手操縱的鑽和/或鑿機的製作方法
2023-05-24 21:02:06 3
專利名稱:手操縱的鑽和/或鑿機的製作方法
技術領域:
本發明涉及一種按權利要求1前序部分所述的手操縱的鑽和/或鑿機。
在鑽孔裝配時、在安裝領域中、在開採技術中,為了鑽孔以及為了鑿眼,大多使用可電驅動的手操縱工具機。手操縱的鑽和/或鑿機通常有一個裝在機殼內用於一個夾緊在工具卡頭中的鑽或鑿工具的驅動裝置。為了提高在鑽孔時和尤其在鑿眼時的掘進效率,這些工具機配備有衝擊機構,它在運行時造成軸向衝擊,軸向衝擊傳給夾緊在工具卡頭中的工具。為了造成周期性的軸向衝擊,由先有技術已知不同的方案。在已知的這些衝擊機構的一種類型中,在運行時兩個在其平面側制有卡齒狀凸起的盤相互棘輪式地旋轉。這種棘輪式衝擊機構造成的軸向衝擊只有比較低的一次衝擊能量。可以在大部分由家庭用的領域已知的衝擊鑽機中看到此類衝擊機構。在彈簧凸輪衝擊機構中,相互旋轉的凸輪盤之一彈簧加載。在運行時,彈簧加載的凸輪盤的彈簧周期性地壓緊和重新鬆開。彈簧增大了凸輪盤的一次衝擊能量,此衝擊能量傳給夾緊在工具卡頭中的工具。另一類已知的用於產生始終比較低的一次衝擊能量的軸向衝擊的衝擊機構是彈簧夾衝擊機構,其中,一個設在可周期性地夾緊和重新鬆弛的彈簧夾上的衝擊構件,加速衝擊夾緊在手動工具機工具卡頭中的工具。
為了產生和傳出具有較大的一次衝擊能量的軸向衝擊,例如約4J至9J和甚至更大,採用電動氣動式衝擊機構,它們例如也裝在由本申請人提供的鑽和/或鑿機中。在電氣動式衝擊機構中,設計為自由活塞的衝擊體受一個電驅動的激勵活塞的作用,在圓柱形導管內作周期性的軸嚮往復運動。當朝工具的方向沿軸向前進運動時,自由活塞撞擊在工具的插入端上或撞擊在中間衝頭上,並在此軸向衝擊時輸出其大部分動能。在激勵活塞與自由活塞之間的氣墊防止在自由活塞向後運動時這兩個構件相撞。
所說明的這種基本上機械式激勵的衝擊機構,要麼有較低的一次衝擊能量,要麼有較高的一次衝擊能量。然而在使用於鑽和/或鑿時並不是每一種基礎都能用同樣的一次衝擊能量加工。例如在磚砌體內鑽孔時所需要的軸向衝擊遠低於為在巖石或混凝土內鑽孔時所需要的。當例如在磚砌體內鑽孔時過大的衝擊能量會導致破壞此基體。另一方面,當例如在混凝土或巖石中鑽孔時,用具有衝擊能量低的衝擊機構的手動工具機,儘管非常使勁地壓在工具機上仍幾乎沒有鑽孔進展。
除了已說明的基本上機械激勵衝擊機構外,在先有技術中還建議了電磁式衝擊機構,其中在磁場內可磁化的衝擊活塞在線圈內導引。由US-A-4553074例如已知一種電磁式衝擊機構,其中,衝擊活塞在電磁場內在一個圓柱形定子線圈中導引。一旦線圈內輸入電流脈衝,衝擊活塞便朝夾緊在工具卡頭內的工具的方向加速。在輸出衝擊後,衝擊活塞回彈並例如藉助於一個回位彈簧朝反方向運動。為了衝擊活塞的回位,也可以取代此回位彈簧例如採用極性相反的磁場。在這之後重新開始新的衝擊過程。
已知的電磁式衝擊機構的缺點是,它們的電效率通常極差。由此只能產生比較低的一次衝擊能量。改變結構設計以便有較高的電效率和因而較大的一次衝擊能量,卻又帶來了預期壽命比較短的缺點。
本發明的目的是創造一種手操縱的鑽和/或鑿機,它配備有一種衝擊機構,這種衝擊機構的衝擊能量和衝擊功率在需要時可以方便地調整以適應當時的要求。衝擊機構的衝擊能量應能在足夠大的範圍內變化。與此同時,此衝擊機構應有良好的能量平衡以及其特點是有足夠長的預期壽命。
