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Dokumentenidentifikation DE602004005744T2 27.12.2007
EP-Veröffentlichungsnummer 0001683169
Titel SCHALTEINHEIT MIT VENTILATION
Anmelder Electrische Apparatenfabriek Capax B.V., Eindhoven, NL
Erfinder PETERS, Willem Jozef, B-3920 Lommel, BE
Vertreter Glawe, Delfs, Moll, Patentanwälte, 80538 München
DE-Aktenzeichen 602004005744
Vertragsstaaten AT, BE, BG, CH, CY, CZ, DE, DK, EE, ES, FI, FR, GB, GR, HU, IE, IS, IT, LI, LU, MC, NL, PL, PT, RO, SE, SI, SK, TR
Sprache des Dokument EN
EP-Anmeldetag 05.11.2004
EP-Aktenzeichen 048001739
WO-Anmeldetag 05.11.2004
PCT-Aktenzeichen PCT/NL2004/000781
WO-Veröffentlichungsnummer 2005045863
WO-Veröffentlichungsdatum 19.05.2005
EP-Offenlegungsdatum 26.07.2006
EP date of grant 04.04.2007
Veröffentlichungstag im Patentblatt 27.12.2007
IPC-Hauptklasse H01H 9/06(2006.01)A, F, I, 20060627, B, H, EP
IPC-Nebenklasse H02K 9/04(2006.01)A, L, I, 20060627, B, H, EP   H01H 9/52(2006.01)A, L, I, 20060627, B, H, EP   

Beschreibung[de]

Die vorliegende Erfindung betrifft eine elektrische Schalteinheit für elektrische Werkzeuge, wobei die Schalteinheit Wärme abstrahlende Bauelemente aufweist.

Solche Schalteinheiten sind allgemein bekannt.

Sie bilden beispielsweise eine Komponente von elektrischen Werkzeugen und insbesondere von elektrischen Werkzeugen, in welchen die Leistung des im Werkzeug eingebauten (Haupt)-Elektromotors gesteuert werden muss. Diese umfassen unter anderem, aber nicht ausschließlich, Bohrmaschinen, Sägemaschinen u. dgl..

Die vorliegende Schalteinheit hat Bauelemente, in welchen elektrische Energie während des Betriebes in Wärme umgewandelt wird. Diese umfassen Halbleiter, Widerstände usw..

Dieses Problem tritt bei netzgespeisten Werkzeugen auf, aber auch, und zwar in größerem Ausmaß, bei batteriegespeisten Werkzeugen. Im zuletzt genannten Fall wird das Problem dadurch verursacht, dass infolge der niedrigeren Spannungen die Ströme höher sind, was im Allgemeinen zu einer höheren Wärmeabstrahlung führt.

Die Wärmeabstrahlung beeinträchtigt die Zuverlässigkeit der elektrischen Schalteinheit, kann die Lebensdauer der relevanten Bauelemente verkürzen und kann zu einer thermischen Verformung des Gehäuses des Werkzeugs führen.

Um diese Probleme zu verhindern sind solche Bauelemente für hohe Leistung so dimensioniert, dass sie einen relativ großen Raum einnehmen.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Vorrichtung dieser Art zu schaffen, bei der unter Beibehaltung der Lebensdauer der Schalteinheit die Abmessungen der Bauelemente und dadurch der Schalteinheit reduziert werden können und die auch mit geringeren Kosten hergestellt werden kann.

Die Aufgabe wird dadurch gelöst, dass die Schalteinheit einen Ventilator aufweist, der wenigstens die Wärme abstrahlenden Bauelemente kühlen kann. Die Kühlung kann hierbei direkt und indirekt stattfinden, und der Ventilator kann auch zur Kühlung des (Haupt)-Elektromotors beitragen.

Der Ventilator wird dabei einen Luftstrom erzeugen, der entlang der in Frage stehenden Bauelemente geleitet wird. Die Wärme, welche in diesen Bauelementen entwickelt wird, kann so abgeführt werden, dass die relevanten Bauelemente selbst im Fall einer hohen Leistung mit kleinen Abmessungen realisiert sein können. Die Kühlung findet vorzugsweise lokal statt, was mit kleinen Ventilatoren und einem konzentrierten Luftstrom zu der gewünschten Kühlung führen kann.

Anzumerken ist, dass es auf dem Gebiet der Computer allgemein bekannt ist, Ventilatoren zum Zweck der Kühlung von Wärme abstrahlenden elektronischen Bauelementen zu verwenden.

