CN1251794A - 带有压缩空气激励冲击机的手持式钻具 - Google Patents

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Abstract

手持式钻具具有压缩空气激励冲击机,冲击机包括带进气口(23)和排气口(24)的气缸(22),气缸中有活塞(30)。冲头部件(15)轴向穿过气缸(22)的前端面(25)并将冲击力传递给钻头。钻头还可以绕其轴线转动。控制阀组合在冲击活塞中并具有槽和孔(46—52),这些槽和孔可以交替地与气缸上的进排气孔连接。

Description

带有压缩空气激励冲击机的手持式钻具
本发明涉及一种按照权利要求1前序内容的带有压缩空气激励冲击机的手持式钻具，冲击机用于产生轴向冲击。
除了公知的带有电风动式冲击机或机械式冲击机，如棘轮冲击机、弹簧弓冲击机或弹簧—凸轮冲击机的手持式钻具以外，一种用于产生轴向冲击的带有压缩空气激励冲击机的手持式钻具也是为人们所熟悉的。压缩空气或者说伺服气动冲击机具有一个气缸，在气缸里面设置有冲击活塞，该活塞借助于压缩空气针对冲头部件周期性地被加速，冲头部件用于将轴向冲击传递给夹紧在手持式钻具卡头上的钻头或錾凿上。在目前公知的压缩空气激励冲击机上有气缸与气源，例如与手持式钻具组合成一体的压缩机之间设置至少一个控制阀，此阀用于气缸容积进排气的转接，以形成气缸内部冲击活塞周期性地往复运动。控制阀的控制借助终端阀来实现，终端阀在冲击活塞的前后终端位置被激活。而控制阀本身的转接通过机械的、电的或通过控制压缩空气管道来实现。
公知的压缩空气激励冲击机的缺点在于具有大的死点容积，这个容积必须得在压力供气与无压状态之间的每个周期被重新充填。这一点不仅导致时间上的延迟，这种延迟对可达到的冲击频率产生消极影响。而且这种持久的从无压状态到压力供气状态或者相反的再充填导致相当大的能量损失。这种公知的压缩空气激励冲击机具有终端阀和至少一个控制阀。由此产生控制时间延迟，同样会对冲击效率产生消极影响。单位冲击能量和所产生轴向冲击的频率只能在微小程度上通过施加在冲击机上的压力来控制。
本发明的任务在于，排除目前技术状态下压缩空气激励冲击机的这些缺点。实现一种带有压缩空气激励冲击机的手持式钻具，其中控制时间延迟能够被完全排除。用于死点容积再充填所需的能量应该是较少的，并且对于产生冲击的能量平衡应该整体上被改善。手持式钻具在单位冲击能量可调整性上以及所产生轴向冲击的频率上也应该提供更大的变化可能性。
这个任务通过在手持式钻具中设置一个安装在壳体内部的压缩空气激励冲击机而被解决，这个冲击机具有权利要求1特征段所述的特征。按照本发明的手持式钻具具有一个用于产生轴向冲击的压缩空气激励冲击机，这个冲击机通过一个控制阀与压缩空气源连接。冲击机包括一个气缸，该气缸具有至少一个进气口和至少一个排气口。在气缸内部导入冲击活塞，这个活塞可以用压缩空气加载并且可以周期性地针对冲头部件加速。冲头部件轴向穿过气缸的前端壁并且用于将轴向冲击传递给夹紧在卡头内的钻头或錾凿。安装在壳体上的转动驱动容许夹紧在卡头内的钻头或錾凿绕驱动轴旋转。控制阀与冲击活塞组成一体并具有槽和孔，这些槽和孔可以交替地与气缸上的进排气孔实现有效连接。
当控制阀与冲击活塞组成一体的时候，控制阀位于气缸工作容积内部。在气缸进气口上施加恒定的压缩空气。排气口仅用来将来自气缸的压缩空气排出。在每个周期中从无压状态到压力供气状态必须被再充填的死点容积仅限于控制阀上的槽和孔。通过死点容积的减小对于再充填所需的能量减少，并且改善对于产生冲击的整体能量平衡。因为冲击活塞代替分立的控制阀承担起阀门功能，因此管道、接头和机械部件的数量减少。因为冲击活塞有自身的终端阀，因此能够避免控制延迟。
在优选的实施例变化中冲击活塞具有一个在两终端位置之间可移动的组合控制活塞，在此控制阀在进排气位置是可控制的。在这种实施例变化中冲击活塞构成阀门壳体，在壳体中圆柱体的控制元件可以轴向移动。
