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Stand der Technik
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Die Erfindung betrifft eine Werkzeugmaschine, insbesondere eine Handwerkzeugmaschine nach der Gattung des Anspruchs 1.
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Es sind schon Werkzeugmaschinen mit einem Gehäuse, einem am Gehäuse beweglich angeordneten Werkzeughalter zur Aufnahme eines Einsatzwerkzeugs und eine im Gehäuse aufgenommenen Antriebsvorrichtung zum Antrieb des Werkzeugs bekannt. In einem Betrieb der Antriebsvorrichtung, welche eine Antriebseinheit und eine Getriebeeinheit aufweist, wird eine Abwärme erzeugt. Insbesondere bei bekannten Bohr- und/oder Schlaghämmern wird im Betrieb eine erhebliche Menge von Verlust- und/oder Abwärme erzeugt. Besonders hohe Wärmemengen und damit hohe Temperaturen entstehen dabei in einem vorderen Bereich dieser Handwerkzeugmaschinen, wo eine Vielzahl von Wärmequellen angeordnet ist. Diese sind beispielsweise eine Kompressionswärme aus einem Luftpolster eines Schlagwerks des Rohr- und/oder Schlaghammers, auftretende Stoßverluste aus den Stoßvorgängen zwischen Elementen des Schlagwerks, mögliche Reibungsverluste im Inneren des Schlagwerks durch Relativbewegungen zwischen Elementen des Schlagwerks und/oder Reibungsverluste anderer bewegter Komponenten des Bohr- und/oder Schlaghammers. Um eine thermische Belastung der innen liegenden Bauteile zu begrenzen, muss die Verlustwärme in einem ausreichenden Maße von einem Gehäuseinneren nach außen abgeleitet werden. Ein Wärmetransport erfolgt hierbei hauptsächlich über Wärmleitung. Im Beispiel der bekannten Bohr- und/oder Schlaghämmern muss ein Großteil der im Schlagwerk erzeugten Wärme über zwei Lagerstellen des zu dem Schlagwerk gehörenden Hammerrohrs abgeführt werden. Bauartbedingt weisen diese Lagerstellen aber nur geringe Berührflächen oder Kontaktflächen auf, sodass die Wärmeübertragungsfläche und damit die übertragbare Wärm eher gering sind. Demzufolge ist die thermische Belastung der im Gehäuse liegenden Schlagwerksbauteile bei den bekannten Ausführungen von Bohr- und/oder Schlaghämmern besonders hoch.
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Die an die Außenfläche des Schlagwerks gelangte Verlustwärme wird in überwiegendem Maße durch Konvektion an die Umgebung abgegeben. Ein zur Konvektion erforderlicher Luftmassenstrom wird dabei üblicherweise durch einen mit der Antriebseinheit verbundenen Lüfter erzeugt. Um den Luftmassenstrom zu einem vorderen Bereich des Bohr- und/oder Schlaghammers zu führen und den Bediener vor schädlichen Berührtemperaturen zu schützen, wird ein das Schlagwerk umgebendes Schlagwerkgehäuse häufig von einem zusätzlichen Kunststoffgehäuse umgeben. Da der heißeste Teil dieses Schlagwerkgehäuses aber häufig am Ende der Kühlkette steht, ist auch an dieser Stelle nach außen hin nur eine unzureichende Wärmeübertragung vorhanden.
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Dazu ist es beispielsweise aus
DE 10 2004 058 696 A1 bekannt, über den sogenannten Venturidüseneffekt effektiv Luft in die vorderen Bereiche zu bringen. Die Ausnutzung dieses Effektes erfordert dabei einen relativ komplexen Aufbau des Bohrhammers.
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Offenbarung der Erfindung
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Vorteile der Erfindung
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Die erfindungsgemäße Werkzeugmaschine, insbesondere Handwerkzeugmaschine, mit den Merkmalen des Hauptanspruchs hat den Vorteil, dass die Getriebeeinheit mindestens ein Kühlkörper umfasst. Durch den Kühlkörper kann vorteilhaft erreicht werden, dass in der Getriebeeinheit auftretende Abwärme besonders effektiv an einen umgebenden Luftmassenstrom abgegeben werden kann.
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Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen ergeben sich vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der im Hauptanspruch angegebenen Merkmale.
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Eine wirksame und zugleich bauraumgünstige Ausführung kann dadurch erreicht werden, dass die Getriebeeinheit eine zumindest drehbewegliche Welle umfasst, welche zumindest teilweise von dem Kühlkörper umgeben ist. Von besonderem Vorteil kann es dabei sein, wenn die drehbewegliche Welle in dem Kühlkörper gelagert ist.
