CN104870145A - 冲击机械 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种冲击机械(100，200)，其适于在待作业的表面或物体上执行锤击操作。具体地，减振装置(140，240)附接至壳体(105，205，305，405)，并且包括与具有非线性弹簧特性的运动反向装置相互作用的可移动的配重，使得配重的运动形成相对于锤击元件(110，210，310，410)的壳体(105，205，305，405)的振动的反作用的运动，因此基本降低了振动。

Description

冲击机械

技术领域

本发明涉及冲击机械领域，并且更具体地涉及包括减振装置的冲击机械。

背景技术

冲击机械经常用在采石、公路建设和房屋建设的应用中，以对例如为岩石、混凝土和路面的硬表面或者例如为沥青的较软材料进行作业。本发明可用在例如为凿岩机、破碎机、撞击工具和锤击工具的机器上，它们都具有相似的冲击机构。

冲击机械的通常设计包括液压的、气动的、内燃机的或电的致动装置和可移动的冲击元件，冲击元件将冲击力传递到附接至壳体的作业工具。在操作中，从作业工具上施加连续的冲击力使硬表面疲劳，使得硬表面最终破碎。然而，部分的来自冲击机构的移动产生的振动被传递到冲击机械的壳体，并且传递到用于人工手柄的连接点或者用于机械附接的支架。这样，如果工具是手持式的，振动可能导致人体受伤，并且如果工具附接至一机械，振动可能导致机械损坏。

文献US2012/0279741公开了一种用于手持式机械工具的减振机构的实例。减振机构包括设置在两组相同的压缩弹簧之间的可移动的配重。每组弹簧包括两个平行设置的长度不同的弹簧；最长的弹簧始终与配重接触，而最短的弹簧只在高振动幅度时与配重接触。

当配重的振动幅度增加，被平行地连接的弹簧都被激活，使得弹簧常数增加，并且减振机构的弹簧常数增加。这使减振装置的固有频率朝向更高的频率改变。

短弹簧设置在距离配重一段距离处的目的是阻止撞击机构的极限位置。在正常操作条件下，弹簧不会与配重接触。

文献DE102009046348公开了用于手持式机械工具的减振机构的另一个实例，其包括反作用重量。为了提供生产减振机构的有效控制成本的方法，螺旋弹簧的几何结构能够改变，使得弹簧的中心区域具有充分产生反作用重量的某一重量。中心区域通过将其设置为大直径并且紧密缠绕那样的张力弹簧来提供重量。作为一种选择，外部或内部配重能够附接至中心区域以获得更大的配重。中心区域接收在两个弹性的压缩弹簧之间，该压缩弹簧设置有连接至壳体的坚硬的端部。然而，DE102009046348的设置没有提供任何用于扩展机械工具的所阻尼的频率范围的手段。

参考上文，本发明的目的是提供一种改进的用于冲击机械的减振装置，其在该机械的宽的工作频率范围内提供减振效果，并且还降低减振效果突然中断的风险。另一个目的是提供冲击机械的更强的力供应，使得能够降低锤击的重量。发明人最近被分配如下任务，即尽力寻求降低手持式冲击机械的把手的振动的方法。作为市面上机械的实例，他获得了阿特拉斯·科普柯KV434(Atlas-Copco，KV434)式冲击机械，其具有大约25焦耳的冲击能量和12Kg的总重量，其中冲击元件具有0.53Kg的重量。在该机械的减振装置背后存在这样的观念，使机械足够重以使得由于机械的重量振动的幅度会被降低。然而，尽管具有这样重的重量，机械仍然产生非常大的振动，作用在手臂上的加速度在约20m/s²范围内。

在本项目的开始，发明人分析了降低把手的振动的可能方式，并且得出下面的结论：

(a)例如在冲击机构和把手之间提供隔振装置(例如弹簧或缓冲器)，

(b)使用主动控制的配重，其向壳体施加与锤击元件基本相同但方向相反的力，或者

(c)使用调谐减振器。

已知的是，调谐减振器只在非常有限的频率区间内工作，例如J.P.Den Hartog在1985年的“机械振动”或1987年的“冲击和振动手册”中描述的，其中配重利用弹簧连接至主动重量；发明人很快放弃了该想法。这类减振器在下文中也称作“窄频率范围减振方法”，并且通常应用于工作频率非常有限的振动的装置，飞机发动机或船用发动机。发明人放弃使用窄频率范围减振方法这种想法的原因是发明人所使用的这类手持式冲击机械具有在很宽的频率范围内变化的工作频率，它们通常呈现20-30％的工作频率变化，并且有时高达50％。由于例如在元件的控制方面不稳定，例如由于提供给机械的压缩空气不稳定、由于操作者相对于待剪切的表面角度改变地把持机械、由于操作者相对表面按压机械的力变化、由于待剪切元件在不同的位置改变的表面硬度等等，工作频率可能变化。

然而，作为一个比较的例子，本发明人想给出一个对于冲击机械“窄频率范围减振方法”表现如何糟糕的说明。但是当他将要在配重的每端利用一个弹簧将配重连接至冲击机械的壳体时，它意识到他在家并没有足够结实的弹簧以得到恰当的工作频率。这没有阻止他，他仅仅使用了他手头有的最结实的弹簧。

正如预计的，当他打开机械时，阻尼装置根本不起作用。机械到处反弹，非常难于控制。令他惊奇的是，过了一会反弹突然停止，并且在把手上几乎没有任何振动。发明人将机械关闭，并且然后再次打开，振动仍然是几乎消除。对此没有合理的解释。

当他后来拆开机械，除了配重的力已经将弹簧压缩使得在配重和弹簧之间出现间隙之外，他没有看见什么特别的。因此，除了是弹簧和配重之间的间隙平衡了系统的原因之外，他不会领会到其它解释。受此鼓励，他开始模拟系统，以观察他的结论是否正确，并且结果证实结论是这样。

在发明人分析了他的发现之后，他得出这样的结论，令人惊讶的减振效果不仅来自于在配重和弹簧之间设置间隙，而且还利用了下面将描述的替代措施。

发明内容

在独立权利要求中描述了本发明，并且在从属权利要求中定义了本发明的优选实施例。

根据本发明的第一方面，提供了一种冲击机械，包括：

-壳体，

-锤击元件，所述锤击元件设置在所述壳体内部，所述锤击元件在第一锤击元件位置和第二锤击元件位置之间能够移动，

-冲击接收元件，所述冲击接收元件附接至所述壳体，

-致动装置，所述致动装置被设置为使所述锤击元件在所述冲击接收元件上执行锤击操作，

-减振装置，所述减振装置附接至所述壳体，所述减振装置包括：

-配重，所述配重响应于所述锤击元件的锤击作用在第一轴向方向上在第一配重位置和第二配重位置之间能够移动，

-至少一个运动反向机构，每个所述运动反向机构包括至少一个弹簧作用装置，所述至少一个弹簧作用装置被设置为使所述配重的运动方向反向，

其中，

-所述配重能够设置在位于所述第一配重位置和所述第二配重位置之间的位置上，所述配重从该位置能够移动在所述第一轴向方向上延伸的第一距离，而不激励所述至少一个弹簧作用装置，或者所述配重从该位置能够移动在所述第一轴向方向上延伸的第一距离，而保持所述至少一个弹簧作用装置不被激励，

或者其中

-所述减振装置还包括第一端面，所述至少一个弹簧作用装置设置在所述配重和所述第一端面之间，所述至少一个弹簧作用装置包括附接至所述配重的第一弹簧作用元件以及与所述第一弹簧作用元件在所述第一轴向方向上顺序地设置的并且附接至所述第一端面和所述第一弹簧作用元件的第二弹簧作用元件；所述第一弹簧作用元件具有包括第一弹簧系数的第一弹簧特性，其中第一弹簧系数在区间-k_trad≤k₁≤k_trad/2内，并且k₁≠0，并且所述第二弹簧作用元件具有包括第二弹簧系数的第二弹簧特性，其中第二弹簧系数在区间k_trad/5≤k₂≤30*k_trad内，并且k_trad由下面的方程式确定：

$F_{res}=\frac{1}{2\mathrm{\π}}\sqrt{\frac{k_{trad}}{m}}$

F_res为在额定功率下冲击机械的共振频率，并且m为配重的重量，

或者其中

-所述减振装置还包括第一端面，所述至少一个弹簧作用装置设置在所述配重和所述第一端面之间，所述至少一个弹簧作用装置包括第一弹簧作用元件和第二弹簧作用元件，所述第一弹簧作用元件和所述第二弹簧作用元件的第一端分别附接至所述配重；所述第一弹簧作用元件和所述第二弹簧作用元件的第二端分别附接至所述第一端面，所述第一弹簧元件和所述第二弹簧元件在所述第一轴向方向上彼此平行地设置，其中所述第一弹簧作用元件具有包括第一弹簧系数的第一弹簧特性，其中第一弹簧系数被设置在区间-k_trad≤k₂≤k_trad/2内，并且k₂≠0，并且所述第二弹簧作用元件具有包括第二弹簧系数k₂的第二弹簧特性，其中第二弹簧系数被设置在区间k_trad/5≤k₂≤30*k_trad内，并且k_trad由下面的方程式确定：

