CN112423847B - 具有在共同的轴上的泵和马达的工具 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种工具，包括至少一个马达。进一步包括与马达相连的泵，与泵流体连接的工作气缸以及与工作气缸连接的可致动的工具部件，其特征在于，泵和马达直接相邻地布置在马达和泵的共同的单个轴上，没有任何中间联轴器、传动器等。此外，本发明涉及马达和泵在共同轴上的组装。

Description

具有在共同的轴上的泵和马达的工具

技术领域

本公开涉及一种工具，包括：至少一个马达；连接到该马达的泵；与该泵流体连接的工作气缸；以及连接到该工作气缸的可致动的工具部件。

此类工具的示例是救援工具，但是在本公开的保护范围的框架内和对于根据本公开的工具而言，其他示例性工具也同样可能。

背景技术

传统上，大功率工具(如救援工具)与外部泵相连，其中一根或更多根软管从泵贯穿至工具，以在压力下向工具提供液压流体。在先前这种构造中，工具仅包括或至少包括气缸和可致动的工具部件。然而，特别是在救援工具领域，倾向于使用自给式和/或便携式工具。为了实现可携带性，工具必须能够在递送力和成本方面与带外部泵的传统系统相竞争，但同时必须以更紧凑的方式设计，以允许在工具中包含泵和马达。此外，还可能包括用于液压流体的罐或储存器，增加了保持工具紧凑的挑战。此外，操作速度必须至少与传统工具的操作速度的水平相同。总之，本公开的发明人面临设计能够自给式和/或便携式工具的挑战，相对于上述及其他方面考虑(如适当的冷却能力等)，这种工具与传统的软管连接工具相当或比传统的软管连接工具更好。

根据EP3360649和EP3345656，泵可以并入工具中，但是马达由一种外部的、基于电池的电动钻机形成，在泵和马达的单独的轴之间具有可释放的单向离合器联轴器。

US-2018/021603完全没有马达和泵的组装的任何细节，除了据说马达也被并入工具中，因此被认为构成最接近的现有技术。然而，该文献的附图显然教导了在马达和泵的单独的轴之间存在传动器、减速器等。

发明内容

根据本公开，工具呈现了以下特征：泵和马达直接相邻地布置在共同的单个轴上。共同的轴是单件式的，即没有任何中间联轴器或传动器的一件式部件，由此泵和马达以并排构造布置在轴上。这允许设计紧凑，同时也实现相关的简化。

在特定实施例中，该工具可以使得泵和马达的共同轴被支撑在共同的轴承内或由共同的轴承支撑。

在附加或替代的实施例中，工具可以进一步包括与泵流体连接的流体储存器。在这种实施例中，该工具可以使得流体储存器包括传热材料，并且被布置成与马达和泵中的至少一个热接触。传热材料可以由流体储存器的壳体和其中的流体中的至少一个来限定。

在附加或替代的实施例中，工具具有包括多个腔室的泵，每个腔室包括流体输入通道、加压流体输出端口和活塞，其中活塞通过马达在腔室中是强制地可移动的，每个腔室进一步包括至少一个可控阀，以分别选择性地关闭、打开泵的多个腔室中的至少一个的流体输入通道。这点尤其有益，因为马达和泵轴以对于马达和泵两者而言相同的转速转动，从而能够以这种方式控制泵，使其功能适应由马达施加的共同的轴的转速，以及适应连接到泵的气缸和整个工具的需求，以通过共同的轴实现刚性连结，并允许追求更紧凑的构造。具有开放的流体输入通道的活动腔室数量的适应允许斜升或斜降泵的动作，如下文就例如图12所公开的，并且同时使泵的动作适应共同轴的转速和用于气缸的泵的期望输出。

在附加或替代的实施例中，工具可以进一步包括控制器，其构造成至少控制马达。然后，该工具可以进一步包括至少一个性能传感器，该性能传感器向控制器提供信息，以便控制器使马达和阀中的至少一个适应该信息，其中传感器构造成测量和提供关于一组性能参数中的至少一个的信息，这一组性能参数包括：来自泵的流体压力、马达汲取的电流、马达每单位时间的转数、马达提供的扭矩、马达递送和/或消耗的动力、电池充电量(如果工具包括电池)、马达的旋转位置、工作气缸中活塞的位置，活塞从工作气缸的最大延伸的近似值、环境温度、流体温度、马达温度、马达阻力、流体阻力等。附加地或替代地，该工具可以进一步包括至少一个检测器，该检测器向控制器提供信息，以便控制器使马达和阀中的至少一个适应该信息，其中检测器构造成确定和提供关于一组参数中的至少一个的信息，这一组参数包括：工具部件和/或其延伸件的存在、与主电源的连接、水进入工具的侵入、低电池水平(如果工具包括电池)等。这尤其有益，因为马达和泵轴以对于马达和泵两者而言相同的转速转动，从而能够以这种方式控制马达，使其功能适应由马达施加的、泵和马达的共同的轴的转速，以及适应连接到泵的气缸和整个工具的需求，以通过共同的轴实现刚性连结，并允许追求更紧凑的构造。马达对内部和/或外部情况/参数的适应允许马达动作同时适应轴的期望转速和用于泵的马达的期望输出。

