CN102105271B - 带有可变旋转驱动器的空气弹簧冲击机 - Google Patents

Abstract

一种冲击机，其具有发动机(1)、能够通过该发动机在导向缸(8)中作往复运动的驱动活塞(7)、以及冲击活塞(9)。在驱动活塞(7)与冲击活塞(9)之间有联接装置(5，6)起作用，通过该联接装置(5，6)可将驱动活塞(7)的运动传递到冲击活塞(9)上。发动机(1)可以是磁发动机或同步发动机。可如此控制该发动机，以使得可在冲击周期内和/或随冲击周期的不同而产生转子的不同旋转速度。

Description

带有可变旋转驱动器的空气弹簧冲击机

技术领域

本发明涉及一种按照权利要求1和2的前序部分的冲击机。

背景技术

这种冲击机例如用于电驱动的破碎锤或钻孔锤和/或冲击锤中。该冲击机通常具有在旋转方向上以相当恒定的旋转速度旋转的发动机，该发动机通过曲柄传动装置或者摆动传动装置使驱动活塞(活塞)作往复运动，该驱动活塞在其侧通过弹簧(例如空气弹簧)来驱动冲击活塞(冲击锤)。对于由旋转发动机驱动的冲击机，根据曲柄传动装置(曲柄半径)或者摆动装置(摆动行程)的确定的几何形状来固定地调节驱动活塞的行程。在冲击周期期间，由于惯性，旋转频率多半也是相当恒定的。通过驱动活塞的行程和旋转频率来固定地预先给出冲击强度。因此，频率和冲击强度就不能彼此独立地进行调节。

从EP1 172 180 A2中已知一种由旋转电动机驱动的冲击机。可以通过调节系统来手动地或电动地改变驱动活塞的行程。然而，调节机构的耗费却很高。此外，调节机构可能会不在一个冲击周期内对不同的反冲条件作出反应。

此外，从DE 10 2005 030 340 B3和WO 03/066286A1中已知一些冲击机，在这些冲击机中直接通过一种电驱动的直线发动机来驱动驱动活塞。直线发动机提供了在一定的物理边界内个体地改变每个冲击周期变化的可能性。然而，它的缺点是，转子和定子并不每时每刻以其各自的长度完全接触，这是因为它们线性地彼此滑过。这意味着，结构性耗费和由此带来的成本和发动机重量都会比在整个电磁工作面始终接触的旋转发动机中更多。

由EP-A-1 607 186中已知一种可调节单独冲击能量的冲击机。为此，设有转速调节装置，通过该转速调节装置可改变发动机转速。

在DE 498 728C中描述一种冲击机，其中当固定在摆动拉杆处的铁心通过两个彼此相对的励磁线圈相应地被吸附时，摆动拉杆可围绕旋转轴作往复运动。由此导致通过钢板弹簧与摆动拉杆联接的、在其侧对凿刀起作用的冲击锤作往复运动。

发明内容

本发明的任务在于，给出一种带有驱动器的冲击机，其中可以在单个冲击周期的时间范围期间控制驱动活塞的路程和速度并由此控制冲击。此外，应当能够随冲击周期的不同而可变地调节冲击频率和冲击强度。

按照本发明，本任务通过带有权利要求1或2的特征的冲击机得以解决。在从属权利要求中给出进一步改进。

一种冲击机，其具有带有发动机和设置在该发动机内部的转子的驱动器、能够通过该驱动器在导向装置中作往复运动的驱动元件、冲击元件以及在驱动元件与冲击元件之间起作用的联接装置，通过该联接装置可将驱动元件的运动传递到冲击元件上，其特征在于，所述发动机可如此控制，以使得在一个冲击周期内和/或随冲击周期的不同能够产生转子的可变(即不同)的旋转速度。

通过这种对发动机的特殊控制，可以总是达到一定的例如通过控制来预先给定的单独冲击能量。通过精确地控制发动机以使得转子可以甚至在一个冲击周期内达到不同的旋转速度和例如特殊的运动变化，相应地也能达成与转子联接的驱动元件的运动的设定。由此，可以预先确定或控制持续时间、行程、频率和总体来说转子的、驱动元件的、且最后接下来也是冲击元件的路程-时间变化曲线。

可如此控制发动机，以使得在冲击周期内和/或随冲击周期的不同按照用于转子运动的预定算法来改变旋转速度。这样，例如该算法可具有通过控制和/或调节来固定地预先给定的关于转子运动的路程-时间变化曲线。在这种情况下，因此例如仅根据操作者的外部设定来预先给定转子关于时间的运动以及接下来驱动元件关于时间的运动。

