CN103372852A - 手持工具设备和控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及手持工具设备和控制方法。手持工具设备具有用于将凿削工具夹持于作业轴线（10）上的工具夹头（2）。气动冲击机构（6）具有通过马达（5）在远离工具的止点（22）与接近工具的止点（23）之间以一段冲程（24）往复驱动的激励器（12）、在远离工具的换向点（29）与冲击点（28）之间在作业轴线（10）上往复运动的冲击锤（13）以及由所述激励器12和所述冲击锤（13）封闭的气动室（15），该气动室使冲击锤（13）的运动与激励器（12）的运动耦联。当激励器（12）在其向远离工具的止点（22）的方向运动的过程中已经接近所述远离工具的止点（22）到小于所述冲程（24）的一半时，缓冲装置（39）使气动室（15）内的压力升高。

Description

手持工具设备和控制方法

技术领域

本发明涉及一种凿削工作的手持工具设备，例如手持式钻锤或者手持式破碎机，并涉及一种相应的控制方法。

背景技术

DE2854953C2介绍了一种钻锤。该钻锤具有一个冲击锤，该冲击锤通过一个中间接入的气动室被一个电动驱动的柱塞激发。钻锤的有效系数和功率系数应该通过一个离心压缩机得到提高。由离心压缩机预先压缩的空气通过一个可被锤体遮盖的开口流入气动室。离心压缩机恰好在引起冲击锤的最佳加速度的时间点或者时间间隔内提高气动室内的空气压力。冲击锤在即将撞击锤头之前，为了提高冲击能量获得一个附加的推力。

当能量传递到冲击锤上时，使用者必须施加握持力。该传递以手持工具设备的典型为10Hz至100Hz的冲击频率周期性地进行，因此使用者对握持力感觉为振动。振动从生理学的角度来说应该保持得很小。因此冲击能量不可能被任意提高。

发明内容

本发明的手持工具设备具有用于将凿削工具夹持于作业轴线上的工具夹头。气动冲击机构具有通过马达在远离工具的止点与接近工具的止点之间以一段冲程往复驱动的激励器、在远离工具的换向点与冲击点之间在作业轴线上往复运动的冲击锤以及由所述激励器与所述冲击锤封闭的气动室，该气动室使冲击锤的运动与激励器的运动耦联。当激励器在其向远离工具的止点的方向运动的过程中已经接近所述远离工具的止点到小于所述冲程的一半时，缓冲装置使气动室内的压力升高。当激励器在其向远离工具的止点的方向运动的过程中已经接近所述远离工具的止点到小于所述冲程的一半时，手持工具设备的控制方法通过泵使气动室内的压力升高。优选单单以激励器的位置为基础来启动对压力的提高。

气动室或者空气弹簧在环境压力的情况下仅仅使冲击锤与激励器微弱地耦联。利用缓冲装置被提高的压力产生效果较长的耦联。因此能量传递被延长至更长的持续时间，这样降低了必要的握持力。气动室内的最大压力可以被降低。

优选在激励器在其向远离工具的止点的方向运动的过程中已经接近所述远离工具的止点到小于所述冲程的10%之前，缓冲装置使气动室内的压力升高。压力在激励器到达止点之前被升高。

一种构造设计规定：缓冲装置包含一个泵，该泵通过一个与激励器的位置相关地行程控制（weggesteuert）的阀门装置与气动室相连。激励器可以直接通过它自身的机体，间接地通过一个中间接入的机构或者一个检测其位置的传感机构利用响应的致动器来控制阀门装置。所述泵优选具有一个与冲击机构分离的驱动装置。

阀门装置例如可以是一个通向气动室的开口，当激励器已经接近所述远离工具的止点到小于所述冲程的一半时，所述激励器便打开该开口。

一种构造设计规定：在所述行程控制的阀门装置的下游接有一个压力控制的阀门，该阀门阻止从气动室到缓冲装置的气流。当行程控制的阀门装置显示出气流开始流入气动室时，在该行程控制的阀门装置关闭之前，压力控制的阀门终止通向泵的连接。因此，打开整个阀门机构设置的时间点到远离工具的止点的间隔可以被设定得大于关闭的时间点。

一种构造设计规定：缓冲装置将气动室内的压力调节到至少1.5bar和/或最高3.0bar。压力的提高对冲击锤在它的回程上产生制动作用。因此压力不可选择得太大，因为否则的话冲击锤不再返回。