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In einer besonders wirksamen Ausführung umschließt der Kühlkörper die zumindest drehbewegliche Welle im Wesentlichen koaxial.
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Wird der Kühlkörper zumindest im Wesentlichen drehfest, vorzugsweise drehfest mit der zumindest drehbeweglichen Welle verbunden, so kann ein Wärmeübertrag noch wirkungsvoller ablaufen. In einer besonders bevorzugten Ausführung ist der Kühlkörper als eine Schleuderscheibe ausgebildet.
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Um einen Wirkungsgrad des als ein Kühlkörper ausgebildeten Getriebeelements bezüglich eines Abtransports der Abwärme zu verbessern, weist das als ein Kühlkörper ausgebildete Getriebeelement mindestens einen mit Kühlrippen versehenen Teilbereich auf.
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In einer weiteren vorteilhaften Weiterentwicklung weist der Kühlkörper mindestens einen Wärme aufnehmenden Verbindungsbereich auf. Unter einem Wärme aufnehmenden Verbindungsbereich wird dabei insbesondere ein Bereich am Kühlkörper verstanden, an welchem dieser durch Kontakt, vorzugsweise direkten Kontakt zu einem Wärme abgebenden Körper steht, so dass einer möglichst geringer Wärmeübergangswiderstand entsteht. Ein direkter Kontakt kann dabei beispielsweise durch form- und/oder kraft- und/oder stoffschlüssige Verbindung hergestellt werden. In einer besonders einfachen Ausführung ist der Kontakt als eine Presspassung ausgebildet. Alternativ oder ergänzend kann in einer weiteren Ausführung im Verbindungsbereich eine wärmeleitende Substanz wie beispielsweise eine Wärmeleitpaste vorteilhaft eingesetzt werden.
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In einer bevorzugten Ausführung der Werkzeugmaschine sind zumindest Teile der Getriebeeinheit in einem Getriebegehäuse angeordnet, welches im Gehäuse aufgenommen ist. Vorzugsweise ist das Getriebegehäuse dabei aus einem metallischen Material, insbesondere Stahl gefertigt.
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In einer besonders vorteilhaften Ausführung weist das Getriebegehäuse mindestens an einer Oberfläche mindestens eine in einer Flächenrichtung gasdurchlässige Oberflächenstruktur auf. Unter einer Flächenrichtung wird dabei insbesondere eine Erstreckungsrichtung der Oberfläche verstanden. Unter einer gasdurchlässigen Oberflächenstruktur wird dabei insbesondere eine Struktur verstanden, welche einem die Struktur anströmenden Gas einen möglichst geringen, vorzugsweise nahezu verschwindenden Widerstand entgegensetzt. Das anströmende Gas kann dabei vorzugsweise Luft sein. In einer besonders einfachen Ausführung kann die Oberflächenstruktur dabei als mindestens eine Überströmnut ausgebildet sein.
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Für einen besonders wirkungsvollen Abtransport der Abwärme ist im Gehäuse mindestens eine Lufteintrittsöffnung vorgesehen, über welche ein Kühlluftstrom zum Abtransport zumindest eines Teiles der Abwärme in das Gehäuse strömen kann. Weiters ist dabei in einem Übergangsbereich zwischen dem Werkzeughalter und dem Gehäuse mindestens eine Luftaustrittsöffnung vorgesehen, über welche zumindest ein Bruchteil des Kühlluftstroms austreten kann.
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Um etwaige Schäden durch eindringenden Staub zu verhindern, verfügt das als ein Kühlkörper ausgebildete Getriebeelement mindestens über eine staubdichte Dichtstelle. Diese staubdichte Dichtstelle verhindert einen direkten Kontakt der Getriebeeinheit mit dem Kühlluftstrom zumindest weitestgehend, vorzugsweise nahezu vollständig.
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In einer bevorzugten Ausführung ist die zumindest drehbewegliche Welle eine zumindest drehbewegliche Arbeitsspindel, insbesondere ein Hammerrohr. In einer besonders bevorzugten Ausführung ist die erfindungsgemäße Werkzeugmaschine eine Handwerkzeugmaschine, insbesondere ein Bohr- und/oder Meißelhammer.
