WO2006058813A1 - Strömungsmittelgetriebene handwerkzeugmaschine - Google Patents

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WO2006058813A1
WO2006058813A1 PCT/EP2005/055684 EP2005055684W WO2006058813A1 WO 2006058813 A1 WO2006058813 A1 WO 2006058813A1 EP 2005055684 W EP2005055684 W EP 2005055684W WO 2006058813 A1 WO2006058813 A1 WO 2006058813A1
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WO
WIPO (PCT)
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turbine
housing
turbine wheel
hand tool
vorleitgitter
Prior art date
Application number
PCT/EP2005/055684
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Juergen Hesse
Original Assignee
Robert Bosch Gmbh
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Robert Bosch Gmbh filed Critical Robert Bosch Gmbh
Priority to US10/576,118 priority Critical patent/US20090017737A1/en
Priority to EP05801322A priority patent/EP1827765A1/de
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B24—GRINDING; POLISHING
    • B24B—MACHINES, DEVICES, OR PROCESSES FOR GRINDING OR POLISHING; DRESSING OR CONDITIONING OF ABRADING SURFACES; FEEDING OF GRINDING, POLISHING, OR LAPPING AGENTS
    • B24B47/00—Drives or gearings; Equipment therefor
    • B24B47/10—Drives or gearings; Equipment therefor for rotating or reciprocating working-spindles carrying grinding wheels or workpieces
    • B24B47/14—Drives or gearings; Equipment therefor for rotating or reciprocating working-spindles carrying grinding wheels or workpieces by liquid or gas pressure
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B24—GRINDING; POLISHING
    • B24B—MACHINES, DEVICES, OR PROCESSES FOR GRINDING OR POLISHING; DRESSING OR CONDITIONING OF ABRADING SURFACES; FEEDING OF GRINDING, POLISHING, OR LAPPING AGENTS
    • B24B23/00—Portable grinding machines, e.g. hand-guided; Accessories therefor
    • B24B23/04—Portable grinding machines, e.g. hand-guided; Accessories therefor with oscillating grinding tools; Accessories therefor

Definitions

  • the invention relates to a fluid-powered hand tool according to the preamble of claim 1.
  • the invention with the features of claim 1 has the advantage that operated without own electric motor, only with the suction of a vacuum cleaner designed as a grinding machine hand tool for your applications has such a high efficiency that particularly much flow energy of the suction or blowing air into mechanical Performance is feasible and a virtually dust-free grinding, drilling or the like. With constant removal of forming during the grinding process
  • Dust particles is secured, so that high chip removal is combined with highly effective extraction of the grinding dust, in short, it is a particularly advantageous variety of a turbine created - quasi as a hybrid between classically flowed radial turbine and axial turbine - which is designed as a diagonal radial turbine flowed through. It combines the advantage of low pressure loss with the advantage of increased energy yield from the
  • a Turbinenrad upstream, fixed Vorleitgitter is arranged, which serves as a bearing seat for a rotary bearing of the axle shaft of the turbine wheel, it assumes a supporting function of the housing structure of the power tool, so that their production costs can be kept particularly low.
  • the hand tool is particularly light and handy.
  • Vorleitgitter serves as a bearing seat for a bearing of the axle shaft of the turbine
  • the hand tool equipped with it can be made very flat .
  • FIG. 1 shows a longitudinal section of an orbital sander
  • Figure 3 is a side view of the turbine with balancing mass
  • Figure 4 is an enlarged detail of Figure 3
  • Figure 5 is a spatial plan view of the balancing mass
  • FIG. 6 shows a spatial bottom view of the guiding grid
  • Figure 1 shows a hand tool 10, which is designed as a sander with a view of the viewer with its inside facing housing shell 14. This forms with a second, not shown, i.w.
  • the housing 12 is assembled from the two housing shells with screws, which pass through the outer, not shown housing shell from the outside, are rotatable in screw domes 35 of the left housing shell 14 and thereby the two housing shells on a butt joint stick together.
  • the housing 12 passes on its upper side 20 in a transversely projecting from the vertical axis 40, hollow cylindrical handle 16, which serves as Saugluftaustritt 18 and for connecting a suction hose, not shown. On his top 20 wears the
  • Housing 12 an air damper 22, which opens or closes an opening 24 to the flow channel 26 in the interior of the housing 12 for the purpose of air inlet regulation as needed.
  • a region 86 of a channel wall 28 is perforated closely adjacent to the opening 24, so that the suction air in the hose-like flow channel 26 with the outside air - A -
  • the channel wall 28 is supported by support ribs 30 on the housing shells 14.
  • the support ribs 30 are connected to reinforcing ribs 32 in the interior of the housing shell 14 and via this with the housing outer wall or the housing shell 14.