一种构造设计规定：缓冲装置使气动室内的压力在一个周期（持续期间）的至少40%内保持在2bar以上。优选已经在激励器的远离工具的止点之前气动室内的压力就达到2bar以上的压力。缓冲装置可以从一开始就主动地提高压力以及随后例如通过气动室的锁闭装置来保持所述压力。

一种构造设计规定：当冲击锤距冲击点的距离小于从后部换向点到所述冲击点的行程距离的三分之一时，缓冲装置在冲击锤向激励器的方向运动的过程中降低气动室内的压力。与激励器的位置相关地被缓冲装置提高的压力对冲击锤在它的回程上产生制动作用。早期的降低可以对制动进行平衡并保持整个周期不变化。优选缓冲装置将气动室内的压力降低到0.3bar与0.7bar之间的数值。

一种构造设计规定：缓冲装置包含一个泵，该泵通过一个由冲击锤控制的阀门装置与气动室相连。优选单单与冲击锤的位置相关地控制气动室内低压形成的起始点。

一种构造设计规定：所述由冲击锤控制的阀门装置包含一个通向气动室的开口，当冲击锤距冲击点的距离小于从后部换向点到所述冲击点的行程距离的三分之一时，所述开口便被冲击锤打开。

附图说明

下文将参照示例性的实施方式和附图对本发明进行阐述。附图中：

图1为一个钻锤；

图2至5为在四个运行位置中的钻锤冲击机构；

图6为冲击机构的激励器和冲击锤的示意位移曲线；

图7示出的是冲击机构内关于时间的压力变化曲线图；

图8示出的是冲击机构内关于时间的空气量图。

如果没有其他特别说明的话，相同的或者功能相同的元件在附图中由相同的附图标记所表示。

具体实施方式

作为凿削工作的手持工具设备的范例，图1示意性地示出了一个钻锤1。该钻锤1具有一个工具夹头2，在该工具夹头内可以***工具的柄端3，例如钻头4的柄端。驱动冲击机构6和输出轴7的马达5构成钻锤1的主驱动装置。使用者可以借助手柄8操控钻锤1并借助***开关9使该钻锤1运行。在运行中，钻锤1使钻头4围绕作业轴线10连续旋转并且同时能够将钻头4依冲击方向11沿着作业轴线10击入基础内。

冲击机构6例如是一种气动冲击机构6。激励器12和冲击锤13在冲击机构6中沿作业轴线10可动地被引导。激励器12通过一个偏心轮机构14或者一个摆动销与马达5耦联并被强制进行周期性的直线运动。由激励器12与冲击锤13之间的气动室15构成的空气弹簧使冲击锤13的运动与激励器12的运动耦联。冲击锤13可以直接撞击在钻头4的后端部上或者间接地经由一个基本上静止的中间冲击锤16将其冲量的一部分传递到钻头4上。冲击锤13和激励器12例如可以被构造成设置在导管17内的柱塞。冲击机构6和优选其他的传动部件被设置在机壳18内。

图2至图5示出的是在激励器12的四个连续的运动相位中的冲击机构6的示例性的实施方式。冲击机构6的相对尺寸是示意性的以及仅仅用于说明机械结构。图6在代表时间着的角度19上示出激励器12和冲击锤13的运动。曲线取自测量数据系列。激励器12距冲击锤13的、所示出的间距20与所述冲击锤距锤头16的间距21成正确比例，其中后者的位置与x-轴重合。传统的冲击机构的激励器和冲击锤用虚线的曲线画出。

图2示出的是在其后部或者远离工具的止点22内的激励器12，图3示出的是位于后部止点22与其前部或者接近工具的止点23之间的中途上的激励器12，图4示出的是在其前部止点23内的激励器12以及图5示出的是在返回后部止点22的中途上的激励器12。前部止点23与后部止点22之间的间距的长度在下文中被称为冲程24。

在示例性的冲击机构6中，激励器12被一个偏心轮机构14驱动。一个曲柄25将偏心销26与激励器12连接。当激励器12在它的后部止点22中时（图2），偏心轮机构14或者其偏心销26的角度位置19为了下文的说明被确定为零度。在图3至图5中被示出的其他的相位相当于90度、180度或270度的角度位置19。360度相当于一个周期27或者激励器12的一次完成的往复运动。角度位置19被同义地用于表示时间，与针对激励器12是使用偏心轮机构14还是使用其他的周期性驱动装置无关。