Ungeachtet der Tatsache, dass in PCs ein extrem hoher Grad an Miniaturisierung stattgefunden hat, sind sie immer noch in relativ große Gehäuse eingebaut. Hierbei kann die Unterbringung eines solchen Gebläses daher ohne viele Probleme erfolgen.

Im Fall von elektrischen Werkzeugen ist die Situation anders; hier steht der größte Raum für den (Haupt)-Elektromotor zur Verfügung, während für die Schalteinheit nur ein begrenzter Raum zur Verfügung steht. Die Verwendung eines Ventilators bei einer solchen Konfiguration ist daher mit den allgemein anwendbaren Voraussetzungen nicht vereinbar.

Es ist beispielsweise aus der DE-A-3 430 023 bekannt, den (Haupt)-Elektromotor eines elektrischen (Hand)-Werkzeuges mit einem Ventilator zu kühlen, der in dem voluminösen Teil des Gehäuses platziert ist, das für den (Haupt)-Elektromotor bestimmt ist, während die Schalteinheit in einem sehr viel engeren Handgriffteil dieses Gehäuses angeordnet ist, wobei dieser engere oder kleinere Teil ohne Luftaustrittsabführmittel gestaltet ist und die Schalteinheit darüber hinaus keine Wärme abstrahlenden Bauelemente aufweist. Ein kühlender Luftstrom verläuft nicht entlang der Schalteinheit, die auch keine Wärme abstrahlenden Bauelemente aufweist, so dass ein Luftstrom, wenn er strömen würde, nicht einen Bedarf zum Kühlen der Schalteinheit erfüllen würde.

In der DE-A-3 045 610 ist ferner eine elektrische Schalteinheit gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 offenbart.

Ferner ist anzumerken, dass im Fall von Batterien od. dgl. als Energiequelle für Gleichstrommotoren eine Zwangskühlung der Schalteinheit mit einem Ventilator eine leicht durchführbare Alternative oder eine Maßnahme zusätzlich zum Kühlen des (Haupt)-Elektromotors darstellen kann.

Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform sind die Wärme abstrahlenden Bauelemente thermisch an einen Kühlkörper gekoppelt und der Ventilator ist so ausgebildet, dass er den Kühlkörper kühlt.

Je nach der relevanten Konfiguration der Schalteinheit ist es in einigen Situationen günstig, einen Kühlkörper anzubringen. Die Erfindung sieht daher eine Maßnahme zu diesem Zweck vor. Die Kühlung findet hierbei indirekt statt. Es ist selbstverständlich möglich, die Kühlung des Kühlkörpers durch den Ventilator mit der direkten Kühlung der Bauelemente durch den Luftstrom vom Ventilator zu kombinieren.

Die Bauelemente strahlen nicht in allen Betriebssituationen des elektrischen Werkzeuges Wärme ab. Es ist daher günstig, den Grad der Kühlung in Abhängigkeit vom Maß der Wärmeabstrahlung dieser Bauelemente zu gestalten. Der relevante Ventilator kann dann gesteuert werden mittels eines Signals zur Repräsentation der Leistung, das beispielsweise in der Schalteinheit, bereits vorhanden ist und das die Leistung repräsentiert, oder durch Messen der Temperatur der in Frage stehenden Bauelemente.

Es ist möglich, den Ventilator in einer Wand des Gehäuses der Schalteinheit zu platzieren. Dann ist es günstig den Ventilator für die Kühlung im Luftstrom stromaufwärts der Bauelemente zu platzieren.

Die vorliegende Erfindung wird im folgenden anhand der beiliegenden Figuren im einzelnen erläutert; es zeigt:

1 eine schematische perspektivische Ansicht einer mit einem Ventilator versehenen Schalteinheit;

2 eine schematische perspektivische Ansicht der in der 1 gezeigten Ventilatoreinheit aus einem anderen Blickwinkel;

3 in Entsprechung zu 1 eine zweite Ausführungsform einer Schalteinheit gemäß der vorliegenden Erfindung;

4 eine schematische perspektivische Ansicht einer dritten Ausführungsform einer Schalteinheit gemäß der vorliegenden Erfindung; und

5 eine schematische perspektivische Ansicht einer vierten Ausführungsform gemäß der vorliegenden Erfindung.

