DE2419164A1

DE2419164A1 - ELECTRODYNAMIC DRIVE FOR AN IMPACT TOOL, IN PARTICULAR FOR A DRILL

Info

Publication number: DE2419164A1
Application number: DE2419164A
Authority: DE
Inventors: Dieter Dipl Ing Stoelzel; Ehrhardt Dipl Ing Wild
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1974-01-10
Filing date: 1974-04-20
Publication date: 1975-07-24
Also published as: FR2257395B3; FR2257395A1; SE7408962L; DD110089A1; GB1425693A; AT338919B; ATA357574A; SE401299B

Description

Elektrodynamischer Antrieb fuer ein Schlagwerkzeug, insbesondere fuer einen BohrhammerElectrodynamic drive for an impact tool, in particular for a hammer drill

Die Erfindung betrifft einen elektrodynamischen Antrieb fuer Schlagwerkzeuge, insbesondere fuer einen Bohrhammer, der einen Schlagkolben aufweist, welcher durch elektrodynamische Kraefte angetrieben und Beine Energie auf ein Schlagteil uebertraegt. Die Erfindung ist insbesondere fuer schwere Bohrhaemmer anwendbar, kann jedoch auch fuer andere Schlag- oder Stanzwerkzeuge benutzt werden.The invention relates to an electrodynamic drive for percussion tools, in particular for a hammer drill, which has a percussion piston, which driven by electrodynamic forces and legs Energy transferred to a striking part. The invention is particularly applicable to heavy hammer drills, but can also be used for other percussion or Punching tools are used.

Es sind Elektroantriebe fuer Bohrhaemmer bekannt, bei denen ein Elektromotor ueber eine Kurbelwelle einen Arbeitskolben antreibt und welcher seine Energie ueb.er das Druckmedium Luft auf den Schlagkolben uebertraegt. Weiterhin sind Elektroantriebe fuer Schlagwerkzeuge mit niedriger Schlagzahl bekanntgeworden, bei welchen unter anderem auch Linearmotore zur Anwendung kommen koennen..Es handelt sich dabei um Maschinen, deren Schlaghu-b groesser als 200 mm und Schlagzahlen von 60 bis 100 Schlaege pro Minute ist. Die Motore arbeiten infolge der niedrigen Schlagfrequenz im quasistationaeren Betriebszustand und ersetzen die bisher ueblichen Rotationsmotore- mit Reibrollen, Es sind Hydraulikantriebe fuer Bohrhaemmer bekannt, die einen besseren Wirkungsgrad haben als druckluftbetriebene Bohrhaemmer. Diese sind· wesentlich komplizierter in ihrem Aufbau.There are known electric drives for hammer drills in which an electric motor via a crankshaft The working piston drives and which transfers its energy via the pressure medium air to the percussion piston. Furthermore, electric drives for striking tools with a low number of strokes have become known in which Among other things, linear motors are also used They are machines with a stroke greater than 200 mm and stroke numbers of 60 to 100 beats per minute is. The motors work due to the low impact frequency im quasi-stationary operating state and replace the previously common rotary motors with friction rollers, Hydraulic drives for hammer drills are known which are more efficient than compressed air drives Hammer drills. These are · much more complicated in their structure.

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Alle bekannten Bohrhammerantriebe haben den Machteil, dass die Energieübertragung auf dem Schlagkolben nur durch mehrfaches ümformen erfolgt. Jede Energieumformung ist verlustbehaftet, z. B. bei einem mit Druckluft angetriebenen Bohrhammer wird die Elektroenergie ueber Kompressoren in ßruckluftenergie umgeformt, die dann letztlich im Bohrhammer in kinetische Energie des Schlagkolbens umgeformt wird. Druckluftangetriebene Bohrhaemmer werden im allgemeinen mit Schmieroel angereicherter Druckluft betrieben, um die beweglichen Teile zu schmieren. Diese aus dem Hammer ausgestossene oelhaltige Druckluft stellt eine Belaestigung des Bedienenden dar.All known hammer drill drives have the disadvantage that the energy transfer on the percussion piston only takes place through multiple reshaping. Any energy conversion is lossy, e.g. B. in a hammer drill driven by compressed air, the electrical energy Converted into compressed air energy via compressors, which is then converted into kinetic energy in the hammer drill Energy of the percussion piston is converted. Pneumatic powered hammer drills are generally used Operated with lubricating oil-enriched compressed air to lubricate the moving parts. This from the Oil-containing compressed air emitted from the hammer represents a nuisance for the operator.

Ein weiterer wesentlicher ITachteil der druckluft angetriebenen Schlag- und Bohrwerkzeuge sind die starken Expansionsgeraeusche der Druckluft. Sie stellen etwa die Haelfte des gesamten Laermpegels eines Bohrhammers dar.Another major disadvantage of compressed air-powered Impact and drilling tools are the strong expansion noises of compressed air. You put about represents half of the total noise level of a hammer drill.

