发明内容
本发明的任务在于,阐述一种带有电动直线驱动装置的冲击钻和/或者冲击锤,能够保证对发热部件进行充分散热。
该任务可通过本发明的冲击钻和/或者冲击锤加以解决。
本发明的冲击钻和/或者冲击锤,具有:一个电动直线驱动装置;一个冲击机构,包括一个可在直线驱动装置作用下往复运动的驱动元件、一个可相对于所述驱动元件运动的冲击元件以及一个作用于驱动元件和冲击元件之间的联接装置,可通过该联接装置将驱动元件的运动传递给冲击元件;其中,设置一供气装置,该供气装置具有一个可以直线往复运动,用于产生空气流的泵元件;且泵元件与驱动元件联接在一起,使得可以将驱动元件的运动传递给泵元件;供气装置具有一个泵室和一个气道;泵元件在泵室内往复运动;且泵室至少可以暂时通过气道与周围环境连通;气道具有一个用来使环境空气流入泵室之中的进气道;其特殊之处是,除了所述进气道之外,所述气道还具有一个用来使空气从泵室流出到周围环境之中的排气道。
本发明所述的冲击钻和/或者冲击锤(以下称作冲击锤)具有一个带有用来产生冷却空气流的往复式泵元件的供气装置。泵元件以适当方式与冲击机构的驱动元件和/或者冲击元件联接在一起,从而可以将驱动元件和/或者冲击元件的运动传递给泵元件。
例如,可以通过空气弹簧冲击机构的驱动活塞来构成驱动元件,通过直线驱动装置按照已知的方式使其往复运动。根据本发明所述的优选方式,将泵元件联接到驱动元件上,使其同样作直线往复运动。可以利用这种直线往复运动来产生冷却空气流,让该气流经过需要进行冷却的部件。直线驱动的供气装置可以产生冷却空气流,因此不必配置旋转风扇。
在本发明的一种有益实施例中,驱动元件与直线驱动装置的转子联接在一起。特别有益的型式为:驱动元件支撑转子,或者基本上完全通过转子构成驱动元件,使得转子同时具有驱动元件的作用。
直线电机可以是一种开关磁阻电机(SR-电机),在转子运动范围内具有多个驱动线圈(定子),可根据所需的驱动元件运动控制这些线圈的开关。应该指出的是,本发明中的一种电动驱动装置,例如单一电磁线圈形式的驱动装置也可视为线性电机,可将电磁线圈作为驱动元件的驱动线圈。例如,可以通过螺旋弹簧或类似物使驱动元件反向运动。关键在于:驱动元件与转子紧密联接在一起。
在本发明的一种有益实施例中,联接装置具有至少一个作用于驱动元件和冲击元件之间的挡块。该挡块可保证以形锁合方式将驱动元件的运动传递给冲击元件,强迫该冲击元件跟随驱动元件的运动。
在本发明的一种优选实施例中,联接装置具有一个至少在某一方向作用且介于驱动元件和冲击元件之间的弹性元件。可以将上述挡块设计成弹性型式,例如可以将一个弹性元件固定于挡块上,或者使用弹性涂层。除此之外,如果将冲击机构设计成空气弹簧冲击机构,则也可以通过空气弹簧来构成弹性元件(将在后面予以解释)。
在本发明的一种特别有益的实施例中,驱动元件、转子和泵元件构成一个整体结构单元。这些结构元件尤其可以相互联接成一个整体,从而可以将转子的运动毫无损失地传递给驱动元件和泵元件。强迫驱动元件和泵元件跟随转子的运动。
在本发明的一种实施例中,可以通过机械、液压或气动联接装置,将驱动元件的运动传递给泵元件。例如,可以在驱动元件和泵元件之间布置一根软轴或者液压管路,以便将驱动元件的运动尽可能无损失地传递给泵元件。就这一实施型式而言,不需要使驱动元件和转子与泵元件构成一个整体结构单元。相反,也可以将泵元件布置于冲击锤内的其它部位上。