在附加或替代实施例中，泵可以包括圆柱形的泵壳，腔室布置在圆柱形的泵壳内。

在附加或替代实施例中，工具可以包括旋转板，旋转板设置在马达轴上并连接到泵的腔室中的活塞。在这种工具中，泵中也具有多个腔室，泵的腔室中的活塞中的至少一个可以延伸出其腔室，其中与旋转板邻接的活塞的端部包括相对于腔室向外延伸的突起，例如倒圆，以获得最佳的力对准和进出腔室的活塞引导。

在附加或替代实施例中，工具可以是便携式的。

在附加或替代实施例中，工具可以进一步包括电池，其中工具是自给式的，没有外部连接(可能除了用于给电池充电的电源连接器)。该工具的电池可以以背包的形式提供，用于用户携带，并且电导体从电池包伸展到工具中的马达。替代地且优选地，电池被并入工具的(壳体)中。

在附加或替代实施例中，工具可以是一组救援工具中的救援工具，包括：冲头、吊具、切割机等。

在不同的方面，本公开还涉及根据上述任一实施例的马达和泵在共同的轴上的组装。

附图说明

在以较通用的术语对根据本公开的工具的实施例进行上述讨论之后，对应于在权利要求中限定的特征，下面参照附图中的图提供更详细的描述。如上所述，特别地，将公开具体实施例的特征，从而为技术人员提供充分的公开，以便理解，但是，而言，特定实施例的具体揭示的特征都不应被解释为对根据本公开的实施例集合的保护范围施加任何限制，只要是在，特别是，权利要求书的独立权利要求所覆盖的范围内。此外，在附图的各个图中，即使可能涉及不同的实施例，相同或类似的方面、元件、功能和部件也可以使用相同或类似的参考标记来指示。在附图中：

图1示出了作为根据本公开的救援工具的潜在实施例的吊具的立体图；

图2示出了与图1中相同的吊具的立体图，但以部分断开的方式表示；

图3示出了根据本公开的工具及其控制的示意性表示；

图4示出了根据本公开的工具的更详细的实施例；

图5和图6更详细地示出了布置在图4工具中的马达和泵的共同的轴上的泵的构造；

图7示出了图5和图6轴上的泵布置的构造，该泵带有受控阀，以允许泵的不同腔室参与向气缸进给加压流体；

图8示出了与图7类似的实施例，但比图7带有更多部件和其他部件；

图9示出了作为根据本公开的工具的替代实施例的冲头，以及可以在该冲头上使用的延伸件；

图10和图11示出了彼此不同的实施例，以避免受控阀必须是用于关闭输出端口的阀的重型阀；以及

图12示出了根据本公开的工具的倾斜特性。

具体实施方式

在图1和图2中，示出了已知的吊具101。图9示出了冲头41。工具101、41(仅作为示例)是救援工具的形式，但也可以是根据本公开的任何其他类型的液压工具，并且替代地，本公开还可以涉及切割机、诸如下述图中的冲头等。本公开的原理也可应用于除救援工具以外的其他工具，例如一般的液压动力工具，其中可能期望紧凑性，例如在便携式和/或自给式的工具框架中。

吊具101包括吊具壳体102，可选地形成吊具101的结构。壳体102是指形成这样的结构，从而在这种结构中单独的部件可以被连接起来。吊具壳体102容纳液压工作气缸109，并且经由连接器104与液压动力源的连接随后可用来驱动气缸109，正如例如在救援工具以外的其他实施例中，诸如复轨系统、同步提升系统、滑移系统、拆除、回收等。同样，对于此类工具，可以适用本公开所基于的考虑因素，例如重量轻便和紧凑性，其中可能期望系统部件由一个人提起和移动。然而，优选地，例如在救援工具的实施例中，工具是便携式的和/或甚至是自给式的，如以下实施例所述。其中，工具进一步包括集成的泵和相关联的电动马达，并且带有用于为马达提供动力的电池和用于给电池充电的电源。通过提供作为根据本公开的工具的实施例的示例性吊具101的工作原理的描述，为下面实施例的实施例描述奠定了基础，其中更明确地公开了根据本公开的权利要求的区别特征。

从工作气缸109延伸出来的是活塞杆111，活塞杆111在图1和图2中没有示出，但在如图3示出了。活塞杆111经由传动器110连接到两个可旋转地可驱动的臂105和106，臂105和106在旋转点107和108可旋转地连接到轭112。

当工作气缸109被驱动以使其活塞杆111延伸时，传动器110将臂105和106推出，臂105和106在所展示的构造中由此被驱动以相对于轭112上的旋转点107和108向外旋转，并强迫分离任何外部元件，例如汽车残骸的部件。显然，当工具是另一种类型的救援工具(如切割机)时，可以部署不同的传动器，其中可驱动臂105和106被切割机刀片代替，被驱动以被迫在一起，并切割出汽车残骸的部分。这些切割机刀片、可驱动臂105和106和/或工具的其他元件形成可致动的工具部件，这些工具部件可以连接至工作气缸109的活塞杆111。

如图3所示，该工具可以包括在随后的图中经由阀块114连接至工作气缸109或气缸1的泵113，阀块114构造为设定流向气缸1、109的上腔室或下腔室和/或流向罐或储存器26的方向。控制器13为阀块114、泵113和马达111提供控制信号。马达111包括定子14和转子15，其中马达111与电池24电连接，与泵113机械连接。电池可以经由充电器电路115充电，并且泵113可以是可逆的。即使压力下的流体由外部供应或从工作气缸1、109泵出，或由工具内部的泵和马达组件提供，工具也可以包括控制器13，以控制马达111和泵113中的至少一个和/或经由阀块114控制工作气缸1、109。在图3的示意性实施例中，控制器13控制阀块114以打开或关闭与气缸1、109和与罐或储存器26连接的可选择的连接件，这取决于多个不同的延伸或回缩力水平中期望的一个力水平，期望的力水平的选择可能依赖于大量可能的内部或外部情况。