  • the air channel 26 or the channel wall 28 is stiffened and the housing 12 is stabilized in lightweight construction, in particular against vibrations or resonances, excited by through-flowing suction air.
  • the housing 12 terminates in a straight peripheral bottom edge 34 which, in its vertical downward projection, forms a triangle with outwardly arched sides.
  • a sanding plate 70 is arranged, which via elastic
  • Oscillating body 75 is connected to the housing 12 elastically movable.
  • the sanding pad 70 protrudes with its ironing base outside on the triangular, vertically downwardly projected contour of the lower edge 34 and has on its underside holding means for receiving an unillustrated sanding sheet. It is orbital drivable via an axle shaft 72 and an eccentric at the end non-rotatably seated eccentric, so that each point of the sanding disc and thus each individual abrasive grain of the sanding sheet describes small circles, the typical microsection of an orbital orbital sander.
  • the axle shaft 72 is driven in rotation by a turbine wheel 38 of an air-driven turbine 36 and is rotatably mounted in the housing 12 or in the guide grille 74 via an upper and a lower roller bearing 64, 66 and engages with its lower end in a third roller bearing 68, with its outer ring rotatably seated in the sanding pad 70. Between the lower and the third roller bearings 66, 68, the axle shaft 72 is rotatably connected to a balancing mass 78, which serves as an unbalance compensation, to keep vibrations of the eccentrically moving sanding pad 70 from the housing 12.
  • the balancing mass 78 carries on its upper, the Vorleitgitter 74 side facing an upwardly projecting annular profile 80. This is surrounded above by an annular groove 82 with a small distance, in the closely adjacent bottom of the
  • Vorleitgitters 74 is arranged and together with the ring profile 80 forms a lower, labyrinth-shaped labyrinth seal 84. This prevents, due to the negative pressure in the cavities in the interior of the power tool 10, in particular between the balancing mass 78 and the Vorleitgitter 74, dust and chips are moved into the gap or to the lower bearing 66 so that this remains unimpaired in the long term.
  • the axle shaft 72 is circumferentially surrounded by the turbine wheel 38 rotatably, wherein an intimate positive connection between the two parts by knurling 73 in a defined peripheral region is made approximately in the middle of the axle shaft 72, in the wells of the casting process liquid plastic enters and thus the Connection causes.
  • the turbine wheel 38 has a bell-shaped outer contour, wherein the lower edge
  • Vorleitgitter 74 with grid blades 75 connects.
  • the grate blades 75 are like the paddles 42 of the turbine wheel 38 configured as standing on its narrow side plastic strip.
  • the designed as a short truncated Vorleitgitter 74 is at least partially overlapped by the also in the housing 12 rotatably fixed turbine housing 60 at a distance from the height of the grate blades 75, so that thus a lower continuation of the annular flow channel 49 of the turbine wheel 38 is formed, pulled by the suction or is directed.
  • the grid blades 75 the inflowing from below suction air to drive the turbine wheel 38 in the flow direction and the
  • Vorleitgitter 74 forms with a central recess 76 on its underside a bearing seat for a bearing 66 of the lower portion of the axle shaft 72 which defines and guides them in the housing 12.
  • FIG 2 shows a longitudinal section of the turbine wheel 38 with the axially downwardly following, fixed in the housing 12 Vorleitgitter 74 as a detail, which are shown assembled in Figure 1. It is - similar to the compact of a lemon squeezer - a frustoconical outwardly curved support cone 48 recognizable, the outside carries a plurality of paddles 42, the shape with its narrow side on the support cone 48 standing arranged, flat plastic strips and their height gradually in the direction to the - virtual - cone tip increases. About the paddles 42 is a support cone 48 and the upper edges of the vanes 42 approximately parallel extending deck cone 44 joined. As a result, between the support and the cover cone 48, 44 of annular cross-sectional flow channel 49 is formed.
  • the paddles 42 is divided by the paddles 42 in a plurality of tortuous individual channels, in which the suction air to drive the turbine 36 due to the low bending radii or deflection angle of the paddles 42 can flow with very low flow resistance.
  • the lower edge of the support cone 48 is inclined at about 45 ° to the vertical axis 40 and does not extend as in conventional radial turbines by about 90 ° transverse to the cone axis.
  • the inflow angle of the blade is 40 ° and its outflow angle is 30 °.
  • a movement arrow 62 shows that the air flowing along the air vane 42 is deflected by 45 °, measured to the axis 40, wherein the deflection is not taken into account transversely to the plane of the drawing.