$F_{res}=\frac{1}{2\mathrm{\π}}\sqrt{\frac{k_{trad}}{m}}$

F_res为在额定功率下冲击机械的共振频率，并且m为配重的重量。

更详细地，所述第一弹簧系数(k₁)被设置在区间-k_trad≤k₁≤k_trad/2内，或者区间-k_trad/4≤k₁≤k_trad/4内，或者区间-k_trad/6≤k₁≤k_trad/6内。在所有没有间隙的实施例中，k₁≠0，或者k₁≤0.001*k_trad或者k₁≤0.01*k_trad；或者k₁≥-0.001*k_trad或者k₁≥-0.01*k_trad.k₁＜0可以利用例如下文更详细地描述的压缩空气或磁力装置获得。

实质上，本发明人已经认识到可以通过提供具有低力区和高力区的运动反向装置来获得改进的减振装置，其中当配重的运动被减速和反向时，低力区在高力区之前被激活。低力区的弹簧系数对应于上面描述的第一弹簧系数(k₁)，并且当所述运动反向装置的至少一个元件被施加预应力或偏压时所述高力区的弹簧系数优选为k_trad/5≤k₂≤30*k_tra。作为一种选择，当所述运动反向装置没有被施加预应力或偏压时所述高力区的弹簧系数优选为2*k_trad≤k₂≤30*k_trad。而且，可以设置两个运动反向装置，在配重的每侧设置一个，其中各自的低力区的长度之和(低力区1的长度+低力区2的长度)优选为所述第一配重位置和所述第二配重位置之间的距离的至少30％或者至少40％。当k₁＝0，所述低力区为间隙，当k₁≠0，所述低力区可包括一个或多个具有结果为第一弹簧系数k₁的弹簧作用元件。而且，只要提供有所描述的低和高力区，运动反向机构就可以附接至所述配重和/或端面，或者为自由的(即，不附接至任何物体)。更多详细在下文中进行描述。

根据本发明的另一方面，它涉及一种冲击机械，包括：

-壳体，

-锤击元件，所述锤击元件设置在所述壳体内部，所述锤击元件在第一锤击元件位置和第二锤击元件位置之间能够移动，

-冲击接收元件，所述冲击接收元件附接至所述壳体，

-致动装置，所述致动装置被设置为使所述锤击元件在所述冲击接收元件上执行锤击操作，

-减振装置，所述减振装置附接至所述壳体，所述减振装置包括：

-配重，所述配重响应于所述锤击元件的冲击作用在第一配重位置和第二配重位置之间能够移动，

-第一运动反向机构，所述第一运动反向机构定位在所述第一配重位置，被设置为当朝向所述第一配重位置运动时接收所述配重，并且被设置为使所述配重的运动方向反向，

其中，所述第一运动反向机构包括：

-第一弹簧作用元件，所述第一弹簧作用元件在当所述弹簧作用元件处于空闲状态时可设置在距离所述配重第一距离处；

或者

-第一弹簧作用元件和第二弹簧作用元件，第一弹簧作用元件和第二弹簧作用元件顺序地设置，使得一个弹簧作用元件附接至配重；第一弹簧作用元件具有第一弹簧特性，并且第二弹簧作用元件具有与第一弹簧特性不同的第二弹簧特性。

壳体也可被称为锤击元件壳体，其为其中设置有锤击元件的壳体，并且也是减振装置附接于其上的壳体。

根据一个实例，第一运动反向机构可以包括具有较弱区段和较硬区段的非线性的弹簧，其中较弱区段与配重接触。非线性弹簧的实例可以包括直径作为非线性弹簧的长度的函数而改变的螺旋弹簧，其例如可以产生锥形弹簧形状。

本发明提供了这样的优势，其能够实质上降低冲击机械的重量，减小振动幅度并在低振动幅度下扩展了频率范围。配重作用在壳体上的力也产生了改善机械效率的力供应。

配重以相对于锤击元件的方向相反的相位(反向)移动，其中配重的行进距离被限制在第一配重位置和第二配重位置之间的最大配重位移距离(当机械在额定功率下操作时测量)之内。因此当机械在额定功率下操作时运动不会超过这些点。因此，取决于例如锤击力，配重的行进距离可以等于最大配重位移距离，或者更小。

运动反向机构在它们的轴向移动上可以被端面限制，该端面定义了在减振装置内部的固定表面。而且，它们可以作为用于运动反向机构的邻接表面或附接表面。减振装置在配重的每一层可以包括端面。

关于本发明，术语第一弹簧作用装置包括所有参与所述配重的运动方向的反向的弹簧作用元件，并且该弹簧作用元件被设置在配重的接触表面和第一端面之间。

进一步地，关于本发明，术语第二弹簧作用装置包括所有参与所述配重的运动方向的反向的弹簧作用元件，并且其被设置在所述配重和所述第二端面之间。

关于本发明，术语不连续的弹簧作用力意味着在第一配重位置和第二配重位置之间的最大配重位移距离上作用在配重上的力的不连续改变。根据本发明，不连续的弹簧作用力可以由具有不同弹簧系数的弹簧作用元件的组合提供，例如首先顺序地彼此连接并且然后与配重连接的弹簧作用元件。弹簧作用元件在配重的接触表面上施加力。作为一种选择，设置在距离配重第一距离处(即，非物理地附接)的弹簧作用元件的离散的组合可以提供不连续的弹簧作用力。在后一实例中，在第一距离内在配重上没有施加弹簧作用力。

当例如一个非线性弹簧在每端邻接配重时，这可指非线性弹簧作用。非线性弹簧(non-linear spring)也可称作非线性弹簧(unlinear spring)。

关于本发明，当冲击机械以及运动反向机构(一个或多个)以及弹簧作用元件(一个或多个)处于空闲状态时，即弹簧作用元件(一个或多个)既没被压缩也没有延伸时，即弹簧作用元件是未经激励的，此时中间距离的长度被确定。在偏压的或预施加应力的弹簧作用元件的情况下，未经激励的定义意味着弹簧作用元件只承受固有的偏压力。

通常地，当减振装置被定位为配重的行进方向与水平平面一致时，最容易确定中间距离。此外，假设作用在配重上的弹簧作用元件处于空闲状态，第一距离，下文中也称作间隙或中间距离，被定义为第一端面和第二端面之间的距离，配重可自由地移动通过该距离，而不会激励弹簧作用元件。换句话说，配重是可自由移动的，并且弹簧作用元件保持未经激励状态。再换句话说，配重是可自由移动的，而所有的弹簧作用元件处于空闲状态或是未经激励的。

在减振装置中确定间隙的长度的方法是在第一配重位置和第二配重位置之间的轴向方向上测量：

第一端面和第二端面之间的距离，

弹簧作用元件的未经激励的轴向长度，和

配重的轴向长度。

间隙的长度被计算为第一端面和第二端面之间的距离减去配重的长度和未经激励的弹簧作用元件的轴向长度的差。当有几个平行设置的弹簧作用元件时，未经激励的长度由最长的弹簧作用元件的远端限定。当有几个顺序设置的弹簧作用元件时，未经激励的长度由顺序设置的元件的总轴向长度定义。而且，配重的轴向长度由适于与弹簧作用元件的接触表面接触的配重接触表面限定。

术语第一轴向为配重的轴向行进方向。该方向平行于弹簧作用元件的轴向延伸方向。

关于本发明，术语弹簧作用元件的接触表面指当弹簧作用元件被压缩时于配重接触的弹簧作用元件的表面。

相似地，术语配重的接触表面指当弹簧作用元件被压缩时于弹簧作用元件接触的配重的表面。

弹簧作用元件的目的是使配重的运动反向。在本发明的范围内，有许多选择和设计弹簧作用元件的方法，由此本发明不应被限制为任何特定的类型。然而，取决于弹簧作用元件的类型，不同的参数/系数可被用来说明弹簧作用元件的运动反向能力。具体地，措辞弹簧特性应在广义上理解。弹簧作用元件的一些实施例呈现了线性弹性，并且因此可以具有根据胡克定律的线性弹簧系数k的特征。弹簧作用元件的其它实施例可以包括呈现对应于非线性弹簧系数的弹簧特性的材料。弹簧作用元件的又一些实施例可以包括呈现对应于线性弹簧系数k和阻尼系数c的组合的弹簧特性的材料，例如橡胶、固体或发泡聚氨酯等(非详尽地列出)。

