工具设备和控制方法

专利名称：工具设备和控制方法
技术领域：
本发明涉及一种工具设备特别是手持式凿削工具设备以及用于该工具设备的控制方法。
背景技术：
在凿削手工工具设备中，当凿头从工件抬起时，凿削动作应该停止。在气动工作的冲击机构中，空气弹簧会通过辅助的通风口被解除作用，该通风口只有在凿头移离时才被打开。为此，锤头(也被称为中间锤或者铁砧)在一次虚空冲击后应该保持远离通风口。然而这一点有时由于锤头在前部止挡上的反弹而不能达到。

发明内容
本发明提出的工具设备具有一锤头，该锤头沿一轴线平行于冲击方向被导引。气动室具有随锤头沿轴线运动而变化的容积。能够与锤头的运动方向相关地操作的阀门装置使气动室与贮气容器相连接。阀门装置在锤头沿冲击方向运动时被操作打开以及在反向于冲击方向运动时被操作节流或关闭。相对于打开状态时的气流而言，被节流或关闭的阀门装置将流过它的气流限制于最大为十分之一的值。锤头是一个可沿轴线移动的撞击体或者铁砧，该撞击体被设置在气动冲击机构的锤和装入工具夹头中的工具之间。当锤头滑动返回工具夹头时，锤头由于封闭的气动室而受到制动效应。在沿冲击方向运动时，阀门装置可以平衡气动室中的压力，所以不产生制动效应。一种设计规定当锤头沿冲击方向移动时，气动室的容积优选单调递增，并且，阀门装置对于流入气动室的气流是打开的，而对于从气动室流出的气流是节流或截止的。另外一种设计规定当锤头沿冲击方向移动时，气动室的容积例如单调递减，并且，阀门装置对于流入气动室的气流是节流或截止的，而对于从气动室流出的气流是打开的。贮气容器可以是一个另外的气动室，其容积在锤头沿冲击方向运动时例如单调递减并且阀门装置使所述气动室与所述另外的气动室相连通。被操作打开的阀门装置能够使所述气动室与所述另外的气动室如此地相连通，即，使得从所述另外的气动室选出的气体量流入所述气动室。 可以设置一个或者两个气动室，该气动室分别根据其相对锤头的布置在沿冲击方向运动时被压缩或者被扩张。可以为每个气动室各设置一个阀门装置或者也可以为两个气动室设置一个阀门装置，该两个气动室通过一个共同的阀门装置相连接。—种设计规定气动室由用于沿轴线导引锤头的导向装置、锤头和两个例如在径向上在锤头与导向装置之间沿轴线相互错开设置的密封件所封闭，其中，在垂直于轴线的平面上的投影中，所述的两个密封件至少在局部部段不重叠。一种设计规定所述气动室和所述另外的气动室由用于沿轴线导引锤头的导向装置、锤头和三个在锤头与导向装置之间沿轴线相互错开设置的密封件所封闭，其中，在垂直于轴线的平面上的投影中，各相邻的密封件至少在局部部段不重叠。至少密封件中的一个可由阀门装置构成。在导向装置中，在两个相邻的密封件之间设置有一开口，并且阀门装置使所述开口与贮气容器或者一个另外的贮气容器相连通。阀门装置可以被设置在导向装置之外。一种设计规定所述阀门装置是一种自身介质操作的(eigenmedium-betaetigte) 阀门装置，该阀门装置由流入或者流出气动室的气流进行操作。当气流沿流入方向流动时， 该气流就使阀门装置保持开放。反向于流入方向作用于阀门装置上的气压则使该阀门装置关闭。所述阀门装置可以包含一个止回阀。一种实施方式包括一个将气动室与贮气容器相连接的节流阀。由气动室容积依冲击方向的微分所确定的气动室的有效横截面面积比所述节流阀的横截面面积的百倍还大。 锤头与轴线保持平行地运动，因此气动室的容积变化与沿轴线的位移和有效横截面面积成比例。所述有效横截面面积可以通过依运动方向或者冲击方向求微分的数学运算来求得。 在圆筒状的导向装置和圆柱状的锤头中，所述有效横截面面积相当于垂直于轴线的最大横截面面积。气动室的有效横截面面积与节流阀的横截面面积的比率确定了节流阀中基于锤头速度的气体的相对流动速度。