為達到此目的,令一種手操縱的鑽和/或鑿機有在權利要求1特徵部分中所述的特徵。按本發明的鑽和/或鑿機的衝擊機構包括一個衝擊體,它可藉助於一個可控制的磁場可周期性地軸向移動,此磁場由一個包括線圈和至少一塊高能永久磁鐵的裝置發生。
按本發明的手操縱鑽和/或鑿機的衝擊機構以極化磁阻的原理為基礎。在這裡,由線圈發生的其強度可調的磁場沿其軸向距離受高能永久磁鐵的影響。根據線圈內通電磁通的取向,由線圈發生的磁場局部地被永久磁鐵的磁場增強或減弱。由於此場梯度產生的力使衝擊體朝期望的方向加速。加速度可方便地改變,只要改變由線圈發生的磁場的場強。但通過改變加速度也能方便地改變衝擊體的終點速度並因而改變其動能。通過場梯度的雙極利用,為獲得用於所期望的一次衝擊能量的加速度力所需要的絕對場強低於已知的電磁式衝擊機構。由此使線圈的負荷較小及有更長的預期壽命。
原則上,永久磁鐵和/或線圈可以是沿軸向運動的衝擊體的組成部分。但業已證明有利的是,將線圈和永久磁鐵位置固定地裝在機殼內部。由此例如在高能永久磁鐵所用的材料方面有更多的選擇餘地,因為無須顧忌永久磁鐵會因衝擊作用而造成可能的退磁。此外,高能永久磁鐵用的材料往往還比較脆。靜態的線圈不會出現例如在一種裝在衝擊體上的帶有線圈接觸部位的線圈裝置中可能產生的問題,並防止了由於巨大的振動會對衝擊機構的使用壽命帶來的不良的影響。
通過按本發明的一種方案使衝擊體在圓柱形導管內導引以及此導管設在工具卡頭的軸向延長線上並穿過永久磁鐵,衝擊機構相對於外部汙物密封。永久磁鐵可設計為圓柱形或由一些磁鐵段組成,它們排列在線圈的疊片鐵芯之間。
在導管背對工具卡頭的端部設有用於制動和改變衝擊體軸向運動方向的裝置。此裝置可以是一電的裝置,例如電感,或是一個機械構件。此用於制動和改變衝擊體軸向運動方向的裝置最好由一個彈簧反彈構件構成,它的質量最好大於衝擊體的質量。因此衝擊體的運動方向可以在能量損失儘可能小的情況下轉換。與此同時由此還使由於衝擊機構引起的令人不舒服的振動遠離使用者。
按本發明的一種有利的方案,在導管中的衝擊體支承在兩個最好預緊的彈簧之間。前部的彈簧與在後部的彈簧一起用來在衝擊體的能量和脈衝傳輸給工具後改變衝擊體的運動方向。在恰當地設計時,前部的彈簧還提供了調整衝擊強度的可能性。例如可以改變彈簧的預緊度。當衝擊體沿反方向運動時自由活塞被制動,最後再次沿原來的方向加速。兩個彈簧最好在一定的預緊力情況下固定。以此方式防止由於衝擊體可能的反彈激發彈簧的共振頻率。採取這一措施延長了彈簧的使用壽命。
為使手操縱的鑽和/或鑿機具有通用性,由線圈和至少一塊永久磁鐵造成的磁場的磁場強度最好可控制為,使衝擊體有約0.05J至約30J的一次衝擊能量,在需要時一次衝擊能量可在能量幅度為約9J最好至少約2J的範圍內調整。
由於重量的原因以及為了充分利用能量,有利的是衝擊體的質量為約0.2kg至約1.5kg。
對於高能永久磁鐵採用可磁化的材料是有優點的,這些材料在感應矯頑磁場強度大於600KA/m時有大於0.9T的剩磁。最好使用稀土磁鐵。此高能永久磁鐵例如包括NdFeB或SmCo合金。
下面參見在附圖中示意表示的實施例進一步說明本發明。其中
圖1手操縱的鑽和/或鑿機的簡圖;圖2以極化磁阻原理為基礎的激勵器原理圖;圖3按本發明的衝擊機構第一種實施例;以及圖4按本發明的衝擊機構第二種實施例局部打開的透視圖。