因此，弹簧作用元件可以包括呈现非线性弹性的材料，像例如橡胶、钢材、非线性弹簧或气垫。进一步地，据此弹簧作用元件指任何类型的元件，其能够提供作用在配重上的运动反向。此外，弹簧作用元件可以具有各种几何形状，像螺旋弹簧、橡胶球或例如板的表面。

优势包括来自冲击机械的振动在大的工作频率范围内被阻尼，以及不存在突然的振动增长，使得减振装置不必设置安全区；以及可以应用许多不同的元件，导致巨大的设计自由度。

根据一个实施例，其中所述配重能够设置在位于所述第一配重位置和所述第二配重位置之间的位置上，所述配重从该位置能够移动在所述第一轴向方向上延伸的第一距离，而不激励所述至少一个弹簧作用装置，或者所述配重从该位置能够移动在所述第一轴向方向上延伸的第一距离，而保持所述至少一个弹簧作用装置不被激励，并且所述至少一个弹簧作用装置设置在所述配重内部，并且所述减振装置还包括：

-第一端面，所述第一端面被设置为邻近所述第一配重位置，以及

-第二端面，所述第一端面被设置为邻近所述第二配重位置；

所述第一端面被设置为当朝向所述第一配重位置运动时接收所述至少一个弹簧作用装置；以及

所述第二端面被设置为当朝向所述第二配重位置运动时接收所述至少一个弹簧作用装置。

所述至少一个弹簧作用装置可以包括一个或多个第一弹簧作用元件，其被施加预应力，并且具有结果为在区间k_trad/5≤k₁≤30*k_trad内的弹簧系数。假设弹簧作用装置的弹簧作用元件(一个或多个)没有被施加预应力，它们可以具有结果为在区间2*k_trad≤k₁≤30*k_trad内的弹簧系数。

根据一个实施例，在配重的每侧上有一个运动反向机构。根据一个实例，所述配重能够设置在位于所述第一配重位置和所述第二配重位置之间的位置上，所述配重从该位置能够移动在所述第一轴向方向上延伸的第一距离，而不激励所述至少一个弹簧作用装置，并且其中所述减振装置还包括：

-第一端面，所述第一端面被设置为邻近所述第一配重位置，以及

-第二端面，所述第一端面被设置为邻近所述第二配重位置；以及

所述至少一个运动反向机构包括第一运动反向机构和第二运动反向机构，并且所述第一运动反向机构的所述至少一个弹簧作用装置被设置在所述配重和所述第一端面之间，并且所述第二运动反向机构的所述至少一个弹簧作用装置被设置在所述配重和所述第二端面之间。

根据一个实例，所述第一弹簧作用装置附接至所述第一表面，并且所述第一弹簧作用装置被设置为当朝向所述第一配重位置运动时接收所述配重。

根据一个实例，所述第二弹簧作用装置附接至所述第二表面，并且所述第一弹簧作用装置被设置为当朝向所述第一配重位置运动时接收所述配重。

根据一个实例，所述第一弹簧作用装置附接至所述配重，并且所述第一端面被设置为当所述配重朝向所述第一配重位置运动时接收所述第一弹簧装置。

根据一个实例，所述第二弹簧作用装置附接至所述配重，并且所述第二端面被设置为当所述配重朝向所述第一配重位置运动时接收所述第二弹簧装置。

根据一个实例，所述第一弹簧作用装置能够设置在位于配重和所述第一端面之间的位置上，所述第一弹簧装置从该位置能够移动在所述第一轴向方向上延伸的第一距离，而不激励所述第一弹簧作用装置。

根据一个实例，所述第二弹簧作用装置能够设置在位于配重和所述第二端面之间的位置上，所述第二弹簧装置从该位置能够移动在所述第一轴向方向上延伸的第一距离，而不激励所述第二弹簧作用装置。

根据一个实例，其中所述第一弹簧作用装置包括第一弹簧作用元件，该第一弹簧作用元件被偏压，和/或其中所述第二弹簧作用装置包括第二弹簧作用元件，该第二弹簧作用元件被偏压。

根据一个实例，其中所述第一弹簧作用装置具有在所述第一轴向方向上顺序地或平行地被设置的弹簧作用元件；第一弹簧作用元件具有在区间-k_trad≤k₁≤k_trad/2内并且k₁≠0的第一弹簧系数，第二弹簧作用元件具有在区间2*k_trad≤k₂≤30内的第二弹簧系数，所述第二弹簧元件没有被施加预应力。第一和/或第二弹簧作用元件也可以包括一组弹簧作用元件，所述一组弹簧作用元件分别具有结果为根据上面的k₁或k₂的弹簧系数；并且第二弹簧作用元件都没被施加预应力。

作为一种选择，所述第一弹簧作用装置具有在所述第一轴向方向上顺序地或平行地被设置的弹簧作用元件；第一弹簧作用元件具有在区间-k_trad≤k₁≤k_trad/2内并且k₁≠0的第一弹簧系数，第二弹簧作用元件具有在区间k_trad/5≤k₂≤30内的第二弹簧系数，所述第二弹簧元件被施加预应力。第一和/或第二弹簧作用元件也可以包括一组弹簧作用元件，所述一组弹簧作用元件分别具有结果为根据上面的k₁或k₂的弹簧系数；并且属于所述一组弹簧作用元件的具有结果为弹簧系数k₂的至少一个弹簧作用元件被施加预应力。

根据示例性实施例，该机械还包括第二运动反向机构，所述第一运动反向机构定位在所述第二配重位置，并且被设置为接收移动的配重以及使所述配重的运动方向反向，

-其中，所述第二运动反向机构包括：

-第一弹簧作用元件；

或者

-第一弹簧作用元件和第二弹簧作用元件，第一弹簧作用元件和第二弹簧作用元件顺序地设置，使得一个弹簧作用元件附接至配重；第一弹簧作用元件具有第一弹簧系数，并且第二弹簧作用元件具有与第一弹簧系数不同的第二弹簧系数。

作为一种选择，第二运动反向机构可以包括具有较弱区段和较硬区段的非线性的弹簧，其中较弱区段与配重接触。非线性弹簧的实例可以包括直径作为非线性弹簧的长度的函数而改变的螺旋弹簧，其例如可以产生锥形弹簧形状。

根据示例性实施例，间隙或第一距离为最大配重位移距离的至少20％，或至少40％，或至少60％，或至少70％，或至少80％，或至少90％。此外，或者作为一种选择，间隙最多为最大配重位移距离的90％，或最多为95％，或最多为97％，或最多为99％。换句话说，该间隙引入了与其处配重不受任何弹簧作用力的距离。例如，该系统可以设计为具有弹簧作用元件，例如气垫。

根据示例性实施例，其特征是至少两个弹簧作用元件顺序地连接，其中第一弹簧作用元件最接近配重地设置，第一弹簧系数小于第二弹簧系数，并且其中所述第一弹簧系数适用于对应于所述最大配重位移距离的至少10％、或至少15％、或至少20％、或至少25％的距离；并且所述第二弹簧系数适用于在所述最大配重位移距离内余下的距离。

此外，第一作用元件的未经激励的长度可以对应于所述最大配重位移距离的至少20％，或至少40％，或至少60％，或至少70％，或至少80％，或至少90％。

根据示例性实施例，第一弹簧系数小于第二弹簧系数至少50％，或至少60％，或至少70％。

根据示例性实施例，所述的冲击机械还包括冲击元件引导装置，所述冲击元件引导装置被设置为使所述锤击元件在所述第一锤击元件位置和所述第二锤击元件位置之间的直线方向上移动，其中所述引导装置包括所述锤击元件设置于其中的细长的腔。

根据示例性实施例，所述的冲击机械还包括配重引导装置，所述配重引导装置被设置为使所述配重在所述第一配重位置和所述第二配重位置之间的直线方向上移动。利用引导装置，配重的移动被控制，使得行进路径总是相同。

根据示例性实施例，冲击接收元件为作业工具，例如凿子、钻头或类似物。

根据示例性实施例，冲击机械是手持式的。根据本发明的有效的减振装置对于阻止振动传递至持有冲击机械的人特别有用。另一个优点是随着该机械工具的工作频率从阻尼范围移出，振动通常只是逐渐地增加，这使使用者能够感觉到并预期到振动的增大，使得可以阻止身体伤害。而且，使用根据本发明的减振装置，能够设计出减振装置使得它总是以0.4-1mm峰值的低的壳体振动幅度保持在工作频率范围内。

根据示例性实施例，冲击机械不是手持式的，但是附接至一机械。这种机械的实例可以为施工机械，例如挖掘机、挖掘装载机或类似机械。优点包括很少的振动被传递到机械和操作者，这显著改进了操作舒适度并且降低了机械的机械磨损。