当然，路程-时间变化曲线可以随冲击周期的不同而改变。这样在冲击机启动时，即使在操作者已经如他打算在全负荷状态下运行装置那样操纵相应的操作元件的情况下，首先自动地达到伴有驱动元件的相对较小行程但已具有较高工作频率的平稳起动也是有可能的。

固定地预定的路程-时间变化曲线因此可以完全取决于周围环境条件(特别是操作者的愿望)的变化而改变。

算法根据出现在冲击机的部件处或者随着这些部件出现的事件，特别是根据冲击机的实际运动来预先给定转子的运动同样也是可能的。在这种情况下，例如冲击机的运动可以通过合适的手段来监测，以使得转子的运动和接下来驱动元件的运动与冲击元件相匹配。当例如冲击元件仅通过极小的反推力被反弹回来时，驱动元件可以完成一段相应的行程，以使得冲击元件又被吸回。

也可以如此控制发动机，以使得发动机在冲击周期期间产生往复运动或者同向的旋转运动，和/或由发动机驱动的驱动元件达到接近冲击元件的运动变化的运动变化，和/或在每个冲击周期期间经过驱动元件的朝向冲击元件的下止点，和/或当发动机全负荷运行时至少在每个冲击周期期间经过驱动元件的背向冲击元件的上止点。

由于发动机的特殊构造及其控制，因此发动机不实现恒定的旋转运动也是可能的。更确切地说，转子的旋转运动在旋转速度、频率但也在旋转方向方面是可变的且能个体地控制，更准确地说，随冲击周期的不同或甚至在一个冲击周期内是可变的且能个体地控制。在此，将冲击周期理解为从一次冲击到下一次冲击的时间间隔。

因此，例如转子不是强迫地达到同向运动而是达到往复运动也是可能的。因此，如果发动机能够既产生同向运动又产生往复运动可能是恰当的。发动机随后可以视控制情况而同向地朝一个方向通过或者在需要时执行例如围绕下止点的往复运动。这要求发动机有较高的可变性和可控制性。

对此，将发动机设计成惯性很小是有意义的，这样发动机的旋转运动和驱动元件的由此导出的运动能够接近冲击元件的运动变化。需强调指出的是，当驱动元件与冲击元件之间的距离在冲击周期期间没变得太大时，就能尤其达到和谐的冲击过程。由此，可以较小的尺寸，尤其是较短地构造在驱动元件与冲击元件之间起作用的例如空气弹簧之类的联接装置。

如此控制发动机以使得总是(即，在每个冲击周期中)经过下止点是有意义的，这是因为关于所有可想到的冲击强度和频率的冲击点总是位于大约相同的位置处。由此，不需要所有用于在下止点中使活塞制动的结构空间耗费或者能量耗费。特别是下面的换向空气弹簧或者电制动能量的提供不是必需的，如同这在直线驱动器的情况中那样。(参见DE 10 2005 030340 B3)。

对于这种运行方式，驱动元件不必强迫地经过理论上可能的上止点，这是因为驱动元件已经在之前使其运动方向换向。

对于最大冲击强度(即，在发动机全负荷时)，也为上止点保留旋转方向是恰当的。由此，恰在有大功率需求的周期时，用于在上止点中使活塞制动的能量耗费变少。类似于在下止点中，随后在上止点中也仅仅需要较少的或者根本不需要换向空气弹簧以及仅仅需要较少的电制动能量。

发动机与驱动元件之间可设有传递装置，其用于将由发动机产生的旋转运动转换成驱动元件的纵向运动。该传递装置可具有合适的构件，例如曲柄传动装置、连杆、(还具有不均匀齿距的)齿条、摇杆、凸轮盘、蜗杆、摆动指、球面运动机构、链条、齿形皮带、绳索传动装置等。

传递装置可具有变速装置，以使得发动机在冲击周期期间产生转子的多个旋转。然后在冲击周期期间，发动机向相同的方向运行多个旋转，直到在驱动元件的上止点中或其附近使发动机旋转方向换向为止。对于这种结构，发动机必须对于提高的转速而言是合适的。对此，发动机仅必须提供较小的扭矩，以使得把发动机造得较小是可能的。

