帶有電動驅動的活塞的空氣彈簧衝擊錘的製作方法

2023-04-23 03:04:51

專利名稱：帶有電動驅動的活塞的空氣彈簧衝擊錘的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種根據權利要求1的前序部分的空氣彈簧衝擊錘。
長久以來，空氣彈簧衝擊錘特別地用於鑽孔錘和/或衝擊錘。各種不同類型的空氣彈簧衝擊錘的共同之處在於驅動活塞通過一電動驅動的曲軸的傳動沿軸嚮往復運動。位於驅動活塞前的是一同軸的衝擊活塞，它布置成藉助於衝擊錘(Schlagwerksgehause)的外殼在驅動活塞與衝擊活塞之間構造至少一個與外界隔絕的中空的空間。關閉在該中空空間內的空氣存量在驅動活塞運動時起作空氣彈簧的作用，並將驅動活塞的運動傳遞到衝擊活塞上，這在驅動活塞的運動之後有一時間的延遲，並錘擊於工具柄或中間插入的錘頭上。
空氣彈簧衝擊錘通常分成三類。於是，大家熟悉的是所謂的管衝擊錘(Rohrschlagwerk)，其中，驅動活塞和衝擊活塞具有相同的直徑，在一衝擊錘管(Schlagwerkrohr)內運動，例如，如在DE 19843 644 A1中所描述的。此外，還有所謂的中空活塞-衝擊錘，其中，驅動活塞在其端面上具有一中空的空隙，衝擊活塞在該空隙內運動(見DE 198 28 426 A1)。第三類涉及中空錘-衝擊錘，其中，衝擊活塞在其面向驅動活塞的端面上具有一中空的空隙，驅動活塞在該空隙內運動。
DE 198 28 426 A1示出一驅動活塞的通常的驅動的實例，其中，一電動機轉動地驅動一曲軸，再經一曲柄傳遞到驅動活塞上，並轉換為軸向的往復運動。
人們一直希望簡化驅動活塞的相當花費的機械驅動。為此目的，例如，在DE-PS848 780中提出，藉助於電磁線圈驅動衝擊活塞，並針對一工具柄加速該衝擊活塞。但這種類型的衝擊錘在實踐中遭受很大的熱載荷，因為衝擊活塞不僅被衝擊時釋放的衝擊能加熱，而且同時受到渦流的磁化，這在許多情形下甚至導致損害衝擊活塞的耐用性。
本發明的任務在於提供一空氣彈簧衝擊錘，由此可簡化驅動活塞的機械驅動，不產生現有技術的電磁式衝擊錘的諸多缺點。
根據本發明，該任務通過一如權利要求1所述的空氣彈簧衝擊錘得以解決。本發明的有優點的改進將由附後的權利要求書給出。
根據本發明的空氣彈簧衝擊錘的特徵在於驅動活塞通過一電動的線性驅動(Linearantrieb)或電的線性電機(Linearmotor)進行驅動，並較佳地與線性電機的電樞連成一體。這意味著，不是衝擊活塞的本身(現有技術的情形)，而是經空氣彈簧驅動衝擊活塞的驅動活塞用電磁方式運動。
該電動的線性驅動有可能導致可去除諸如傳動(曲軸傳動、曲柄)之類的通常的驅動電機，其結果可大大減少重量、結構空間和成本。
另一方面，不要求準備一空載的路徑(在已知的空氣彈簧衝擊錘中是很普通的)。在現有技術的空氣彈簧衝擊錘中必須做到在工具從被加工的巖石上取走時，為了避免進一步的錘擊，衝擊活塞必須遠離驅動活塞一定的量。比較之下，本發明的驅動活塞的運動可以電氣地控制，以致在由空氣彈簧衝擊錘加載的工具從被加工的巖石上取走時可立即停止驅動活塞的運動。
此外，還可按照功能和加載來構造驅動活塞和錘擊活塞僅在衝擊理論的觀點下而不考慮電磁的作用，可構造衝擊活塞，而在不施加錘擊的驅動活塞的情形中用磁導軛鐵可達到最佳化。