根据示例性实施例，所述锤击元件的重量相当于所述配重的重量的20％-300％。配重装置的目的是抵消来自冲击元件的振动。取决于冲击元件的重量和行程长度，在第一配重位置和第二配重位置之间的配重和行进路径可以被调整，使得在配重上产生的力等于锤击元件的力。结果，具有小于100％的冲击元件的重量的重量的配重具有可能降低冲击机械的整体重量的优势。相反，考虑冲击机械的几何限制，例如冲击机械的壳体的长度，具有大于100％的冲击元件的重量的重量的配重对于安装减振装置提供了更好的灵活性。

根据示例性实施例，配重包括相对于冲击元件的壳体均匀地分布的一个或多个元件。通过围绕冲击元件的中心运动轴线分布配重，冲击机械获得了更好的稳定性，这也使得更有效地吸收分布在它的壳体内的振动。

根据示例性实施例，配重围绕冲击元件的壳体设置。以这种方式，配重完全围绕该工具分布。通过将配重设计为单一的部件，由此可以更好地平衡冲击机械。另一个优点是更容易地控制单个单元的频率。

根据示例性实施例，一股压缩空气通过冲击元件的出口孔被引导至配重。配重以这样的方式设计使得它在产生作用在配重上的轴向力的方向上引导该空气，使它短时间内变为锤击元件的反向，并因此减振。优点是减振装置快速地进入正确的工作频率，并且更快地获取减振效果。

根据示例性实施例，减振装置可被包围在壳体中。被包围的减振装置可以减少外部颗粒(灰尘、污垢等)进入系统的发生。

根据示例性实施例，减振装置的壳体为封闭的壳体，其包含有流体。该流体可为空气、气体或液体。该流体可以被引入以降低摩擦或产生阻尼效果。

附图说明

现在参考示出了本发明的示例性实施例的附图，更详细地描述本发明的这些和其它方面，其中：

图1a和图1b为示出模拟的振动装置的工作频率和振动幅度之间的关系的图表；

图2a和图2b分别以透视图和截面图示出示例性冲击机械的实施例的示意图；

图3a和图3b为示例性冲击机械的实施例的示意性的截面图；

图4a-4m为本发明的其它示例性实施例的示意性的透视图；

图5a-5c为包括偏压的弹簧作用元件的示例性实施例的示意性的透视图；

图6为根据另一个示例性实施例的冲击机械的示意性的分别的透视和截面图；

图7为冲击机械的截面示意图，其中详细图示了减振装置的几何结构；

图8为描述弹簧作用特性作为配重位移的函数的例子的图表；

图9a-9c为减振装置的示例性安装位置的示意性的透视图。

具体实施方式

应当注意，图示的实施例并没有限制本发明的保护范围。具体地，运动反向机构被描述和图示为螺旋弹簧。然而，螺旋弹簧应当只被看作可能的弹簧作用元件的代表。关于该发明，弹簧作用元件应包括任何能够使减振装置内的移动的配重弹性地反向的元件。相似的特征由相同的附图标记表示。

图1a和图1b的图表中给出了冲击机械的工作频率f和传递给冲击机械的把手或附接点的振动的幅度V_a之间的关系的代表性的图线。尤其是，图1a和图1b中的图表图示了具有几种不同的减振装置的机械在减振效果方面变化的实例。图形由的多体模拟程序产生。所有的模拟已经进一步由的模拟软件验证，并且还利用对机械组件的实验室试验被验证。

图2a和图2b示出了在程序中的模拟模型的示意图，其被设计为用于按照图1a和图1b的模拟。示意性模型包括可移动锤击元件10、配重50、锤击元件壳体5和与地面4接触的冲击接收元件30。配重在第一轴向X上可移动。冲击接收元件具有弹簧的功能，因为它提供了相对于表面的弹性运动，并且冲击接收元件模拟作业工具的效果。冲击接收元件还可以被称作执行件。

现在参考图1a，在模拟中，配重50的弹簧特性作为作用在壳体5上的力被施加。举例来说，当配重50在它各自的端部位置的时候，从配重作用在壳体5上的力为并且为来自锤击元件的力。来自冲击接收元件30的力F_s由确定。F_HE和F_CW被设定在相反的方向上。

下面的参数被输入程序：

配重50的弹簧系数设定为：k＝300N/mm

配重50的阻尼系数设定为：c＝0.1N*s/m

表面4上的弹簧系数设定为：K＝0.5N/mm

表面4上的阻尼系数设定为：C＝1001N*s/m

锤击元件壳体5的重量设定为：M＝3000克

配重50的重量设定为：m＝1000克

锤击元件10的重量设定为：H＝300克

锤击元件10的振幅设定为：正弦曲线，峰峰值s＝60mm

变量的模拟参数：频率(f)和间隙

通过输入下面的具体的限制条件获得图1中不同的模拟曲线：

C_间隙：间隙D₁被设定为15mm。

C_无间隙：间隙D₁被设定为0mm。

C_锁定：配重50被固定连接至锤击元件的壳体5。

第一模拟C_锁定图示了在配重相对于锤击元件的壳体锁定/不动的条件下锤击元件壳体5的振动。因为该图形图示了非阻尼冲击机械，可作为图表中其它两种配置的参照。在该实例中，当冲击机械在2Hz到50Hz的操作范围内变化时，振动幅度V_a在10Hz后正好稳定在2mm以上。

第二模拟C_无间隙图示了在配重相对于冲击元件可移动的情况下的振动。C_无间隙为“窄范围减振装置”的效能的典型图示。随着冲击机械的工作频率增加，振动幅度V_a逐渐降低。减振效果持续到最小振动幅度V_a等于0.1，并且在30Hz时获得最小减振幅度。尤其是，通过获得至少在1mm以下的振动幅度，其展示出设计其把手的振动幅度保持在满足健康和安全标准的整个机械系统的可能。这样，对于该配置C_无间隙，冲击机械的有用的频率范围落在点D和F之间的范围(27-32Hz)，这相当于只有5Hz的窄区间。而且，5Hz的变化相对于冲击机械的工作频率的正常的/典型的变化是非常窄的区间。此外，由于在点F处振动急剧增加，在该点振动显著放大，因此需要设定安全区，由此有用的工作频率范围甚至被进一步降低至点D和E之间的范围(27-30Hz)，相当于3Hz的更窄的区间。该配置的另一个缺点是在没有安全区并且当机械改变超过有用的频率范围的情况下，振动幅度剧烈地改变，使得冲击机械的使用者对冲击机械的振动的突然增加没有准备。

第三模拟C_间隙图示了根据本发明的实施例的减振效果。配重以相反相位(反向)的方式相对于锤击元件可移动，并且穿过一距离/间隙，在该距离/间隙配重可自由移动并且因此不与任何弹簧作用元件接触。这样，在图形中可以看到显著的改变，振动幅度首先增加然后过渡到比先前的两个实例明显低的水平。相比于配置C_无间隙的缺点，当要求1mm的下降时，本发明图示的实施例C_间隙在点B和C(16.5和26.5Hz)之间基本上更大的频率范围内获得了有效的减振效果。本发明的实施例的另一个优点是即使振动幅度在有用的频率范围之外增大，该增大也相当温和，使得冲击机械的使用者可以预期该增大，由此不需要安全区。

图1b示出了基于与图1a中图示的实例实质上相同的冲击机构参数的第二组模拟。第二组模拟的目标是找出间隙长度、弹簧系数和预应力/偏压的变化如何影响振动，以更好地优化其优点。

作为参考，提供了与C_无间隙和C_间隙相似的两个模拟设置A和B，它们分别图示了不带有间隙的更传统的设置和带有锁定的配重的设置。传统地，弹簧基于由下面的方程式给出的配重的共振频率的关系被设计：

$f_{res}=\frac{1}{2\mathrm{\π}}\sqrt{\frac{k_{trad}}{m}}$

对于设置C和D，设置C引入10mm的间隙，设置D引入15mm的间隙。而且，相比传统的设置弹簧系数k增大，使得对于设置C约大3倍，而对于设置D约大10倍，以在30Hz时给出最佳的性能。