替换地，也可以不使用这种变速装置，即例如变速器中间级，以保持较小的惯性力。

发动机可以例如是异步或者同步发动机，以及例如磁发动机，爪极发动机或扭矩发动机。

就原则性控制来说，驱动器符合如在WO 03/066286A1或DE 10 2005030 340 B3中所描述的直线发动机。然而，本文中的发动机是再次卷起的(即作用上封闭的)带有旋转驱动的转子而不是直线发动机中可轴向运动的转子的直线发动机。

在另一种变型中，驱动装置可具有两个反向运行的共同驱动驱动元件的发动机。对于这种实施方式，将两个共同使驱动元件运动的相对较小地构造的和轻的发动机联接在一起就足够了。将驱动器分成两个发动机增加了在设计使用冲击机的生产工具(即，例如破碎锤)时的余地。

这些发动机中的每个发动机可以再次以上述方式在冲击周期内被个体地控制，并且例如被构造为磁发动机或同步发动机，从而一方面该发动机具有旋转的转子，并且另一方面可以如直线发动机那样来对该发动机进行控制。

可以向这些发动机中的每个发动机分配一个传递装置，从而将由各个发动机产生的旋转运动转化成驱动元件的纵向运动。发动机对共同的传递装置加负荷同样也是可能的。

发动机也能以另一种方式彼此联接以共同驱动驱动元件。

在一种实施方式中，冲击机是空气弹簧冲击机，驱动活塞是驱动元件，冲击活塞是冲击元件。联接装置可具有在驱动活塞与冲击活塞之间的空腔内构成的驱动-空气弹簧，通过该驱动-空气弹簧可将驱动活塞的运动传递到冲击活塞上。

在一个改进方案中，联接装置可以除驱动-空气弹簧外还具有在驱动活塞与冲击活塞之间起作用的复位空气弹簧，以在一次冲击之后支持冲击活塞的反向运动。以此方法实现一种所谓的起双重作用的空气弹簧。

相对于常见的旋转发动机，如例如在EP 1 172 180 A2中描述的那样，本发明实现了冲击频率的变化与冲击强度的变化无关。由此，在置放从冲击机加负荷到锤子中的凿刀时可以达到例如具有小冲击强度的高冲击频率。通过发动机的快速制动可以达到空转，而不要求空转行程或者特殊的空转装置。此外，即便在极其不同的反冲(在冲击元件碰撞到工具上)时，通过将驱动活塞的运动与冲击元件的轨迹相匹配来实现精确的冲击强度调节是可能的。可以根据不同的环境压力来匹配驱动元件与冲击元件之间的关系。

相对于带有直线发动机的电子动态驱动器，本发明也是有优点的。如此转子表面和定子表面将被充分利用，这是因为转子与定子始终完全接触。在上止点与下止点的范围内，对于驱动活塞的制动而言不必有或者只需要较弱的换向弹簧，因为驱动活塞的换向点的大概位置与全冲击时发动机的上止点和下止点大致上一致。

由于这种结构，因而较小的电力和由此较少的用于电中间存储的措施是可能的，以使得能够选择例如较小的电容器。

发动机由于旋转运动的部件和随之存在的旋转轴承支承部位而可以比带有转子的线性导向的直线发动机更容易被密封住。转子的轴承支承部位必须-在那里径向位于内部地-仅承受比在直线发动机的转子的情况中更低的速度。由此，惯性力和摩擦都可以减少。

附图说明

以下根据参照附图的例子来进一步说明所提及的和其他的优点与特征。图中示出：

图1：在示意图中示出一种按照发明的冲击机

图2：已知冲击机中的驱动活塞与冲击活塞的运动变化

图3至图5：驱动活塞关于曲轴转角的不同运动变化

图6：驱动活塞关于时间的运动变化

图7：图1的冲击机中驱动活塞和冲击活塞的运动

图8：冲击机的另一种实施方式

具体实施方式

图1在示意性侧视图中示出带有发动机1的冲击机，该发动机1具有定子2、转子3和控制电子装置4。该发动机可以是磁发动机或者同步发动机。因此，该发动机在作用上符合在圆周上封闭的卷起的直线发动机。控制电子装置4使得能够在物理边界内产生转子3的任意旋转运动、路程和旋转速度。

转子3的旋转运动通过枢轴5传递到连杆6上。枢轴5与连杆6构成曲柄传动装置形式的传递装置。

用作驱动元件的驱动活塞7与连杆6联接，该驱动活塞7在用作导向装置的导向缸8内可以往复运动。

在驱动活塞7内布置用作冲击元件的冲击活塞9。冲击活塞9在驱动活塞7的空腔内可往复运动。通过驱动活塞7与冲击活塞9之间的相对运动以已知方式构造驱动-空气弹簧10，该弹簧10特别在驱动活塞7朝凿刀11的方向向前运动时使冲击活塞9同样也向前运动。冲击活塞9周期性地出现在保持在工具夹13中的凿刀11上。