在该相对流动速度以上，气体可以迅速充分地从气动室中排出，而不会引起相对环境的压力降。已经认识到，节流阀中气体有一绝对速度是不可能被超越的。而节流阀就该绝对速度的极限值而言看来似乎闭锁了。如此地选择一百倍、优选三百倍的比率，即，在由冲击机构驱动锤头时达到节流阀中气体的绝对速度，在手工移动锤头时绝对速度明显未被超越。结果是，节流阀在锤头进行冲击的情况下截止而在锤头被手工移动的情况下打开。在一种实施方式中，该工具设备具有这样一个气动冲击机构，该冲击机构设置为以其冲击活塞沿冲击方向撞击到锤头上。在本发明提出的用于工具设备的控制方法中，当锤头沿冲击方向运动时将阀门装置打开；当锤头反向于冲击方向运动时将阀门装置关闭。



图20是包括固定式阀门的锤头制动器；
图21是包括固定式阀门的锤头制动器；
图22是包括固定式阀门的锤头制动器；
图23是锤头为哑铃状的锤头制动器；
图M是包括外置阀门的锤头制动器；
图25和图沈是包括外置阀门的锤头制动器；
图27是包括外置连接阀门的锤头制动器
图观是包括外置阀门的锤头制动器；
图四是包括外置阀门的锤头制动器；
图30是锤头制动器。
只要没有另作说明，相同或者功能相同的元件在附图中均采用相同附图标记标不。
具体实施例方式图1示出的是作为凿削工具设备实施方式的钻锤(冲击钻)1。该钻锤1具有机壳 2，在该机壳内安装有马达3和由该马达3驱动的气动冲击机构4以及优选可拆卸地固定有一个工具夹头5。马达3例如为一部电动机，该电动机由与电缆连接的电源接头6或者可充电的电池系统供电。气动冲击机构4驱动被插入工具夹头5中的工具7，例如钻头或者钎凿，由钻锤1起沿轴线8依冲击方向9凿入工件。钻锤1具有旋转驱动器10可供选择，该旋转驱动器可以使工具7在冲击运动的同时辅以围绕轴线8旋转。在机壳2上固定有一个或者两个手柄11，该手柄可以使操作者掌控钻锤1。纯凿削的实施方式，例如凿锤，与钻锤 1的主要区别仅仅在于不具备旋转驱动器10。示例性示出的气动冲击机构4具有一个冲击活塞12，该冲击活塞通过被激活的空气弹簧13被向前推进，即沿轴线8依冲击方向9运动。冲击活塞12撞击到锤头20上并且因此将其动能的一部分传递给锤头20。由于反推力的原因和空气弹簧13的推动，冲击活塞12向后，即反向于冲击方向9运动，直到被压缩的空气弹簧13重新推动该冲击活塞12 向前运动为止。空气弹簧13由一个气动室构成，该气动室的轴向的前端由冲击活塞12的后端面21封堵，轴向的后端由压气活塞(Erregerkolben，激励活塞)22封堵。气动室的径向的圆周部分由冲击筒管23封闭，在该冲击筒管中冲击活塞12和压气活塞22沿轴线8被导引。在另外的结构形式中，冲击活塞12可以在一个罐状的压气活塞中滑动，其中，该压气活塞在径向，即圆周部分封闭构成气动室的空腔。通过压气活塞22沿轴线8的强迫往复运动，空气弹簧13被激活。偏心轮传动对、摆动传动等可以使马达3的旋转运动转换为直线往复运动。压气活塞22的强迫运动周期取决于由冲击活塞12、空气弹簧13和锤头20构成的系统的互相配合以及所述构件的相对轴向距离，尤其是冲击活塞12与锤头20的预定撞击点25，以使系统产生谐振并由此使由马达3到冲击活塞12的能量传递最佳化。锤头20是这样一个实体，优选为旋转体，该实体具有一个在冲击方向9上敞露的前端冲击面26以及具有一个反向于冲击方向9敞露的后端冲击面27。锤头20将后端冲击面27受到的撞击传递给与其前端冲击面沈贴靠的工具7。锤头20也可以根据其功能被称为中间锤。
