CN103372851B - 手持式工具机及其控制方法 - Google Patents

手持式工具机及其控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种手持式工具机及其控制方法，该手持式工具机包括：用于在工作轴线（10）上保持凿用工具的工具支座；气动的冲击机构，该冲击机构具有在工作轴线上可移动的锤（13）、通过马达在前面的远工具死点和近工具死点之间来回被驱动的激励器（12）以及由激励器和锤封闭的气动室（15），该气动室用于将激励器的运动耦合到锤上；以及缓冲装置，其具有预压缩器（19）以及受控制的排气阀（32），当激励器处在远工具死点附近时，受控制的排气阀允许空气从预压缩器流入气动室中。

Description

手持式工具机及其控制方法
技术领域
本发明涉及一种手持的或者手动控制的工具机，该工具机包含气动作用的冲击机构，比如电动冲击钻机、电动凿锤。
背景技术
DE2854953C2介绍一种冲击钻机。冲击钻机具有锤，该锤通过中间连接的气动室由机动的活塞激励。冲击钻机的效率和功率应该通过离心式压缩机被提高。由离心式压缩机预压缩的空气通过由锤体可遮挡的开口流入气动室中。离心式压缩机正好在该时间点或者在该时间段期间提高在气动室中的气压，该时间点或时间段决定最佳的锤加速度。该锤在撞击到冲头之前不久获取附加的推力，以便提高冲击能量。
当能量被传送到锤上时，操作者必须施加保持力。按照手持式工具机的典型的从10Hz到100Hz的冲击频率周期性地进行传送，因此操作者感觉保持力为振动。振动从生理学的原因来看应该维持在低水平。因此冲击能量不能任意被增加。
发明内容
本发明涉及一种手持式工具机，其具有用于在工作轴线上保持凿用工具的工具支座。气动的冲击机构在工作轴线上具有可移动的锤、激励器以及由激励器和锤封闭的气动室，该气动室耦合激励器的运动到锤上。激励器由马达驱动并且在前面的远工具死点(远离工具的死点)和近工具死点(靠近工具的死点)之间来回移动。缓冲装置包含预压缩器以及受控制的排气阀。当激励器处在远工具死点附近时，受控制的排气阀允许空气从预压缩器流入气动室中。
气动室形成所谓的空气弹簧，其在激励器和锤之间传输力。耦合强度随着激励器和锤的距离快于线性地减小。因此出现短的时间段，在该时间段中激励器为了下一次冲击传输能量到锤上。当激励器在其死点之间的一半路程上时发生传输。
在锤接近激励器之前，即在激励器已经过在其死点之间的一半距离之前，本发明的手持式工具机已提高压力。在那里激励器具有最高的速度并且能最大效率地传输能量。伴随着压力提高，耦合强度提高。因此激励器可以较早传输显著的能量到锤上。因此能量传递的时间段增加并且与此同时出现的峰值力降低。
当受控制的排气阀允许空气从预压缩器流入气动室中时，激励器到其远工具死点的距离优选地小于激励器行程的5％。在这里要特别考虑，由压缩器建立的压力使锤减速。如果其发生过早或者过强，当激励器以其最大速度移动时锤不再能到达激励器。
预压缩器包含泵装置。泵装置可以是与冲击机构不相关地运行的泵装置或者是与冲击机构机械耦合的泵装置。例如激励器可以形成泵装置的泵活塞。背离冲击方向的激励器表面封闭泵装置的压缩室并且因此通过其运动使压缩室压缩/解压。
一种扩展结构可以包含罐形的导向管。在导向管中在工作轴线上与冲击方向相反地设置有锤、气动室、激励器以及泵装置的压缩室。底部在导向管中与冲击方向相反地封闭压缩室。
一种扩展结构可以具有活塞杆，该活塞杆耦合激励器与偏心轮或者摆动驱动器。该活塞杆穿过底部。
一种扩展结构可以具有导向管，在该导向管中激励器气密封地被引导。导向管在其内面中在远工具死点附近具有最少一个凹部。当激励器占据与凹部对置的位置时，在气动室和预压缩器之间形成通道。一种扩展结构在激励器中具有止回阀。
一种扩展结构具有阀，当激励器在远工具死点附近时，该阀连接气动室与泵室。泵装置使在泵室中的压力降低到低于环境压力的水平，直到激励器到达近工具死点。泵室可以在冲击方向上通过可移动的激励器被封闭。