1 zeigt eine Schalteinheit, die insgesamt mit der Bezugsziffer 1 bezeichnet ist. Die Schalteinheit hat ein Gehäuse 2, in welchem verschiedene Bauelemente einschließlich Wärme abstrahlender Bauelemente platziert sind. Ein Druckknopf 3 ist in an sich bekannter Art und Weise an der Vorderseite des Gehäuses angeordnet, während ein Handgriff 4 mit einem Polumkehrschalter oberhalb des Druckknopfes angeordnet ist.

An einer Seite des Gehäuses 2 ist eine Kühlplatte 5 angeordnet und in der Kühlplatte 5 ist eine Öffnung 6 ausgebildet, in der eine Ventilatoreinheit 7 platziert ist. Die Ventilatoreinheit 7 besteht aus einer Kombination aus einem Elektromotor und einem Lüfterrad. Der Elektromotor ist in dieser Zeichnung nicht dargestellt, da er in dem Gehäuse der Ventilatoreinheit 7 angeordnet ist. Das Lüfterrad 8 ist im Ventilatorgehäuse 7 angeordnet. An jeder Seite der Öffnung 6 sind in der Kühlplatte Vorsprünge 9 ausgebildet, an denen die Ventilatoreinheit 7 mittels Schrauben 10 befestigt ist.

Es dürfte klar sein, dass zahlreiche andere mögliche Befestigungsmittel angewandt werden können.

Der Motor der Ventilatoreinheit 7 ist mittels elektrischer Leiter mit den geeigneten spannungsführenden Teilen verbunden, die in der Schalteinheit 1 vorhanden sind, so dass die Ventilatoreinheit 7 zu den geeigneten Zeitpunkten beginnen kann, sich zu drehen.

Wenn die Ventilatoreinheit 7 dreht, erzeugt sie einen Luftstrom, der von dem Ventilator in das Innere des Schaltgehäuses übertragen wird. Der Luftstrom verlässt dann das Schaltgehäuse an der Unterseite.

Der Luftstrom verläuft hierbei nicht nur über die Wärme abstrahlenden Bauelemente, die in dem Schaltgehäuse angeordnet sind, wie beispielsweise der Halbleiter 11 in 2, sondern auch über die Kühlplatte 5. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist diese Kühlplatte 5 an andere Wärme abstrahlende Bauelemente, wie beispielsweise Widerstände, die in der Zeichnung nicht dargestellt sind, thermisch gekoppelt. Es ist jedoch auch möglich, einen Ventilator so zu platzieren, dass der erzeugte Luftstrom die Bauelemente oder den Kühlkörper kühlt.

Es ist jedoch im Prinzip möglich, durch Ändern der Position der Flügel des Lüfterrades 8 oder durch Ändern der Rotationsrichtung des Ventilators zu bewirken, dass der Luftstrom in die andere Richtung verläuft. Angesichts der Tatsache, dass es möglich ist, in dem Ventilator vor dem Luftstrom ein Filter zu platzieren, wird die erstgenannte Option im allgemeinen bevorzugt.

3 zeigt eine Ausführungsform der Erfindung, die sich von der in den 1 und 2 gezeigten Ausführungsform dadurch unterscheidet, dass die Kühlplatte 5 eine andere unterschiedliche Form hat. Die Kühlplatte 5 ist hierbei mit einem gebogenen Teil 12 versehen. Infolge des gebogenen Teils 12 hat der Kühlkörper 5 eine sehr viel größere Kühlfläche als der Kühlkörper 5 der ersten Ausführungsform gemäß 1 oder 2. Hierbei ist es somit möglich, Bauelemente, die für eine größere Leistung dimensioniert sind, mit dem Kühlkörper thermisch zu koppeln.

Wie bei der vorstehenden Ausführungsform ist die Ventilatoreinheit 7 relativ zur Hauptfläche der Kühlplatte 5 etwas erhaben angeordnet. Dies hat zur Folge, dass zwischen dem Gehäuse der Ventilatoreinheit 7 und der Kühlplatte ein Luftspalt vorhanden ist. Bin Teil des von der Ventilatoreinheit 7 erzeugten Luftstroms wird daher nicht in das Gehäuse eintreten, sondern entlang der Außenseite der Kühlplatte verdrängt. Der Luftstrom wird selbstverständlich den Kühlkörper hierbei kühlen. Infolge der spezifischen Gestaltung der in der 3 gezeigten Ausführungsform wird diese Kühlwirkung noch größer sein als bei der in der 1 gezeigten Ausführungsform.

