CN102451928A - 工具设备 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种工具设备，其具有一气动的冲击机构，该冲击机构有一个沿工作轴线冲击作用的冲击锤。电动机用作驱动装置。传动机构具有一驱动齿轮和一从动齿轮，其中，所述驱动齿轮与所述从动齿轮啮合，并且至少所述从动齿轮的旋转轴线相对于工作轴线是偏斜的。所述驱动齿轮由金属制成，而所述从动齿轮由用碳纤维增强的塑料制成。

Description

工具设备
技术领域
本发明涉及一种工具设备，特别是一种手持式旋凿工具设备。
背景技术
在电动钻锤中，典型的是，气动冲击机构和旋转带动件由一个共同的电动机所驱动。由所述电动机带动进行轴向周期性运动的压气活塞通过一个空气弹簧来驱动冲击活塞。由所述冲击活塞产生的冲击被直接或间接地传递到钻头上。
所述旋转带动件通过一个连杆和一个传动机构与所述电动机相连接。作为典型的方式，在工具夹头中通过止锁元件将动力传递到钻头上，该止锁元件嵌入所述钻头上相应的槽中。所述钻头的轴向冲击通过旋转带动件的机械耦联而被传递到所述电动机上。所述电动机和所述传动机构的轴承必须设计为能够承受轴向以外的负荷。
发明内容
本发明的工具设备具有一气动的冲击机构，该冲击机构有一个沿工作轴线冲击作用的冲击锤。电动机用作驱动装置。传动机构具有一驱动齿轮和一从动齿轮，其中，所述驱动齿轮与所述从动齿轮啮合，并且至少所述从动齿轮的旋转轴线相对于工作轴线是偏斜的。所述驱动齿轮由金属制成，而所述从动齿轮由用碳纤维增强的塑料制成。
所述传动机构中的动力流始于所述电动机。在动力路径中，所述驱动齿轮比所述从动齿轮更加接近所述电动机。碳纤维增强的塑料、特别优选碳纤维增强的热塑性塑料与钢质材料、特别优选与含铜混合物的组合已证明具有与两个钢制齿轮相近的持久承受负荷的能力，并且具有附加的优点，即径向的冲击被缓冲减弱。因此减小了电动机上的负荷。
两个啮合的塑料制齿轮的组合在持久负荷下会失灵，即便这两个齿轮是用玻璃纤维强化的。需被传递的高扭矩也不能通过设计较宽的齿部得到补偿。由玻璃纤维强化的塑料构成的齿轮和钢制齿轮的组合也给不出令人满意的结果。意想不到的是，钢制的齿轮在此出现疲劳。而一个齿轮使用碳纤维、且另一个齿轮使用金属的变更才获得了能够充分承受负荷的组合。
所述齿轮应该被加工成具有高精度，也就是说具有小的公差。齿部尺寸的偏差导致较高的磨损和摩擦损失。所以首先是热固性塑料由于其通常较小的制造公差而显得很合适。在持久负荷下，聚酰胺亦即一种热塑性塑料制成的齿轮虽然公差较大，但却意想不到地具有较高的稳定性。
一个设计方案设置如下：所述工具设备具有一个用于使工具围绕工作轴线旋转的旋转带动件，并且由碳纤维增强的塑料构成的所述从动齿轮被耦联于所述电动机与所述旋转带动件之间的动力流路径中。
一个设计方案设置如下：所述碳纤维沿着所述齿轮的径向方向定向。由此获得特别好的缓冲特性。所述碳纤维可以相对所述齿轮的旋转轴线径向或者螺旋状地定向。
一个设计方案设置如下：所述从动齿轮的外径的大小至少三倍于其上支承该从动齿轮的轴的直径。该轴优选为钢制。已经得到证实，所述齿轮应该明显大于由所述轴形成的钢制芯棒，这样才能够获得显著的缓冲效果。
所述从动齿轮的旋转轴线优选以70°与110°之间的角度相对于所述工作轴线偏斜。
附图说明
下文将参照示范性的实施方式和附图阐述本发明。附图中示出：
图1为一钻锤；
图2、3和4为齿轮的不同视图。
在各附图中，如无其他说明的话，相同的或者功能一致的部件采用了同样的附图标记。
具体实施方式
图1示出的是一装有钻头2的钻锤1。气动的冲击机构3沿冲击方向4周期性地冲击作用到钻头2上。同时，一旋转带动件5持续地带动钻头2围绕该钻头的工作轴线6旋转。通过冲击与旋转的组合运动，钻头2在矿物材料中钻凿出圆形的钻孔。