一种手持式工具机的控制方法基于以下的步骤：当激励器处在远工具死点附近时，借助于预压缩器提高在气动室中的空气压力。气动室中的空气压力的上升因此快于这单独通过锤靠近激励器所出现的那样。此外，当激励器处在近工具死点附近时，在气动室中的空气压力可以借助于泵装置被降低。空气压力下降因此快于这单独通过使激励器远离锤所出现的那样。
附图说明
下面参照示例性实施例和附图进一步阐述本发明，相同或者功能相同的元件在附图中由相同附图标记表示，除非另有说明。附图如下：
图1：冲击钻机；
图2～4：冲击钻机的冲击机构的纵剖面图；
图5：另一种冲击机构；
图6：另一种冲击机构；
图7：另一种冲击机构。
具体实施方式
图1示意地示出冲击钻机1作为凿用手持式工具机的例子。冲击钻机1具有工具支座2，凿用工具的、例如钻头4的杆端3可以被装入该工具支座中。冲击钻机1的初级驱动器是马达5，它驱动冲击机构6和输出轴7。操作者可以借助于手柄8把持住冲击钻机1并且借助于系统开关9使冲击钻机1运转。在运转中冲击钻机1可以使钻头4连续地围绕工作轴线10旋转并且可以同时使钻头4沿着工作轴线10在冲击方向11上冲击到基础中。
冲击机构6是气动的冲击机构6。激励器12和锤13在冲击机构6中沿着工作轴线10可移动地被引导。激励器12通过偏心轮14或者摆动指被耦合到马达5上并且被强制做周期性的直线运动。通过在激励器12和锤13之间的气动室15形成的空气弹簧，锤13的运动耦合到激励器12的运动。锤13可以直接冲击到钻头4的后端上或间接地通过基本上静止的冲头16把其部分动量传输到钻头4上。锤13和激励器12例如可以构成为活塞，它们被安置在导向管17中。冲击机构6和优选其他驱动部件被安置在机器外壳18的内部。
图2示出气动的冲击机构6和预压缩器19的详细纵剖面图。
锤13例如是圆柱形的活塞，其同样沿着工作轴线10在导向管17中被引导。锤13的背离冲击方向11的端面20构成气动室15的另一个可移动侧壁。锤13的直径等于导向管17的内径。环绕夹紧锤13的密封圈22支持气密的封闭。
激励器12例如是圆柱形的活塞，该活塞沿着工作轴线10在导向管17中被引导。激励器12的朝向冲击方向11的端面23构成气动室15的一个可移动侧壁。激励器12的直径与导向管17的内径相同。激励器12的外周面24在此与导向管17气密地封闭。密封圈25支持气动室15的气密封闭。气动室15因此与冲击方向11相反通过激励器12、在冲击方向11上通过锤13并且在径向方向上通过导向管17封闭。
激励器12机械地通过马达5驱动。由马达5驱动的偏心轮14强制激励器12在远工具死点(图4)和近工具死点之间进行周期性的来回运动。偏心轮14的销26嵌接在垂直于偏心轮14的旋转轴线和垂直于工作轴线10延伸的滑槽27中。滑槽27加工到沿着工作轴线10被引导的活塞杆28中。活塞杆28与激励器12刚性地连接。
导向管17在它的远离工具的端部用底部29气密地封闭。底部29关于锤13在激励器12的相反侧上被安置。底部29具有面向激励器12的底面30，其优选构成为平坦的。激励器12的面向底部29的端面31优选构成为平坦的。导向管17在周向上围绕工作轴线10在底部29和激励器12之间封闭，从而形成第二气动室21。第二气动室21是预压缩器19的压缩室21。
被强制驱动的激励器12周期性地压缩压缩室21内的空气。充分压缩的体积，即当激励器12在远工具死点时(图3)，在最大体积的10％与20％之间，当激励器12在近工具死点时(图4)为最大体积。
预压缩器19通过排气阀32与冲击机构6的气动室15相连接。该示例性的排气阀32借助于控制边缘打开，该控制边缘作为例如环形的凹部38被加工到导向管17的内壁33中。激励器12与导向管17的内壁33的径向密封由于凹部34被中断。凹部34这样深，使得密封圈25在凹部34的区域中没有接触导向管17。密封圈25沿着工作轴线10封闭凹槽35。当密封圈25在凹部34的轴向高度上时阀32打开。空气可以在密封圈25的径向外表面和凹部34的表面之间通过。激励器12优选在其外周表面37中具有至少一个沿着工作轴线10延伸的凹槽35，该凹槽35在相对置的两个端面23、31是敞开的。空气可以在凹槽35中流过密封圈25。