工具101可以包括连接到控制器13的多个传感器52，以提供信息，基于该信息，控制器13至少可以使马达111和/或泵113和/或阀块114适应该信息。在这样的实施例中，传感器52的任何一个可以构造成测量和提供关于一组性能参数中的至少一个的信息，这一组性能参数包括：来自泵的流体压力、马达汲取的电流、马达每单位时间的转数、马达提供的扭矩、马达递送和/或消耗的动力、电池充电量(如果工具包括电池)、马达的旋转位置、工作气缸1、109中活塞6、111的位置，活塞6、111从工作气缸1、109的最大延伸的近似值、环境温度、流体温度、马达温度、马达阻力、流体阻力，工具部件105、106的存在，工具部件105、106的延伸件42的存在、与主电源的连接、水进入工具的侵入、低电池水平(如果工具包括电池)等。

这些和其他内部和内部情况、参数和确定允许控制器13优化选择的力水平，以适应工具101的内部状态或外部情况。例如，如果马达111开始过热，则选择较低的力水平可允许正在进行中的工作得以继续，甚至以较低的力和/或速度完成。例如，本公开允许通过控制器13对泵113的相应控制来部署较少的泵腔室(如下所公开)，以允许降低由马达提供的扭矩和产生的热量。因此，可以保持所产生的力的水平，同时可以降低速度。

作为根据本公开的可能功能的进一步示例，当活塞6、111接近完全延伸时，控制器13可以将延伸力减小到较低水平，甚至在最大延伸时为零，以避免对工作气缸1、109或其他内部或外部部件的损坏。在例如冲头的情况下，活塞6、111的最大范围可能受到在可致动的工具部件105、106上的延伸件42、连接件43和/或叉件44的影响，而不是受到可致动的工具部件105、106的影响。延伸件42甚至可以通过有线或无线信号将其存在传达给处理器。然后，控制器13可以考虑工具的延伸长度，以增加或减少力和/或速度，例如，当在延伸件42上额外提供的传感器指示正在接近障碍物(例如，汽车残骸的梁或柱)处的移动范围的边界时。一旦实现了邻接，力可以再次得到增加。需要注意的是，具有智能延伸件的此类实施例声明它们在工具上的存在，或者甚至在这样的延伸件上的附加传感器(例如接近传感器)，即使没有独立权利要求的特征，此类实施例本身都被视为发明。

如图1和图2所示，连接器104可以包括带用户输入元件140的手柄141，以便例如反转可致动工具部件105、106的运动方向。另外，手柄141可以是可旋转的，可以使用传感器检测到，使得用户/操作员能够通过向左或向右旋转手柄141来提高速度或力。因此，工具的功能可以由用户主动操作，其中控制器13将允许由用户输入设定，除非内部情况或外部情况限制了设定工具的可能性，例如为了保护工具101不受损坏或发生故障。例如，当接收到用户/操作员输入以增加速度或力，但马达接近可接受的温度极限时，用于更多力的用户输入可能被控制器13忽略或取代。

显然，本发明允许对工具101和41进行一定程度的自动控制和用户输入控制，这在本公开之前是不可想象的。

根据图4-8中更详细的视图，在这些视图中同样的原理适用于图9中的冲头41，吊具101包括具有密封件2(更具体地说是动态密封件)的气缸1，其中气缸杆3回缩在气缸1中。压力管路4延伸穿过杆3以进入(debouch)与杆3相连的头部8前方的腔室中，而另一条压力管路5进入在头部8后面的气缸1内的另一个腔室中，这些腔室被头部8和围绕头部8的密封件7分开。

气缸活塞6可以分别在回缩移动和从动前进移动中被驱动，这依赖于加压流体的供应。

气缸1由具有圆柱形泵活塞壳体9的泵供应加压流体，该圆柱形泵活塞壳体构成泵壳12的部分，其中泵活塞壳体限定腔室，每个腔室内设置泵活塞28、50(在下图中，例如图5，更详细地示出)。腔室轴向地延伸，泵活塞28、50在其中轴向地和循环地可移动，而用于向各个腔室供应液压流体的输入端口或抽吸端口30相对于圆柱形泵活塞壳体9径向延伸。当泵活塞28、50在抽吸端口30上的一个循环的前进或按压半程中移动经过抽吸端口30时，泵活塞28、50本身起到止回阀的作用，以确保流体不会通过抽吸端口30被压回储存器26。在活塞28、50处于回缩位置时，为确保适当填充腔室，腔室设有环形抽吸凹槽29。