导向装置观沿轴线8引导锤头20。在本图示例中，锤头20的后端部部分地沉入后部导向部四中。该后端部以其径向外侧面与导向部四沿径向贴靠。同样，前部导向部 30可以环绕锤头20的前端部并限制其径向运动。后部导向部四和前部导向部30同时构成两个止挡，该止挡将锤头20的轴向运动限定在后部止挡四与处于冲击方向9上的前部止挡30 (锤头止挡)之间的区段内。锤头20具有一个增粗的中间部段33，该部段以其端面与导向部四，30撞击。作为范例示出的导向装置观具有一个例如圆筒状的、圆周部被封闭的导向管31，锤头20被安装在该导向管内。锤头20的粗部段33以其外周面34，即径向外表面与导向管31的内壁32至少在局部部段或者沿其整个圆周范围保持间隔。在增粗的中间部段33的整个轴向长度范围内，锤头20与导向管31之间延伸有沟槽状的或者圆筒状的间隙35。该间隙35的径向尺寸例如可以在0. 5mm至4mm之间。在凿削时，工具7支承在锤头20的前端冲击面沈上，由此锤头20与后部止挡四保持接合状态(见图幻。冲击机构4被设至锤头20的接合位置上。冲击活塞12的给定的撞击点25(图幻和冲击活塞12的运动换向点由与之接合的锤头20的后端冲击面27所确定。只要使用者使工具7离开工件，气动冲击机构4的冲击功能就应该停止，因为不然的话钻锤1就会虚空冲击运转。冲击活塞12对锤头20的撞击使该锤头20滑向前部止挡 30并且优选停留在其附近。冲击活塞12能够越过给定的撞击点25向前，沿冲击方向9运动，直到主要是起减震作用的止挡30为止。在向前移动至越过撞击点25的位置时，冲击活塞12打开冲击筒管23上的通风孔36，通过该通风孔，被激活的空气弹簧13的气动室首先与机壳2的内部环境空间连通并且被通风。空气弹簧13的作用被削弱或者消失，因此，由于与压气活塞22的耦接减弱或者消失，冲击活塞12保持停止不动状态。当锤头20移动至后部止挡四并且冲击活塞12将通风口 36封闭时，冲击机构4被重新激活。为了使锤头20在一次虚空冲击后优选停留在前部止挡30的附近，锤头20可以沿冲击方向9基本上无制动地移向前部30，而沿相反方向朝后部止挡四的移动却要克服至少一个空气弹簧40的弹力。空气弹簧40的弹力的控制取决于锤头20相对导向装置观的运动方向。锤头20的至少部分径向延伸的面和导向装置观的至少部分径向延伸的面构成了气动室40的内表面，该内表面垂直于或者倾斜于轴线8。随着锤头20的移动两个径向延伸的面之间的轴向距离发生变化并且气动室40的容积同时也随之变化。该容积的变化导致气动室40内的压力发生变化。粗部段33上反向于冲击方向9的后部缓冲面41可以构成气动室40的第一径向延伸的内表面。导向装置观上面向冲击方向9的后部缓冲面42可以构成气动室40的第二径向延伸的内表面，所述后部缓冲面42与后部缓冲面41共同确定了后部止挡四。在径向方向，气动室40的一侧由导向装置观封堵而另一侧由锤头20封堵。锤头 20与导向装置28之间的空气密封是通过第一密封件43和第二密封件44实现的。密封件 43,44沿轴线8彼此错开地设置。例如第一密封件43被设置在两个止挡四，30之间，而第二密封件44却被沿轴向设置在两个止挡四，30以外，即在相应的缓冲面42之外。在两个密封件43，44之间是气动室40的径向延伸的内表面。在图示的实施方式中，密封件43，44 被安装在锤头20的具有不同的横截面的部段上，因此密封件43，44至轴线8的距离相差很大。在另外的实施方式中，至少密封件43，44的局部部段至轴线8的距离不同。在垂直于轴线8的平面上的投影中，两个密封件不重叠或者至少在局部部段不重叠。空气弹簧40对锤头20的运动方向的依赖关系通过至少密封件43，44中的一个密封件被构造为阀门50来达到。气道45将气动室40与周围，例如机壳2中的贮气容器连接起来。在气道45中设置有阀门50，该阀门控制通过气道45的气流量。所述控制的实施取决于锤头20的移动情况。当锤头20沿冲击方向9移动时，阀门50打开并且空气可以从贮气容器经由气道45流入气动室40的增大的容积内；空气弹簧因此被解除作用。