具體來說，鑑於非電磁驅動的衝擊活塞，這意味著根據強度和硬度的考慮，可實現一高的衝撞速度的設計，不考慮一磁導軛鐵而必須考慮一無渦流等。此外，衝擊活塞可實施為較長的長度，這在最大可能的機械載荷下可提供一大的衝撞內能。因為不必注意磁導軛鐵，所以衝擊活塞可做成薄型，以便能達到能量最佳地傳遞到工具上。最後，藉助於一所謂的雙空氣彈簧來實現驅動活塞和衝擊活塞之間的共同作用，就如DE 197 28 729 A1中所描述的。由此，特別有利的是在所有的反衝擊條件下和不同的高度位置中，實現一恆定的錘擊和衝擊活塞的均勻的返回。在構造驅動活塞時，通過材料的選擇可達到這樣的設計考慮到最佳磁導軛鐵，同時熱功率損失最小。
根據本發明，驅動活塞與線性驅動的電樞連接成一體。在本發明的一特別有利的實施例中，驅動活塞基本上完全地通過電樞構成，以致電樞同時承擔了驅動活塞的功能。
為了減小渦流和由此減小熱功率損失，特別有利的是當電樞(和由此的驅動活塞本身)是層疊時，則由彼此重疊的多層的電工鋼片組成。如在以上結合現有技術已描述的，熱力學設計具有特別重要的意義。
線性電機較佳地是一連接的磁阻電機，並在電樞的運動範圍內的衝擊錘外殼內具有多個驅動線圈，它們對應於驅動活塞要求的運動進行連接。
但要指出的是根據本發明，一電動的驅動，例如呈單個的電磁線圈也可被看作線性電機，線圈用作為驅動活塞用的驅動線圈。例如，驅動活塞的返回運動則通過一螺旋彈簧等來實現。起決定作用的是驅動活塞緊密地與電樞結合。
較佳地是，除驅動線圈外還設置一保持線圈，用來將電樞保持在一參考位置或一空載位置。該保持線圈不用作對驅動活塞的驅動，由此可提供一較小的功率。
在本發明的一特別有利的實施例中，設置一控制，它引入了對應於要求的錘擊次數、錘擊時間和錘擊強度以及用來轉換希望的運動模式(驅動活塞的行程、路程-時間過程等的激勵驅動線圈和/或保持線圈。
為了能可靠地控制驅動線圈或保持線圈，當有關驅動活塞以及衝擊活塞的實際位置的信息傳輸到該控制時是特別有利的。為此目的，可設置一傳感器裝置，它確定驅動活塞或電樞的實際位置，但也確定衝擊活塞在衝擊錘外殼內的實際位置。
或者，也可根據驅動線圈和/或保持線圈的電流特性確定對驅動活塞或與其相連的電樞的位置的控制。在此時，即當一由一線圈加速的電樞通過線圈時該電樞在線圈內產生電流，該電流反作用於線圈激勵的電網。該反作用可被掌握在該控制中並被分析和利用。
根據本發明的線性電機的原理可應用於所有類型的空氣彈簧衝擊錘中，由此，也適用於管衝擊錘、中空活塞-衝擊錘，或帶有中空錘活塞的衝擊錘。衝擊錘活塞的回程可另外通過一所謂的回動彈簧(Ruckholfeder)來支持，就如在DE 198 43 642A1和DE 198 43 644中所揭示的。該回動彈簧結合採用與電樞偶聯的驅動活塞的本發明的原理可被看作是本發明的組成部分。
基於取消具有電機和曲軸驅動的傳統的驅動原理，就有可能構造一帶有本發明的空氣彈簧衝擊錘的鑽孔錘和/或衝擊錘，它們的外殼基本上是圓柱形的。由此，例如，也可簡單地實施地質鑽探工作或頂擠工作，因為錘完全地鑽入地下，因此可造成一較長的通道(「地下火箭」)。
