die als Kernbohrmaschine ausgestaltete Werkzeugmaschine 1 enthält ein Gehäuse 10, einen Elektromotor 20, eine Antriebswelle 22, einen ersten Lüfter 30, einen zweiten Lüfter 40 und einen Riemenantrieb 50.

Das Gehäuse 10 enthält ein Oberseite 1 1 , eine Unterseite 12, eine rechte Seite 13, eine (nicht gezeigte) linke Seite, ein vorderes Ende 14 und ein hinteres Ende 15. Fig. 1 zeigt die Unterseite 12, das vordere Ende 14 sowie die rechte Seite 13 des Gehäuses 10. In Fig. 2 ist insbesondere die Unterseite 12 des Gehäuses 10 dargestellt. An dem vorderen Ende 14 kann ein (nicht gezeigtes) Werkzeug in Form einer Bohrkrone positioniert sein. An dem hinteren Ende 15 befindet sich ein Handgriff 16 zum Halten bzw. Führen der Kernbohrmaschine 1 durch einen (nicht dargestellten) Anwender. Die in Fig. 1 dargestellte rechte Seite 13 ist dabei im Wesentlichen identisch zu der (nicht gezeigten) linken Seite.

Wie in Fig. 3 gezeigt, ist der Elektromotor 20 in dem Gehäuse 10 positioniert und überträgt ein im Elektromotor 20 erzeugtes Drehmoment auf die Antriebswelle 22, die mit dem Elektromotor 20 drehbar verbunden ist.

Sowohl der erste Lüfter 30 als auch der zweite Lüfter 40 ist in Form eines Axialventilators ausgestaltet, wobei der erste Lüfter 30 und der zweite Lüfter 40 unterschiedliche Größen und insbesondere unterschiedliche Durchmesser aufweisen. Der erste Lüfter 30 enthält eine erste Seite 31 und eine zweite Seite 32. Außerdem enthält auch der zweite Lüfter 40 eine erste Seite 41 und eine zweite Seite 42. Gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel ist der erste Lüfter 30 größer als der zweite Lüfter 40. Der erste Lüfter 30 und der zweite Lüfter 40 sind drehfest auf der Antriebswelle 22 positioniert, sodass diese von der Antriebswelle 22 in Rotation versetzen werden können. Wenn die Lüfter 30, 40 sich drehen, erzeugen diese auf der entsprechenden ersten Seite 31 , 41 einen Luftunterdruck und auf der entsprechenden zweiten Seite 32, 42 einen Luftüberdruck. Durch den erzeugten Luftunterdruck kann Luft durch die Lüfter 30, 40 angesogen werden. Dementsprechend kann durch den erzeugten Luftüberdruck Luft von den Lüftern 30, 40 weggedrückt werden. Wie nachfolgend noch im Detail beschrieben wird durch die Lüfter 30, 40 Luft durch die Luftstrecken bewegt.

Der Riemenantrieb 50 enthält eine erste Riemenscheibe 51 , eine zweite Riemenscheibe 52, eine (nicht gezeigte) dritte Riemenscheibe, eine (nicht gezeigte) vierte Riemenscheibe, einen ersten Riemen 53 sowie einen zweiten Riemen 54. Die erste Riemenscheibe 51 dient dazu das Drehmoment von der Antriebswelle 22 auf den ersten Riemen 53 zu übertrage. Die zweite Riemenscheibe 52 überträgt das Drehmoment von der Antriebswelle 22 auf den zweiten Riemen 54. Der erste Riemen 53 überträgt das Drehmoment auf die dritte Riemenscheibe und der zweite Riemen 54 überträgt das Drehmoment auf die vierte Riemenscheibe. Die dritte und vierte Riemenscheibe übertragen das Drehmoment weiter auf ein nicht gezeigtes Werkzeug (z.B. eine Bohrkrone), mit dem ein Werkstoff bearbeitet werden kann.