4 zeigt eine stark abweichende Ausführungsform der Erfindung; hierbei ist ein Halbleiter 11, der eine relativ große Wärmemenge abstrahlt, auf einem separaten Kühlkörper 13 angeordnet. Auf dem Kühlkörper ist eine Ventilatoreinheit 7 platziert, deren Konstruktion derjenigen der vorhergehenden Ausführungsformen entspricht. Diese Baugruppe ist jedoch vollständig getrennt vom Schaltgehäuse 2 angeordnet und mit der eigentlichen Schalteinheit mittels dreier Leitungen 14 verbunden.

Infolge dieser Trennung der Funktionen wird es einfach, die Kühlung des Wärme abstrahlenden Halbleiters 11 zu optimieren. Eine Öffnung, die in der Zeichnung nicht dargestellt ist, wird hierbei im Kühlkörper 13 angeordnet, um den von der Ventilatoreinheit 7 erzeugten Luftstrom zu führen.

Schließlich zeigt 5 eine Ausführungsform, bei dem das signifikanteste Wärme abstrahlende Bauelement, d. h. der Halbleiter 11 an der Außenseite des Kühlkörpers 5 platziert ist. Die Konstruktion dieser Ausführungsform entspricht ansonsten großenteils der Konstruktion der anhand der 1, 2 und 3 beschriebenen Ausführungsformen. Bei der Ausführungsform gemäß 5 ist die Ventilatoreinheit 7 direkt am Kühlkörper 5 platziert, so dass ein von der Ventilatoreinheit erzeugter Luftstrom an die Innenseite des Kühlkörpers 5 verdrängt wird und dort seine Kühlfunktion ausübt. Hierbei ist der Wärme abstrahlende Halbleiter 11 selbstverständlich in sehr effizienter Weise an den Kühlkörper thermisch gekoppelt. Im Kühlkörper 5 ist eine Öffnung 15 zum Durchführen von Verbindungsstiften 16 für das Befestigen des Halbleiters 11 angeordnet. Der von der Ventilatoreinheit 7 erzeugte Luftstrom wird nicht nur den Kühlkörper 5 kühlen, sondern auch die anderen Wärme abstrahlenden Bauelemente, die im Inneren des Gehäuses 2 angeordnet sind.

Es ist klar zu ersehen, dass zahlreiche Variationen der hier gezeigten Konfigurationen angewandt werden können, ohne von der Erfindung abzuweichen.

Der Ventilator kann somit zur Kühlung des Hauptmotors eines elektrischen (Hand)-Werkzeuges beitragen oder dessen gesamte Kühlung bewirken.


Anspruch[de]
Elektrische Schalteinheit für ein Elektrowerkzeug, worin die Schalteinheit Wärme abstrahlende Bauelemente umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass die Schalteinheit einen Ventilator umfasst, der zur Kühlung der Wärme abstrahlenden Bauelemente ausgelegt ist. Schalteinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Ventilator zur Erzeugung eines Luftstroms ausgelegt ist, der sich entlang der Wärme abstrahlenden Bauelemente bewegt. Schalteinheit nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest einige der Wärme abstrahlenden Bauelemente thermisch mit einem Kühlkörper gekuppelt sind, und dass der Ventilator zur Kühlung des Kühlkörpers ausgelegt ist. Schalteinheit nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Ventilator zur Erzeugung eines Luftstroms ausgelegt ist, der sich entlang der Wärme abstrahlenden Bauelemente bewegt. Schalteinheit nach einen der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch einen Temperatursensor zur Steuerung des Ventilators, abhängig von der Temperatur der Wärme abstrahlenden Bauelemente, die von dem Temperatursensor wahrgenommen wird. Schalteinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch Mittel zum Senden eines Signals zum Ventilator, das der Leistung entspricht. Schalteinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Ventilator in einer Wand des Gehäuses der Schalteinheit untergebracht ist. Schalteinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Ventilator stromaufwärts von den Bauelementen zum Kühlen in dem Luftstrom angebracht ist. Schalteinheit nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass eine Luftansaugöffnung stromaufwärts vom Ventilator im Gehäuse des Elektrowerkzeugs angeordnet ist. Schalteinheit nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Ventilator zur Erzeugung eines Luftstroms ausgelegt ist, der sich durch den Motor des Elektrowerkzeugs erstreckt. Schalteinheit nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Ventilator zur Erzeugung eines ersten und eines zweiten parallelen Luftstroms ausgelegt ist, wovon der erste die Wärme abstrahlenden Bauelemente kühlt und wovon der zweite durch den Motor geleitet wird. Elektrowerkzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Schalteinheit, wie sie in einem der vorhergehenden Ansprüche beansprucht wird.






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