下面藉助於附圖根據一實例較詳細地描述本發明的上述的和其它的優點和特徵。在諸附圖中


圖1是一根據本發明的，系管衝擊錘的空氣彈簧衝擊錘的示意圖；以及圖2是另一根據本發明的、系雙作用中空活塞衝擊錘的空氣彈簧衝擊錘的示意圖。
圖1示出一電動的管衝擊錘，它帶有一屬於一衝擊錘外殼的衝擊錘管1、一在衝擊錘管內沿軸向作往復運動的驅動活塞2以及一同樣在衝擊錘管1內沿軸向作往復運動的衝擊活塞3。驅動活塞2和衝擊活塞3基本上具有相等的直徑。在驅動活塞2與衝擊活塞3之間構成一中空空間4，其中容納空氣彈簧5。沿縱向延伸的衝擊活塞3的導向另由設置在衝擊錘外殼內的導向件6支承。
圍繞衝擊錘管1布置的三個驅動線圈7通過一控制器(未示出)以依次的方式接通電源，以使線圈加速驅動活塞2並作往復運動。
通過空氣彈簧5驅動活塞2的運動傳遞到衝擊活塞3上，衝擊活塞3對著錘頭8被驅動，其動能撞擊地傳遞到錘頭8上，並傳遞到布置在其後的工具柄上(未示出)。或者，衝擊活塞3也可直接地錘擊在工具柄上。
為了獲得一最佳的磁流和由此驅動線圈7作用在驅動活塞2上的高的磁性作用，驅動活塞2上承載了一電樞9，它是由電樞9和驅動線圈7構成的線性電機的部件。如圖1所示，該電樞9較佳地被實施為疊片，即，它由多層的合適的電工鋼片組成。
圖1中所示的電樞9於是構成幾乎全部的驅動活塞2。
沿錘擊方向觀看，在驅動線圈7的後面設置一保持線圈10，它用來將電樞9和隨之的驅動活塞2保持在一參考位置上。該參考位置同時也是空載位置，在工作停頓的時候驅動活塞2被保持在該空載位置內。由於保持線圈10隻是須承擔保持的工作而不必承擔加速的工作，所以，它可做成較小的尺寸。
為了優化驅動線圈7的控制，由此，較佳地在衝擊錘管1上或在衝擊錘管1內設置一個或多個傳感器，它們可測得驅動活塞2或電樞9的精確的位置。一旦電樞9的中點移出對應的驅動線圈7的中點，電樞就發電，以使電流流回到向驅動線圈7饋電的電網內。驅動活塞2也許發生不希望的制動會造成這樣的後果，通過控制而造成所述驅動線圈7的短路能阻礙該後果的產生。
或者，也可分析運用驅動線圈7的電流特性，以求得驅動活塞2當時的位置和由此得出的對於驅動線圈7的控制措施。
圖2示出作為本發明的第二實施例的一雙作用中空活塞衝擊錘。採用與圖1中相同的或類似的零件，用相同的標號表示。
衝擊活塞3與圖1中的區別之處，不在於在衝擊錘管1內可移動，而在於實施為中空活塞的驅動活塞20的一中空的空隙。驅動活塞20包圍衝擊活塞3，致使在衝擊活塞3的活塞頭3a的後面(沿錘擊方向觀看)構成一作為第一空氣彈簧21的中空空間，而在活塞頭3a的前面構成一第二空氣彈簧22。衝擊活塞3的軸3b穿過驅動活塞20的端面，並在一較大的長度上伸展。軸3b被構造成撞擊在錘頭8上。
兩個空氣彈簧21和22能實現一特別可靠的和恆定的錘擊，在所有的反衝擊條件下和不同的高度位置在成功的錘擊之後實現衝擊活塞3的均勻的返回。
驅動活塞20與電樞23連接成一體，其中，電樞23以已在圖1中描述的方式移動通過驅動線圈7和保持住保持線圈10。
權利要求
1.一種空氣彈簧衝擊錘，它具有一衝擊錘外殼(1)；一在衝擊錘外殼(1)內往復運動的驅動活塞(2；20)；一衝擊錘活塞(3)；以及一在介於驅動活塞(2)與衝擊錘活塞(3)之間的中空空間(4)內形成的空氣彈簧(5；21)，驅動活塞(2；20)的運動經空氣彈簧傳遞到衝擊錘活塞(3)，其特徵在於，驅動活塞(2；20)通過一電動的線性驅動機構而被驅動，並與線性驅動的電樞(9)結合。