级环10围绕着泵壳12的泵活塞壳体9设置。如图7所示，级环10绕着泵活塞壳体9可旋转，级环10上带有闭合翻板、唇部或盖部49，用作受控阀，以在泵活塞28、50的循环的低压抽吸半程中抑制流体进入可选择的多个腔室中。由于泵活塞28、50本身起到重型止回阀的作用，以避免流体被压回储存器26中，因此受控阀49可以呈现为非常轻便且简单，例如作为级环10上的柔性唇部49。这些唇部沿级环10的周缘分布，以便预定数量的腔室对向气缸1供应加压流体做出或不做出贡献。为此，级环10能够绕着泵活塞壳体9旋转，以关闭或打开预定数量的抽吸端口30。设置级式马达11以在控制器13的控制下确定级环10和更具体地唇部49的位置，以覆盖所期望数量的端口30，并省略其对向气缸1输出加压流体的贡献。根据内部或外部考虑和测量的数量，控制器13可以确定在任何给定时间哪些和多少个腔室做贡献。基于此，控制器13可以控制级式马达11，以将级环10及其唇部49定位在所期望的数量的那些抽吸端口30上。为此目的，控制器13可接收来自多个可能的传感器和检测器52的输入，以允许对工具进行极大的自动控制，并实现有用的用户输入。

泵活塞壳体9中的泵的活塞28、50由马达驱动，马达包括马达定子14和马达转子15，马达与泵113布置在共同轴或轴21上，泵113和马达14、15相对于彼此直接相邻地布置在共同的单个轴21上。因此，共同的轴21是单件式的，即没有任何中间联轴器或传动器的一件式部件，由此泵和马达以并排构造布置在轴上。泵也布置在轴21上，这允许紧凑设计。轴21布置在一组轴承20、22中。旋转板51支撑枢转轴承，枢轴轴承的轴承球布置在承载板53内，旋转板51布置在轴21上，以便—当轴21通过马达14、15旋转时—顺序地驱动泵活塞28、50在其循环移动中通过其循环的抽吸半程和按压半程，由于泵腔的轴向构造，上述移动都是顺序的。

如图5-7所示，泵活塞28、50具有圆形头部54和用于与凹槽孔47中的活塞保持板36、48联接的收缩部61。活塞28、50的头部54可以具有替代的形状，例如圆锥形、截头圆锥形、金字塔形、截头金字塔形等。特别地，活塞28、50的头部54的形状可以是带有圆形、波纹状或略微凸起的形状的圆锥形。关于图6，值得注意的是，当旋转板51在马达14、15的影响下与轴21一起旋转时，力冲击角度经由相互作用点38，沿着力矢量37实现最佳的力传递，得到箭头39所示的力矢量，以获得流体力矢量40。由于活塞28、50的头部54的形状，在相互作用点38处，施加力的径向分量位于腔室33内，以允许活塞28、50在腔室33中得到最佳引导。在头部54形状的实施例中，其中相互作用点在腔室33外部，活塞28、50的长度必须增加以经受由此引起的倾斜效应。因此，旋转板51在活塞28、50的圆形头部54的轮廓上方滚动或跟随着活塞28、50的圆形头部54的轮廓。由此，马达14、15经由旋转板51施加在泵活塞28、50上的几乎所有力都转化为在活塞28、50的循环移动方向上的直线力。

可选地，轴21额外地与风扇(未示出)连结以驱动气流通过工具。因此产生的气流可以助于冷却该工具。在这种实施例中，需要提供空气入口、沿着风扇的空气流动路径和空气出口。然而，在这种实施例中，可能存在流体或至少湿气渗透的风险，为此可以设置传感器52来确定流体/湿度水平，并允许控制器13基于检测到的流体/湿度水平来调整工具的工作。此外，也可以设置过滤器，以抑制颗粒侵入工具内，如果堵塞沿风扇通过工具的空气流动路径，则可能阻碍冷却。

在图5、6的实施例中，腔室33的输出端口通往检验阀或止回阀31，检验阀或止回阀31包括座32内的弹簧加载球34，在活塞循环的按压半程中，由活塞28、50通过从腔室33排出的流体将弹簧加载球34压出阀座32。

弹簧35布置在轴21周围，在自身的座与承载板53或活塞保持板36、48之间，其中承载板53将枢轴轴承的轴承球保持在枢轴板51和活塞28、50之间，以将承载板53压向旋转板51。活塞保持板36、48可以附接到承载板53上。

图7、8和10以示意图和部分剖开的表示示出了马达14、15和泵在共同的轴21上的紧凑构造的工作。

活塞保持板36、48附接到承载板53上，并且不与轴21一起旋转，而旋转板51固定至轴21并与轴21一起旋转。对于图7、8、10的构造，旋转板51设置在轴21上以与轴一起旋转。如果旋转板51的前表面具有带周向波浪形表面或弯曲表面，则当旋转板51的前表面具有两个向前(朝向活塞28、50)的突起和两个向后的凹部时，这将允许马达14、15的每分钟转数(rpm)与活塞的循环的转换率例如为比率2。然而，在更简单的实施例中，旋转板51在沿着前表面的一次完整的周向行进中包括单个正弦周期，即在面向活塞28、50的前表面中的一个突起和一个凹部。后一实施在附图中示出，具有的最终结果是，旋转板51的面向活塞28、50的前表面相对于轴21的纵轴线是平面的且倾斜的。