  • the deck cone 44 adjoins the top of the virtual cone tip 46 with a minimum distance to the channel wall 28 of the air channel 26 through which the suction air is streamlined out to the vacuum source or to the vacuum cleaner.
  • the support cone 48 or truncated cone of the turbine wheel 38 is penetrated by a central hollow cylinder 54 for receiving the axle bolt 72.
  • the hollow cylinder 54 forms a highly projecting, relatively high annular collar 52 at the top in the region of a virtual cone tip.
  • the hollow cylinder 54 reaches such a length that the axle shaft 72, with a defined axial projection and defined area of its knurling 73, is secured with this knurling with respect to the turbine wheel 73 is located inside the hollow cylinder 54 and is encompassed by this, so that a secure rotation determination between the turbine wheel 38 and the axle shaft 72 is achieved.
  • the cone cone-shaped cover cone 44 which becomes increasingly concave in the direction of the virtual tip 46, carries on its outer side an annular sealing bead 56. This is provided for axial engagement in an overlapping annular groove 57, which faces the turbine wheel 38
  • Wells are structured so that they have a small flow resistance with increased surface strength.
  • FIG 3 shows a longitudinal section of the turbine 36 with Vorleitgitter 74, mounted axle shaft 72 and lower bearing 66, balancing mass 78 and plate bearing 68.
  • the lower labyrinth seal 84 is clearly visible, as well as the enlarged shown in Figure 4 elements of this seal, namely the ring profile 80th on the upper side of the balancing mass 78 and the annular groove 82 in the underside of the Vorleitgitters 74 by introduced individual recesses in the stiffening ribs 96 for stabilizing the support ring 77th
  • Figure 5 shows a spatial plan view of the balancing mass 78, wherein the labyrinth seal 84 forming ring profile 80 is clearly visible.
  • FIG. 6 shows a spatial bottom view of the guiding grid 74, the annular groove 82 being visible in the underside or as individual depressions in the reinforcing ribs 96.
  • the air that flows through the power tool 10, does not flow purely radially inwardly as in a conventional radial turbine before it is deflected axially in the turbine 36 again, but flows both in Vorleitgitter 74 and in the turbine 36 at about 45 degrees to the vertical axis 40 (see pictures 3 and 4).
  • This skew flow has the advantage that the efficiency of the turbine 36 is significantly increased since the pressure loss within the turbine 36 and the pilot grate 74 is minimized.
  • the inflow angle of the blade is 60 ° and the outflow angle 30 ° to keep the outflow losses as low as possible.
  • the angles for the inflow range can vary between 0 ° and 70 ° and the angles in the outlet range can vary between 10 and 60 °.
  • the choice of angles depends on both the amount of air and the expected speed.
  • the Vorleitgitter 74 has the task of imparting the largest possible Vordrall the air flow, and for this reason has grids 75 with an exit angle of 78 ° (Figure 8).
  • the paddles 42 of the turbine wheel 38 on the support cone 48 are slightly forward and in contrast to the grid blades 75 pulled slightly backwards ( Figure 4 and 6). This whistling between the wheel and the grating blades 42, 75 are prevented because they sweep past each other with a distance of only 0.5 mm and effectively 'smear'.
  • the small distance between Vorleitgitter 74 and turbine 36 is necessary so that the turbine 36 can be ideally flowed.
  • the support ring 88 and the support ribs 90 are dimensioned increasingly thin from radially inside to outside, so that during injection molding the material can flow rapidly and with low resistance from the inside to the outside and fill all the cavities of the mold.

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Sealing Using Fluids, Sealing Without Contact, And Removal Of Oil (AREA)

Abstract

Eine Handwerkzeugmaschine mit einem Gehäuse (12) und einem daran drehend und/oder 5 schwingend antreibbar angeordneten Werkzeug (70), das mittels eines Saugluftstromes, insbesondere mit einem Staubsauger, bestimmungsgemäß betreibbar ist, wird dadurch besonders effektiv, dass als Antrieb eine Turbine (36) mit Turbinenrad (38) dient, die mit Mitteln zum Beruhigen der ein- bzw. ausströmenden Luft, inbesondere mit Vorleitgitter (74) - und/oder Nachleitgitter, versehen ist, wobei das Turbinenrad (38) durch eine 10 Labyrinthdichtung (51) gegenüber einem Turbinengehäuse (60) abgedichtet ist, die die Turbine (36) vor Druckverlust schützt.

Description

Strömungsmittelgetriebene Handwerkzeugmaschine
Die Erfindung geht aus von einer strömungsmittelgetriebenen Handwerkzeugmaschine nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Aus der Patentschrift US 6347985 B 1 ist eine Handwerkzeugmaschine bekannt, die allein über den Saugluftstrom eines Staubsaugers angetrieben wird. Kernstück der bekannten Handwerkzeugmaschine ist eine herkömmliche Pelton-Turbine, die die Saugluft des Staubsaugers zum Drehen der Abtriebsspindel und damit zum Antrieb des Werkzeugs nutzt.