2.如權利要求1所述的空氣彈簧衝擊錘，其特徵在於，驅動活塞(2；20)承載了電樞(9)，或基本上完全地由電樞(9)構成。
3.如權利要求1或2所述的空氣彈簧衝擊錘，其特徵在於，電樞(9)是片狀層疊的。
4.如權利要求1至3中任何一項所述的空氣彈簧衝擊錘，其特徵在於，線性驅動是一連接的磁阻電機。
5.如權利要求1至4中任何一項所述的空氣彈簧衝擊錘，其特徵在於，在衝擊錘外殼(1)內，在電樞(9)的運動範圍內布置一個或多個線性驅動的驅動線圈(7)。
6.如權利要求5所述的空氣彈簧衝擊錘，其特徵在於，除了驅動線圈(7)之外，還設置有一用來將電樞(9)停止在一參考位置上的保持線圈(10)。
7.如權利要求5或6中任何一項所述的空氣彈簧衝擊錘，其特徵在於，通過至少關於電氣激勵的時間和強度以及空載運行的調整方面的控制，來控制驅動線圈(7)和/或保持線圈(10)。
8.如權利要求1至7中任何一項所述的空氣彈簧衝擊錘，其特徵在於，設置有一傳感器裝置，用來確定電樞(9)、驅動活塞(2；20)和/或衝擊錘活塞(3)的位置。
9.如權利要求7或8中任何一項所述的空氣彈簧衝擊錘，其特徵在於，通過根據驅動線圈(7)和/或保持線圈(10)的電流特性的控制確定電樞(9)的位置。
10.如權利要求1至9中任何一項所述的空氣彈簧衝擊錘，其特徵在於，衝擊錘活塞(3)和驅動活塞(2)基本上具有相等的直徑，並可在一屬於衝擊錘外殼(1)的衝擊錘管內運動。
11.如權利要求1至9中任何一項所述的空氣彈簧衝擊錘，其特徵在於，驅動活塞(20)具有一中空的空隙，衝擊錘活塞(3)可在該空隙內運動。
12.如權利要求11所述的空氣彈簧衝擊錘，其特徵在於，沿錘擊的方向觀看，驅動活塞(20)在衝擊錘活塞(3)的前和後包圍衝擊錘活塞(3)，以使空氣彈簧(21)布置在衝擊錘活塞(3)的後面，在衝擊錘活塞(3)的前面構成一介於驅動活塞(20)與衝擊錘活塞(3)之間的第二空氣彈簧(22)。
13.如權利要求1至9中任何一項所述的空氣彈簧衝擊錘，其特徵在於，衝擊錘活塞在一端面上具有一中空的空隙，驅動活塞可在該空隙內運動，其中，與驅動活塞連接的電樞在衝擊錘活塞的外面在衝擊錘外殼內運動。
14.一種帶有如權利要求1至13中任何一項所述的空氣彈簧衝擊錘的鑽孔錘和/或衝擊錘，其特徵在於，鑽孔錘和/或衝擊錘的外殼基本上是圓柱形的。
全文摘要
一種空氣彈簧衝擊錘具有在衝擊錘外殼(1)內作往復運動的一驅動活塞(2)和一衝擊錘活塞(3)，其中，在驅動活塞(2)與衝擊錘活塞(3)之間構成一空氣彈簧(5)，驅動活塞(2)的運動經空氣彈簧傳遞到衝擊錘活塞(3)。驅動活塞(2)通過一電氣的線性電機而被驅動，並與線性電機的電樞(9)連接成一體。通過這種結構，對於驅動活塞(2)的驅動，可消除使用傳統的旋轉電機以及曲軸傳動。
文檔編號B25D11/06GK1625458SQ03803164
公開日2005年6月8日 申請日期2003年1月20日 優先權日2002年2月6日
發明者M·斯太芬, R·比爾格, W·斯米德 申請人:威克建設設備有限公司