圖1中示意表示的手操縱鑽和/或鑿機總體上用標號1表示。它有一機殼2,機殼與手柄3連接。在手柄3上表示了操縱開關4,通過它可使此工具機1進入運行狀態。為了向電驅動的工具機1供電,可通過連接電纜5將工具機與電源連接。在機殼2內畫有驅動電機6,它的驅動軸7與旋轉軸8傳扭連接。在旋轉軸從機殼2伸出的端部,此旋轉軸8與工具卡頭9連接。工具卡頭9用於安裝鑽或鑿工具,在圖1中它用標號10表示。在機殼2內設一衝擊機構11,它最好與工具10同軸布置。衝擊機構11包括一衝擊體12,它可周期性地沿衝擊機構11的軸線A往復運動。在朝夾緊在工具卡頭9內的工具10的方向向前運動時,衝擊體12衝擊在工具或中間衝頭的後端上,並在這種情況下將其大部分動能脈衝式地傳輸給工具10。在圖1中示意表示的衝擊機構11以極化磁阻的原理為基礎,並由線圈和至少一塊高能永久磁鐵組成,在它們的磁場中衝擊體12可周期性地沿軸向移動。
圖2用於圖解說明極化磁阻原理,這一原理構成按本發明的手操縱鑽和/或鑿機的衝擊機構的基礎。金屬體K位於一個沿軸向剖切表示的線圈裝置19內。線圈裝置的繞組分別繞金屬體K的運動軸線A卷繞。在圖2中線圈裝置通過繞組W1或W2象徵性表示。通過繞組W供入的電流的流動方向在圖示的舉例中按這樣的方式選擇,即,就在金屬體K上面的這些繞組部分而言,繞組W1中電流從圖紙平面流出,而繞組W2中電流流入圖紙平面中。被電流流過的繞組W1或W2被磁力線圍繞,圖中用虛線示意表示磁力線並標以φC。箭頭說明磁力線φC的方向。永久磁鐵P按這樣的方式設置,即,其磁的北極N向左方,而磁的南極S方向向右。連接磁北極N和磁南極S的磁力線用實線表示並標以φP。由此圖直接可以看出,流過電流的繞組W1或W2的以及永久磁鐵P的磁力線φC和φP,在從圖紙平面流出或進入圖紙平面的繞組W1或W2的左邊方向相同。在流過電流的繞組W1或W2的右邊它們沿相反的方向延伸。以此方式,顯然,流過電流的繞組W1或W2和永久磁鐵合成的磁場總是在繞組W1或W2的左邊得到增強,而在繞組W1或W2的右邊被減小。由這種極化的磁場局部的梯度引起一個力F,如圖所示,這個力F使金屬體K沿軸線A向左加速。只要轉換電流在繞組W1或W2內的流動方向,便足以使所產生的力反向。
圖3示意表示按本發明的衝擊機構11第一種實施例的軸向剖面。衝擊體12位於圓柱形導管22內,導管22例如構成旋轉軸整體的一個組成部分。在導管22外面設一線圈裝置13和一塊高能永久磁鐵14,它們與導管22同軸地定向。線圈裝置13和永久磁鐵14位置固定地裝在機殼2內部。導管22防汙染地密封。導管22在圖中左方的端部表示了工具卡頭9。一個軸向可移動地安裝在工具卡頭9中的中間衝頭15伸入導管22內。在導管22的相對端設一反彈件16,它通過壓力彈簧17彈性地支承。在線圈裝置13供電時,衝擊體12朝伸入導管22內的中間衝頭15的方向加速。在衝撞時,衝擊體12將其大部分動能傳輸給中間衝頭15。由中間衝頭將脈衝式的衝擊進一步傳給夾緊在工具卡頭9中的工具。通過轉換在線圈裝置13內的電流方向,使從中間衝頭15回彈的衝擊體12向後運動,直至它撞擊在彈性支承的反彈件16上。反彈件16的質量最好比衝擊體12的質量大。因此衝擊體12的運動方向可在能量損失儘可能小的情況下再次反向並開始新的衝擊循環。在反彈件16中的通風孔18防止形成氣墊影響衝擊機構的效率。
在圖4表示的衝擊機構11實施例中,在導管22內導引的衝擊體12支承在兩個預緊的彈簧20、21之間。永久磁鐵14再分成一些磁鐵段,它們圓柱形地排列在線圈13的疊片鐵芯之間。在被線圈裝置13和永久磁鐵14激勵時,衝擊體12在兩個彈簧20、21之間振動,在這種情況下它沿軸向衝擊在伸入導管22內的中間衝頭15上。此軸向衝擊由中間衝頭15進一步傳給夾緊在工具卡頭9中的工具。