Der Wirkungsgrad der bekannten Handwerkzeugmaschinen mit Axial- und Peltonturbi- nen, auch als Widerstandsläufer bezeichnet, die ausschließlich aufgrund des Luftimpulses eine mechanische Leistung an eine Welle abgeben, kann hohe Ansprüche an die Arbeits- und Absaugleistung dieser mit handelsüblichen Staubsaugern betreibbaren
Handwerkzeugmaschinen nur bedingt befriedigen.
Vorteile der Erfindung
Die Erfindung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 hat den Vorteil, dass die ohne eigenen Elektromotor, nur mit der Saugluft eines Staubsaugers betriebene als Schleifmaschine ausgestaltete Handwerkzeugmaschine für Ihre Einsatzzwecke einen so hohen Wirkungsgrad hat, dass besonders viel Strömungsenergie der Saug- bzw. Blasluft in mechanische Leistung umsetzbar ist und ein nahezu staubfreies Schleifen, Bohren oder dergl. mit ständigem Abtransport der sich während des Schleifvorgangs bildenden
Staubpartikel gesichert ist, so dass hoher Spanabtrag mit hochwirksamer Absaugung des Schleifstaubs vereint ist, kurz, es ist eine besonders vorteilhafte Abart einer Turbine geschaffen, - quasi als Zwitter zwischen klassisch durchströmter Radialturbine und Axialturbine - die als diagonal durchströmte Radialturbine ausgestaltet ist. Sie vereinigt den Vorteil geringen Druckverlustes mit dem Vorteil erhöhter Energieausbeute aus den
Luftstrom und bildet deshalb für luftdurchströmte Elektrowerkzeuge einen hocheffektiven Antrieb. Dadurch, dass ein dem Turbinenrad vorgeschaltetes, feststehendes Vorleitgitter angeordnet ist, das als Lagersitz für ein Drehlager der Achswelle des Turbinenrades dient, übernimmt es eine tragende Funktion der Gehäusestruktur der Handwerkzeugmaschine, wobei damit deren Herstellungskosten besonders niedrig gehalten werden können.
Dadurch, dass der Antrieb nur aus leichten Kunststoffteilen besteht, ist die Handwerkzeugmaschine besonders leicht und handlich.
Dadurch, dass das Turbinenrad durch eine Labyrinthdichtung gegenüber dem Turbinengehäuse abgedichtet ist, ist die Turbine ohne Reibungsverluste abgedichtet und so vor Druckverlust geschützt, so dass ihr Wirkungsgrad besonders hoch ist.
Dadurch, dass das Vorleitgitter als Lagersitz für ein Lager der Achswelle der Turbine dient, kann die damit ausgerüstet Handwerkzeugmaschine besonders flach gebaut werden..
Dadurch, dass sie eine Ausgleichsmasse aufweist, die gemeinsam mit Strukturen des Vorleitgitters eine Labyrinthdichtung bildet, ist das Lager der Achswelle besonders sicher gegen das Eindringen und Anlagern von Staub geschützt.
Dadurch, dass das Vorleitgitter so in die Struktur des Gehäuses eingebaut ist, dass es dieses versteift, kann dieses besonders leicht gebaut werden.
Dadurch, dass die Luft zum Antrieb des Turbinenrads radial außen an dieses herangeführt wird und sodann radial schräg nach innen vom äußeren Rand des Turbinenrades abgesaugt wird, entstehen besonders geringe Strömungsverluste und die Turbine weist einen entsprechend hohen Wirkungsgrad auf..
Dadurch, dass die Handwerkzeugmaschine mit einem Funkschalter versehen ist, mit dem der Staubsauger ein- und ausschaltbar ist, ist eine bequeme und einfache Bedienung der
Handwerkzeugmaschine bzw. des Staubsaugers möglich.
Dadurch, dass die Drehzahlregelung für die Handwerkzeugmaschine mittels einer unterschiedlich einstellbaren Luftklappe vorgenommen wird, ist mit einfachen Mitteln eine Anpassung der Maschinendrehzahl an jeweils vorliegende Arbeitsbedingungen einfach und kostengünstig möglich.
Zeichnung
Nachstehend wird die vorliegende Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels mit zugehöriger Zeichnung näher erläutert.