在一种特别有益的改进实施例中,泵元件布置在冲击锤中与冲击机构振动解耦的区域内。由于运动元件的往复运动以及冲击元件的冲击作用,冲击机构与直线驱动装置会产生明显的振动。就现有技术状况而言,已知有多种方法可用来将这些振动与(例如)手柄隔离,以保护操作者免受振动伤害。因此,几乎所有冲击锤上均至少有一部分区域与冲击机构振动解耦。泵元件就安装于振动解耦区之内,这种方式的优点在于:泵元件和供气装置的其余结构元件所受机械负荷比较小,从而可以实现更加可靠的工作效果。
转子最好基本上为圆柱或者空心圆柱形状。此外,转子也可以具有至少一个轴向延伸的板形或剑一样的元件。该板形元件(例如驱动元件上的突起)延伸到定子区域之中,以便实现所需的驱动作用。
在本发明的一种特别有益的实施例中,供气装置具有一个泵室和一个气道,泵元件在泵室内往复运动,且至少可以暂时通过气道将泵室与周围环境连通。使泵元件在泵室内运动,就会形成类似于自行车气筒(活塞泵)的空气泵。由于泵室可通过气道与周围环境连通,可以从周围环境中将新鲜冷却空气送入泵室,或者将受热空气排出到周围环境之中。
因此,特别有益的设计型式为:适当布置气道,使其沿着冲击锤的发热构件,尤其是沿着直线驱动装置的一部分定子延伸。定子上有电流通过,因此是主要的发热源。可以通过流经气道的冷却空气从定子中排出热量。
在本发明的一种特别有益的实施例中,气道具有一个用来使周围环境中的空气流入泵室之中的进气道。气道也可以具有一个使空气从泵室流出到周围环境中的排气道。在第一种实施型式中,在气道中往复输送环境空气,可以将气道分成一个进气道和一个排气道,获得始终仅仅朝向一个方向流动的定向空气流。通过进气道从周围环境送入冷空气,通过排气道将受热空气排出到周围环境之中。
如果在进气道和/或者排气道内安装一个仅允许空气朝向一个方向流动的止回阀,则特别有利于形成定向空气流。
在本发明的一种有益改进实施例中,安装有一个与排气道连通的储存装置,可用来暂时储存至少一部分通过排气道流出的空气。该储存装置可确保对泵元件强迫运动所引起的气压波动进行补偿。储存装置可以短时间容纳空气,从而消除峰值压力。而当没有通过泵元件送入空气时,储存装置就会重新放出空气,从而使得冷却空气流基本均匀。因此适宜在储存装置内安装一个弹性或弹簧加载的元件,该元件可根据泵元件送入的空气流的压力来改变储存腔的大小。
储存装置下游排气道的横截面最好小于储存装置上游排气道的横截面。这样就可以使得泵元件送入的空气流毫无阻碍地到达储存装置,以便尽可能毫无损失地充满储存装置。然后通过横截面较小的排气道排出原来的冷却空气流,该排气道沿着发热部件延伸。
在泵室和存储装置之间的排气道内可以安装一个止回阀,以便形成定向空气流。
在本发明的一种特别有益的实施例中,泵元件安装于驱动元件和转子的后面(朝向冲击方向观察)。此外,也可以将泵元件安装于冲击机构旁边。此时应注意:供气装置必须以尽可能节约空间的方式安装于冲击锤的壳体之中,不要增大结构体积,尤其不要增大结构长度。
在本发明的一种特别有益的实施例中,通过空气弹簧冲击机构来构成冲击机构。将驱动元件设计为驱动活塞,冲击元件设计为冲击活塞,且联接装置具有一个在驱动活塞与冲击活塞之间的空腔内形成的空气弹簧。空气弹簧按照已知的方式将驱动活塞的驱动运动传递给冲击活塞。
本发明所述的直线驱动装置与供气装置之间的联接装置可以应用于所有类型的冲击机构。本发明所述的联接装置尤其适用于构造为空气弹簧冲击机构的冲击机构,也适用于已知的管式冲击机构(具有相同直径的驱动活塞与冲击活塞)、空心活塞冲击机构(驱动活塞具有空腔,冲击活塞在空腔内运动)或者带有驱动活塞可在其中运动的空心冲击活塞的冲击机构。