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In einem weiteren Aspekt betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Kühlung einer Werkzeugmaschine, insbesondere einer Handwerkzeugmaschine, welche eine in einem Gehäuse aufgenommene, eine Antriebseinheit und eine Getriebeeinheit aufweisende Antriebsvorrichtung aufweist. In einem Betrieb der Antriebsvorrichtung wird dabei eine Abwärme erzeugt, wobei über mindestens eine im Gehäuse vorgesehene Lufteintrittsöffnung ein Kühlluftstrom zu einem Abtransport zumindest eines Teiles der Abwärme in das Gehäuse strömt. Es wird vorgeschlagen, dass zumindest ein Teil des Kühlluftstroms über einen an einer drehbeweglichen Welle der Getriebeeinheit angeordneten Kühlkörper strömt.
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Beschreibung der Zeichnungen
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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und in der folgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:
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1 eine schematische Seitenansicht eines Bohr- und/oder Schlaghammers,
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2 einen Teilschnitt eines vorderen Bereichs des Bohrhammers aus 1 mit einem erfindungsgemäßen Lagerträger.
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Beschreibung der Ausführungsbeispiele
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1 zeigt eine schematische Ansicht eine Bohr- und/oder Meißelhammers 10 als Beispiel einer Werkzeugmaschine mit einem Gehäuse 12, einem am Gehäuse 12 beweglich angeordneten Werkzeughalter 14 zur Aufnahme eines Einsatzwerkzeugs 16 und einer im Gehäuse 12 aufgenommenen, eine Antriebseinheit 18 und eine Getriebeeinheit 20 aufweisende Antriebsvorrichtung 22 zum Antrieb des Einsatzwerkzeugs 16. Der Werkzeughalter 14 ist dabei vorzugsweise an einer Stirnseite 24 des Gehäuses 12 drehbar angeordnet. An einer der Stirnseite 24 des Gehäuses 12 gegenüber liegenden Seite des Gehäuses 12 ist im Beispiel nach 1 weiters eine Handgriffvorrichtung 26 vorgesehen. Die Handgriffvorrichtung 26 umfasst im vorliegenden Beispiel einen Gerätehauptschalter 28 zu einer Inbetriebnahme des Bohr- und/oder Meißelhammers 10. Weiters ist am Gehäuse 12 des Bohr- und/oder Meißelhammers 10 eine Zusatzhandgriffvorrichtung 30 angeordnet, insbesondere verstellbar angeordnet. Das Gehäuse 12 des Bohr- und/oder Meißelhammers 10 weist weiters mindestens eine, vorzugsweise zwei oder mehrere Belüftungsöffnungen 32 auf. In Abhängigkeit von einer Luftströmungsrichtung 34, 36 wirkt die Belüftungsöffnung 32 entweder als Lufteintrittsöffnung 38 oder als Luftaustrittsöffnung 40. Mindestens ist jedoch am Gehäuse 12 eine Lufteintrittsöffnung 38 vorgesehen.
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In einem Übergangsbereich 42 zwischen dem Gehäuse 12 und dem Werkzeughalter 14, insbesondere zwischen dem Gehäuse 12 und einer Mantelhülse 44 des Werkzeughalters 14, ist eine zusätzliche Luftaustrittsöffnung 46 vorgesehen.
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Die Antriebseinheit 18 umfasst im vorliegenden Beispiel einen Motor 48, insbesondere einen Elektromotor 50 und eine hier nicht dargestellte Motorwelle. Über die Motorwelle ist der Motor 48, 50 mit der Getriebeeinheit 20 wirkverbunden.
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Die Getriebeeinheit 20 des hier beschriebenen Bohr- und/oder Meißelhammers 10 weist in bekannter Form ein Drehantriebsgetriebe und/oder ein Schlagwerk mit einem Schlagantriebsgetriebe auf. Bei bekannten Bohr und/oder Meißelhämmern 10 ist das Schlagwerk häufig als ein sogenanntes Luftkissen- oder Luftfederschlagwerk ausgebildet. Wie bereits eingangs geschildert, erzeugen Luftkissenschlagwerke auf vielerlei Weisen Beiträge zu einer Abwärme der Antriebsvorrichtung 22 des Bohr- und/oder Meißelhammers 10.
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2 zeigt einen vorderen Bereich des Bohr- und/oder Meißelhammers 10 in einem Teilschnitt.
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Der Werkzeughalter 14 weist dabei neben der Mantelhülse 44 eine Werkzeugaufnahme 52, welche vorzugsweise auf einem metallischen Material, insbesondere einem Stahl gefertigt ist, sowie eine mindestens ein Verriegelungselement 54 umfassende Verriegelungsvorrichtung 56 auf. In der Werkzeugaufnahme 52 wird ein Einsteckende 58 des Einsatzwerkzeugs 16 aufgenommen und über die Verriegelungsvorrichtung 56 verriegelt.