Es zeigen: Figur 1 einen Längsschnitt eines Schwingschleifers
Figur 2 einen Längsschnitt der Turbine mit Vorleitgitter zum Antrieb des
Schwingschleifers
Figur 3 eine Seitenansicht der Turbine mit Ausgleichsmasse
Figur 4 einen vergrößerten Ausschnitt der Figur 3 Figur 5 eine räumliche Draufsicht auf die Ausgleichsmasse
Figur 6 eine räumliche Unteransicht des Vorleitgitters
Beschreibung des Ausführungsbeispiels
Figur 1 zeigt eine Handwerkzeugmaschine 10, die als Schwingschleifer ausgestaltet ist mit Blick auf eine dem Betrachter mit seiner Innenseite zugewandte Gehäuseschale 14. Diese bildet mit einer zweiten nicht dargestellten, i.w. symmetrischen Gehäuseschale ein glockenförmiges Gehäuse 12 mit einer Hochachse 40. Das Gehäuse 12 wird aus den beiden Gehäuseschalen mit Schrauben zusammengefügt, die die äußere, nichtdargestellte Gehäuseschale von außen durchtreten, in Schraubdome 35 der linken Gehäuseschale 14 drehbar sind und dadurch die beiden Gehäuseschalen an einer Stoßfuge zusammenhalten.
Das Gehäuse 12 geht auf seiner Oberseite 20 in einen quer von der Hochachse 40 abstehenden, hohlzylindrischen Handgriff 16 über, der als Saugluftaustritt 18 und zum Anschluß eines nichtdargestellten Saugschlauchs dient. Auf seiner Oberseite 20 trägt das
Gehäuse 12 eine Luftklappe 22, die eine Öffnung 24 zum Strömungskanal 26 im Inneren des Gehäuses 12 zwecks Lufteintrittsregulierung nach Bedarf freigibt oder verschließt. Dazu ist ein Bereich 86 einer Kanalwand 28 nah benachbart zur Öffnung 24 perforiert, so dass die Saugluft im schlauchartigen Strömungskanal 26 mit der Außenluft - A -
kommunizieren kann. Die Kanalwand 28 ist durch Tragrippen 30 an den Gehäuseschalen 14 gehaltert. Die Tragrippen 30 sind mit Verstärkungsrippen 32 im Inneren der Gehäuseschale 14 und über diese mit der Gehäuseaußenwand bzw. der Gehäuseschale 14 verbunden. Dadurch wird der Luftkanal 26 bzw. die Kanalwand 28 versteift und das Gehäuse 12 in Leichtbauweise insbesondere gegen Schwingungen bzw. Resonanzen, angeregt von durchströmender Saugluft, stabilisiert.
Unten endet das Gehäuse 12 in einer geraden, umlaufenden Unterkante 34, die in ihrer senkrechten Projektion nach unten ein Dreieck mit nach außen gewölbten Seiten bildet. Parallel zur Unterkante 34 ist ein Schleifteller 70 angeordnet, der über elastische
Schwingkörper 75 mit dem Gehäuse 12 elastisch beweglich verbunden ist. Der Schleifteller 70 steht mit seiner bügeleisenförmigen Grundfläche außen über die dreieckige, senkrecht nach unten projizierte Kontur der Unterkante 34 hinaus und hat auf seiner Unterseite Haltemittel zur Aufnahme eines nichtdargestellten Schleifblatts. Er ist über eine Achswelle 72 und einen an dessen Ende drehfest sitzenden nicht näher bezeichneten Exzenter orbital antreibbar, so dass jeder Punkt des Schleiftellers und damit jedes einzelne Schleifkorn des Schleifblatts kleine Kreise beschreibt, das typische Schliffbild eines Orbital-Schwingschleifers.
Die Achswelle 72 wird über ein Turbinenrad 38 einer lufttreibbaren Turbine 36 drehend mitgenommen und ist im Gehäuse 12 bzw. im Vorleitgitter 74 über ein oberes und ein unteres Wälzlager 64, 66 drehbar gelagert und greift mit ihrem unteren Ende in ein drittes Wälzlager 68, das mit seinem Außenring drehfest im Schleifteller 70 sitzt. Zwischen dem unteren und dem dritten Wälzlager 66, 68 ist die Achswelle 72 drehfest mit einer Ausgleichsmasse 78 verbunden, die als Unwuchtausgleich dient, um Schwingungen des exzentrisch bewegten Schleiftellers 70 vom Gehäuse 12 fernzuhalten.