Der Zweck der Erfindung ist es, einen Antrieb zu schaffen, der diese Hachteile vermeidet. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen geraeuschaermeren elektronisch gesteuerten elektrodynamischen Antrieb fuer Schlagwerkzeuge mit hoher Schlagzahl, insbesondere Bohrhaemmer, zu schaffen, bei welchem die elektrische Energie direkt in kinetische Energie des Schlagkolbens umgeformt wird, damit verlustaermer arbeitet und geraeuschaermer als ein Druckluftantrieb ist«The purpose of the invention is to create a drive that avoids these high parts. The invention is based on the object of providing a quieter, electronically controlled electrodynamic Drive for striking tools with a high number of strokes, in particular hammer drills, to create in which the electrical energy is converted directly into kinetic energy of the percussion piston, so that there is less loss works and is quieter than a compressed air drive «

Erfindungsgemaess wird diese Aufgabe dadurch geloest, dass der elektrodynamische Antrieb im wesentlichen aus einem mit einer Mehrphasenwicklung versehenen Induktorkoerper, einem als Lauefer ausgebildeten Schlag- . kolben, einem Energiespeicher fuer den Rueckhub sowie einem elektronischen Steuerteil, das sich aus einem Wechselstromwendeschalter und einer Ansteuereinheit zusammensetzt, besteht.According to the invention, this object is achieved by that the electrodynamic drive essentially consists of an inductor body provided with a multi-phase winding, a punch trained as a Lauefer. piston, an energy store for the return stroke and an electronic control part, which consists of an alternating current reversing switch and a control unit composed, consists.

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Vorzugsweise besteht der Induktor aus einem roehrenfoermigen Grundkoerper, aus magnetisch gut leitendem Material, in dem ringfoermig angeordnete Windungen eingebracht und so zusammengeschaltet werden, dass eine Mehrphasenwicklung entsteht.The inductor is preferably made of a tubular shape Basic body, made of magnetically highly conductive material, in which windings are arranged in a ring shape introduced and interconnected in such a way that a multi-phase winding is created.

Der im Inneren des Induktors in axialer Richtung bewegliche Laeufer ist als Schlagkolben ausgebildet und besteht aus einem zylindrischen Koerper, aus magnetisch gut leitendem Material, der auf dem Umfang mit einer elektrisch gut leitenden Wicklung versehen ist, die sich damit in einem magnetischen Luftspalt befindet. Die Wicklung kann in Form einer Drahtwicklung, in Form von Ringen, die in Nuten des Laeuferkoerpers liegen oder in Form eines Rohres, das den Laeuferkoerper umschliesst, ausgefuehrt sein. Entgegengesetzt der Schlagflaeche des Laeuferkoerpers ist ein Energiespeicher angeordnet, der die kinetische Energie des Laeufers beim Rueckhub speichert und beim Schlaghub wieder an den Laeufer abgibt. Dieser Energiespeicher kann als Feder aus Metall, als Gas- oder Fluessigkeitsfeder ausgebildet sein.The runner, which is movable in the axial direction inside the inductor, is designed as a percussion piston and consists of a cylindrical body, made of magnetically good conductive material, which is on the circumference is provided with a highly electrically conductive winding, which is thus in a magnetic air gap is located. The winding can be in the form of a wire winding, in the form of rings, which are in the grooves of the runner body lie or be in the form of a tube that encloses the runner body. Opposite the face of the runner body, an energy store is arranged, which the kinetic Energy of the runner stores during the return stroke and gives it back to the runner during the stroke stroke. This energy store can be designed as a metal spring, as a gas or fluid spring.

Die Feder ist mit der Masse des Laeufers so abgestimmt, dass eine optimale Energiespeicherung erzielt wird. Es ist weiterhin moeglich, den elektrodynamischen Antrieb auch aus zwei flachen parallel zueinander angeordneten Induktoren, zwischen denen ein als Schlagkolben ausgebildeter Laeufer vorhanden ist, aufzubauen. The spring is matched to the mass of the runner in such a way that optimal energy storage is achieved. It is still possible to use the electrodynamic drive from two flat parallel to each other arranged inductors, between which a runner designed as a percussion piston is present.

Die Hetzspannung wird ueber den Mehrphasen-Wechselstromwendeschalter an den Induktor gelegt. In der Ansteuereinheit werden Signale erzeugt, die synchron zur Netzspannung liegen und den Mehrphasenwechselstromwendeschalter so ansteuern, dass die zeitliche Phasenfolge der Spannungen am Motor sich wechselseitig aendern.The rush voltage is switched via the multi-phase alternating current reversing switch placed on the inductor. Signals are generated in the control unit, which are synchronous with the mains voltage and the multi-phase alternating current reversing switch control in such a way that the phase sequence of the voltages on the motor alternates change.