所述钻锤1由一电动机7驱动，该电动机既驱动所述气动的冲击机构3，也驱动所述旋转带动件5。可以通过电网或者通过电池为所述电动机7供电。该高效的电动机7以其轴8相对于所述气动的冲击机构3和所述工作轴线6成夹角地布置，例如垂直设置。所述电动机7的旋转轴线9与所述工作轴线6相应地相互偏斜地设置。所述电动机7例如是电动换向电机，如磁阻电机。
举例示出的气动冲击机构3包括一导向管10，在该导向管中，滑动式地支承有压气活塞11(Erregerkolben，激励活塞)和冲击活塞12。所述压气活塞11和所述冲击活塞12在它们之间封闭成一个气动室13。所述压气活塞11通过一偏心轮14与所述电动机7耦联，因此该压气活塞11被强制沿所述导向管10的工作轴线6做周期性运动。通过作为空气弹簧起作用的、被周期性地压缩和解压的气动室13的推动，所述冲击活塞12随着所述压气活塞11的运动而运动。该冲击活塞12沿冲击方向4撞击到一中间冲击锤15上，这个中间冲击锤将该撞击作用传递到与该中间冲击锤15接靠的钻头2上。
在所述电动机7的轴8的一端上有一输出小齿轮16。传动机构17将该输出小齿轮16与所述旋转带动件5耦联。所示的传动机构17具有一个传动轴18，该传动轴与所述电动机7的轴8平行地设置。所述传动轴18上的第一齿轮19与所述电动机7的输出小齿轮16啮合。在所述传动轴18上设置有第二齿轮20，该第二齿轮例如与一个齿环21啮合。该齿环21与所述导向管10抗扭转(即二者不能相对旋转)地连接，该导向管由所述电动机7和所述传动机构17驱动而围绕所述工作轴线6旋转。所述第二齿轮20和所述齿环21例如可以被构造为锥齿轮。所述旋转带动件5例如可以在工具夹头22中与旋转的导向管10耦联。例如，所述旋转带动件5具有一个可以插入所述钻头2的空心套管。向该套管的空腔内突出的元件，例如销子23嵌入所述钻头2的槽内。除了可旋转的导向管10之外，作为可选方案，所述传动机构17还可以通过一传动杆与所述工具夹头22中的旋转带动件5耦联。
所述钻头2的机械振动经过所述工具夹头22和所述旋转带动件5被导入所述工具设备1。包括传动机构17的力传递路径可通过沿所述工作轴线6相互错位设置的啮合的齿轮将所述振动传递到所述电动机7的轴8上。通过采用由含有碳纤维的热塑性塑料构成的齿轮来实现缓冲，该齿轮与金属制的、首选钢制的齿轮啮合。其中，所述金属制的齿轮被设置在驱动一侧，就是说在向着电动机7的传动系中，而由纤维复合材料构成的齿轮则被设置在从动一侧。
在图示实例中，所述电动机7的输出小齿轮16为钢制，而与该输出小齿轮16啮合的直齿状的(stirnfoermig)第一齿轮19是由含碳纤维的热塑性塑料制成的。所述第一齿轮19的旋转轴线24垂直于所述工作轴线6。所述电动机7的输出小齿轮16优选由金属制成，除了钢以外，特别是含铜的合金，例如含铜量大于50％的含铜合金是适合的。
所述轴18上的第二齿轮20可以优选为钢制。
使偏心轮14与所述电动机7耦联的传动机构17的分支优选全部采用钢制齿轮。这些钢制齿轮能够持久地承受来自于所述冲击机构3的高强反作用力。在一个设计方案中，与所述电动机7的输出小齿轮16啮合的齿轮25可以由含碳纤维的热塑性塑料构成。所述偏心轮14的轴由一个或者数个轴承26加以引导，这些轴承吸收径向冲击的大部分。被传递到输出小齿轮16上的所述振动能够被充分缓冲减弱，这样塑料制的所述齿轮25就承受了出现的力。
图2、图3和图4示出的是由碳纤维增强的热塑性塑料制成的缓冲性齿轮30的示例结构的俯视图、剖视图以及侧视图。例如该缓冲性齿轮30可以用作所述第一齿轮19。该齿轮30具有由碳纤维增强的热塑性塑料构成的盘状基体31。所述热塑性塑料优选选自于聚酰胺类。采用其他种类的纤维，例如玻璃纤维，可能不具备所期望的特性。
在所述基体的圆周边成形有齿部32。这些齿部32可以相对所述旋转轴线23偏斜5度与25度之间的倾斜角40，例如17度。所述输出小齿轮16构造有同样的倾斜角，用于使相互啮合的齿部均匀地进行力传递。所述缓冲性齿轮30在中心处具有一个贯通的轮毂孔33，该轮毂孔为了改善扭矩的传递而具有多个非圆形的、径向向外突伸的槽34。优选为钢制的传动轴18被压入所述轮毂孔33中。所述传动轴18上的翼状体(Fluegel)嵌入所述槽34中。