级环10承载唇部或盖部元件49，以覆盖至少一个腔室处的抽吸输入端口30，这依赖于环10的位置。该位置由控制器13确定，并且经由级式马达11在控制器13的控制下设定。内部和外部传感器(如传感器52)确定端口30的流体输入，并由此确定泵的压力和流体流量输出，任何数量的内部和外部传感器以及额外的用户输入140、141都可以为控制器13提供基础，以确定级环10的位置，并由此确定贡献腔室33的数量，从而通过将唇部或盖部元件定位在确定数量的不做出贡献的腔室的端口30上来对泵的输出做贡献。根据级环的多功能性或受控阀的替代实施例，可以指定各个腔室来做或不做贡献，然后可以实现沿泵活塞壳体9的周向均匀分布的贡献腔室，以均匀地分布其中的力和负载。在这方面，可以优化在级环10上的唇部或盖部元件49相对于腔室的端口30的定位。单个唇部可以覆盖多个腔室的多于一个的端口30。

因此，通过共同的轴21实现紧凑的构造，并且通过最简单的措施来确定有多少个或甚至哪些特定的腔室有助于泵的输出，而无需部署重型阀以关闭输出端口30，如果简单的输入关闭唇部或盖部元件49被输出端口上的此类阀所取代，则需要抵抗输出端口中的压力。

用于相同目的的替代构造大体如图11所示。其中，马达55构造成在控制器13的控制下使销58延伸，以强制打开从泵的腔室33的输出端口到储存器26的旁路57中的检验阀或止回阀56，以防止流体的流动从腔室33被指向气缸1、109，然后不对泵的总输出做贡献，并且避免在输出端口布置重型阀以达到同样的目的。进一步注意，根据至少一些权利要求甚至是独立权利要求，在泵的腔室的输出端口和气缸1、109之间的重型阀没有被本公开的范围排除。

在图11的实施例中，腔室33在活塞28、50的循环的抽吸半程中沿同一旁路通道57从储存器26吸入液体，根据活塞28、50的抽吸力打开检验阀或止回阀。替代地，可以提供从储存器26到腔室33的平行通道。

优选地，进一步的检验阀或止回阀62设置在腔室33和气缸1、109之间的通道中。该检验阀或止回阀也可在图10的实施例中提供。

再次参考图4，工具101包括电池壳体23，以容纳多个电池单元24。壳体23和单元24可以围绕气缸1，同样地，储存器26可以围绕气缸1，以用于紧凑的构造，以及用于将热量从马达14、15和气缸1、109转移出去。因此，在这种实施例中，储存器26和其中的流体液压(例如液压油)可以对由马达和/或泵产生的热量在工具上的分布和热量的消散做出贡献，从而允许更长的有效部署持续时间。另外或替代地，可以提供散热器，从而优选地也围绕气缸1、109。

在上述实施例中，总的气缸容积具有多个部件27。这些部件允许杆111通过经由控制器13的适当驱动进行进出气缸1、109的必要延伸/收缩。

在图9中示出了冲头41，作为本公开中可能有用的工具的替代类型。冲头41可以在气缸的活塞杆111或后螺柱59上配备多个延伸件42A、42B中的任何一个。为了将延伸件42A、42B之一布置在活塞杆111或后螺柱59上，延伸件42A、42B两者均有连接器43A、43B。延伸件42A、42B具有不同的长度，较短的延伸件42B有叉件44，而不是较长延伸件42A的另一螺柱60的螺柱60。可以提供传感器来检测杆111或螺柱59上延伸件42A、42B中的任何一个的存在。延伸件42A或42B可以具有有线或无线通信手段来向工具41，尤其是向工具41的控制器13宣布其存在。任何延伸件的存在或不存在可能导致由控制器13选择和设定的不同操作模式，正如在泵的输出侧上由压力传感器52检测到的压力一样。

依赖于内部或外部情况和/或用户输入，本公开允许液压工具升档或降档。例如，可以测量负载来确定使该工具升档或降档。为此，控制器13可以调整马达的每分钟转数，并调整泵腔室的数量以对泵的总输出做贡献，以选择速度和/或动力和/或产生的力。也可以考虑其他情况，例如马达温度，以当检测到马达过热时使工具减速，但是通过减速，操作可以继续并且可以保护马达免遭烧毁，这是内部情况的一个例子。可使用任意数量的传感器和检测器，如用于确定泵输出压力的压力传感器52，以便控制器调整马达和/或泵的操作状态，包括用户输入。

在不可能升档或降档的工具中，如在现有技术的软管连接的工具中，传动比的选择应使得在最高预期气缸力下，设计的马达力矩足够且不会超过。这样工具与只有一档的汽车相比较，导致可能无法提供所期望的速度。

根据本公开，考虑了内部和外部情况以及允许用户输入，在升档或降档方面调整工具的模式，同时优选地避免但不排除在多个腔室的输出侧的大型、重型关闭阀。通过针对多个腔室中的每一个采用抽吸侧关闭阀和/或输出侧旁路(诸如图11实施例中的可控阀56)，可以配备重量轻、体积小、效率高的传动装置。

在带有受控阀的实施例中，受控阀用于在活塞移动的抽吸半程期间关闭可选择的多个泵腔室的输入端口，与用于在泵的腔室中的活塞的活塞循环的按压半程期间关闭输入端口的正常阀分开，盖子或盖部甚至不需要完全关闭输入端，而是可以仅仅限制流体向腔室的流入。柔性翻板、唇部49等就足够了。因此，可以简单且便宜地实现承载盖部元件或唇部49的级环10。级式马达11也仅需非常便宜且简单，坚固且小型。

根据本公开的原理，可以提供根据图12的工具斜升的图形表示。这允许同时考虑速度和产生的力，并且也可以通过马达和泵共同的轴21实现工具的小型化，其中来自泵的工作容积可以在可能也是马达的控制下适应内部和外部情况以及可能的用户输入。