冲击锤13在一个冲击点28与一个远离工具的换向点29之间周期性地往复运动。优选当激励器12从后部止点22移开所述冲程24的25%与40%之间时（图3），冲击锤13到达远离工具的换向点29。在激励器12马上就要到达接近工具的止点23之前冲击锤13到达冲击点。冲击锤13从远离工具的换向点29到冲击点28所需的时间与激励器12为冲程24的一半所需的时间大致相同。冲击锤13所经过的行程距离31要比激励器12的冲程24长10%至30%。

激励器12至冲击锤13的间距20周期性地变化。当冲击锤13到达后部换向点29时，出现最小间距20。随之而来的气动室15的容积变化导致存在于所述气动室15内的气体的压缩或减压。当气动室15内的压力大于环境压力时，一个沿冲击方向11的力作用在冲击锤13上，以及当所述气动室15内的压力低于环境压力时，反向于冲击方向11的力作用在冲击锤上。当冲击锤13在冲击点28内时，气动室15内的压力与环境压力大致相同。在冲击点28中时所占的容积（即冲击锤13贴靠在锤头16上且激励器12处于后部止点22与前部止点23之间的大约一半行程上）因此在下文被称为中性容积。图7示出了气动室15内的压力32关于时间的变化。虚线示出的是传统的冲击机构的压力。

在示例性的冲击机构6中，激励器12被构造成柱塞，该柱塞在导管17的内壁33上配合精确地被引导。冲击锤13同样被构造成一个与导管17配合精确的柱塞。气动室15的容积因此在冲击方向11中通过冲击锤13的一个反向于冲击方向11指向的端面34、在反向于冲击方向11中通过激励器12的一个沿冲击方向11指向的端面35以及在径向上通过导管17被气密地封闭。为了补偿公差，可以在激励器12和冲击锤13的圆周上使用密封环。

锤头16在冲击机构6的运行中在其基本位置中反向于冲击方向11地贴靠在止挡36上。此外，锤头16通过工具4压紧在基础上而被保持在基本位置中。锤头16的反向于冲击方向11指向的冲击面37界定冲击点28。冲击锤13在冲击点28中以它的沿冲击方向11指向的端面38撞击在锤头16的冲击面37上。如果锤头16未被保持在基本位置中的话，冲击机构6优选调整运行。

钻锤1设置有一个缓冲装置39。该缓冲装置39降低反作用在使用者上的峰值负荷。示例性的缓冲装置39以一个泵40为基础，该泵与激励器12的位置相关受控地提升气动室15内的压力32。泵37可以受到压力室41的支援。

在机壳18内设置有一个压力室41。该压力室41是一个封闭的空间，该空间例如设置有刚性的或者具有弹性的壁。在示例性的实施方式中压力室41是一个包围住导管17的套筒。在可选的实施方式中，压力室41可以被构造成一个橡皮囊或者一个单独的、具有刚性壁的罐，它们例如在空间上与冲击机构6分离被设置于机壳18内并且通过一导引道42与冲击机构6相连接。压力室41的容积优选在气动室15的中性容积的50%与200%之间。

泵40将空气泵入压力室41内使该压力室41内的压力升高到1.5bar与3bar之间的数值。压力室41内的压力高于环境压力，优选高至少0.5bar以及优选最多高2.5bar。泵40例如是一个隔膜泵，其膜片43被一个马达或者一个压电元件44激发振动。逆止阀45可以阻止空气从压力室41回流到泵40中。

压力室41通过一个阀门46与气动室15相连。阀门46与激励器12的位置相关地打开和关闭。当激励器12在它到后部止点22的回程上经过冲程24的一半以上时，最迟在它经过冲程24的90%之后，阀门打开（时间点52）。因此角度位置19处于270度与342度之间，处于阀门46打开的时间点上。在阀门46打开的情况下空气从压力室41流入气动室15。

图8在y-轴上示出气动室15内的空气量47（质量）。虚线表示传统的相同大小的冲击机构的空气量。其空气量保持大致恒定，即相当于环境压力情况下的中性容积的空气量。可以看到，在气动室15内空气量增加至少50%。气动室15内的压力32优选从阀门46打开开始在周期27的10%（36度）内达到2bar的压力。特别是在激励器12达到后部止点（0度）之前，压力上升到2bar以上。