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Die Getriebeeinheit 20 des Bohr- und/oder Meißelhammers 10 weist eine Arbeitsspindel 60, vorzugweise ein Hammerrohr 61 als Beispiel einer drehbeweglichen Welle 59 auf. Die Werkzeugaufnahme 52 ist hier beispielhaft in ein offenes Ende 62 der Arbeitsspindel 60, 61 eingeführt und vorzugsweise drehfest und axial unverschieblich mit der Arbeitsspindel 60, 61 verbunden. Im Beispiel nach 2 wird die Werkzeugaufnahme 52 über in die Werkzeugaufnahme 52 eingreifende und durch die Arbeitsspindel 60, 61 durchgreifende Verriegelungskörper 64 mit der Arbeitsspindel 60, 61 verbunden.
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Die Arbeitsspindel 60, 61 ist dabei über ein Gleitlager 66 in einem Getriebegehäuse 68 aufgenommen und gegenüber diesem drehbar abgestützt. Das Getriebegehäuse 68 ist dabei nach außen hin von dem Gehäuse 12, insbesondere einer Hammerrohrhaube 70 abgegrenzt und zumindest teilweise umschlossen. Dabei ist das Getriebegehäuse 68 insbesondere aus einem metallischen Material, vorzugsweise aus einem Stahl gefertigt. Die Hammerrohrhaube 70 ist wie das Gehäuse 12 vorzugsweise aus einem Kunststoff gefertigt. Zwischen der Arbeitsspindel 60, 61 und dem Getriebegehäuse 68 sind weiters ein Filzring 72 und ein Radialwellendichtring 74 angeordnet, über welche das Getriebegehäuse 68 gegenüber eindringendem Staub abgedichtet wird.
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In einem Übergangsbereich zwischen Werkzeugaufnahme 52 und der Arbeitsspindel 60, 61 ist weiters ein Schlagbolzen 76 vorgesehen. Der Schlagbolzen 76 weist dabei ein oder mehrere Ohrringe 78 auf, über welche ein Innenraum 80 der Arbeitsspindel 60, 61 gegenüber eindringendem Staub abgedichtet wird.
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In soweit entspricht der Aufbau des in 1 bzw. 2 gezeigten Bohr- und oder Meißelhammers 10 einem durchaus bekannten Serienkonzept für Bohr- und/oder Schlaghämmer. Ein Großteil der im Inneren des Schlagwerks – insbesondere in der Arbeitsspindel und im Werkzeughalter – erzeugten Abwärme muss mittels Wärmeleitung über das schmale, spielbehaftete Gleitlager 66 nach außen an das Getriebegehäuse 68 abgeführt werden. Die Arbeitsspindel 60, 61 hat praktisch keine Möglichkeit, Abwärme durch einen effizienten, konvektiven Wärmeabtransport abzuführen, da die Arbeitsspindel 60, 61 praktisch von den Umgebungsbauteilen thermisch isoliert wird. Das gleiche gilt in ähnlichem Zusammenhang natürlich auch für den thermisch gekoppelten Werkzeughalter 14.
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Bei dem nach 2 erfindungsgemäß ausgeführten Bohr- und/oder Meißelhammer 10 weist das Getriebegehäuse 68 mindestens eine Überströmnut 82 auf. Die Überströmut 82 erstreckt sich dabei entlang einer Flächenrichtung 71 entlang einer Oberfläche 69 des Getriebegehäuses 68. Unter einer Flächenrichtung wird dabei insbesondere eine Richtung verstanden, welche parallel zur Oberfläche 69 verläuft und insbesondere in einem lokalen Koordinatensystem der Oberfläche 69 dem Oberflächenverlauf in einer Raumrichtung folgt. Die Überströmnut 82 befindet sich in einem Abstützungsbereich des Getriebegehäuses 68 gegenüber der Hammerrohrhaube 70 bzw. dem Gehäuse 12 des Bohrhammers 10. Die Überströmnut 82 hat dabei die Aufgabe, einen Luftmassenstrom 84 in Richtung auf den Werkzeughalter 14 strömen zu lassen. Neben den hier gezeigten Überstömnuten 82 sind Fachmann darüber hinaus andere gasdurchlässige Oberflächenstrukturen 83 bekannt, welche erfindungsgemäß zur Herbeiführung einer konvektiven Kühlung der Schlagwerks eingesetzt werden können. Beispielsweise können Oberflächeneinsenkungen und/oder Gitterstrukturen erfindungsgemäß eingesetzt werden. Auch kann alternativ oder ergänzend vorgesehen sein, dass eine entsprechende gasdurchlässige Oberflächenstruktur 83' an einer Innenfläche des Gehäuses 12 im Abstützungsbereich vorgesehen ist.