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Die Erfindung soll nachstehend an einem Ausfuehrungsbeispiel naeher erlaeutert werden. In der zugehoerigen Zeichnung zeigen:The invention is intended below using an exemplary embodiment to be explained in more detail. In the associated Drawing show:

Pig. 1j eine schematische Darstellung der wesentlichsten Teile eines elektrodynamischen Antriebes fuer einen Bohrhammer in roehrenfoermiger Ausfuehrung. Fig. 2: Ein Prinzipschaltbild eines elektrodynamischen Antriebes mit elektronischer Steuerung. Der roehrenfoermige Induktor 1 hat eine fuenfpolige Drehstromwicklung mit halbbewickelten Endpolen, die als konzentrische Spulen in Ringnuten untergebracht sind. Der Sekundaerteil 3» als Laeufer bezeichnet, ist als Schlagkolben ausgebildet und traegt die Sekundaerwicklung 4, die als Hohlzylinder ausgefuehrt ist. Der Schlagkolben 3 besteht aus einem magnetisch gut leitenden Material und der Hohlzylinder 4 besteht aus einem elektrisch gut leitenden aber magnetisch nicht leitenden Material, Entgegengesetzt zur Schlagflaeche 5 des Kolbens 3 ist der Energiespeicher fuer den Hueckhub, als Schraubenfeder 6 ausgefuehrt, angeordnet. Pig. 1j a schematic representation of the most important Parts of an electrodynamic drive for a rotary hammer in tubular design. Fig. 2: A schematic diagram of an electrodynamic Drive with electronic control. The tubular inductor 1 has a five-pole Three-phase winding with half-wound end poles, which are housed as concentric coils in annular grooves are. The secondary part 3 "is referred to as the runner designed as a percussion piston and carries the secondary winding 4, which is designed as a hollow cylinder. The percussion piston 3 consists of a magnetically highly conductive material and the hollow cylinder 4 consists Made of a material that conducts electricity well but does not conduct magnetism, opposite to the face 5 of the piston 3, the energy store for the rear stroke, designed as a helical spring 6, is arranged.

Der Induktor 1 wird ueber einen Drehstromwende schalter 8 mittels der Klemmen 14 an das Netz gelegt. Die Steuereinheit 9 erzeugt Signale, die synchron zur Spannung TO liegen und die zuerst die Thyristorbloecke 10 und 11 ueber eine bestimmte Zeit durchsteuern. Damit liegt am Induktor 1 die Hetzspannung mit der Phasenfolge RST ueber die Klemmen 14 an. Die Drehstromwicklung 2 erzeugt im Luftspalt 7 ein magnetisches Wanderfeld, dass sich in Richtung zur Feder 6 bewegt.The inductor 1 is connected to the network via a three-phase reversing switch 8 by means of the terminals 14. The control unit 9 generates signals which are synchronous with the voltage TO and which are the thyristor blocks first Control 10 and 11 over a certain period of time. This means that the induction voltage is applied to the inductor 1 with the phase sequence RST via terminals 14. The three-phase winding 2 generates a power in the air gap 7 traveling magnetic field that moves in the direction of the spring 6.

Das wandernde Magnetfeld induziert in der Laeuferwicklung 4 eine Spannung, die einen Strom, dessen Richtung konzentrisch zur Laeuferachse verlaeuft, hervorruft.The moving magnetic field induces a voltage in the rotor winding 4, the current of which Direction is concentric to the runner axis.

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Dieser Strom ruft wiederum ein Magnetfeld im Luftspalt 7 hervor, das sich mit dem Magnetfeld des Induktors 1 zu einem resultierenden Luftspaltfeld ueberlagert.This current in turn causes a magnetic field in the air gap 7, which is with the magnetic field of the Inductor 1 superimposed to form a resulting air gap field.

Entsprechend dem elektrodynamischen Prinzip entsteht eine Kraftwirkung, zwischen dem mit dem Induktor 1 verbundenen Magnetfeld und der stromdurchflossenen Laeuferwicklung 4, die in Richtung der Laeuferachse wirkt und den gleichen Richtungssinn wie das Wanderfeld hat. According to the electrodynamic principle, a force is created between the with the Inductor 1 connected magnetic field and the current flowing through it Runner winding 4, which acts in the direction of the runner axis and has the same sense of direction as the traveling field.