在本发明的一种特别有益(类似于空心活塞冲击机构)的实施例中,驱动活塞在冲击活塞前端和后端适当围住冲击活塞(朝向冲击方向观察),使得空气弹簧位于冲击活塞后面,且可以在冲击活塞前面形成位于驱动活塞和冲击活塞之间的第二个空气弹簧。在这种类型的冲击机构中可产生一种双作用空气弹簧,既可以使冲击活塞向前运动,也可以使冲击活塞反向运动。
在本发明的一种有益实施例中,用于产生空气流的泵元件横截面大于作用于空气弹簧的驱动活塞横截面。视直线驱动装置和空气弹簧冲击机构的结构型式而定,某些情况下可能会释放出必须将其排出的热量。因此需要有相对大的冷却空气流来排出热量。为了使供气装置能够产生如此大的冷却空气流,就必须有足够大的泵元件横截面。当然也可以将泵元件替换成多个单一泵元件,这些单一泵元件本身尺寸虽然较小,但可以通过将其与转子联接以及它们的共同作用,获得足够大的有效横截面。因此,“泵元件”这一概念所涉及的仅仅是功能,而不是具体的外形。
具体实施方式
附图1~8所示为本发明所述冲击锤的不同实施例的简化剖面示意图。尤其是省去了诸如手柄和电气接线端子之类的已知元器件,因为本发明并不涉及这些元器件。
附图1所示为本发明的第一种实施例,具有一个通过电动直线驱动装置进行驱动的空气弹簧冲击机构。
空气弹簧冲击机构具有一个作为驱动元件的驱动活塞1,该驱动活塞将作为冲击元件的冲击活塞3的活塞顶2围住。冲击活塞3的缸筒4延伸到冲击活塞导套5之中,并且可以在其最前端位置中朝向冲具末端6施力。也可以按照已知方式使用中间砧座来替代冲具末端6。
在驱动活塞1和冲击活塞3之间构成一个空腔,作为联接装置的第一空气弹簧7就在该空腔中起作用。驱动活塞1可以在冲击机构壳体8中沿轴向往复运动,当驱动活塞1向前运动时,就会在第一空气弹簧7中形成压力,压力驱动冲击活塞3向前运动,从而使其可以最终朝向冲具末端6施力。
当冲击活塞1反向运动时,第一空气弹簧7中就会出现负压,从而吸动冲击活塞3往回运动。也可通过作用于冲具末端6上的冲击反作用来支持冲击活塞3进行反向运动。此外,在活塞顶2前面(朝向冲击方向观察)还构成一个同样也作为联接装置的第二空气弹簧9,当驱动活塞1反向运动时,第二空气弹簧就会起作用,第二空气弹簧同样也可支持冲击活塞2反向运动。
配置有不同的气孔、气道(例如多个空气补偿槽口10),用于补偿空气弹簧7、9中的空气损失,以及用于支持驱动活塞1和冲击活塞3的运动。其作用原理就是现有技术所采用的原理,因此不再对其进行赘述。
通过电动直线驱动装置使得驱动活塞1产生直线往复运动。为此将驱动活塞1与直线驱动装置的转子11联接在一起。可以通过多个叠层电工钢片构成转子11,通过直线驱动装置的转子11所产生的交变磁场使其往复运动。此类直线驱动装置的作用原理均已众所周知,例如在编号为DE 10204861A1的公开说明书中就有相关描述。例如,所述直线电机可以是定子位于外侧的磁阻电机。
在附图1所示的例子中,转子11和驱动活塞1构成一个整体单元。
直接在转子11上构成泵活塞13形式的泵元件,泵活塞在泵室14内往复运动。由于泵活塞13与转子11和驱动活塞1联接成一个整体,因此泵活塞13必定会跟随转子11运动。泵活塞13通过往复运动在泵室14内产生正压或负压。
泵室14通过气道15与周围环境连通。气道15适当布置于冲击锤之中,使其至少经过一部分发热部件(尤其是定子12),如附图1所示。泵活塞13、泵室14以及气道15构成本发明所述的供气装置。
当转子11与驱动活塞1和泵活塞13一起向下运动时,就会在泵室14内产生负压,使得周围环境中的空气通过气道15流入泵室14之中。当转子11与驱动活塞1和泵活塞13反向运动时,就会将受热空气从泵室14和气道15中重新压迫出来。在下一个循环中重新吸入新鲜冷却空气。以这种方式可以在气道15中有效进行冷却。