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In einem Verbindungsbereich 86 zwischen der Arbeitsspindel 60, 61 und der Werkzeugaufnahme 52 ist radial außen liegend ein Kühlkörper 88 auf der Arbeitsspindel 60, 61 angeordnet, vorzugsweise drehfest mit der Arbeitsspindel 60, 61 verbunden. Unter einem Kühlkörper 88 wird dabei insbesondere ein Element verstanden, welches eine große Wärmeleitungs- und/oder Wärmeübergangsfläche und/oder Konvektionsfläche und/oder einen geringen Wärmeübergangswiderstand aufweist. Der Kühlkörper 88 ist in der Ausführung nach 2 als ein hauptsächlich hülsenartiges Bauteil ausgeführt. Der Kühlkörper 88 erstreckt sich dabei vorzugsweise form- und/oder kraftschlüssigen über den Verbindungsbereich 86. Der Kühlkörper 88 ist in dem vorliegenden Beispiel somit insbesondere drehfest mit der Arbeitsspindel 60, 61 verbunden. Dem Fachmann sind neben der form- und/oder kraftschlüssigen Verbindung der Kühlkörpers 88 mit der Arbeitsspindel 60, 61 weitere Verbindungstechniken bekannt, welche alternativ oder ergänzend erfindungsgemäß eingesetzt werden können. So kann beispielsweise eine stoffschlüssige Verbindung durch Löten oder Schweißen als alternative oder ergänzende Verbindungstechnik eingesetzt werden. Auch kann im Verbindungsbereich 86 eine wärmeleitender Stoff, insbesondere eine Wärmeleitpaste den Wärmeübergang von der Arbeitsspindel 60, 61 an den Kühlkörper 88 begünstigend eingebracht sein.
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In einer bevorzugten Ausführung, wie sie in 2 dargestellt ist, weist der Kühlkörper 88 weiters ein mit dem Getriebegehäuse 68 gemeinsam ausgebildetes Abdichtungslabyrinth 90 auf. Das Abdichtungslabyrinth 90 dient dabei einer verbesserten Staubabdichtung des Getriebegehäuses 68 gegenüber eindringender, staubhaltiger Luft beispielsweise aus dem Luftmassenstrom 84.
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Vorzugsweise weist der Kühlkörper 88 eine oder besonders bevorzugt mehrere in den Luftmassenstrom 84 ragenden Kühlrippen 92 auf. Der Luftmassenstrom 84 strömt so über die Überströmnuten 82 und die Kühlrippen 92. Danach tritt der Luftmassenstrom 84 über die im Übergangsbereich 42 vorgesehene zusätzliche Luftaustrittsöffnung 46 in die Umgebung aus. Eine insbesondere im vorderen Bereich des Bohrhammers 10 erzeugte Abwärme kann so über die Kühlrippen 92 des Kühlkörpers 88 effizient an den Luftmassenstrom 84 abgegeben werden.
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Der Kühlkörper 88 kann darüber hinaus zusätzliche Merkmale aufweisen, über welche Zusatzfunktionen darstellbar sind. So kann beispielsweise ein Abdichtlabyrinth 94 vorgesehen sein, über welches ein Innenraum 96 des Werkzeughalters 14 vor eindringendem Staub geschützt wird. Weiters kann der Kühlkörper 88 auch als Träger für Abdichtelemente 98 genutzt werden.
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In der Ausführung nach 2 ist der Kühlkörper 88 koaxial um die Arbeitsspindel 60, 61 angeordnet und insbesondere als eine Schleuderscheibe 100 ausgebildet. Das hat den Vorteil, dass durch eine Drehbewegung der Arbeitsspindel 60, 61 die Abdichtwirkung und der Kühleffekt des Kühlkörpers 88, 100 noch verstärkt werden.
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In Abhängigkeit von einer konkreten Ausführung der Werkzeugmaschine wird der Fachmann auf Grundlage der hier beschriebenen Merkmale und Funktionen des Kühlkörpers 88 diesen entsprechend den Erfordernissen anpassen, ohne dabei die erfindungswesentlichen Vorteile und Wirkungen zu verändern.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102004058696 A1 [0004]