Die Ausgleichsmasse 78 trägt auf ihrer oberen, dem Vorleitgitter 74 zugewandten Seite ein nach oben hervorstehendes Ringprofil 80. Dieses wird oben von einer Ringnut 82 mit einem geringem Abstand umgriffen, die in der eng benachbarten Unterseite des
Vorleitgitters 74 angeordnet ist und mit dem Ringprofil 80 gemeinsam eine untere, mänderförmige Labyrinthdichtung 84 bildet. Diese verhindert, dass durch den Unterdruck in den Hohlräumen im Inneren der Handwerkzeugmaschine 10, insbesondere zwischen der Ausgleichsmasse 78 und dem Vorleitgitter 74, Staub und Späne in den Spalt bzw. zum unteren Lager 66 bewegt werden so dass dieses langfristig unbeeinträchtigt bleibt.
Der Achswelle 72 wird vom Turbinenrad 38 mittig drehfest umgriffen, wobei eine innige formschlüssige Verbindung zwischen den beiden Teilen mittels einer Rändelung 73 in einem definierten Umfangsbereich etwa in der Mitte der Achswelle 72 hergestellt ist, in deren Vertiefungen der beim Gießprozeß flüssige Kunststoff eintritt und damit die Verbindung bewirkt.
Das Turbinenrad 38 hat eine glockenförmige Außenkontur, wobei sich an die Unterkante
34 axial nach unten ein im Gehäuse 12 drehfestgehaltenes bzw. zwischen den Gehäuseschalen 14 einklemmbares Vorleitgitter 74 mit Gitterschaufeln 75 anschließt. Die Gitterschaufeln 75 sind wie die Radschaufeln 42 des Turbinenrads 38 als auf ihrer Schmalseite stehende Kunststoffstreifen ausgestaltet. Das als kurzer Kegelstumpf ausgestaltete Vorleitgitter 74 wird außen durch das ebenfalls im Gehäuse 12 drehfestgelegte Turbinengehäuse 60 im Abstand der Höhe der Gitterschaufeln 75 zumindest teilweise übergriffen, so dass damit eine untere Fortsetzung des ringförmiger Strömungskanals 49 des Turbinenrads 38 gebildet wird, durch den die Saugluft gezogen bzw. geleitet wird. Über die Gitterschaufeln 75 wird die von unten einströmende Saugluft zum Antrieb des Turbinenrades 38 in dessen Strömungsrichtung bzw. die des
Strömungskanals 49 bzw. der Radschaufeln 42 des Turbinenrads 38 gelenkt und entwirbelt, so dass dadurch der, insbesondere eingangsseitige, Wirkungsgrad der Turbine 36 erheblich verbessert wird. Das Vorleitgitter 74 bildet mit einer zentralen Ausnehmung 76 auf seiner Unterseite einen Lagersitz für ein Lager 66 des unteren Bereichs der Achswelle 72, das diese im Gehäuse 12 festgelegt und führt.
Figur 2 zeigt einen Längsschnitt des Turbinenrads 38 mit dem sich axial unten anschließenden, im Gehäuse 12 feststehenden Vorleitgitter 74 als Einzelheit, die zusammengebaut in Figur 1 gezeigt sind. Dabei ist - ähnlich wie der Preßkörper einer Zitronenpresse - ein kegelstumpfartiger nach außen gewölbter Tragkegel 48 erkennbar, der außen eine Vielzahl von Radschaufeln 42 trägt, die die Gestalt mit ihrer Schmalseite auf dem Tragkegel 48 stehend angeordneter, flacher Kunststoffsstreifen haben und deren Höhe graduell in Richtung zur - virtuellen - Kegelspitze zunimmt. Über die Radschaufeln 42 ist ein zum Tragkegel 48 bzw. den Oberkanten der Radschaufeln 42 etwa parallel verlaufender Deckkegel 44 gefügt. Dadurch wird zwischen dem Trag- und dem Deckkegel 48, 44 der im Querschnitt ringförmige Strömungskanal 49 gebildet. Dieser wird durch die Radschaufeln 42 in eine Vielzahl gewundener Einzelkanäle aufgeteilt, in denen die Saugluft zum Antrieb der Turbine 36 aufgrund der geringen Biegeradien bzw. Umlenkungswinkel der Radschaufeln 42 mit besonders geringem Strömungswiderstand fließen kann. Der untere Rand des Tragkegels 48 ist etwa unter 45° Winkel zur Hochachse 40 geneigt und verläuft nicht wie bei herkömmlichen Radialturbinen um etwa 90° quer zur Kegelachse abgewinkelt. Bei einem besonders günstigen Ausführungsbeispiel der Turbine 36 beträgt der Einströmwinkel der Schaufel 40° und ihr Ausströmwinkel 30°. Ein Bewegungspfeil 62 zeigt, dass die an der Radschaufel 42 entlangfließende Luft um 45° umgelenkt ist, gemessen zur Achse 40, wobei die Umlenkung quer zur Zeichenebene noch nicht berücksichtigt ist.