图12的最上面的图表展示了以每分钟公升(lpm)为单位的流量Q与来自泵以巴(bar)为单位的压力p的关系，这与活塞111从气缸1、109的延伸速度直接相关。最下面的图表举例说明了以瓦特(Watt)为单位的马达功率P与以bar为单位的压力p的关系。示例的图表涉及具有带八个腔室33的四级的泵。对于任何级，都会部署所需数量的甚至可能是单独选择的贡献腔室33，而剩余的腔室不做贡献，从这个意义来说，这些非贡献腔室要么如图11所示被旁路，要么其输入(抽吸)端口被关闭。从这个意义上说，非贡献腔室33可以被称为“关掉”。显然，四级泵的控制器13可以通过控制每个腔室33的受控阀49或56来增加或减少贡献腔室33的数量。这使得即使是在连续地提高或降低压力p(如图12最下面的图表中所示)和与体积Q相关的速度(如图12最上面的图表中所示)的情况下，通过逐步选择性地增加或省略贡献腔室33，马达功率P也能够保持在可允许的最大值以下的水平。通过跟随图12中的实线或虚线特性，控制器13可以在增加或降低压力p或速度和体积Q的方向上对泵升档或降档。控制器能够根据测量或检测到的内部或外部情况来确定最合适的特性。

控制器13构造成采取内部和外部情况以及考虑因素用于切换贡献腔室33的数量。这种情况可以基于来自性能传感器或检测器52的信号以及经由开关140和/或旋转手柄141等的用户或操作员输入来确定。另外或替代地，如图12中所示，控制器13可能够适应各级之间的切换压力，这由虚线特性图作为根据实线进行切换的替代方案来例示。

为避免马达55、111过大负载，需要限制马达55、111传递的扭矩和来自电池单元24的电池电流(如果工具的板上提供的话)。基于本发明的特定实施例的图12的特性图，结合测量或检测结果和/或用户/操作者输入，控制器13提供电子速度控制，在下文中也称为“ESC”。这允许马达功率保持在最大值以下，同时经历图12中最下面的图表的四个级，这进而允许使用更简单、更轻便、更紧凑和功率更低的马达，而不像单级泵那样必须为工作气缸增加压力。

控制器13可以被提供来自传感器52的数据，以向马达提供关于马达扭矩和电池电流的信息，并且即使没有来自任何压力传感器52的信息(如果提供的话)，控制器13已经能够控制任何受控阀49、56，以根据图12中所期望的一个图表，通过增加或省略贡献腔室33，使传动装置适应这些参数。

这里需要注意的是，马达扭矩与马达电流线性对应，电压传感器52可以测量马达电压，其中控制器13可以能够从确定的马达电压和马达电流中确定(剩余的)电池容量，并且当电池电压被监测时，还可以进一步推导出电池电流。

由马达55、111的控制器13和(级式马达11驱动的)受控阀49或56的组合控制例如设定级环10的位置，这提供了一系列全新且有益的功能。

正如图12，对马达转速(rpm)、马达扭矩和比率的控制可以被优化，以实现最大功率和/或效率。

控制可以很容易地根据工具(的类型)、用户或用途进行调整，这只需要对控制器13和由此体现的ESC进行合理的有限调整。这里，注意几个例子：

-当如上文关于图9所述将延伸件增加到冲头上时，操作压力可能会受到限制，其中可提供传感器52来检测延伸件是否实际连接至活塞111或后螺柱59，这构成智能工具延伸件，或者安装在延伸件上的接近传感器可以提供接近汽车残骸柱或中间障碍物的信息；

-当提供集成式冲头支撑44时，操作压力可以被限制，其中可以提供传感器52，该传感器52构造成检测该冲头支撑是否实际布置在冲头上，这是智能工具延伸件的进一步实施例，这样的集成式冲头支撑能够形成单独的冲头支撑的替代方案，从而工具，尤其是图9中的冲头能够更快地得到部署，并使其操作更安全；

-为了保护用户/操作员的目的，操作压力可能会受到限制，但通过向用户提供可操作的超控按钮或开关，以专门启用更高的压力，通过图12的特性图的适当调整，控制器允许部署最大的压力，以允许例如暂时增加操作压力，这在正常操作中增强了用户的安全性，从而使用户特别意识到输入命令涉及额外的风险，但在特殊情况下具有由用户支配的超常态驱使的能力；

-各种各样的工具可以配备基本相同的驱动，该驱动至少由马达、泵和控制器形成，其中，通过对限定电子速度控制“ECS”的控制器13的编程软件进行简单的调整，较小的工具可以展示出比较大的工具更有限的速度(这里使用小和大来指代其移动范围)。

根据本公开的工具不需要压力限制阀，因为控制器13/ESC可以确保不超过安全操作速度，由此控制器13可以基于马达扭矩和期望的传动特性确定最大操作压力，参照图12中的传动级，基于所选数量的腔室33的参与程度，来进行升档或降档。

相反，当部署压力传感器52时，来自这样的压力传感器52的压力测量信号可有益地被采用以切换各个级，即确定要做出贡献的腔室33的数量，和/或使马达55、111降档，以通过防止来自泵的过大压力而损坏工具。