对于设置E和F，模拟中为弹簧作用元件增加了预载荷。与设置D相似，设置E和F都具有15mm的间隙。设置E被设置为具有300N的预应力载荷，并且弹簧系数比设置A约大3倍。模拟F被设置为具有400N的预应力载荷，并且弹簧系数约为在A中使用的传统设置的4/5。这组模拟的结果示出了对于所有四种设置C-F比较理想的结果。在该第二组模拟中的设置C在14Hz-37Hz的频率范围内峰值在1mm以下，并且在达到44Hz之前比设置B更有效。设置D具有非常低的峰值，在5Hz以下＜2mm，但是到60Hz之前处于1mm以下的级别，给出了从4Hz到至少60Hz的有效的范围。设置E和设置D相似，在3Hz时具有小的峰值，并且之后示出了到39Hz的1mm界线以下的有效范围。设置F以与传统的无间隙设置A相似的方式在34Hz时振幅急剧增大。然而，设置F具有几乎低至4Hz的有效的范围。对于剧烈增大的频率稳定性，原因是配重增大的振幅由于强非线性导致共振频率的增大。这使得人们相信利用调节配重的振幅，使得共振频率对于干扰频率最佳化。包括仍应设置在5Hz到30Hz范围内的安全区。对于没有预载荷并且壳体重量无穷大的系统的共振频率的表达式由下式给出或可以由下式选定：

$f_{res}=\frac{b}{2D_1+2\mathrm{\π}b}\sqrt{\frac{k}{m}}$

其中b对应于弹簧的压缩距离。从等式中可以看出当振幅增大并且b随着增大，共振频率增大。优选地，间隙D₁和弹簧系数k能够这样选择，使得共振频率接近振动需要降低的机械的工作频率。弹簧的压缩距离b通过计算使系统工作的冲击重量的内能获得。该能量应当是弹簧作用元件从配重吸收并且b能从中计算得出的能量。这是具有壳体的低振动幅度的运作良好的系统的很好的近似。

设置E和F展示了在弹簧上施加预载荷能够获得优势。设置E具有与在设置C中使用的相同的弹簧系数，但间隙为15mm。对于设置E，在14Hz时振动峰值几乎低0.5mm，而设置C交叉在1mm的界线。

模型机被构造以测试可调谐的重量阻尼器的概念。模型是基于重新设计的阿特拉斯·科普柯KV434的结构。在下面的部分描述所执行的测试。模型根据本发明的一个实施例构造，并且在测试期间的测试参数为：

配重重量  930g

锤击元件的壳体重量  4200g

在三种设置中执行测试，在一种设置中，模型不具有配重，该设置表示参考机械，并且仅仅被称为“无配重”。第二种设置具有被阻挡的配重，使得它不能相对于模型的壳体移动。实质上，被阻挡的配重为模型增加重量，这本身抑制了振动。对于第三种设置，配重能够以相反的相位向锤击元件自由移动。对于弹簧作用，对配重进行下面的设置。

弹簧刚度  100000N/m

间隙  15mm

为了获得有效减振，该机械被分为两个功能部分：第一，悬挂的重量，其包括冲击机构和包括配重的调谐减振器，以及第二，与操作者接触的壳体。在悬挂的重量和壳体之间在轴向、径向和周向应用隔振装置，以处理在调谐减振器之后仍然存在的振动。应当注意不要损失精确控制该机械的能力。在机械的把手上的振动在试验台上被测量，该试验台产生如在ISO8662-5中描述的相同的特性。具有机械过滤器的三轴Dytran 3053B2加速计被用来测量把手上的振动。把手的加速度以手臂加速度的加权矢量和被测量，并且信号在Labview中被分析。使用激光位移传感器Contrinex，LAS-5050L测量锤击元件壳体上的振动，并且使用频闪光源和钢尺测量配重。调谐减振器在把手上的振动从8.4m/s²降低到2.7m/s²，降低了68％。调谐减振器的操作的稳定性通过从3至7巴改变作用在该机械上的气压、以及从-110N至450N改变力供应来测试。可以发现，在把手上的振动级别在2.2m/s²和3.6m/s²之间改变。也进行了配重的行为的分析，以及它如何影响悬挂的重量的振动。悬挂的重量的位移的峰峰值为1.9mm，而配重的位移的峰峰值为30.4mm。从这些结果能够计算出，假设该重量的移动为正弦曲线由配重所产生的峰值力达到684N。作为参考，配重可移动的悬挂的重量的位移的峰峰值为6.4mm，而配重被阻挡的为5.2mm。减振器的该一般行为很好地对应于关于在宽的频率范围和变化的力供应上高稳定性的减振的模拟，变化的力供应是主要的问题。该矛盾主要是由于激振力的简化的模型引起，该激振力在模拟模型中由正弦曲线的力来表示。

图3a示出了本发明的第一示例性实施例。冲击机械100包括设置在壳体105内部的可移动的锤击元件110。锤击元件110利用致动装置115在第一锤击位置HE1和第二锤击位置HE2之间可移动。致动装置115的实例可以包括气动的、电的、内燃机的或液压的打击力。例如为作业工具的执行件130以这样的方式附接在冲击机械100上，使得来自可移动的锤击元件110的打击力在第二锤击元件位置H2被传递到执行件130。减振装置140附接在壳体105上。减振装置140包括配重150，其响应于锤击元件110的锤击作用在第一配重位置CW1和第二配重位置CW2之间可移动。在第一配重位置CW1和第二配重位置CW2，弹簧作用装置160、170被设置为接收并反向配重150的运动。在图示的实例中，第一弹簧作用装置160和第二弹簧作用装置170每个均由一个弹簧作用元件162、172构成。弹簧作用装置160、170在它们的轴向移动上被第一端面S_end1和第二端面S_end2限制，第一端面S_end1和第二端面S_end2为减振装置140的壳体的一部分。在图示的实例中，弹簧作用元件162附接至第一端面S_end1，并且第二弹簧作用元件172附接至第二端面S_end2。当减振装置140在使用中时，弹簧作用元件162、172分别被压缩压缩长度b₁和b₂。取决于施加在弹簧作用元件162、172上的力，压缩长度b₁和b₂能够改变。在当配重150到达第一配重位置CW1或第二配重位置CW2的操作条件下，达到最大的压缩长度。具体地，在额定功率下并且根据适用的ISO标准(如果有的话)定义标准的操作条件，例如对于手持便携式电动工具的ISO 8662-2。在图3a所图示的实施例中，如果机械处于空闲状态，弹簧作用元件160被设置为它的接触端点165距离配重150的接触表面156为距离D₁处。关于图3a，第一配重位置CW1和第二配重位置CW2限定了最大的配重位移距离。在这些位置CW1、CW2，弹簧作用元件160、170被压缩。此外，阻尼比率小于0.3的阻尼单元180、190与每个弹簧作用装置162、172平行地设置。这可以为单独的减振部件，或者为来自弹簧作用元件本身的固有的减振效果。

具体地，阻尼比率能够由下面的关系式确定：

其中：

ζ：阻尼比率

m：重量

c：阻尼系数

k：弹簧系数

图3b图示了减振装置的另一个实施例，其被设置为图3a所呈现的实施例，除了距离D₁被具有比第二弹簧作用元件262低的弹簧系数的弹簧作用元件261取代。弹簧作用元件272没有固定连接至配重250。如果弹簧作用元件272固定连接至配重，那么该弹簧作用元件272的弹簧特性将降低弱弹簧的作用，并且因此降低减振效果。该弹簧作用元件的组合提供了作用在配重250上的力的连续变化。此外，具有小于0.3的阻尼比率的阻尼单元263、273可以与每个弹簧作用装置260、270平行地设置。这可以为单独的减振部件，或者为来自弹簧作用元件本身的固有的减振效果。作为一种选择，在所述第二配重位置的弹簧作用元件可以附接至配重，但不附接至所述第二端面(S_end2)。

回头参考图2a和2b，下面将描述初始化根据一个示例性实施例的配重的相反相位的移动的方法。因为锤击元件10可以例如利用气动致动或液压致动移位，因此有流体流入壳体5，优选地流入壳体的相对于执行件30的远端。壳体可以设有设置在壳体5的壁面内的出口95，使得当锤击元件10由流体驱动朝执行件30移位时，出口95被暴露。受压流体被引导通过出口95，出口优选地设置在至少当它处在中间位置时它朝配重50打开的位置。根据该示例性实施例，配重设有将受压流体引导至喷嘴96的腔，喷嘴优选地设置在配重的相对于执行件的近端。通过喷嘴96的流体的推动，受压流体使配重启动相反的相位的移动。然而根据该示例性实施例的流动设置和推动对于冲击机械的工作并不是必须的，测试的结果已经显示该推动确实降低了配重获得期望的相反的相位的移动的时间。流动优选地为气体流动，并且更优选地为空气流动，因为它可以自由地释放。然而，可以设置循环系统，使得可以使用其它流体。应当注意，可以具有多于一个的出口95和/或多于一个的喷嘴96，以例如改变流量或导引或平衡该推动。此外，在冲击机械为电致动的示例性实施例中，配重的相反的相位的移动可以例如通过电磁致动器启动。