Der Deckkegel 44 grenzt oben im Bereich der virtuellen Kegelspitze 46 mit einem minimalen Abstand an die Kanalwand 28 des Luftkanals 26, durch den die Saugluft strömungsgünstig zur Unterdruckquelle bzw. zum Staubsauger hin geführt wird.
Der Tragkegel 48 bzw. Kegelstumpf des Turbinenrads 38 wird von einem zentralen Hohlzylinder 54 zur Aufnahme des Achsbolzens 72 durchdrungen. Der Hohlzylinder 54 bildet oben im Bereich einer virtuellen Kegelspitze einen hoch überstehenden, relativ hohen ringartigen Kragen 52. Dadurch erreicht der Hohlzylinder 54 eine derartige Länge, dass die Achswelle 72 bei definiertem axialem Überstand und definiertem Bereich ihrer Rändelung 73 gegenüber dem Turbinenrad gesichert mit dieser Rändelung 73 im Inneren des Hohlzylinders 54 positioniert ist und von diesem umgriffen wird, so dass eine sichere Drehfestlegung zwischen dem Turbinenrad 38 und der Achswelle 72 erreicht wird.
Der sich in Richtung virtueller Spitze 46 hin zunehmend konkav wölbende, kegelstumpfartige Deckkegel 44 trägt im unteren Drittel seiner Höhe auf seiner Außenseite einen ringförmigen Dichtwulst 56. Dieser ist zum axialen Eingriff in eine übergreifende Ringut 57 vorgesehen, die auf der dem Turbinenrad 38 zugewandten
Innenseite des schalenartigen Turbinengehäuses 60 angeordnet ist durch Übergriff des Dichtwulstes 56 als obere Labyrinthdichtung 51 fungiert, und Druckverluste im Inneren der Turbine 36 verhindert und damit deren Wirkungsgrad erheblich steigert. Zum Betreiben der Handwerkzeugmaschine 10 wird am Saugluftaustritt 18 Luft abgesaugt und strömt durch Absauglöcher 71 im Schleifteller 70 und zwischen der Oberseite des Schleiftellers 70 und der Gehäuseunterkante 34 von außen nach. Die von außen angesaugte Luft gelangt in den Ringkanal 49 des Vorleitgitters 74 und weiter in den des Turbinenrads 38.
Der Kontakt des Turbinenrads 38 und des Vorleitgitters 74 mit abrasiver, staubhaltiger Luft kann dort zu einem Abschleif- und Staubanlagerungseffekt führen, der die Leistung des Antriebs und dessen Lebensdauer beeinträchtigen kann. Um dem zu begegnen, sind die saugluftberührten Flächen insbesondere durch geringe, regelmäßige golfballartige
Vertiefungen so strukturiert, dass sie einen kleinen Strömungswiderstand bei erhöhter Oberflächenfestigkeit haben.
Figur 3 zeigt einen Längsschnitt der Turbine 36 mit Vorleitgitter 74, montierter Achswelle 72 sowie unterem Lager 66, Ausgleichsmasse 78 und Tellerlager 68. Dabei ist die untere Labyrinthdichtung 84 deutlich erkennbar, sowie die in Figur 4 vergrößert gezeigten Elemente dieser Dichtung, nämlich das Ringprofil 80 auf der Oberseite der Ausgleichsmasse 78 und die Ringnut 82 in der Unterseite des Vorleitgitters 74 durch eingebrachte einzelne Vertiefungen in den Versteifungsrippen 96 zur Stabilisierung des Tragrings 77.
Figur 5 zeigt eine räumliche Draufsicht der Ausgleichsmasse 78, wobei das die Labyrinthdichtung 84 bildende Ringprofil 80 deutlich erkennbar ist.
Figur 6 zeigt eine räumliche Unteransicht des Vorleitgitters 74, wobei die Ringnut 82 in der Unterseite bzw. als Einzelvertiefungen in den Versteifungsrippen 96 sichtbar ist.