当锤头20 反向于冲击方向移动时，阀门50关闭气道45。气动室40的压力随着气动室40容积的缩小而上升，因此空气弹簧40反作用于锤头20的运动。在一个实施方式中，阀门50被构造成自控的或者自身介质操作的阀门50，如止回阀或者节流止回阀。阀门50由流入该阀门50的气流进行操作。气流是气动室40与通过阀门50和该气动室40连通的空间51之间的压差的结果。被连通的空间51可以是一个很大的贮气容器，例如周围环境空间，即机壳51的内部或者另外一个密封的被限定容积的气动室。在示出的实施方式中，空气弹簧40将阀门50的起密封作用的封闭体52压向阀门 50的阀门开口 53或者阀门座，因此阀门开口 53被气密封闭。当通过阀门50被连通的空间51中的压力超过空气弹簧40，即超过气动室40内的压力时，封闭体52被压离阀门开口 53。气体可以通过阀门开口 53经气道45流入气动室40。节流开口 M可以使气动室40通风。例如节流开口 M可以是导向管31的管壁上的一个孔。节流开口 M的流体横截面(液压横截面)的面积要比气动室40的环状横截面面积小至少两个数量级，例如小于0. 5%。为了能够手动推入锤头20，节流开口 M例如要大于环状横截面面积的1/2000或者1/1500。节流开口 M的流体横截面或者横截面面积在节流开口 M的垂直于流向的最细窄位置测得。在锤头20移动时，气动室40的容积与锤头20的速度以及由气动室40封闭的容积的环状横截面面积成比例变化。如果节流阀M 应该在无压力变化的情况下补偿容积变化的话，被排挤的气体就必须以至少百倍于锤头20 速度的速度流过节流阀。气体的流动特性为流动速度设定了上限，因此虽然当锤头20缓慢移动时可以平衡压力，但在锤头20快速移动时是不可能的。在虚空冲击时锤头20沿冲击方向9的移动速度大约在lm/s至10m/S的范围内。 气动室40的容积同样迅速地增大。气体以高速率通过打开的阀门50流入气动室40，这样迅速达到压力平衡。为此，阀门50在其打开的位置开放一个可流通的面(液压面)，该面为气动室40容积的环状有效横截面的至少1/30，优选至少1/20，或者至少10%。液压面是垂直于阀门50中的流动方向确定的。所述有效横截面面积为容积依运动方向的微分，也就是说容积的变化由有效横截面面积与锤头20的轴向位移的乘积确定。当锤头20在锤头止挡 30处被反弹时，其反向于冲击方向的速度可以是相同数量级。阀门50关闭并且封闭的气动室40的压缩使锤头20减速。节流开口 M仅仅允许微量的气流排出，因此气动室40内的过压得以保持。在反向于冲击方向9并且低于0. 2m/s的缓慢移动时，典型地为重新凿削做准备， 为了能够平衡压力，气体可以以足够的速率通过节流开口 M流出。或者不同于单独的节流开口 54，可以选择将阀门50设置为节流阀，该节流阀在关闭/节流的位置能使一相应的节
8流开口打开。图3和图4示出的是阀门60关闭状态以及开放状态时的示例性构造。图5和图6 示出的是阀门60沿平面V-V以及VI-VI的剖面图。作为封闭体52，阀门60具有一个密封环61，即一个环状的密封件，该密封环被嵌入锤头20的粗部段33上沿圆周延伸的沟槽62 中。如同阀门50将气道45分开一样，位于锤头20和导向管31之间的间隙35被密封环61 和沟槽62分为沿轴线8的两个部分。根据密封环61的位置，气体可以沿间隙35流动。可关闭的阀门开口由密封环61在沟槽62的前部的即冲击方向上的沟槽壁63的区域内的配合状况而确定。密封环61例如是一个由天然或者合成橡胶制成的弹性0型环。密封环61的径向朝外的面、下称径向外侧面64沿密封环61的整个圆周与导向管31的内壁32紧密贴靠，这样密封环61与导向管31相互密封地接合。为了有利于得到气密性的封闭，密封环61可以径向有预应力地被嵌入导向管31中。