本发明所述的泵元件依据圆柱形泵活塞13呈圆柱形。泵活塞当然也可以采用其它任意形状,例如可以是棱柱状盘构造。
附图2所示为本发明的第二种实施例,类似于附图1。相同的构件均具有相同的附图标记。为了避免重复,以下仅对第一种和第二种实施例之间的差别进行解释。
在本发明的第二种实施例中,气道15被分成进气道15a和排气道15b。当泵活塞13向下运动时,周围环境中的空气就可以通过进气端15a流入泵室14。当泵活塞13反向运动时,则通过排气道15b将空气从泵室14排出到周围环境之中。
为了保证形成定向空气流,进气端15a内安装有一个进气止回阀16,排气道15b内安装有一个排气止回阀17。附图2中所示的止回阀16、17均为弹簧加载的阀球。当然也可以使用其它结构型式的止回阀。正常情况下可利用一个单侧固定的橡胶元件来构成止回阀,当某一方向空气流入时橡胶元件从阀孔上抬起,而当气流反向流动时,则压迫橡胶元件紧贴在阀孔上,从而将其封闭。
附图3所示为本发明的第三种实施例,与附图2所示第二种实施例的区别在于:在排气道15b的范围内安装有一个储存装置18。储存装置18用来平衡气压波动,尤其是泵活塞13的往复运动在排气道15b中引起的气压波动。储存装置18能够以克服弹性元件20的作用力将储存空间19增大的方式来消除压力峰值。一旦泵活塞13所产生的泵压力下降,就会在弹性元件20的作用下缩小储存空间19,从而通过下游部分排气道15b来维持空气流动。
附图3中所示的弹性元件20为朝向运动壁面21压缩的螺旋弹簧。当然也可以使用(例如)橡胶隔膜来替代该***。
附图4所示为本发明的第四种实施例,类似于附图2所示的第二种实施例。
但第四种实施例中的转子由可以在相应形式的定子12中往复运动的两个剑形突起22构成。
泵活塞13通过活塞杆23与驱动活塞1相连。
就这种结构型式而言,可以增大泵活塞13和泵室14的横截面,因为这些元件均在直线驱动装置后面。
附图5所示为本发明的第五种实施例,供气装置可节约安装空间地沿轴向布置于空气弹簧冲击机构旁边。
为此,泵活塞13与泵室14呈环状围住空气弹簧冲击机构。此外,也可以配置两个或更多泵活塞13,这些泵活塞可以在对应的泵室14内运动。可以使用多个单一活塞来实现泵活塞13的作用。
在附图5所示的实施例中,排气道15b同样经过定子12,转子11与板形突起可以在定子内运动。当然也可以使用圆柱形转子13来替代板形突起22,如附图1~3所示。
附图6所示为本发明的第六种实施例,泵活塞13和泵室14组成的供气装置与驱动活塞1和转子11分开。
在驱动活塞1和转子11所构成的单元上安装有一个液压活塞24,该液压活塞通过液压管路25将液压液输送给液压杆26,液压杆与泵活塞13联接在一起。因此,泵活塞13基本上能够以没有损失的方式跟随驱动活塞1和转子11的运动。当驱动活塞1执行冲击运动时,液压活塞24就会下降,从而在液压管路25中形成负压,吸动液压杆26向上运动。由于泵活塞13受到强迫向上运动,空气就会通过右侧较短的进气道15a流入泵室14,当驱动活塞1反向运动并且将运动传递给泵元件13时,就会通过排气道15排出泵室内的空气。也可以通过一个附加的弹簧来支持反向运动。
也可以利用通过管道或软管连接成一排的活动阀球,以机械方式将驱动活塞1的运动传递给泵活塞13。然后必须利用弹簧迫使泵活塞13进入其初始位置之中。
第六种实施例中的供气装置能与直线驱动装置和空气弹簧冲击机构解耦,因此能够以隔离振动的方式将供气装置安装于冲击锤之中。例如,可以将供气装置固定于与直线驱动装置和空气弹簧冲击机构振动解耦的壳罩27上。