因为控制活塞在向前行程过程中突出于前端面，在返回行程过程中突出于冲击活塞的后表面，并且在冲击活塞之前出现在气缸的前后端面上，因此控制活塞构成冲击活塞两个极限位置的终端控制。因为控制活塞同时构成阀门体，因此终端控制与控制阀之间的控制延迟被排除。控制活塞突出于冲击活塞的端面并且在冲击活塞到达其极限位置之前就已经出现在气缸的前后端面壁上。从而控制活塞在冲击活塞内部轴向移动并且控制阀从进气位置转接到排气位置或相反。通过本发明的结构，冲击活塞的周期性往复运动同时被利用来作为控制阀的机械转接。
优选在冲击活塞后端面与气缸后端面壁之间的空间里设置弹簧元件。弹簧元件在冲击活塞的返回运动中吸收能量并由此用来支持在冲头部件方向上的向前加速。当向后加速的冲击活塞制动时其运动能量被弹簧储存并且在向前行程中再释放给冲击活塞。
因为气缸的后端面壁是由调整板构成的，因此调整板在气缸上的轴向位置是可改变的，能够非常简便地实现行程调整。通过调整板的轴向移动可以非常方便地调整单位冲击能量和冲击频率，而不必去改变供气压力。当调整板以对冲头部件长距离设置时实现冲击活塞的长行程。通过这种方式可以调整到强的单位冲击能量和低的冲击频率。当通过调整板对冲头部件短距离设置时行程减少可以调整到具有较小单位冲击能量的轴向冲击和高的冲击频率。
优选调整板的轴向安装是连续可调的。为此气缸在其后段可以以例如内螺纹构成。调整板在其周边具有对应的外螺纹。由此当调整板在气缸上被更多或更少旋进的时候，可以很方便地调整行程。
在本发明一种具有优点的实施例变化中调整板的轴向设置是可以自动调整的。例如这一点可以按照给定的标准比例在手持式钻具驱动期间实现。
下面通过图示来详细阐述本发明。这里给出的不是真实比例的图纸：
图1按照本发明构成的手持式钻具的简图；
图2按照本发明的压缩空气激励冲击机的轴向剖面简图；
图3-6图2中的冲击机在不同的冲击活塞位置时的轴向剖面简图。
图1给出了按照本发明构成的手持式钻具的简图，其整体用1来表示。手持式钻具具有带有手柄3的壳体2，在壳体上设置有用于激活手持式钻具1的主开关4。设置在壳体2内部的电动部件的供电通过用5来表示的电缆来实现。在壳体2上手柄3对面一侧设有刀具卡头6，在卡头里可以夹紧在图1中用7来表示的钻头或錾凿。在壳体2内设置有驱动电机8。驱动电机的驱动轴9与具有两个输出的传动装置10联结。传动装置10的一个输出用于夹紧在卡头6里的钻头7的旋转驱动。为此在传动装置10的输出端上传动轴11带有一个伞齿轮12，该齿轮与机器主轴14上的伞齿轮13转动合理地啮合。机器主轴14的轴转动扭矩通过传动体15可以传递到卡头6以及夹紧在卡头里的钻头7。
位于传动装置10第二输出上的轴16驱动用于产生压缩空气的压缩机17。压缩机17的输出20与压缩空气激励的冲击机21的气缸22的进气口23连接，冲击机优选同轴的设置在机器主轴14的内部。压缩机17的进口18连接在气缸22的排气口24上。为了补偿漏损在压缩机17的进口上还有至少另一个用19来表示的空气进口。由冲击机21产生的轴向冲击通过冲头部件可以传递到夹紧在卡头6内的钻头7上。冲头部件优选由传动体15构成，传动体除了传递扭矩以外也具有传递轴向冲击的功能。
图2给出了压缩空气激励的冲击机1的轴向剖面简图。气缸22具有进气口23和排气口24，这些进排气口与压缩空气源，例如压缩机连接。气缸22的工作室由前端面25和后端面26来限定。前端面25由突出于工作室的冲头部件15轴向穿过。如前面所述，冲头部件15同时能够满足对于夹紧在卡头内钻头旋转的扭矩传递体的功能。密封环38在穿过前端面25的冲头部件15部位将气缸工作室对外密封起来。后端面26由具有优点的调整板27构成，调整板具有外螺纹28。因为位于冲头部件15对面的气缸22的后段具有内螺纹29，因此气缸22的工作室容积可以通过调整板27来改变。调整板27位置的调整在需要时可以通过手工实现。在本发明的具有优点的变化中调整板27可以根据标准自动地调整，例如借助于调整电机。调整板的调整也可以例如由手持式钻具的驱动实现，以适配于由冲击机产生的轴向冲击的单位冲击能量和冲击频率。