Hach einer vorbestimmten Zeit werden die Ansteuersignale wieder Hull und die Thyristorbioecke 10 und 11 nehmen ihren Sperrszustand an und trennen den Motor kurzzeitig vom Hetz. Dadurch wird die Kraft zu Null und der Schlagkolben 3 gibt seine kinetische Energie an die Feder 6 ab.After a predetermined time, the control signals are again Hull and the thyristor blocks 10 and 11 assume their locked state and briefly disconnect the engine from the Hetz. This creates the force to zero and the percussion piston 3 transfers its kinetic energy to the spring 6.

Vor Erreichen der Geschwindigkeit Hull des Kolbens steht das naechste, durch die Spannung TO gesteuerte, Ansteuersignal an und schaltet die Thyristorbioecke und 13 durch und der Induktor 1 ist wieder ans Hetz geschaltet. Jetzt aber mit der Phasenfolge SRT. Das magnetische Wanderfeld und somit auch die Motorkraft kehrt seine Richtung um, Hun wird der Schlagkolben 3 durch die Motorkraft und die Federkraft beschleunigt und bewegt sich in entgegengesetzter Richtung solange, bis er mit der Schlagflaeche 5 auf ein entsprechendes, nicht dargestelltes Werkzeug aufschlaegt.Before the piston reaches the Hull speed, there is the next, controlled by the voltage TO, Control signal on and switches the thyristor bio-corner and 13 through and the inductor 1 is switched on again. But now with the phase sequence SRT. The traveling magnetic field and thus also the motor force reverses its direction, The percussion piston 3 is accelerated by the motor force and the spring force and moves in the opposite direction Direction until it hits a corresponding, not shown, with the face 5 Tool hits.

Der dabei zurueckgelegte Weg stellt den Schlaghub dar. Uun beginnt das Arbeitsspiel von vorn, indem wieder die Thyristorbioecke 10 und 11 angesteuert werden.The distance covered represents the stroke stroke. Uun starts the work cycle from the beginning by again the thyristor blocks 10 and 11 are controlled.

Der elektrische Antrieb wird staendig ein-, aus- und umgeschaltet und zwar mit der Schlagfrequenz.The electric drive is constantly on, off and switched with the beat frequency.

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Er befindet sich ataendig im nichtstationaeren Betriebszustand, d. h., die elektrischen und mechanischen Zeitkonstanten bestimmen das Kraft-Zeitverhalten des Antriebes und damit den Bewegungsablauf des öchlagkolbens« Die Motorkraft ist eine Punktion der Zeit, der KoIbengeschwindigkeit und des Einschaltzeitpunktes. Sie hat damit fuer den Schlaghub einen anderen Verlauf als fuer den Rueckhub. Das Antriebssystem hat bei optimaler Abstimmung zwischen Schlagkolbenmasse, Rueckhubspeieher, Einschaltzeitpunkt und Einschaltdauer einen wesentlich besseren Wirkungsgrad als bisher bekannte Bohrhaeimner. Die Schlagfrequenz dieses Antriebes ist lastunabhaengig und wird durch die netzgesteuerte elektronische Steuerung bestimmt.It is currently in the non-stationary operating state, i.e. i.e., the electrical and mechanical Time constants determine the force-time behavior of the drive and thus the sequence of movements of the stroke piston «The motor power is a punctuation of the time, the piston speed and the switch-on time. It thus has a different course for the stroke stroke than for the return stroke. That The drive system has, with optimal coordination between the percussion piston mass, return stroke accumulator, switch-on time and duty cycle a much better efficiency than previously known Bohrhaeimner. The beat frequency of this drive is load-independent and is controlled by the network-controlled electronic Control determined.

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Claims

Pat entan'sprue marriage

ί 1J electrodynamic drive for a striking tool, characterized in that the electrodynamic drive consists of a multi-phase winding (2) provided inductor body (1), one as a percussion piston (3) trained runners, an energy storage device (6) for the return stroke and an electronic control unit.

2. Electrodynamic drive according to claim 1 thereby characterized in that the inductor (1) consists of a tubular basic body with annular windings and a centrally arranged runner designed as a percussion piston,

3. Electrodynamic drive according to claim 1 and 2, characterized in that the inductor (1) is advantageous prove to be made of l orm disks, slit through only once parallel to the axis, which form the windings record, is composed.

4. Electrodynamic drive according to claim 1 and 2, characterized in that the percussion piston (3) is designed as a magnetic back-up circuit and the rotor winding (4) is fixed on its circumference is arranged.

5. Electrodynamic drive according to claim 1 and 2, characterized in that opposite to Impact surface (5) of the impact piston (3) an energy store (6) is arranged.

6. Electrodynamic drive according to claim 1 characterized in that the drive consists of two flat mutually parallel inductors between which a percussion piston designed as a rotor is provided.

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7. Electrodynamic drive according to claim 1, characterized in that the network-guided Control signals the beat frequency is constant and independent of the load.

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