附加地，在冲击活塞9之前同样在驱动活塞7内部构造复位空气弹簧12，该弹簧12在冲击完成后支持冲击活塞9的返回运动。由此实现带有本身已知的起双重作用的空气弹簧的冲击机。

图2针对带有旋转驱动器的常见冲击机示出驱动活塞(活塞)关于曲柄转角的运动(图2a)以及驱动活塞和冲击活塞(锤子)关于时间的运动(图2b)。

如此可识别出，电动机在一个冲击周期中经过360度转角，并且驱动活塞在活塞行程中完成一次相应的近似正弦运动。图2中示出了两个冲击周期(720度转角)。

图2b中可识别出，锤子(下面的曲线)时间偏移地跟随活塞的运动。冲击总是在最下面的位置中进行。

不同于这些用常见的发动机以常见的方式可以达到的运动变化，本发明使得在图1中示出的冲击机中能够如图3至图6中所表示地那样个体可变地控制驱动活塞。

图3示出驱动活塞7关于曲柄转角的活塞运动。此时，最大可能的上止点(1.0000)与下止点(0.0000)之间的活塞行程会被完全用尽。

在图4的图示中，驱动活塞虽然到达0.0000处的下止点，但其却不能到达图3的最大上止点，而仅可以到达在0.8000范围内的上止点(此处：换向点)。

图5中，如此控制发动机1，以使得驱动活塞到达仅为0.3500的上止点并且随后已再次换向。

借助发动机1通过在各自达到相应的最大旋转角时使转子3的旋转方向换向的方式来达成图3至5中示出的变化。因此驱动活塞7完成一次往复运动，而不必通过由传递装置(即，例如曲柄传动装置)预先规定的最大提升运动和最大上止点(如图3所示)。

在每个冲击周期中如图3至5中所示那样经过下止点(位置：0.0000)是完全有意义的。

在图6中，在时间上示出这些活塞运动。

可清楚地识别出，通过对发动机1的相应控制可使驱动活塞达到十分不同的运动变化、活塞行程和频率。因此，例如对于图5的在时间上相对较小的活塞行程而言可能有高频冲击，而在用尽最大可能的活塞行程(图3)时可达到较小的频率。

此外可识别出，对于产生驱动活塞7的冲击运动，驱动活塞不必运动经过最大上止点(位置：1.0000)。

除了在图3至5中示出的实施方式外，不是在每个冲击周期中都经过下止点也是可能的。在这种情况下，在曲柄传动装置(或相应的齿轮齿条传动装置等)或驱动活塞已经到达理论上可能的下止点之前，转子3的旋转运动和由此驱动活塞的运动方向可以已经换向。驱动活塞随后通过转子3的旋转首先向下运动，然而已经在到达(理论上可能的)下止点之前就进行制动，并且又返回运动。以此方式，在这种实施方式中不会经过下止点，类似于结合图3至5的实施方式对于上止点有效的那样。转子3的往复运动导致驱动活塞不经过下止点或上止点的往复运动。

图7示出驱动活塞7和冲击活塞9关于时间的运动的例子。

不同于已知冲击机中如图2所示的活塞-锤子运动，驱动活塞和冲击活塞9的运动变化显著接近。可达到的最大轴向距离比现有技术中的最大轴向距离显著更小。由此可以例如将驱动-空气弹簧10造得较短。

图8示出图1的冲击机的另一种实施方式。

此处设置两个各自驱动连杆6的发动机1，驱动活塞7由此以相应的方式进行往复运动。发动机1如通过箭头方向所示的那样进行反向运行。

变化的发动机扭矩互相抵消，以使得在驱动活塞7上没有侧向力或者倾覆扭矩起作用。当冲击机例如使用在手持式生产工具中时，这会增加运转平稳和由此带来的舒适度。

冲击机可以特别用在钻孔锤和/或冲击锤或破碎锤中。

Claims (17)