Wie in Fig. 3 und 4 gezeigt, sind an der Antriebswelle 22 hintereinander der erste Lüfter 30, die erste Riemenscheibe 51 , die zweite Riemenscheibe 52 und der zweite Lüfter 40 so positioniert, dass das Drehmoment von der Antriebswelle 22 auf diese übertragen wird. Der erste Lüfter 30 und der zweite Lüfter 40 werden synchron durch die Antriebswelle 22 in Rotation versetzt. Zwischen dem ersten Lüfter 30 und dem zweiten Lüfter 40 ist ein Lagerschild 60 positioniert. Das Lagerschild 60 befindet sich dabei insbesondere zwischen dem ersten Lüfter 30 und der ersten Riemenscheibe 51. Das Lagerschild 60 dient als Trennwand um den Raum vor und hinter dem Lagerschild 60 luftdicht voneinander zu trennen.

Das Gehäuse 10 enthält eine erste Luftstrecke 70 bzw. Luftkanal sowie eine zweite Luftstrecke 80 bzw. Luftkanal (vgl. Fig. 4). Die erste Luftstrecke 70 enthält eine erste Öffnung 71 , eine zweite Öffnung 72 und einen länglichen Kanal 73. Die erste Öffnung 71 sowie die zweite Öffnung 72 sind an der Außenfläche des Gehäuses 10 positioniert (vgl. Fig. 1 und 2). Gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel ist die erste Öffnung 71 und die zweite Öffnung 72 nicht voneinander getrennt und teilen sich denselben Einlass in das Gehäuse 10 (vgl. Fig. 1 und 4). Gemäß einem zweiten (nicht gezeigten) Ausführungsbeispiel kann jedoch auch vorgesehen sein, dass das die erste Öffnung 71 und die zweite Öffnung 72 voneinander getrennt sind und sich nicht denselben Einlass in das Gehäuse 10 teilen. Hierbei weist die erste Öffnung 71 sowie die zweite Öffnung 72 jeweils einen eigenen Einlass in das Gehäuse 10 auf.

Wenn der erste Lüfter 30 durch die Antriebswelle 22 in Rotation versetzt ist, wird Luft von der Umgebung angesogen und gelangt durch die erste Öffnung 71 , die als Einlass dient, in die erste Luftstrecke 70. Die erste Öffnung 71 kann daher als Ansaugöffnung bezeichnet werden. Durch den länglichen Kanal 73 gelangt die Luft von dem Lüfter 70 angesogen schließlich bis zu der zweiten Öffnung 72. Die zweite Öffnung 72 dient als Auslass, durch den die Luft wieder aus dem Gehäuse 10 austreten kann. Die erste Luftstrecke 70 ist so in dem Gehäuse 10 positioniert, dass sich der längliche Kanal 73 an dem Elektromotor 20 vorbei erstreckt. Hierdurch wird die Luft in der ersten Luftstrecke 70 an dem Elektromotor 20 vorbeigeführt. Wenn die Luft an dem Elektromotor 20 vorbeigeführt wird, wird durch thermische Konvektion Wärme von dem Elektromotor 20 auf die Luft übertragen und der Elektromotor 20 gekühlt.