密封环61的厚度65，S卩外径与内径的差，优选小于沟槽62的深度66。密封环61的径向朝内的面、下称径向内侧面67沿粗部段33的圆周至少在一个部段内与沟槽62的沟槽底部68径向保持间隔。在沟槽底部68与密封环61之间存在气流可以沿轴线8流动的间隙69。对于阀门60的关闭或者密封状态，密封环61以前部，即面向冲击方向9的端面70 与沟槽62的前部沟槽壁63贴靠(见图幻。前部沟槽壁63与前部端面70至少沿一条围绕轴线8的环状的封闭的线彼此接触。为了与沟槽壁63的面相对轴线8呈相同倾斜度，例如垂直地接合，例如可以将前部端面70削平。阀门60的气密性是通过密封环61与沟槽壁 63，即锤头20以及与导向管31，即导向装置观的成对的密封产生的。关闭状态的阀门60 使锤头20反向于冲击方向9的运动保持稳定。在通过阀门60被封闭的气动室40中压力相对周围环境升高，因此密封环61被压向前部沟槽壁63。对于开放状态，密封环61的后部、即反向于冲击方向9的端面71与沟槽62的后部沟槽壁72贴靠(见图4)。前部沟槽壁63与后部沟槽壁72之间的距离以如下尺寸为宜， 即当密封环61贴靠在后部沟槽壁72上时，密封环61沿圆周范围至少在局部部段与前部沟槽壁63脱开。例如，沟槽壁之间的距离要大于密封环61沿轴线8方向的尺寸。密封环61 沿轴线8方向由前部沟槽壁63向后部沟槽壁72移动。后部沟槽壁72和/或密封环61的后部端面70被如此构造，即它们相互接触的止挡面被至少一道位于所述止挡面内的、从沟槽底部68到导向管31贯穿的气道断开。例如， 在后部端面71上设置有一道或者数道径向延伸的凹槽73。密封环61沿圆周仅仅分段地接触后部沟槽壁72并且气体可以通过凹槽73流动。这样一个贯穿开放的阀门60的气道沿前部端面72、径向内侧面67和凹槽73延伸。开放状态的阀门60使锤头20沿冲击方向9 的运动保持稳定。在气动室40中的压力低于环境压力，例如空间51中的压力时，压差引起气体流入并且将密封环61压向后部沟槽壁72。作为选择或者作为密封环61上的凹槽73 的补充，可以在后部沟槽壁72上设置径向延伸的凹槽。气体可以沿该凹槽流动，该凹槽之间的接筋部可以防止凹槽被密封环61封堵。后部端面71可以具有其他的结构，以取代凹槽73，所述结构确定了从径向内侧面 67至径向外侧面64的气道。该气道可以是完全径向延伸或者作为补充部分地沿密封环61 的圆周延伸。例如可以设置一些坚硬的凸块，该凸块使气道抵抗锤头20向前运动时产生的力。可以将凹槽74设置在密封环61径向内侧面之一上(见图7)。这样就可以使用贴靠在沟槽底部的密封环61。在一种设计中，当前部端面70贴靠在前部沟槽壁63上时，密封环61起到节流的作用。微量的气流可以在端面70和前部沟槽壁63之间流过。在此可以在前部端面70上设置细的径向气道。所述气道的总有效横截面面积比后部端面71上的气道73的总有效横截面面积小。细气道的垂直于气流的横截面面积被限制在最高为所有凹槽73的垂直于气流的横截面面积的总和的百分之一。在该实施方式中，第一密封件43是通过在止挡四，30之间移动的阀门60得以实现的。第二密封件44与后部止挡四反向于冲击方向9轴向错开地设置并且例如固定支承在导向装置观中。第二密封件44优选为环状构造，例如为橡胶制0型环。锤头20具有一个圆柱状的后部部段75，该部段被引导穿过第二密封件44并与其内径向面紧密接合。后部圆柱状部段75的长度76优选为如下尺寸，即当锤头20贴靠在前部止挡30上时，后部部段 75的至少一部分插入在第二密封件44内，以便锤头20在任何位置时都能使气动室40保持密封。后部部段75的长度76至少要大于前部止挡30与后部止挡四之间的锤头20的行程。例如，第二密封件44可以被嵌入一个被推入导向管31中的圆筒状套筒77内。套筒77的前部端面可以构成后部止挡四的止挡面42。套筒77的横截面面积可以基本上等于气动室40的横截面面积。作为选择，第二密封件44可以固定在锤头20的后部部段75 上，例如嵌入一个环形槽中。套筒79具有优选光滑的圆筒状内壁，密封件44可以在其上沿