如果或者当在来自泵的最高操作压力下达到最大马达扭矩，则与压力限制阀或开关阀相比，马达55、111可以由控制器13降档、减速或失速，以节省能源。此外，用户/操作员更可检测地被告知工具已达到最大动力，其中用户/操作员收到手动可检测的(用户/操作员能够感觉到马达降档的变化)警告，即已达到工具的操作极限。

如上所述，当超过阈值温度时，可以通过为控制器配备适当的温度传感器52来检测马达以及电池、控制器和泵的过热，以限制马达电流。在这种情况下的降档可以被认为是“降额”，这在现有技术工具中原则上是已知的，其中这种功能是通过液压开关阀实现的，在液压开关阀中，降额控制将马达扭矩限制在一定程度，即不会产生液压开关阀的开关压力，在这种情况下该工具不再可操作以产生较大的力。相反，本公开允许该工具在降额期间保持可操作性，因为控制器13可以将泵切换到其任何级(贡献腔室33的组合)。然而，降额涉及到降低马达扭矩，并由此也涉及到减小最大可达到的操作压力和/或流量和速度，但这仍使工具能够维持功能，并且涉及到对现有技术工具的显著改进，而现有技术的工具完全关闭，这是不期望的，尤其是在(但不限于)救援工具的情况下。

在本公开中，切换各个级(即确定贡献腔室的数量)可以基于从马达速度传感器52发送到控制器13的马达速度信号来执行。控制器13随后可在需要或甚至必要的情况下，将马达电流和因此也将马达扭矩限制在预定的最大阈值以下。例如，马达速度信号和可达到的压力和/或流量之间的关系可以存储在储存器中，便于控制器检索并基于其控制泵。当负载保证这样的扭矩时，控制器13可以降低马达速度。当马达速度超过下限阈值时，泵腔室33就被省略并由此“关闭”。反之，当马达速度超过上限阈值时，可以添加腔室33来做贡献。

泵内损失在相当大的程度上由沿着腔室33中的活塞和腔室壁的泄漏决定。这种泄漏流中的颗粒可能会导致活塞和腔室壁的磨损。由于泄漏流量随着泵压力而增加，处于该级的腔室33(腔室贡献的组合)受到这种磨损的影响最大。通过将交替腔室分配给处于最高压力的这些级，泵的总体预期寿命能够被延长。通过为同一级分配不同的级环10位置(即贡献腔室33的数量)，不同的腔室将参与不同的级，以允许磨损和消耗分布在各腔室上，由此泵的寿命得到延长。

当控制器13构造成为每一级分配交替的腔室33或旋转的腔室33和其中的活塞时，泵的预期寿命能够被延长。为此，级环10可以承载适当选择的数量和范围的唇部49，并且级环可以在控制器13的控制下通过马达11旋转到多种不同的旋转位置，在这些位置中唇49排除并包括不同的贡献腔室33。进一步可以想到的是，级环10的这种驱动由控制器13通过自我诊断来控制，以确定腔室33中的任何一个是否受到或易受显著磨损的影响。如果是这样的话，其他腔室33和其中的活塞可以被选择用于适当的级，特别是用于涉及更多或更少数量的腔室33的高压级或高速级。当工具处于其末端位置时，基于控制器13接收关于处于工作气缸活塞的末端位置的工具的输入，测量操作压力，可以进行自我诊断。通过确定是否未达到最大动力或太慢达到最大动力，可以检测到磨损的腔室33/其中的活塞。

组装后，程序可以由最终用户或机械师来运行以初步调整工具，其中工具可以被校准，并为这一目的在负载下操作一段时间。可以设置外部过滤器以连接至工具。

终端用户或机械师可以启动用于根据本公开的工具自我诊断的诊断程序。在这样的诊断中，控制器13可以验证针对每一级是否达到所需的压力，或者其中泵的所有活塞28、50都被布置在体积最小的位置，以确定各自腔室33中的活塞是否以及以多快达到最大压力。

在传统工具中，以rpm为单位的马达速度通常总是恒定的，但马达的速度可能会变化，例如，可以采用液压阀来调节传统工具的速度。然而，由此可能发生减少或关闭损失。相反，根据本公开，控制器13可以调节马达的速度，而没有减少或关闭损失。由于在本文提出的工具中，泵的各级也在控制器13的控制下，因此可以在任何给定的时间选择级，并且在其中也可以考虑调节马达14、15的速度。此外，也可以考虑由用户转动手柄141输入的期望工具速度值，用于选择泵的级和马达的速度。

可变的马达速度允许驱动范围的增加；使用相对较低的马达扭矩，马达可以达到最大速度，用户可以获得最高速度。这种最高速度可能会被电池电压的限制，在这种情况下，马达速度和相关的电磁力可以增加，直到与电池电压达到平衡。然而，通过部署场弱化，马达速度可以进一步提高。由于控制器13被告知泵的某一级，因此场弱化可以选择性地部署在具有最大循环容积的级中。然后，在其他级，与场弱化相关的较低效率的缺点将不再适用，但较高工具速度的优势在相关级中得到了确保。

端口30处的凹槽29确保腔室33改进的填充，使得即使在更高的速度下，泵也可以以预期工作。更好的腔室填充也可以通过提供多个输入通道来实现，但在活塞循环的按压半程期间，还需要堵住所有额外的输入通道，以防止流体被压回储存器或罐26，和/或在活塞循环的抽吸半程期间适应根据独立权利要求1的特征部分的泵的总工作容积，这使得泵和/或阀的最终设计更加复杂。