Die zweite Luftstrecke 80 enthält ebenfalls eine erste Öffnung 81 , eine zweite Öffnung 82 und einen länglichen Kanal 83. Die erste Öffnung 81 sowie die zweite Öffnung 82 sind auch an der Außenfläche des Gehäuses 10 positioniert. Die zweite Öffnung 82 befindet sich dabei an der von dem (nicht gezeigten) Werkzeug abgewandten Seite des Gehäuses 10. Wenn der zweite Lüfter 80 ebenfalls durch die Antriebswelle 22 in Rotation versetzt ist, wird Luft von der Umgebung angesogen und gelangt durch die erste Öffnung 81 , die als Einlass dient, in die zweite Luftstrecke 80. Die erste Öffnung 81 kann daher als Ansaugöffnung bezeichnet werden. Hierzu besteht in Strömungsrichtung der Luft vor dem zweiten Lüfter 80 ein Unterdruck, der die Luft ansaugt. Die Strömungsrichtung der Luft ist in Fig. 4 durch die kleinen Pfeile dargestellt. Der zweite Lüfter 80 ist in der Nähe der zweiten Öffnung 82 positioniert, sodass die Luft mittels des zweiten Lüfters 80 durch die zweite Öffnung 82 aus dem Gehäuse 10 gedrückt wird. Hierzu besteht in Strömungsrichtung der Luft nach dem zweiten Lüfter 80 ein Überdruck, der die Luft wegdrückt. Der zweite Lüfter 80 ist dabei so zu dem Riemenantrieb 50 und insbesondere zu der ersten und zweiten Riemenscheibe 51 , 52 positioniert, dass die Luft auf den Riemenantrieb 50 bzw. auf die erste und zweite Riemenscheibe 51 , 52 geblasen wird. Hierdurch wird zum einen der Riemenantrieb 50 gekühlt und zum anderen der Überdruck erzeugt, der bewirkt, dass nur Luft aus der zweiten Öffnung 82 ausgestoßen wird und folglich keine Luft durch die zweite Öffnung 82 in das Gehäuse 10 sowie zu dem Riemenantrieb 50 gelangen kann. Der Effekt, dass nur Luft aus der zweiten Öffnung 82 ausgestoßen und keine Luft durch die zweite Öffnung 82 in das Gehäuse 10 gelangt, bewirkt, dass keine durch Schmutzpartikel verunreinigte Umgebungsluft (die durch die zweite Öffnung) in das Gehäuse 10 und zu dem Riemenantrieb 50 vordringt.

Claims

Ansprüche

1 ) Werkzeugmaschine (1 ), enthaltend

- ein Gehäuse (10);

- einen Motor (20), insbesondere ein Elektromotor;

- eine Antriebswelle (22), welche von dem Motor (20) betreibbar ist;

- einen Riemenantrieb (50) zur Übertragung der Antriebskraft des Motors (20) auf ein Werkzeug; und

- einen ersten Lüfter (30) zum Erzeugen einer ersten Luftstrecke (70) in dem Gehäuse (10), die zur Kühlung wenigstens des Motors (20) dient,

wobei der erste Lüfter (70) und der Riemenantrieb (50) über die Antriebswelle (22) betreibbar sind,

gekennzeichnet durch einen zweiten Lüfter (40) zum Erzeugen einer zweiten Luftstrecke (80) in dem Gehäuse (10), die zur Kühlung wenigstens des Riemenantriebs (50) dient.

2) Werkzeugmaschine (1 ) nach Anspruch 1 ,

dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Lüfter (40) über die Antriebswelle (22) betreibbar ist.

3) Werkzeugmaschine (1 ) nach Anspruch 1 oder 2,

dadurch gekennzeichnet, dass die erste Luftstrecke (70) eine Ansaugöffnung (71 ) an einer Außenseite des Gehäuses (10) und die zweite Luftstrecke (80) eine Ansaugöffnung (81 ) an einer Außenseite des Gehäuses (10) enthält und wobei die erste und zweite

Ansaugöffnung (71 , 81 ) an einer von dem Werkzeug abgewandten Seite des Gehäuses (10) positioniert sind.

4) Werkzeugmaschine (1 ) nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 3,

dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Lüfter (40) so zu dem Riemenantrieb (50) positioniert ist, dass der zu kühlende Riemenantrieb (50) wenigstens teilweise in einem von dem zweiten Lüfter (40) erzeugten Überdruckbereich liegt.

5) Werkzeugmaschine (1 ) nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 4,

dadurch gekennzeichnet, dass die erste Luftstrecke (70) und die zweite Luftstrecke (80) wenigstens teilweise voneinander getrennt in dem Gehäuse (10) positioniert sind. Werkzeugmaschine (1 ) nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Lüfter (40) wenigstens teilweise aus Metall besteht.