着滑动。后部部段75的直径比粗部段33的直径小，这样阀门装置60到轴8的间距大于第二密封件44到轴线8的间距。前部沟槽壁70可以倾斜于轴线8，例如在45度和70度范围内。倾斜的沟槽壁70 可以使密封环61胀开，保证与前部沟槽壁70的密封配合。图8和图9示出的是阀门80关闭状态时以及开放状态时的示例性构造。图10和图11示出的是阀门80沿平面X-X以及XI-XI的剖面。作为封闭体，阀门80具有一个密封环81，该密封环被嵌入锤头20的粗部段33上的沿圆周延伸的沟槽82中。锤头20与导向管31之间的间隙35构成气道45，该气道沿轴线8被沟槽81和密封环82分开。在沟槽82 的前部沟槽壁84的区域内密封环82可以封闭气道45。沟槽82可以如此地容纳密封环81，S卩，使密封环81与导向管31的内壁32保持间距(见图8)，也就是在密封环81与导向管31之间存在气隙84。此外，沟槽82的深度85 可以至少与密封环81的厚度86 —样大。沟槽底部88的长度87可以选择至少与密封环81 沿轴线8的长度89 —样大。沟槽底部88基本上与轴线8平行延伸并呈圆柱状。气体可以沿间隙35流入气动室40。前部沟槽壁90倾斜于轴线8并且优选确定了一个圆锥形的面，该圆锥形的面的半径沿冲击方向9递增。在阀门80处于关闭状态时，密封环81被推向圆锥形的前部沟槽壁 90。在此，密封环81被径向胀开并且其外径增大，至少增大至密封环81的径向外侧面91 与导向管31的内壁32接触(见图9)。锤头20与导向装置观通过它们与密封环81的成对的气密性接触，达到了彼此之间的密封性。锤头20在返回运动时的压力比将密封环81推向圆锥形的前部沟槽壁90并且因此使阀门80自动关闭。在向前运动时，密封环81脱离圆锥形的前部沟槽壁90，松弛恢复至其较小外径的原始形状并且开放气隙84以打开阀门80。密封环81例如是一个由天然或者合成橡胶制成的弹性0型环。密封环81可以是以垂直于轴线8的一个面为准的对称的形状，就是说具有完全相同的端面。第二密封件44可以相对后部止挡四反向于冲击方向9轴向错开地设置并且例如可以是一个固定支承在导向装置观内的密封环。作为选择，可以将第二密封件44固定在锤头20的后部部段75上。图12和图13分别示出的是阀门100的示例性构造的纵向剖面以及沿平面 ΧΙΠ-ΧΙΠ的剖面。阀门100的密封件101具有一个可摆动的唇部102，该唇部贴靠在导向管31的内壁32上。密封件101的固定部段103将唇部102固定在锤头20的粗部段33上。 唇部102优选被如此施加弹性预应力，即该唇部被压靠在内壁32上以关闭阀门100。示出的唇部102倾斜于轴线8并且反向于冲击方向9由锤头20向内壁32延伸。唇部102与锤头20共同构成一个仅向后部气动室方向开放的空间104。从后部气动室流出的气体拥塞在半开放的空间104中并将唇部102压向导向管31。阀门100在其关闭位置保持稳定。反向于冲击方向9流动的气流使唇部102向半开放的空间104摆动，由此所述唇部与导向管31 脱离。气流可以通过被打开的阀门100。示例性的密封件101例如可以是一个天然或者合成橡胶制的气动活塞密封环或者唇形密封环。密封件101的软管状、圆筒形的部段具有固定部段103的作用，可以将密封件101固定在粗部段33上。在本例的构造中，锤头20上设置有一个环状的沟槽，固定部段 103贴靠在该沟槽的沟槽底部88上。