附图7所示为本发明第七种实施例的剖面示意图。与以上根据附图1~6所描述的空气弹簧冲击机构相比,附图7所示的第七种实施例涉及的是一种可以不通过空气弹簧来传递冲击运动能量的冲击机构。因此这种冲击机构并非空气弹簧冲击机构。
与上述空气弹簧冲击机构一样,以类似方式通过电动直线驱动装置来驱动冲击机构。该冲击机构具有一个将驱动元件和直线驱动装置转子的功能融合在一起的驱动单元30。附图7仅仅是驱动单元30的示意图,因此并未详细表现出转子的构造,但以上针对转子11(附图1)所描述的细节均适用于该转子。
驱动单元30也可以上述类似方式在一个环形冲击机构壳体8中往复运动,并且通过定子12产生运动。
驱动单元30为套筒形构造,且在其内部具有一个空腔区域,构成冲击元件的冲击活塞3可以在其中往复运动。冲击活塞3以已知的方式朝向附图7中并未绘出的冲具进行冲击。
有一个联接装置将驱动单元30的运动传递给冲击活塞3。该联接装置具有一个被冲击活塞3,尤其是冲击活塞3的活塞顶2所支撑的传动销31,该传动销可以沿着冲击机构的工作方向在驱动单元30的凹口中往复运动。例如可以通过穿过冲击活塞3的活塞顶2的横销来构成传动销31,如附图7所示。
通过两个轴向延伸的纵向槽32形成驱动单元30中的凹口,且这些纵向槽穿过空心圆柱形驱动单元30的壁面。
在纵向槽32的端面上形成下挡块33和上挡块34,这些挡块可限定传动销31在纵向槽32中的纵向运动范围。
当驱动单元30进行往复运动时,就会通过相应的挡块33、34以及传动销31对冲击活塞3进行强制导向。当驱动单元30朝向冲具(工作方向)向前运动时(附图7所示为向下),上挡块34就会压迫传动销31与冲击活塞3一起向下运动,同时冲击活塞在快要冲击冲具或连接在中间的砧座之前应当可以***,以避免对驱动单元30和传动销31造成有害的反作用。当驱动单元30随后作反向运动时,下挡块33就会与传动销31发生接触,并且逆工作方向将被冲具弹回的冲击活塞3向后拉。然后驱动单元30与上挡块34将冲击活塞3再次朝向冲具加速,重复执行该工作循环。
因此,在这种设计型式中,并非通过空气弹簧,而是通过纵向槽32、挡块33、34和传动销31来构成联接装置。所述构造当然仅供参考。对于专业人士而言,明显可以看出还有若干方法能够用来将驱动单元30的运动传递给冲击活塞3。
冲击活塞3的活塞顶2通过活塞杆35与泵活塞13形锁合联接在一起。泵活塞13在泵室14内往复运动。
当泵活塞13向下运动时,周围环境中的空气就会按照上述方式,通过进气道15a流入泵室14。当冲击活塞3与形锁合联接的泵活塞13反向运动时,则通过排气道15b将空气从泵室14排出到周围环境之中。
类似于上述实施例,可以实现其它功能,尤其是冷却空气流的导向以及供气装置(包括止回阀)的布置。
附图8所示为本发明所述冲击机构第八种实施例的剖面示意图,与附图7所示的实施例一样,其中的冲击机构同样也不是空气弹簧冲击机构。与附图7所示实施例相比,泵活塞13与驱动单元30形锁合联接在一起,与附图1~6所示的情况一样。但利用附图7所示的解决方案作为联接装置,将驱动单元30的驱动运动传递给冲击活塞3。
驱动单元30中具有通孔36,因此不会在冲击活塞3的活塞顶2上方形成不希望的空气弹簧。附图8仅仅是通孔36的示意图,这些通孔应具有尽可能大的横截面,以便空气可以毫无阻碍地流过,且不会形成明显的空气阻力。可想而知,当然也能采用其它可以将驱动单元30与泵活塞13联接在一起的结构。可选择类似于附图1~6的布置型式,但就本发明的第八种实施例而言,必须注意:在驱动单元30和冲击活塞3之间不要形成空气弹簧。