Die Luft, die die Handwerkzeugmaschine 10 durchströmt, strömt nicht wie bei einer klassischen Radialturbine rein radial nach innen bevor sie in der Turbine 36 wieder axial umgelenkt wird, sondern strömt sowohl im Vorleitgitter 74 als auch in der Turbine 36 unter etwa 45 Grad Winkel zur Hochachse 40 (siehe Bild 3 und 4). Diese Schräganströmung hat den Vorteil, dass der Wirkungsgrad der Turbine 36 deutlich gesteigert ist, da der Druckverlust innerhalb der Turbine 36 und des Vorleitgitters 74 minimiert wird. Der Einströmwinkel der Schaufel beträgt 60° und der Ausströmwinkel 30° um auch die Ausströmverluste so gering wie möglich zu halten. Die Winkel für den Einströmbereich können zwischen 0° und 70° variieren und die Winkel im Auslassbereich können zwischen 10 und 60° variieren. Die Wahl der Winkel hängt sowohl von der Luftmenge als auch von der erwarteten Drehzahl ab. Das Vorleitgitter 74 hat die Aufgabe, der Luftströmung einen möglichst großen Vordrall aufzuprägen, und besitzt aus diesem Grund Gitterschaufeln 75 mit einem Austrittswinkel von 78° (Figur 8). Um die Luftgeräusche zu minimieren sind die Radschaufeln 42 des Turbinenrads 38 am Tragkegel 48 etwas nach vorne und im Gegensatz dazu die Gitterschaufeln 75 etwas nach hinten gezogen (Figur 4 und 6). Damit werden Pfeifgeräusche zwischen den Rad- und den Gitterschaufeln 42, 75 unterbunden, da diese mit einem Abstand von nur 0.5 mm aneinander vorbei streichen und wirkungsvoll 'verschmieren'. Der geringe Abstand zwischen Vorleitgitter 74 und Turbine 36 ist notwendig, damit die Turbine 36 ideal angeströmt werden kann. Ein zusätzlicher Stützring 88 zwischen den Stützrippen 90 innen bzw. an der Unterseite des Tragkegels 48 verhindert eine stark schwankende und unkontrollierte Leerlaufdrehzahl der Turbine 36, die sehr hohen Werte (> 20 000 U/min) annehmen kann, da ein Lüftereffekt durch rein radial angeordnete Rippen damit nicht auftreten kann. Der Stützring 88 und die Stützrippen 90 sind von radial innen nach außen zunehmend dünner dimensioniert, damit beim Spritzgießen der Werkstoff rasch und mit geringem Widerstand von innen nach außen fließen und alle Hohlräume der Gießform ausfüllen kann.
Allen zuvor aufgeführten einzelnen Merkmalen wird eine erfinderische Qualität zugeordnet, da sie einzeln und gemeinsam zu den besonderen Vorteilen der beschriebenen Lösung beitragen.

Claims

Ansprüche
1. Handwerkzeugmaschine mit einem Gehäuse (12) und einem daran drehend und/oder schwingend antreibbar angeordneten Werkzeug (70), das mittels eines Saugluftstromes, insbesondere mit einem Staubsauger, bestimmungsgemäß betreibbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass als Antrieb eine Turbine (36) mit Turbinenrad (38) dient, die mit Mitteln zum Beruhigen der ein- bzw. ausströmenden Luft, inbesondere mit Vorleitgitter (74) - und/oder Nachleitgitter, versehen ist, wobei das Turbinenrad (38) durch eine Labyrinthdichtung (51) gegenüber einem Turbinengehäuse (60) abgedichtet ist, die die Turbine (36) vor Druckverlust schützt.
2. Handwerkzeugmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Vorleitgitter (74) als Lagersitz (76) für ein Lager (66) der Achswelle (72) dient.
3. Handwerkzeugmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Vorleitgitter (74) mit einem Eingriffsbereich für einen Vorsprung bzw. in einen Vorsprung eines axial benachbarten Teils, insbesondere Massenausgleich, eine Labyrinthdichtung bildet.
4. Handwerkzeugmaschine mit einem Gehäuse (12) und einem daran drehend und/oder schwingend antreibbar angeordneten Werkzeug (70), das mittels eines Saugluftstromes, insbesondere mit einem Staubsauger, bestimmungsgemäß betreibbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass als Antrieb eine Turbine (36) mit Turbinenrad (38) dient, die mit Mitteln zum Beruhigen der ein- bzw. ausströmenden Luft, insbesondere mit Vorleitgitter
(74) - und/oder Nachleitgitter, versehen ist, wobei sie eine mit der Achswelle (72) gekuppelte Ausgleichsmasse (78) aufweist, die gemeinsam mit Strukturen eine axial benachbarten Bauteils, insbesondere Vor- und Rücksprüngen (80, 82) des Vorleitgitters (74), eine Labyrinthdichtung (84) bildet.
5. Handwerkzeugmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Vorleitgitter (74) so in die Struktur des Gehäuses (12) eingebaut ist, dass es dieses versteift.
6. Handwerkzeugmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Luft zum Antrieb des Turbinenrads (38) radial außen an dieses herangeführt wird und sodann vom äußeren Rand des Turbinenrades (38) radial schräg nach innen abgesaugt wird.
7. Handwerkzeugmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sie als Flächenschleifmaschine, inbesondere als Schwingschleifer, ausgestaltet ist.
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