唇部102由一个空心锥体形的部段构成，该部段沿径向与固定部段103相接并且反向于冲击方向9扩径。唇部102沿冲击方向9在径向离固定部段103渐远并且因此也离锤头20渐远，因此形成了气隙104。背向冲击方向9的端面106 被设置成具有环状凹沟105的构造，该凹沟在径向上受到唇部102以及固定部段103的限制。凹沟105可以具有梯形的、矩形的或者其他形状的沉凹轮廓。在沿轴线8的剖面中密封件101具有V形或者U形的轮廓，该轮廓朝冲击方向9是封闭的。唇部102的尺寸及弹性模数是如此匹配的，即，使该唇部102在其上受到的气体压力下可以变形。空心锥体部的壁厚比沿轴线8的唇部102的尺寸明显地薄。唇部102的摆动或者翻转运动在沿冲击方向9实施时趋向于远离锤头20的方向或者说在反向于冲击方向9实施时则趋向于接近锤头20的方向。将唇部102固定在锤头20上的区域，即径向不可动的区域与该唇部102同导向管31贴靠的区域沿冲击方向9错开布置。唇部102可以具有壁厚变薄的区域，该区域起到固体关节的功能。此外，固定部段 103可以设置一个关节，唇部102可以围绕一个轴线回转地被固定在该关节中。优选唇部 102由弹性材料以及如此薄的壁构成，即气动室40间的压差可以使该唇部弯曲并且因此使之与内壁32分开。在另外一个实施方式中，密封件101被设置在内壁中并且唇部102接触锤头20。第二密封件44可以相对后部止挡四反向于冲击方向9轴向错开地设置并且例如可以是一个被固定支承在导向装置28中的密封环。
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图14示出的是阀门110的示例性构造的纵向剖面。阀门110不具有物理上的封闭体，而是充分利用气体的流动特性来取得针对沿冲击方向9气流的截止效应以及针对反向于冲击方向9气流的通过效应。在锤头20的粗部段33的外周面34上构造有轴向相互错开排列的数条环绕沟槽 111。沟槽111各自具有前部沟槽壁112和后部沟槽壁113。后部沟槽壁113倾斜于轴线 8，并且沿冲击方向9径向向外延伸。相对于轴线8的后部倾斜角114例如可以在10度至 60度的范围内。相反，前部沟槽壁112基本上垂直于轴线8延伸或者可以在80度至100度的范围内倾斜于轴线8。沟槽111的径向深度很小，例如在0. 5mm至2mm的范围内。在锤头 20返回移动时，流向冲击方向9的气体在陡峭的前部沟槽壁112处被弹回并且在沟槽111 中产生涡流。流动速度降低了数个数量级。在锤头20向前移动时，反向于冲击方向9流动的气体被平坦的后部沟槽壁113平稳地导流，因此流动速度仅仅受到很小的影响。第二密封件44可以相对后部止挡四反向于冲击方向9轴向错开地设置并且例如可以是一个被固定支承在导向装置观中的密封环。图15示出的是另外一个实施方式的纵向剖面，该实施方式包括后部空气弹簧40， 前部空气弹簧120和至少一个控制锤头20动作的阀门130。后部空气弹簧40和前部空气弹簧120的弹力受锤头20的运动方向控制。一方面当锤头20向前，即沿冲击方向9运动时，空气弹簧40，120被解除或者减弱，另一方面空气弹簧40，120共同使锤头20的返回运动减速。空气弹簧40，120的弹力可能不同，被加压的后部空气弹簧40会比前部空气弹簧 120发挥更大的减速(制动)效应。前部空气弹簧的前部气动室120包括由导向装置观构成的、至少部分径向延伸的前部内壁131以及由锤头20构成的、至少部分径向延伸的后部内壁132。后部空气弹簧的后部气动室40包括由锤头20构成的、至少部分径向延伸的前部内壁41以及由导向装置观构成的、至少部分径向延伸的后部内壁42。向外沿径向方向，气动室40，120被圆筒状的或者棱形的导向管31的内壁32封闭。向内沿径向方向，气动室40，120被锤头20封闭。