1.一种冲击机，其具有

－带有发动机（1）和设置在所述发动机（1）中的转子（3）的驱动器；

－能够通过所述驱动器在导向装置（8）中作往复运动的驱动元件（7）；

－冲击元件（9）；以及具有

－在所述驱动元件（7）与所述冲击元件（9）之间起作用的联接装置（10），通过所述联接装置（10）能够将所述驱动元件（7）的运动传递到所述冲击元件（9）上；

其中，

－能够如此控制所述发动机（1），以使得能够在冲击周期内产生所述转子（3）的可变旋转速度；并且其中，

－能够如此控制所述发动机（1），以使得在冲击周期内按照用于所述转子（3）的运动的预定算法来改变所述旋转速度；

其特征在于，

－所述算法根据在所述冲击机的部件处或随着所述冲击机的部件出现的事件来预先规定所述转子（3）的运动。

2.如权利要求1所述的冲击机，其特征在于，所述算法根据所述冲击元件（9）的实际运动来预先规定所述转子（3）的运动。

3.一种冲击机，其具有

－带有发动机（1）和设置在所述发动机（1）中的转子（3）的驱动器；

－能够通过所述驱动器在导向装置（8）中作往复运动的驱动元件（7）；

－冲击元件（9）；以及具有

－在所述驱动元件（7）与所述冲击元件（9）之间起作用的联接装置（10），通过所述联接装置（10）能够将所述驱动元件（7）的运动传递到所述冲击元件（9）上；

其中

－能够如此控制所述发动机（1），以使得能够随冲击周期的不同来产生所述转子（3）的可变旋转速度，

其特征在于，

－能够如此控制所述发动机（1），以使得所述发动机（1）在冲击周期内产生所述转子（3）的往复运动。

4.如权利要求3所述的冲击机，其特征在于，能够如此控制所述发动机（1），以使得在冲击周期内和/或随冲击周期的不同按照用于所述转子（3）的运动的预定算法来改变所述旋转速度。

5.如权利要求4所述的冲击机，其特征在于，所述算法根据在所述冲击机的部件处或随着所述冲击机的部件出现的事件来预先规定所述转子（3）的运动。

6.如权利要求4或5所述的冲击机，其特征在于，所述算法根据所述冲击元件（9）的实际运动来预先规定所述转子（3）的运动。

7.如权利要求1或4所述的冲击机，其特征在于，所述算法具有通过控制和/或调节来固定地预先给定的关于所述转子（3）的运动的路程－时间变化曲线。

8.如权利要求1或3所述的冲击机，其特征在于，能够如此控制所述发动机（1），以使得由所述发动机（1）驱动的所述驱动元件（7）达到与所述冲击元件（9）的运动变化接近的运动变化。

9.如权利要求1或3所述的冲击机，其特征在于，能够如此控制所述发动机（1），以使得：

－在每个冲击周期内经过所述驱动元件（7）的朝向所述冲击元件（9）的下止点；和/或

－不在每个冲击周期内经过所述驱动元件（7）的背向所述冲击元件的上止点。

10.如权利要求1或3所述的冲击机，其特征在于，在所述发动机（1）与所述驱动元件（7）之间设置传递装置（5，6），其用于将由所述发动机（1）产生的旋转运动转化成所述驱动元件（7）的纵向运动。

11.如权利要求10所述的冲击机，其特征在于，所述传递装置具有变速装置，以使得所述发动机（1）在冲击周期期间产生所述转子（3）的多个旋转。

12.如权利要求1或3所述的冲击机，其特征在于，所述驱动器具有两个反向运行、共同驱动所述驱动元件（7）的发动机（1）。

13.如权利要求1或3所述的冲击机，其特征在于，向所述发动机（1）中的每个发动机分配传递装置（5，6），以将由所述各个发动机产生的旋转运动转化成所述驱动元件（7）的纵向运动。

14.如权利要求1或3所述的冲击机，其特征在于，

－所述冲击机是空气弹簧冲击机；

－所述驱动元件被构造为驱动活塞（7）；

－所述冲击元件被构造为冲击活塞（9）；

－所述联接装置具有在所述驱动活塞与所述冲击活塞之间的空腔中构成的驱动－空气弹簧（10），通过所述弹簧（10）能够将所述驱动活塞（7）的运动传递到所述冲击活塞（9）上。

15.如权利要求14所述的冲击机，其特征在于，所述联接装置除所述驱动－空气弹簧外附加地具有在所述驱动活塞（7）与所述冲击活塞（9）之间起作用的用于在一次冲击后支持所述冲击活塞（9）的返回运动的复位－空气弹簧（12）。

16.如权利要求1或3所述的冲击机，其特征在于，所述发动机（1）是异步发动机、磁发动机或者其他的同步发动机。

17.如权利要求1或3所述的冲击机，其特征在于，所述发动机（1）被构造为卷起的、作用上封闭的直线发动机。

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