排气阀32或凹部34这样定位，使得排气阀32在激励器12的远工具死点处打开(图4)。排气阀32优选最早当激励器12接近远工具死点达到其行程的5％时打开。排气阀32最晚当激励器12继续离开远工具死点达到其行程5％时关闭。在排气阀32打开并且预压缩器19增加在气动室15中的压力时，锤13与冲击方向11相反地移动。排气阀32明显地在锤13到达其远离工具的转折点之前关闭。锤13对激励器12的、用来传递能量的耦合伴随着空气压力的增大而上升。由于预压缩的空气，耦合较早开始，因此能量传递在较长的时间段上延伸。操作者所需要的保持力降低。
进气阀36可以连接预压缩器19与气动室15。示例性的进气阀36基于控制边缘，该控制边缘通过在导向管17中环形的凹部38形成。密封圈25在激励器12中构成相配属的封闭元件。一旦密封圈25达到凹部38的轴向高度时，进气阀36就打开。进气阀36或凹部38是这样定位的，使其在激励器12接近近工具死点时打开(图3)。优选地，当激励器12到其近工具死点的距离小于其行程的3％时进气阀36打开。第二个阀36的打开优选地在锤13撞击到冲头16上同时发生或者相对于撞击稍微延时发生。在气动室15中的空气压力大于在压缩室21中；空气从气动室15流动到压缩室21中。压力的降低引起锤13与冲击方向11相反的加速。因此锤13的制动可以基于上述描述的提高的空气压力而在第一个阀34打开后被部分补偿。
底部29在工作轴线10上设有用于活塞杆28的穿通口39。密封圈40负责穿通口39的气密封闭。
图5示出用于预压缩器19的排气阀41的一种变型方案。排气阀41是受压力控制的止回活门42。排气阀41可以例如被装入激励器12中。通道43连接激励器12的对置的两个端面23、31。示例性的通道43是例如在激励器12的外周表面37中的凹槽35。止回活门42优选地处在预紧之下并且在基本位置关闭通道43。止回活门42可以例如由橡胶构成。
当压缩室21中的压力超过气动室15中的压力至少一个阈值时排气阀41打开。阈值例如在1巴。当激励器12靠近远工具死点时相应的压力差产生。排气阀41明显地在锤13到达其远离工具的转折点之前关闭。
图6示出冲击机构6的一种变型方案，该变型方案是示例性地基于图2的图解。预压缩器19在补充的实施形式中设有较大容积。压缩室21被扩展泵储存器44。泵储存器44例如通过围绕着冲击机构6的封闭的外套45形成。泵储存器44的容积优选地大于空气弹簧15的容积，例如在两倍和五倍的容积之间。空气弹簧15的容积定义为当锤13贴靠冲头16并且激励器12处在近工具死点(图3)时的容积。在可选的实施形式中，泵储存器44可以作为封闭的容积在冲击机构6旁边构成。
泵储存器44由泵46加载。泵46例如是膜片式泵。泵46可以电动地被驱动或者通过自己的驱动装置或者借助于冲击钻机1的马达5被驱动。泵46是持续活动的并且把空气输送到泵储存器44中。具有空气压力传感器48的调节器47可以这样有利地限制泵46的泵功率，即在泵储存器44中出现恒定的额定压力。额定压力根据在压缩的空气弹簧15中的最大空气压力确定大小，例如额定压力处在最大空气压力的20％和50％之间的范围。通常情况下，在空气弹簧中的空气压力达到的最大值在10巴和20巴之间。
在压缩室21中的开口49连接该压缩室与泵储存器44。在开口49处的止回阀50阻止从室21到泵储存器44的空气回流。直到激励器12到达其远工具死点，在压缩室21中可以建立与泵储存器44相比更高的压力。
在激励器12中构成的排气阀32控制空气从泵储存器44流动到空气弹簧的气动室15中。通向泵储存器44的开口51可以替代地或者附加地设置在导向管17中。开口51优选地在激励器12在其近工具死点的位置和其远工具死点的位置之间(图7)。激励器12本身形成用于阀的封闭体，该阀相对于气动室关闭或者打开开口。到远工具死点的距离例如在激励器12行程的3％和5％之间的范围内。