现在参考图4a-4l，它们示意性地示出了本发明的可能的实施例的其它实例。对于根据附图4a-4h的所有实施例，它们共同的是，配重550在配重550的接触表面556、557之间具有轴向长度L_ccw。而且，第一弹簧作用装置560在它的轴向移动上被第一端面S_end1限制，并且第二弹簧作用装置570在它的轴向移动上被第二端面S_end2限制。第一弹簧作用装置560具有未经激励的长度L_SA1，并且第二弹簧作用装置570具有未经激励的长度L_SA2。对于第一弹簧作用装置560，未经激励的长度为端面S_end1和接触端点565之间的距离。对于第二弹簧作用装置570，未经激励的长度为端面S_end2和接触端点575之间的距离。第一端面S_end1和第二端面S_end2之间的距离D_end为减振装置内部的总的轴向距离。配重550在第一轴向A上在第一配重位置CW1和第二配重位置CW2之间可移动，弹簧作用装置560、570在第一配重位置CW1和第二配重位置CW2之间被压缩。具体地，在图4a-4h所示的实施例中，间隙D₁能被计算为：

D₁＝D_ends-L_ccw-L_SA1-L_SA2

图4a图示了第一弹簧作用装置560和第二弹簧作用装置570可包括平行地、成对地设置在每个配重位置CW1、CW2的第一弹簧作用元件562a、572a和第二弹簧作用元件562b、572b。第一弹簧作用元件572a、762a的未经激励的轴向长度比所包括的成对的第二弹簧作用元件572b、562b的轴向长度短。然而，第一弹簧作用装置560和第二弹簧作用装置570的未经激励的长度L_SA1、L_SA2由最长的弹簧作用元件限定。图4b图示了第一弹簧作用装置560和第二弹簧作用装置570可包括单一的弹簧作用元件。图4c图示了第一弹簧作用装置560和第二弹簧作用装置570可包括两个长度相同的并且平行地、成对地设置在每个配重位置的弹簧作用元件。

现在参考图4d，其图示了弹簧作用装置被固定附接至配重550的实施例。然而，在该实例中，第一端面S_end1和第二端面S_end2起邻接表面作用。而且，图4e和图4f示出了也可以通过设置平行的、具有相同或不同长度的弹簧来改变图4d中的实施例。

现在参考图4g，其图示了一个实施例，其中第一弹簧作用装置560和第二弹簧作用装置570由设置在配重550每一侧的自由弹簧作用元件562、572构成，使得它们仅邻接端面和配重550。

图4h图示了又一个实施例，其中可以组合附接至配重550的弹簧作用装置560和附接至端面S_end1的弹簧作用装置570。

图4h图示了另一个可能的实施例，其中，第一弹簧作用装置560包括具有不同长度的第一弹簧作用元件562a和第二弹簧作用元件562b。弹簧作用元件562a、562b彼此平行地设置在第一配重位置CW1。而且，最长的弹簧作用元件可以固定附接至配重550。作为一种选择，最长的弹簧作用元件在未经激励的情况下可以邻接配重550。

图4j图示了间隙D₁已被弱弹簧作用元件561取代的实施例。这样，间隙D₁由弱弹簧作用元件561的未经激励的长度表示，并且可以从与图4a-4h相同的关系式中计算得出，或者通过简单测量弱弹簧作用元件561本身的长度得出。

此外，可以采用在本发明的范围内的其它实施例和变形例。例如，如图4k所示出的，另一个实施例可包括间隙D₁与具有不同弹簧系数、在第一配重位置CW1彼此顺序连接的至少两个弹簧作用元件561、562的组合。在第二配重位置CW2，可以设置单一的弹簧作用元件。配重550没有固定附接至该弹簧作用元件。图41图示了又一个可能的实施例，其包括具有不同弹簧系数、在每个配重位置CW1、CW2顺序连接的至少两个弹簧作用元件，其中，配重550固定连接至该弹簧作用元件。

如图5a-5c示意性地示出的，本发明的其它实施例可包括偏压的弹簧作用装置。间隙D₁的长度可以从与图4a-4h相同的关系式中计算得出。

如图5a所示，偏压弹簧作用装置的一种方式是将它保持在部分压缩状态。偏压的弹簧562、572设置在由端面S_end1、S_end2和保持表面R_S1、R_S2限定的隔室内。配重550的接触表面556、557可被改变，使得在配重接触表面556、557之间的配重的轴向长度Lccs大于配重550外部的长度L_E。

如图5b所示，弹簧作用装置560可被嵌入在配重550内部。保持表面设置在配重内部。端面S_end1、S_end2设有突出部，使得能够与弹簧作用装置560邻接。突出部的大小使得它们只接触弹簧作用装置而不妨碍或接触其他部件。在该实施例中，可以在配重550内部设置单一的弹簧作用元件562，弹簧作用元件在第一保持表面R_SA1和第二保持表面R_SA2之间轴向延伸。配重550在接触点之间的方向上的长度为0。

对于具有内嵌的弹簧作用元件的实施例，间隙的距离D₁可被计算为第一配重位置CW1和第二配重位置CW2之间的距离Lcw减去配重550的外部长度L_E(最大的轴向长度)。

如图5c所示，可在配重550的内部设置第一弹簧作用装置560和第二弹簧作用装置570，并且它们由在配重550内部的壁分开。第一弹簧作用装置560和第二弹簧作用装置570由在配重550内部的壁保持在第一保持表面的第一远端和在第二远端的第一保持表面。配重在接触点之间的方向上的长度为0。可能的实施例和变形例的清单是无穷的。

图6示出了根据本发明的另一个示例性实施例的冲击机械的示意性的透视图。如图6所示，配重350具有圆柱形形状，并且围绕锤击元件310的壳体305设置。配重350响应于锤击元件310的冲击作用在第一配重位置CW1和第二配重位置CW2之间可移动。利用配重引导装置381在两个位置CW1和CW2之间引导配重350。在该实施例中，引导装置381内部地设置在配重350内。然而，其它可能的变形例可以包括外部引导装置，例如外部壳体，其用它的外周包围并引导配重。在第一配重位置CW1和第二配重位置CW2处设置运动反向机构380、390。在该实施例中，运动反向机构380、390包括两个设置在每个配重位置CW1、CW2处的螺旋弹簧。在第一配重位置CW1和第二配重位置CW2之间设置有间隙D₁。具体地，在图4a中，间隙D₁被图示为配重350的接触表面356和弹簧作用元件362的接触表面365之间的距离。

如在附图中公开的，冲击机械的工作原理为在锤击元件110、210、310上施加重复力，使得锤击元件110、210、310在第一锤击元件位置HE1和第二锤击元件位置HE2之间进行周期性的运动。通过致动装置115、215、315获得作用在锤击元件110、210、310上的重复力。典型地，手持式冲击机械使用液压动力、内燃机或电力工作，而安装在大型机械上的冲击设备使用液压或气动力作为动力。致动装置115、215、315的目的是通过或者电的/机械的、液压的或者气动的装置将冲击能量传递到锤击元件110，使得在冲击元件上施加冲击力。一个示出它如何实现的实例是周期性地向可膨胀腔供应气体或液压流体，并从可膨胀腔供应气体或液压流体，这使力交替地传递给锤击元件110、210、310。在第二位置HE2，锤击元件110、210、310与例如为作业工具的执行件130、230、330机械接触，由此锤击元件110、210、310将打击力传递给执行件130、230、330。相应地，减振装置140、240、340的作用是使配重150、250、350相对于锤击元件110、210、310反向移动，使得来自配重移动的振动反作用于来自锤击元件110、210、310的振动上。执行件/作业工具130、230、330可定位在任何方向上，由此配重的移动与锤击元件对准。为了使配重150、250、350正确地反向移动，根据特定的共振频率的行进长度和弹簧系数使配重150、250、350移动。然而，快速地使配重150、250、350工作在正确的频率以便当冲击机械打开时可以瞬间产生减振效果将是有利的。这可以通过在配重上施加实质上瞬间的力来获得，由此可以利用从锤击元件的壳体105、205、305排放的压缩空气或液体。第一运动反向机构160、260、360定位在第二配重位置(CW2)，并且第二运动反向机构170、270、370定位在第一配重位置。具体地，当配重150、250、350在第一配重位置CW1和第二配重位置CW2之间移动时，运动反向机构160、170；60、270；360、370接收配重150、250、350并使它反向。

图7示出了根据示例性实施例的冲击机械和减振装置的主要部件的示意性剖视图。减振装置包括圆柱形的配重450，其围绕锤击元件410的壳体405。减振装置440可根据冲击机械的典型工作频率f_work和相关的振动幅度V_a设计其大小。因此，锤击元件410的重量H以及第一锤击元件位置HE1和第二锤击元件位置HE2之间的距离典型地为已知的参数。此外，锤击元件壳体405的重量M为已知的参数。进一步地，图7可被用于示例如何确定间隙D₁，以及用于图5所示的实施例。首先，减振装置设置为使得弹簧作用装置460、470都不被压缩，此后，配重450布置在各自的弹簧作用装置460、470的接触表面465、475的中路。在第二步中，间隙D₁被确定。