所述盘状基体31的结构是考虑到沿冲击方向4的脱联作用而设计的。优选所述碳纤维只沿径向延伸，也就是说如图2中通过少数几个碳纤维35所示的那样，从所述轮毂孔33直线伸向带齿部32的圆周边。相对于径向延伸的所述碳纤维35，没有设置横向延伸的、例如环绕所述旋转轴线23的碳纤维35。这种非完全成网结构方式意想不到地被证明是有利的，其能够特别有效地缓冲减弱从所述气动冲击机构3经由所述传动轴18导入的径向冲击。尽管碳纤维是沿着其走向能够传递最大的力，但这种设置结构对于以有利方式来传递冲击而言却似乎并无效力。估计震荡波可能会在热塑性塑料的母体材料中消散。
所述基体31的几何形状设计同样具有使所述输出小齿轮16从所述冲击脱联的可能性。所述缓冲性齿轮30优选具有相当于所述轮毂孔33或者所述传动轴18内径37的至少三倍那么大的直径36。该直径36被定义为齿顶圆直径，也就是说被定义为限定所述缓冲性齿轮30的圆周的直径。在此，所述盘状基体31优选具有这样一种厚度38，垂直于轴线23，该厚度的大小为所述直径36的4％到8％。借此，所述盘状基体31显示出沿所述轴线23的足够的柔软性，该柔软性允许通过所述冲击的震荡波进行激励。这样，被径向导入的冲击能够部分地在轴向方向上延伸。相互啮合的齿轮在此情况下虽然彼此间略有位移，但是已经证明，这样总比径向冲击作用到所述电动机7的轴8上要有利。
有利的是，沿着所述第一齿轮30的圆周所述齿部32的数量受到限制。所述第一齿轮30的直径36与其齿部32的数量之比在1.0cm/每齿与1.25cm/每齿的范围内。所述齿部32具有比较大的基面39，因此冲击作用被分配到基体31的较大的部段上。

Claims (10)

1.工具设备，其包括：用于使一工具(2)沿一工作轴线(6)运动的直线驱动装置(3)；一电动机(7)；一传动机构(17)，该传动机构具有驱动齿轮(16)和从动齿轮(19)，其中，所述驱动齿轮(16)与所述从动齿轮(19)啮合，并且至少所述从动齿轮(19)的旋转轴线(18)相对于所述工作轴线(6)是偏斜的；其中，所述驱动齿轮(16)由金属制成，而所述从动齿轮(19)由用碳纤维增强的塑料制成。
2.如权利要求1所述的工具设备，其特征在于：电动机的轴(8)相对于所述工作轴线是偏斜的。
3.如权利要求1或2所述的工具设备，其特征在于：所述从动齿轮(19)的所述旋转轴线(18)和/或所述电动机(7)的所述轴(8)垂直于所述工作轴线(6)。
4.如前述权利要求之任一项所述的工具设备，其特征在于：所述工具设备具有使工具(2)围绕所述工作轴线(6)旋转的旋转带动件(5)，并且由碳纤维增强的塑料制成的所述从动齿轮(19)被耦联于所述电动机(7)与所述旋转带动件(5)之间的动力流路径中。
5.如前述权利要求之任一项所述的工具设备，其特征在于：碳纤维沿着所述从动齿轮(19)的径向方向定向。
6.如权利要求5所述的工具设备，其特征在于：所述碳纤维只平行于所述从动齿轮(19)的径向方向定向。
7.如前述权利要求之任一项所述的工具设备，其特征在于：所述从动齿轮(19)的外径的大小至少三倍于其上支承该从动齿轮(19)的轴(18)的直径。
8.如前述权利要求之任一项所述的工具设备，其特征在于：所述从动齿轮(19)的旋转轴线以70°与110°之间的角度相对于所述工作轴线(6)偏斜。
9.如前述权利要求之任一项所述的工具设备，其特征在于：所述驱动齿轮(16)具有含铜的合金。
10.如前述权利要求之任一项所述的工具设备，其特征在于：所述直线驱动装置具有一气动的冲击机构(3)，该冲击机构带有沿所述工作轴线(6)冲击作用的冲击锤(12)。
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