阀52同样可以以电的或者磁的方式被控制。阀52的控制可以基于激励器12在气动室21中的位置实现。当激励器12靠近远工具死点、即大约其行程的3％到5％的距离时，阀52被打开。阀52同样可以在激励器12越过远工具死点之后才打开。在到远工具死点的距离超过行程的3％到5％之后阀52被关闭。

Claims (13)

1.手持式工具机，其包括：
工具支座(2)，用于在工作轴线(10)上保持凿用工具；
气动的冲击机构(6)，该冲击机构(6)具有在工作轴线(10)上可移动的锤(13)、通过马达(5)在前面的远工具死点和近工具死点之间来回被驱动的激励器(12)以及由激励器(12)和锤(13)封闭的气动室(15)，该气动室用于将激励器(12)的运动耦合到锤(13)上；以及
缓冲装置，其具有预压缩器(19)以及受控制的排气阀(32；41；53)，当激励器(12)处在远工具死点附近时，受控制的排气阀(32；41；53)允许空气从预压缩器(19)流入气动室(15)中。
2.如权利要求1所述的手持式工具机，其特征在于，预压缩器(21)包含泵装置。
3.如权利要求2所述的手持式工具机，其特征在于，激励器(12)形成泵装置的泵活塞。
4.如权利要求3所述的手持式工具机，其特征在于，激励器(12)的背离冲击方向(11)的表面(31)封闭泵装置的压缩室(21)。
5.如权利要求4所述的手持式工具机，其特征在于，手持式工具机具有罐形的导向管(17)，在该导向管中在工作轴线(10)上与冲击方向(11)相反地有锤(13)、气动室(15)、激励器(12)以及泵装置的压缩室(21)，并且底部(29)在导向管(17)中与冲击方向(11)相反地封闭压缩室(21)。
6.如权利要求5所述的手持式工具机，其特征在于，活塞杆(28)耦合激励器(12)与偏心轮(14)或者摆动驱动器，并且活塞杆(28)穿过底部(29)。
7.如权利要求1至6之一所述的手持式工具机，其特征在于，当受控制的排气阀(32；41；53)允许空气从预压缩器(19)流入气动室(15)中时，激励器(12)到其远工具死点的距离小于激励器(12)行程的5％。
8.如权利要求1至6之一所述的手持式工具机，其特征在于，手持式工具机具有导向管(17)，在该导向管中激励器(12)气密地被引导，该导向管(17)在其内面(33)中在远工具死点附近有至少一个凹部(34)，在该凹部上对置地利用激励器(12)形成在气动室(15)和预压缩器(19)之间的通道。
9.如权利要求1至6之一所述的手持式工具机，其特征在于，在激励器(12)中设置止回阀作为所述排气阀(41)。
10.如权利要求1至6之一所述的手持式工具机，其特征在于，手持式工具机具有阀(36)和泵装置，当激励器(12)处在近工具死点附近时，该阀将气动室(15)与泵室(21)连接，该泵装置在泵室(21)中降低压力到低于环境压力的水平，直到激励器(12)到达近工具死点。
11.如权利要求10所述的手持式工具机，其特征在于，泵室(21)在冲击方向(11)上通过可移动的激励器(12)被封闭。
12.用于如权利要求1至11之一所述的手持式工具机的控制方法，该手持式工具机具有用于在工作轴线(10)上保持凿用工具的工具支座(2)以及气动的冲击机构(6)上，该冲击机构(6)具有在工作轴线(10)上可移动的锤(13)、通过马达(5)在前面的远工具死点和近工具死点之间来回被驱动的激励器(12)以及由激励器(12)和锤(13)封闭的气动室(15)，该气动室用于将激励器(12)的运动耦合到锤(13)上，该控制方法包括步骤：当激励器(12)处在远工具死点附近时，借助于预压缩器(19)提高在气动室(15)中的空气压力。
13.如权利要求12所述的控制方法，其特征在于，该控制方法包括步骤：当激励器(12)处在近工具死点附近时，借助于泵装置降低在气动室(15)中的空气压力。
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