尤其是，间隙D₁对应于第一弹簧作用装置470的接触表面465与配重的接触表面456之间的距离D_ends和第二弹簧作用装置470的接触表面475与配重450的第二接触表面457之间的第二距离D₁/2。还给出了第一弹簧作用装置460和第二弹簧作用装置470设置在配重450的相反侧。减振装置的中心思想是对来自锤击元件410的振动施加反作用。所以，用于锤击元件的最大的力F_HE因此与用于配重的最大的力F_CW实质上相同。具体地，作用在配重450和锤击元件410上的加速力应当相等，以使作用在锤击元件壳体405上的反作用力相同。配重450的移动被限制在第一配重位置CW1和第二配重位置CW2之间的最大配重移动距离之内。这样超过这些点的移动是不可能的。因此，取决于例如锤击元件410的加速力，配重450的行进距离可为最大行进距离或者更小。

因此，在第一配重位置CW1和第二配重位置CW2之间的距离以及配重450的重量可以改变，并适应于冲击机械的几何结构和重量限制。如在图2的简图中给定的实际例子，锤击元件的重量为0.3千克，并且配重的重量为1千克。锤击元件壳体的总重量为3千克。

下一步是选定配重的共振频率f_res。基于冲击机械的预定/期望工作频率，配重的共振频率被选为使得它充分地远大于冲击机械的预定工作频率，以便在工作频率有良好的减振效果。在该具体的实例中，基于机械的正常工作频率为30Hz，共振频率选定为32Hz。接下来，基于所选定的配重的共振频率f_res，配重的弹簧系数k可从下面的关系式中确定：

$f_{res}=\frac{b}{2D_1+2\mathrm{\π}b}\sqrt{\frac{k}{m}}$

其中：

m：配重300的重量(克)

f：配重的共振频率(Hz)

b：弹簧的压缩距离(s)

在装置中没有间隙的实例中，有利地，通过模拟来选择系数。

图8图示出四个不同弹簧作用元件的实施例的图表，其示出非线性的作为配重位移x的函数的弹簧作用力。曲线的斜率可称为弹簧系数k。图7几何上示出了关于本发明的实施例F_k间隙的配重位移x。尤其是，如图7中几何上呈现的，对于所有弹簧作用元件的实施例，如图5中图示的起点(在0mm处)涉及位置0，而终点(在12mm处)总是涉及位置CW2。而且位置0可被视为当配重450处于平衡状态，当施加的弹簧作用力为0时。

现在参考图8，第一配置F_2弹簧包括与两个弹簧作用元件接触的配重，两个弹簧作用元件在配重的一侧在其行进方向上顺序地连接。

第二配置F_{1弹簧+间隙}包括与一个弹簧作用元件接触的配重，但是间隙被引入配重的行进路径。在第二配置中，应当注意，该间隙实际上只是在图7几何上图示的半个间隙D₁/2。第三配置F_3弹簧涉及本发明的一个实施例，其中配重与三个顺序地连接的弹簧作用元件接触。

由于弹簧系数的改变，并且取决于弹簧作用元件的刚性，配重经历具有不同弹簧系数的两个区：“低弹簧力区”和“高弹簧力区”。低弹簧力区对应于弹簧作用元件压缩的开始，其中在配重上的弹簧作用力处于它的最低级别。高弹簧力区对应于弹簧作用元件压缩的结束，其中在配重上的弹簧作用力处于它的最高级别。在本发明的上下文中已经认识到，为了实现宽工作频率范围的有效的减振效果，低弹簧力区的长度可对应于高弹簧力区长度的至少25％；并且在低弹簧力区的平均弹簧系数应当低于在高弹簧力区的弹簧系数的50％。实验研究的另一个发现是，如果实施例包括间隙，间隙的距离可以选定为第一配重位置CW1和第二配重位置CW2之间的总行进距离的约30％。

在上面的关系式中，k代表以“低”和“高”弹簧作用力作用在配重上的总弹簧系数。如果弹簧作用元件为顺序地连接的两个弹簧作用元件的组合，那么对于每个弹簧作用元件的弹簧系数k₁和k₂应当根据下面的等式概括得到总的，即等效弹簧系数k_ekvl：

$\frac{1}{k_{ekv}}=\frac{1}{k_1}+\frac{1}{k_2}$

图9a至图9c图示了关于减振装置的安装的不同的实施例。图9a示出了内部地安装的减振装置640。在该实例中，减振装置640集成入冲击机械中，并且可被安装在冲击机械的壳体605的内部。如图所示的，减振装置640可以以冲击元件的移动轴线为中心。

图9b示出了另一个可能的实施例，其中减振装置640外部地围绕冲击机械的壳体605安装，使用固定装置647附接于其上。这样设置的优势是它可被用作附件。减振装置640可具有绕围绕冲击机械的壳体的圆周对称的并且分布式的配重。

图9c示出了本发明的另一个可能的实施例，其中配重的行进方向关于冲击元件的行进方向以角度θ偏置。如果需要降低竖直方向和水平方向的振动，该实施例可以带来优势。

技术人员将能够认识到本发明并没有被限制为所描述的示例性实施例。虽然事实是某些测量在彼此不同的从属权利要求中被叙述，但这并不意味这些测量的组合不能被用来产生有利效果。而且，术语“包括”并不排除其它的元件或步骤。其它的非限制性术语包括，“一”或“一个”(“a”或“an”)并不排除多个的情况，以及单一的单元可以实现几个装置的功能。在权利要求书中的任何参考标记不应被解释为限制其范围。最后，虽然附图和前述说明详细地阐述了本发明，但是这些阐述和说明是说明性的或示例性的，而并非限制性的；本发明并不限于所公开的实施例。

Claims (23)

1.一种冲击机械(100；200)，包括：

-壳体(105；205)，

-锤击元件(110；210)，所述锤击元件设置在所述壳体(105；205)内部，所述锤击元件(110；210)能够在第一锤击元件位置(H1)和第二锤击元件位置(H2)之间移动，

-冲击接收元件(130；230)，所述冲击接收元件附接至所述壳体(105；205)，

-致动装置(115；215)，所述致动装置被设置为使所述锤击元件(110；210)在所述冲击接收元件(130；230)上执行锤击操作，

-减振装置(140；240)，所述减振装置附接至所述壳体(105；205)，所述减振装置包括：

-配重(150；250)，所述配重能够响应于所述锤击元件(110；210)的锤击动作在第一轴向方向(A)上在第一配重位置(CW1)和第二配重位置(CW2)之间移动，

-至少一个运动反向机构(180；280)，所述运动反向机构中的每一个都包括至少一个弹簧作用装置(160；260)，所述至少一个弹簧作用装置(160；260)的每一个都被设置为使所述配重(150；250)的运动方向反向，

其中，

-所述配重(150)能够设置在位于所述第一配重位置(CW1)和所述第二配重位置(CW2)之间的位置上，在不致动所述至少一个弹簧作用装置(160)的情况下，所述配重(150)能够从该位置移动在所述第一轴向方向(A)上延伸的第一距离(D1)；

或者其中

-所述减振装置(240)还包括第一端面(S_End1)，所述至少一个弹簧作用装置(260)设置在所述配重(250)和所述第一端面(S_End1)之间，所述至少一个弹簧作用装置(260)包括第一弹簧作用元件(261)以及第二弹簧作用元件(272)，所述第一弹簧作用元件(261)附接至所述配重(250)，并且所述第二弹簧作用元件(272)与所述第一弹簧作用元件(261)在所述第一轴向方向(A)上串联地设置并且所述弹簧作用元件(272)附接至所述第一端面(S_End1)和所述第一弹簧作用元件(261)；所述第一弹簧作用元件(261)具有包括第一弹簧系数(k₁)的第一弹簧特性，其中第一弹簧系数在区间-k_trad≤k₁≤k_trad/2内，并且k₁≠0，并且所述第二弹簧作用元件(262)具有包括第二弹簧系数(k₂)的第二弹簧特性，其中第二弹簧系数在区间k_trad/5≤k₂≤30k_trad内，并且k_trad由下面的方程式确定：