气缸22的工作室通过冲击活塞30被分成前压力室35和后压力室36。前压力室35在冲击活塞30的冲击面33与气缸22的前端面25之间延伸。后压力室36在轴向由冲击活塞30的后表面34和调整板27的后端面26来限定。冲击活塞30具有基本上对称的外轮廓。在活塞周边上的两个凹槽与气缸22的圆柱形外壳连接构成前环室31和后环室32。设置在冲击活塞30圆周表面上的密封环37将两个环室31和32相互密封并且针对前后压力室35和36密封。在后压力室36设置有螺旋弹簧40，在图示的实施例中例如支承在调整板27上。螺旋弹簧40可以在调整板27与冲击活塞30的后表面34之间压缩。
在冲击活塞30的阶梯状并轴向延伸的孔39里面设置有控制活塞41，控制活塞可以轴向移动并且在轴向长度上长于冲击活塞30。控制活塞41是对称结构的并且具有一个在外径上加大的中段42。控制活塞41的轴向可移动性是通过中段42的止挡凸肩来限定的。前止挡凸肩43是通过冲击活塞30上的阶梯孔39的直径加大构成的。后止挡凸肩45是由固定套筒44的端面构成的，套筒包围控制活塞41的后段并且通过旋紧或压配合固定在阶梯孔39里面。止挡凸肩43和45的轴向距离大于在直径上加大的中段42的长度并且限制了支承在冲击活塞30内部的控制活塞41的轴向可移动性。控制活塞41具有孔和环室，这些孔和环室与环室31，32和冲击活塞30的控制孔共同实现带有终端转接的组合阀门功能。
根据图3-6中的轴向剖面简图来详细阐述控制活塞41上的孔和环室以及可与气缸22上的进排气口23和24共同控制的冲击活塞30上的控制孔及其功能。图3和4给出的冲击活塞30位于冲头部件15方向上的向前行程。控制活塞41具有轴向深孔46以及48，其开口在前后压力室35和36。轴向深孔46和48与阀室47和51连接，阀室以凹槽成形于加大的中段42的圆周上。连接孔50将冲击活塞30的前环室31与阶梯孔39连接起来。通过进气口23导入气缸22的压缩空气持久地施加在环室31上，而后环室32持久地与排气口24连接。
根据图3施加在前环室31上的压缩空气通过连接孔50进入阀室51并且通过深孔48进入后压力室36。由此冲击活塞30向冲头部件15方向上加速。前压力室35通过深孔46、阀室47和冲击活塞30上的控制孔52经气缸22上的排气口24排气。图3所示冲击活塞30的位置为其冲击面33即将冲击到冲头部件15之前的位置。较长的控制活塞41突出于冲击活塞30的冲击面33并且已经位于气缸22的前端面25上。当冲击活塞30继续向前运动时控制活塞41产生轴向移动并产生组合阀门的转接。
图4所示为冲击活塞30已经到达其前端极限位置并且控制活塞41全部轴向移动。控制活塞41的后段突出于冲击活塞30的后表面34。在这种状态施加在进气口23和前环室31上的压缩空气通过连接孔50和阀室47进入到控制活塞41上的前深孔46。压缩空气通过前深孔46的开口射入到由冲击面33和前端面25所限定的前压力室。在图4中前压力室被完全封闭。冲击活塞30的动能传给冲头15。接着冲击活塞30由冲头反冲回来，在此前压力室又被打开并可以被压缩空气充满。由此使冲击活塞30在调整板27方向上针对着设置在后压力室36内的螺旋弹簧40的恢复力加速。当后压力室容积缩小时后压力室36通过后深孔48、阀室51、控制孔52、后环室32和排气口24排气。
图5给出了冲击活塞30在向后行程期间即将返回到其后极限时的位置。后压力室36几乎被完全封闭。螺旋弹簧40在冲击活塞30的后表面34与调整板27之间被挤压在一起。弹簧作为冲击活塞30向后运动时的能量储存。前压力室35几乎被完全打开。前后压力室35和36的进排气按照图4所示实现。在图示位置突出于后表面34的控制活塞41已经位于后端面26上。通过冲击活塞30向其后死点的继续运动阀门的转接过程自动实现。