阀门46在时间点48处与激励器12的位置相关地、被行程控制地关闭。阀门46最迟在激励器12在从后部止点22起向前部止点23移开冲程24的一半以上（90度）时关闭。优选地，阀门46在激励器12从后部止点22移开了10%以上（约10度）时才关闭。

示例性的阀门46是导管17内的一个开口46。与导管17的内壁33齐平的激励器12构成阀门46的锁闭件。当激励器12以它的周面或者它的密封环遮盖住开口49时，阀门46便被关闭。开口46沿着作业轴线10设置在端面35或者密封环的高度上，该高度是当激励器12依据运动方向应该阀门46打开或者关闭时所述端面或者密封环所处的高度。

代替直接通过激励器12锁闭开口46，可以设置一个与激励器12同步运动的锁闭装置并作为用于开口49的锁闭件。锁闭装置例如可以被偏心轮机构14驱动。开口46的位置因此不再与激励器12所占据的位置相联系。另外，取代机械式的致动器可以使用一个电动操纵的阀门。一个传感器例如检测激励器12的位置并响应于检测到的位置来操控阀门。

优选地，在所述行程控制的阀门46的下游接有一个逆止阀50。当气动室15内的压力32高于压力室41内的压力时，逆止阀50阻止空气从气动室15回流到压力室41内。压力32的阈值，从该阈值起逆止阀50关闭，与压力室41通过泵40增压达到的压力相同。

差不多是在激励器12到达后部止点22之前，冲击锤13开始赶往（einholen）所述激励器12。最迟在激励器12越过后部止点时（图2）以及它开始依冲击方向11运动时，激励器12与冲击锤13之间的间距20减小。气动室15的容积下降以及空气被激励器12和冲击锤13压缩。气动室15内的压力32上升到高于压力室41内的数值以及逆止阀50关闭。关闭的时间点51大致在打开（52）之后一个周期27的5%与15%之间，优选明显地在激励器12到达它的后部止点22之前和明显地在行程控制的阀门46关闭之前（48）。

最后，当冲击锤13到达后部换向点29时（图3），气动室15内的压力达到至少8bar，但是优选最高为15bar，例如最高为12bar。类似的传统的冲击机构达到最高压力20bar。

气动室15内的压力在周期27的至少40%、优选至少50%内大于环境压力。但是在冲击锤13的后部换向点29中压缩时的压力在6bar与10bar之间的数值为适当的。使用者只需以适当的压紧力克服随之而来的适当的压力变化。压力室41具有缓冲减振的作用。在没有过压室41的传统的冲击机构中，仅仅在周期27的20%至25%内产生气动室15内的过压。为此为了将相同的能量从激励器12传递到冲击锤13上，压缩的峰值上升到至少15bar。

在机壳18内设置有一个低压（负压）室53。该低压室53是一个具有刚性壁的封闭的空间。例如低压室53可以作为套筒将导管17包围。低压室53的容积优选在中性容积的50%与200%的范围内。为了使低压室53内的压力降到0.3bar至0.7bar，泵40从低压室53内将空气抽出。在所示出的实施例中，泵40将空气从低压室53泵入过压室41中。在可选的实施例中，可以为每个室41、53设置一个自己的泵。另外，泵40可以配有一个压力控制的阀门，除了来自低压室53的空气，该阀门还能够从环境中吸入空气。

低压室53通过导管17内的一个开口54与气动室15相连接。开口54与冲击锤13共同构成一个行程控制的阀门。冲击锤13的周面或者密封环遮盖开口54以关闭阀门54。当激励器12到达冲击点28时，阀门54优选为开放的或者被打开的。空气从气动室15流入低压室53内。气动室15内的空气量减少至少30%。在激励器12到达前部止点23（180度）之前，优选使气动室15内的压力下降小于0.7bar。在冲击锤13经过其到后部换向点28的行程距离31的三分之一之前，阀门54在时间点55关闭。气动室15内的压力32优选在激励器12的周期27的约20%至30%内保持在环境压力以下。

在冲击锤13到达冲击点28之前，例如以冲击锤13构成锁闭体的阀门54在时间点56打开。尽管预计由于气动室15内的压力降会对冲击锤13有制动作用，但是通过打开的阀门54而仅仅体现出可以忽略的效应。

Claims (13)