根据图6的构造与优化的活塞头部设计有关，根据该设计，活塞上产生的侧向力被最小化。更大的接触半径可以实现以用于弯曲的活塞头部54，由此赫兹张力得到降低并且弹性流体动力润滑的状况得到改善。由此可以减少旋转板51处以及活塞28、50和腔室33之间接触中的摩擦损失，从而更短的活塞成为可能以及可以实现更紧凑的泵。

图5中的活塞保持板36、48在凹槽61中与活塞接合，与活塞直径增大以形成凸缘用于由保持板36、48接合相比，通过铣削更容易形成。保持板中用于接合活塞头部的孔是键形的，如图7所示。这允许在将活塞28、50插入腔室33后可以轻松地安装保持板。此外，当填充腔室33时，这增强了活塞与保持板36、48之间的接触。替代地，保持板可以具有径向向内延伸的槽，用于与其中的活塞头部接合，这将允许围绕泵活塞壳体9的周向分布更多的腔室。活塞保持板的构造比在活塞上使用弹簧的构造更紧凑，并且刚性更大更坚硬，允许更高的操作速度。

图5中在泵活塞壳体9和活塞保持板36、48之间的弹簧35体现了简化，有助于更紧凑的设计，为弹簧35提供了更大的空间。

以上，所描述的多个特征与它们相对于替代方案的优势一起进行了解释。并且，本公开的便携式工具(在上文中通常在救援工具的实施例中被提及)可用于/适用于其他目的，例如在救援工具以外的其他实施例中，例如复轨系统、同步提升系统、滑移系统、拆除、回收等。然而，对任何一个权利要求中限定的特征的替代方案(其可能不是优选的)而言也可以落入权利要求中所限定的本公开的范围内，由此用于具体公开的特征的其他替换方案也可以被涵盖，并且范围仅由权利要求的定义所限定，并且至少对于某些司法管辖而言，该范围也可以包括要求保护的特征的明显的替代方案。

Claims (18)

1.工具，包括：

-至少一个马达；

-连接至马达的泵；

-与泵流体连接的工作气缸；以及

-可致动的工具部件，其连接至工作气缸，

其特征在于，泵和马达直接相邻地布置在马达和泵的单个共同的轴上，没有任何来自包括联轴器和传动器在内的组的中间部件。

2.根据权利要求1所述的工具，其中泵和马达的共同的轴支撑在共同的轴承中或由共同的轴承支撑。

3.根据权利要求1所述的工具，进一步包括与泵流体连接的流体储存器。

4.根据权利要求3所述的工具，其中流体储存器包括传热材料，并且被布置成与马达和泵中的至少一个热接触。

5.根据权利要求4所述的工具，其中传热材料由流体储存器的壳体和流体储存器中的流体中的至少一个限定。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的工具，其中：

-泵包括多个腔室，每个腔室包括流体输入通道、加压流体输出端口和活塞，其中活塞通过马达在腔室中是强制地可移动的，每个腔室进一步包括至少一个可控阀，以分别选择性地关闭或打开泵的多个腔室中的至少一个的流体输入通道。

7.根据权利要求1至5中任一项所述的工具，进一步包括控制器，控制器构造成至少控制马达。

8.根据权利要求7所述的工具，进一步包括至少一个性能传感器，性能传感器向控制器提供信息，以便控制器使马达和阀中的至少一个适应所述信息，其中传感器构造成测量和提供关于一组性能参数中的至少一个的信息，这一组性能参数包括：来自泵的流体压力、马达汲取的电流、马达每单位时间的转数、马达提供的扭矩、马达递送和/或消耗的动力、马达的旋转位置、工作气缸中活塞的位置、活塞从工作气缸的最大延伸的近似值，环境温度、流体温度、马达温度、马达阻力以及流体阻力。

9.根据权利要求8所述的工具，其中，当工具包括电池时，所述一组性能参数还包括电池充电量。

10.根据权利要求7所述的工具，进一步包括至少一个检测器，检测器向控制器提供信息，以便控制器使马达和阀中的至少一个适应所述信息，其中检测器构造成确定和提供关于一组参数中的至少一个的信息，这一组参数包括：工具部件和/或工具部件的延伸件的存在、与主电源的连接、以及水进入工具的侵入。

11.根据权利要求10所述的工具，其中，当工具包括电池时，所述一组性能参数还包括低电池水平。

12.根据权利要求1至5中任一项所述的工具，其中泵包括圆柱形的泵壳，腔室布置在泵壳中。

13.根据权利要求6所述的工具，其中旋转板布置在马达轴上并且连接至泵的腔室中的活塞。

14.根据权利要求11所述的工具，其中泵的腔室中的活塞中的至少一个延伸出其腔室，其中与旋转板邻接的活塞的端部包括相对于腔室向外延伸的突起，用于最佳的力对准和进出腔室的活塞引导。

15.根据权利要求14所述的工具，其中突起包括相对于腔室向外延伸的倒圆。

16.根据权利要求1至5中的任一项所述的工具，其中工具是便携式的。

17.根据权利要求1至5中任一项所述的工具，进一步包括电池，由此工具是自给式的，没有外部连接，除了用于给电池充电的电源连接器。

18.根据权利要求1至5中任一项所述的工具，其中工具是一组救援工具中的一种救援工具，这一组救援工具至少包括：冲头、吊具和切割机。

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