在图6中冲击活塞30到达其后死点。控制过程通过控制活塞41的轴向移动结束，阀门换向。螺旋弹簧40被最大限度的压缩。当减压释放时弹簧支持冲击活塞30在冲头部件15方向上的加速，因为弹簧可以将其储存的能量加在冲击活塞上。通过控制活塞41的轴向移动施加在进气口23和前环室31上的压缩空气通过连接孔50、阀室51和深孔48进入打开的后压力室并在冲头部件15方向上对冲击活塞30加速。前压力室35再一次通过深孔46、阀室47、控制孔52、后环室32和排气口24排气。
按照本发明的控制阀在冲击活塞上的组合具有分别满足阀门功能和终端转接功能的优点。终端的识别和转接同时实现。用这种方法可以避免控制延迟。在图示实施例中冲击活塞返程运动中的能量储存借助于弹簧元件，特别是螺旋弹簧来实现。由此不仅在向前行程而且在返回行程通过压缩机实现连续的能量输出。附加的压力存储器是不需要的。能量的存储也可以通过建立在冲击活塞后表面与气缸后端面之间的气体缓冲器来实现。此外，如果在控制活塞上的深孔开口处后端面上具有一缺口，这个缺口足以在控制活塞转接过程中已经能够实现后压力室的进气并且避免在后死点完全封闭。在阐述本发明以电驱动和用于产生压缩空气的压缩机构成手持式钻具的实施例的同时，按照本发明的冲击机也可以安装在一个具有驱动冲击机的压缩空气存储器的手持工具上。在本发明的其他变化中手持式钻具也可以全部由压缩空气源驱动。在这种情况下，不仅钻头的转动而且冲击机的驱动都借助于压缩空气源，例如压缩空气管道。

Claims (8)

1.带有安装在壳体(2)内部用于产生轴向冲击的压缩空气激励冲击机(21)的手持式钻具，冲击机通过控制阀与压缩空气源连接并且具有带有至少一个进气口(23)和至少一个排气口(24)的气缸(22)，在气缸内引导冲击活塞(30)，冲击活塞可以由压缩空气加载并且可以周期性地相对冲头部件(15)加速，冲头部件轴向穿过气缸(22)的前端面(25)并且用来将轴向冲击传递给夹紧在卡头(6)内的钻头或錾凿(7)，并且手持式钻具带有安装在壳体(2)内部的、用于夹紧在卡头(6)内的钻头或錾凿(7)的旋转驱动，其特征为，控制阀与冲击活塞(30)成一体并且具有将压缩空气导入气缸(22)和将压缩空气从气缸(22)排出的凹槽和孔(46-52)，这些槽和孔可以交替地与气缸(22)上的进排气口(23，24)实现有效连接。
2.如权利要求1的手持式钻具，其特征为，冲击活塞(30)具有组成一体的控制活塞(41)，控制活塞可以在两个终端位置之间轴向移动，由此将控制阀切换至进、排气位置上。
3.如权利要求2的手持式钻具，其特征为，控制活塞(41)在向前行程过程中突出于冲击面(33)，在返回行程过程中突出于冲击活塞(30)的后表面(34)，并且在冲击活塞(30)之前出现在气缸(22)的前后端面(25，26)上。
4.如权利要求3的手持式钻具，其特征为，在由冲击活塞(30)的后表面(34)与气缸(22)后端面(26)限定的后压力室(36)里设置可压缩的弹簧元件(40)，弹簧元件在返回加速过程中吸收冲击活塞(30)的能量并且支持在冲头部件(15)方向上的向前加速。
5.如权利要求3或4的手持式钻具，其特征为，气缸(22)的后端面(26)是由调整板(27)构成的，其在气缸(22)上的轴向位置是可改变的。
6.如权利要求5的手持式钻具，其特征为，调整板(27)的轴向位置是连续可调的。
7.如权利要求5或6的手持式钻具，其特征为，调整板(27)的轴向位置可以按照给定的标准比例自动调整。
8.如权利要求5至7之一的手持式钻具，其特征为，调整板(27)可以在手持式钻具驱动期间调整。
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