1.手持工具设备，其包括：

用于将凿削工具夹持于作业轴线（10）上的工具夹头（2）；

气动冲击机构（6），其中，该冲击机构（6）具有：

通过马达（5）在远离工具的止点（22）与接近工具的止点（23）之间以一段冲程（24）往复驱动的激励器（12），

在远离工具的换向点（23）与冲击点之间在作业轴线（10）上往复运动的冲击锤（13），以及

由所述激励器（12）和所述冲击锤（13）封闭的气动室（15），该气动室使冲击锤（13）的运动与激励器（12）的运动耦联；和

缓冲装置（39），当所述激励器（12）在其向所述远离工具的止点（22）的方向运动的过程中已经接近该远离工具的止点（22）到小于所述冲程（24）的一半时，所述缓冲装置使所述气动室（15）内的压力（32）升高。

2.如权利要求1所述的手持工具设备，其特征在于：在所述激励器（12）在其向所述远离工具的止点（22）的方向运动的过程中已经接近该远离工具的止点（22）到小于所述冲程（24）的10%之前，所述缓冲装置（39）使所述气动室（15）内的压力（32）升高。

3.如权利要求1或2所述的手持工具设备，其特征在于：所述缓冲装置（39）包含泵（40），该泵通过与所述激励器（12）的位置相关地行程控制的阀门装置（46）与所述气动室（15）相连。

4.如权利要求3所述的手持工具设备，其特征在于：所述行程控制的阀门装置（46）包含通向所述气动室（15）的开口（46），当所述激励器（12）已经接近所述远离工具的止点（22）到小于所述冲程（24）的一半时，所述激励器（12）便打开所述开口（46）。

5.如权利要求3或4所述的手持工具设备，其特征在于：在所述行程控制的阀门装置（46）的下游接有压力控制的阀门（50），该压力控制的阀门阻止从所述气动室（15）到所述缓冲装置（22）的气流。

6.如前述权利要求之任一项所述的手持工具设备，其特征在于：所述缓冲装置（39）将所述气动室（15）内的压力（32）调节到至少1.5bar上和/或最高到3.0bar上。

7.如权利要求6所述的手持工具设备，其特征在于：所述缓冲装置（39）使所述气动室（15）内的压力（32）在一个周期（27）的至少40%内保持在2bar以上。

8.如前述权利要求之任一项所述的手持工具设备，其特征在于：当所述冲击锤（13）距冲击点（28）的距离小于从后部换向点（29）到所述冲击点（28）的行程距离（31）的三分之一时，所述缓冲装置（22）在所述冲击锤（13）向激励器（12）的方向运动期间降低所述气动室（15）内的压力。

9.如权利要求8所述的手持工具设备，其特征在于：所述缓冲装置（39）将所述气动室（15）内的压力降低到至少0.3bar和最高0.7bar的数值。

10.如权利要求9所述的手持工具设备，其特征在于：所述缓冲装置（39）包含泵（40），该泵通过由冲击锤（13）控制的阀门装置（54）与所述气动室（15）相连。

11.如权利要求10所述的手持工具设备，其特征在于：所述由冲击锤（13）控制的阀门装置（54）包含通向所述气动室（15）的开口（54），当所述冲击锤（13）距冲击点（28）的距离小于从后部换向点（29）到所述冲击点（28）的距离（31）的三分之一时，所述开口被所述冲击锤（13）打开。

12.用于手持工具设备的控制方法，该手持工具设备具有用于将凿削工具夹持于作业轴线（10）上的工具夹头（2）以及具有气动冲击机构（6），其中，该冲击机构（6）具有通过马达（5）在远离工具的止点（22）与接近工具的止点（23）之间以一段冲程往复驱动的激励器（12）、在远离工具的换向点（23）与冲击点（28）之间在作业轴线（10）上往复运动的冲击锤（13）以及由所述激励器（12）和所述冲击锤（13）封闭的气动室（15），该气动室使所述冲击锤（13）的运动与所述激励器（12）的运动耦联，包括如下方法步骤：

当所述激励器（12）在其向所述远离工具的止点（22）的方向运动的过程中已经接近该远离工具的止点（22）到小于所述冲程（24）的一半时，通过泵（40）使所述气动室（15）内的压力（32）升高。

13.如权利要求12所述的控制方法，其特征在于如下方法步骤：当所述冲击锤（13）距冲击点（28）的距离小于所述冲击点（28）与后部换向点（29）之间的行程距离（31）的三分之一时，通过泵（40）降低所述气动室（15）内的压力（32）。

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