$F_{res}=\frac{1}{2\mathrm{\π}}\sqrt{\frac{k_{trad}}{m}}$

F_res为在额定功率下冲击机械的共振频率，并且m为配重(250)的重量，

或者其中

-所述减振装置(540)还包括第一端面(S_End1)，所述至少一个弹簧作用装置(560)设置在所述配重(550)和所述第一端面(S_End1)之间，所述至少一个弹簧作用装置(560)包括第一弹簧作用元件(562a)和第二弹簧作用元件(562b)，所述第一弹簧作用元件(562a)的第一端和所述第二弹簧作用元件(562b)的第一端分别附接至所述配重(550)；所述第一弹簧作用元件(562a)的第二端和所述第二弹簧作用元件(562b)的第二端分别附接至所述第一端面(S_End1)，所述第一弹簧作用元件(562a)和所述第二弹簧作用元件(562b)在所述第一轴向方向(A)上彼此平行地设置，其中所述第一弹簧作用元件(562a)具有包括第一弹簧系数(k₁)的第一弹簧特性，其中第一弹簧系数被设置在区间-k_trad≤k₁≤k_trad/2内，并且k₁≠0，并且所述第二弹簧作用元件(562)具有包括第二弹簧系数k₂的第二弹簧特性，其中第二弹簧系数被设置在区间k_trad/5≤k₂≤30k_trad内，并且k_trad由下面的方程式确定：

$F_{res}=\frac{1}{2\mathrm{\π}}\sqrt{\frac{k_{trad}}{m}}$

F_res为在额定功率下冲击机械的共振频率，并且m为配重(550)的重量。

2.根据权利要求1所述的冲击机械，其中所述配重(550)能够设置在位于所述第一配重位置(CW1)和所述第二配重位置(CW2)之间的位置上，在不致动所述至少一个弹簧作用装置(160)的情况下，所述配重(550)能够从该位置移动在所述第一轴向(A)上延伸的第一距离(D1)，并且

所述至少一个弹簧作用装置(560)设置在所述配重(550)内部，并且所述减振装置还包括：

-第一端面(S_End1)，所述第一端面被设置为邻近所述第一配重位置(CW1)，以及

-第二端面(S_End2)，所述第二端面被设置为邻近所述第二配重位置(CW2)；

所述第一端面(S_End1)被设置成当朝向所述第一配重位置(CW1)运动时接收所述至少一个弹簧作用装置(560)；并且

所述第二端面(S_End2)被设置成当朝向所述第二配重位置(CW1)运动时接收所述至少一个弹簧作用装置。

3.根据权利要求2所述的冲击机械，其中所述至少一个弹簧作用装置(560)包括第一弹簧作用元件，该第一弹簧作用元件被预压缩，所述第一弹簧作用元件具有在区间k_trad/5≤k₁≤30k_trad内的第一弹簧特性(k1)。

4.根据权利要求1所述的冲击机械，其中所述配重(150)能够设置在位于所述第一配重位置(CW1)和所述第二配重位置(CW2)之间的位置上，在不致动所述至少一个弹簧作用装置(160)的情况下，所述配重(150)能够从该位置移动在所述第一轴向方向(A)上延伸的第一距离(D1)，并且其中所述减振装置(140)还包括：

-第一端面(S_End1)，所述第一端面被设置为邻近所述第一配重位置(CW1)，以及

-第二端面(S_End2)，所述第二端面被设置为邻近所述第二配重位置(CW2)；并且

所述至少一个运动反向机构包括第一运动反向机构和第二运动反向机构，并且所述第一运动反向机构的至少一个弹簧作用装置被设置在所述配重和所述第一端面(S_End1)之间，并且所述第二运动反向机构的至少一个弹簧作用装置被设置在所述配重和所述第二端面(S_End2)之间。

5.根据权利要求4所述的冲击机械，其中所述第一弹簧作用装置附接至所述第一表面(S_End1)，并且所述第一弹簧作用装置被设置为当朝向所述第一配重位置(CW1)运动时接收所述配重。

6.根据权利要求4或5所述的冲击机械，其中所述第二弹簧作用装置(170)附接至所述第二表面(S_End1)，并且所述第一弹簧作用装置(160)被设置为当朝向所述第一配重位置(CW1)运动时接收所述配重(150)。

7.根据权利要求4或6所述的冲击机械，其中所述第一弹簧作用装置(260)附接至所述配重，并且所述第一端面被设置为当所述配重朝向所述第一配重位置(CW1)运动时接收所述第一弹簧装置。

8.根据权利要求4、5或7所述的冲击机械，其中所述第二弹簧作用装置附接至所述配重，并且所述第二端面被设置为当所述配重朝向所述第一配重位置(CW1)运动时接收所述第二弹簧装置。

9.根据权利要求4、6或8所述的冲击机械，其中所述第一弹簧作用装置能够设置在位于配重和所述第一端面之间的位置上，在不致动所述第一弹簧作用装置的情况下，所述第一弹簧装置能够从该位置移动在所述第一轴向方向上延伸的第一距离(D1)。

10.根据权利要求5、7或9所述的冲击机械，其中所述第二弹簧作用装置能够设置在位于配重和所述第二端面之间的位置上，在不致动所述第二弹簧作用装置的情况下，所述第二弹簧装置能够从该位置移动在所述第一轴向方向上延伸的第一距离(D1)。

11.根据权利要求4-10中任一项所述的冲击机械，其中所述第一弹簧作用装置包括第一弹簧作用元件，该第一弹簧作用元件被偏压，和/或其中所述第二弹簧作用装置包括第二弹簧作用元件，该第二弹簧作用元件被偏压。

12.根据权利要求1所述的冲击机械，其中所述第一弹簧作用元件和第二弹簧作用元件(272)在所述第一轴向方向(A)上串联地或并联地设置；所述第一弹簧作用元件(261)具有在区间-k_trad≤k₁≤k_trad/2内并且k₁ 的第一弹簧系数(k₁)，所述第二弹簧作用元件(262)具有在区间2k_trad≤k₂≤30内的第二弹簧系数(k₂)，并且所述第二弹簧元件没有被预压缩。

13.根据权利要求1所述的冲击机械，其中所述第一弹簧作用元件和第二弹簧作用元件(272)在所述第一轴向方向(A)上串联地或并联地设置；所述第一弹簧作用元件(261)具有在区间-k_trad≤k₁≤k_trad/2内并且k₁ 的第一弹簧系数(k₁)，所述第二弹簧作用元件(262)具有在区间k_trad/5≤k₂≤30内的第二弹簧系数(k₂)，并且所述第二弹簧元件被预压缩。

14.根据权利要求2-11中任一项所述的冲击机械，其中作用在配重(150；250)上的弹簧作用装置的弹簧系数k可以根据下面的方程式确定：

$f=\sqrt{\frac{k}{m}}*\left(\frac{b}{2\mathrm{\π}b+2D_1}\right)$

其中计算值的偏差小于50％，或者小于30％，或者小于20％，或者小于10％；并且其中f为在额定功率下冲击机械的共振频率，k为弹簧系数，m为配重(150；250)的重量，D₁为所述第一距离，并且b为所述第一运动反向机构(160；260)的所述至少一个弹簧装置的压缩距离。

15.根据权利要求1-11中任一项或权利要求14所述的冲击机械，其中所述第一距离(D₁)至少为所述第一配重位置(CW1)和所述第二配重位置(CW2)之间的距离的至少20％，或至少40％，或至少60％，或至少70％，或至少80％，或至少90％。

16.根据权利要求1或12或13所述的冲击机械，其中第一弹簧作用元件(261)和第二弹簧作用元件(262)串联地或并联地设置，其中所述第一弹簧作用元件(261)的第一弹簧系数小于所述第二弹簧作用元件(262)的第二弹簧系数，并且其中所述第一弹簧系数应用于与所述第一配重位置(CW1)和所述第二配重位置(CW2)之间的距离的至少10％、或至少15％、或至少20％、或至少25％相对应的距离；并且所述第二弹簧系数应用于所述第一配重位置(CW1)和所述第二配重位置(CW2)之间的余下的距离。

17.根据权利要求16所述的冲击机械，其中第一弹簧系数比第二弹簧系数小至少50％。

18.根据前述权利要求中任一项所述的冲击机械，还包括冲击元件引导装置(120，220，320)，所述冲击元件引导装置被设置为使所述锤击元件(110，210，310)在所述第一锤击元件位置(HE1)和所述第二锤击元件位置(HE2)之间的直线方向上移动。

19.根据前述权利要求中任一项所述的冲击机械，还包括配重引导装置(381)，所述配重引导装置被设置为使所述配重(350)在所述第一配重位置(CW1)和所述第二配重位置(CW2)之间的直线方向上移动。

20.根据前述权利要求中任一项所述的冲击机械，其中所述冲击接收元件(130；230)为作业工具。

21.根据前述权利要求中任一项所述的冲击机械，其中所述冲击机械(100；200)是手持式的。

22.根据前述权利要求中任一项所述的冲击机械，其中所述冲击机械被设置为附接至一机械，优选地为附接至例如挖掘机、挖掘装载机或滑移装载机的施工机械。

23.根据前述权利要求中任一项所述的冲击机械，其中所述锤击元件H的重量相当于所述配重(150；250)的重量m的20％-300％。