線圈裝置13和至少一個的永久磁鐵14的設計參數應選擇為,使由衝擊體12給出的一次衝擊能量在約0.5J至30J之間。一次衝擊能量的可調性覆蓋約9J最好至少2J的能量範圍。衝擊體12的質量選擇為從約0.2kg至約1.5kg。對於高能永久磁鐵14採用這些材料,即它們有大於0.9T的剩磁和有大於600KA/m的矯頑磁場強度。高能永久磁鐵最好採用稀土磁鐵。例如,高能磁鐵包括NdFeB或SmCo合金。
本發明說明了一種工具機的例子,它除衝擊機構外還有用於夾緊在工具卡頭內的工具的旋轉驅動裝置。不言而喻,按本發明的衝擊機構也可用在純粹的鑿機中,它沒有用於夾緊在工具卡頭中的鑿具的旋轉驅動裝置。
權利要求
1.手操縱的鑽和/或鑿機,有一個裝在機殼(2)內部的衝擊機構(11),用於產生軸向衝擊並將軸向衝擊傳給一個夾緊在與機殼(2)連接的工具卡頭(9)中的鑽或鑿工具(10),其特徵為衝擊機構(11)包括一衝擊體(12),它藉助於一個可控制的磁場可周期性地軸向移動,此磁場由一個裝置發生,此裝置由線圈(13)和至少一塊高能永久磁鐵(14)組成。
2.按照權利要求1所述的手操縱的鑽和/或鑿機,其特徵為線圈(13)和永久磁鐵(14)位置固定地裝在機殼(2)內。
3.按照權利要求1或2所述的手操縱的鑽和/或鑿機,其特徵為衝擊體(12)在圓柱形導管(22)內導引,導管布置在工具卡頭(9)的軸向延長線上並穿過永及磁鐵(14),永久磁鐵總體上設計為圓柱形或由一些排列成圓柱形的磁鐵段組成。
4.按照權利要求3所述的手操縱的鑽和/或鑿機,其特徵為在導管(22)背對工具卡頭(9)的端部設有用於制動和改變衝擊體(12)軸向運動方向的裝置。
5.按照權利要求4所述的手操縱的鑽和/或鑿機,其特徵為用於制動和改變衝擊體(12)軸向運動方向的裝置是一個彈簧反彈構件(16、17),它的質量最好大於衝擊體(12)的質量。
6.按照權利要求3-5之一所述的手操縱的鑽和/或鑿機,其特徵為在導管(22)中的衝擊體(12)支承在兩個最好預緊的彈簧(20、21)之間。
7.按照前列諸權利要求之一所述的手操縱的鑽和/或鑿機,其特徵為由線圈(13)和至少一塊永久磁鐵(14)合成的磁場的磁場強度可按這樣的方式控制,即,使衝擊體(12)有一次衝擊能量為約0.05J至約30J。
8.按照權利要求7所述的手操縱的鑽和/或鑿機,其特徵為一次衝擊能量在需要時可在能量幅度為約9J最好至少約2J的範圍內調整。
9.按照前列諸權利要求之一所述的手操縱的鑽和/或鑿機,其特徵為衝擊體(12)的質量為約0.2kg至約1.5kg。
10.按照前列諸權利要求之一所述的手操縱的鑽和/或鑿機,其特徵為在矯頑磁場強度大於600KA/m時永久磁鐵(14)有大於0.9T的剩磁,永久磁鐵最好是一種例如包括NdFeB或SmCo合金的稀土磁鐵。
全文摘要
本發明涉及一種手操縱的鑽和/或鑿機,它有一個裝在機殼(2)內部的衝擊機構(11),用於產生軸向衝擊並將軸向衝擊傳給一個夾緊在與機殼(2)連接的工具卡頭(9)中的鑽或鑿工具。這種以極化磁阻的原理為基礎的衝擊機構(11)包括一個衝擊體(12),它藉助於一個可控制的磁場可周期性地軸向移動,磁場由一個包括線圈(13)和至少一塊高能永久磁鐵(14)的裝置發生。
文檔編號B25D13/00GK1255416SQ99124389
公開日2000年6月7日 申請日期1999年11月26日 優先權日1998年12月3日
發明者維耶曼·羅納德, 於費爾·馬塞爾 申請人:希爾蒂股份公司