在用于锤头20在导向装置观中滑动的径向间隙35中，为了使后部气动室40密封，轴向相互错开地设置有第一密封件43和第二密封件44。在第一密封件43和第二密封件44之间，沿轴线8设置有后部气动室40的前部和后部内壁41，42。沿冲击方向9在前部气动室120的前部内壁131的前面设置有第三密封件133。前部气动室120的前部和后部内壁131，132 沿轴线8处于第一密封件43和第三密封件133之间。两个气动室40，120通过中间设置有阀门140的气道134相互连通。阀门140对于从后部气动室40进入前部气动室120的气流是截止的，而对于从前部气动室120进入后部气动室40的气流是允许流通的。闭锁体52可以被来自后部气动室40的气流压向阀门开口 53并且由此关闭阀门140，相反的气流将闭锁体52从阀门开口 53处推起并打开阀门 140。在锤头20向前运动即沿冲击方向9运动的过程中，后部气动室40的容积增大而前部气动室120的容积减小。由前部气动室120逸出的气体量可以通过阀门140流入后部气动室40。在锤头20返回，即反向于冲击方向9运动过程中，前部气动室120的容积增大而后部气动室40的容积减小。阀门140阻止一种可能使得后部气动室40中增高的压力与前部气动室120中减小的压力平衡的气流。返回运动因此在克服两个空气弹簧40和120的弹力的情况下进行并被减速。气道134可以完全在导向装置28的内部延伸。优选气道134被如此关闭，即从前部气动室120被排出的全部气体量被导入后部气动室40中。通过气道134相互连通的前部和后部气动室40，120具有一个恒定的、与外界隔离的气体容量，其中对两个气动室40， 120的气体容量的分配随着锤头20的实时位置而变化。图16示出的是阀门60的一种实施方式，该阀门使前部气动室120与后部气动室 40气动连通。对元件的说明，尤其是后部气动室40，请参见与阀门60相关的实施方式。处于两个气动室40，120之间的气道134被完全设置在导向装置28的内部。锤头20的粗部段33的前部缓冲面构成前部气动室120的后部内壁132，并且粗部段33的后部缓冲面构成后部气动室40的前部内壁41。前部气动室120的前部内壁131可以由确定前部止挡30的导向装置观的区域构成。在前部气动室120中，还可以设置一个橡胶制的弹性减震元件30，例如0型环，该减震元件可以减轻锤头20对前部止挡30的撞击。 前部气动室120的两个内壁131，132在垂直于轴线8的平面上的投影是基本上相同的。后部气动室40的后部内壁42可以由确定后部止挡四的导向装置观的面构成。后部气动室 40的两个内壁41，42在垂直于轴线8的平面上的投影是基本上相同的。在锤头20运动时， 气动室40，120中的每个气动室的内壁之间的轴向距离发生变化并且因此它们的容积也发生变化。两个容积的总量可以是恒定的，所以投影到垂直于轴线8的平面上的前部内壁的面积与相应投影的后部内壁的面积大小相同。位于锤头20与导向管31之间的间隙35构成气动室40，120之间的气道134。在粗部段33的外周面34上沿轴线8延伸的凹槽能够构成辅助气道。粗部段33上的阀门60截止气流从后部气动室进入前部气动室120，而针对从前部气动室进入后部气动室40的气流则开放。阀门60的构造请参照前述说明。第三密封件可以是橡胶制的密封环142，该密封环相对前部止挡30反向于冲击方向9轴向错开地设置。第三密封件133例如可以被嵌入导向管31的一个槽中。锤头20包括一个圆柱状的前部部段143，该部段被导入第三密封件133并与其内径向面144紧密贴合。前部圆柱状部段143的长度145优选为如下尺寸，即当锤头20贴靠在后部止挡四上时，前部部段143的至少一部分插入在第三密封件133内，以便锤头20在任何位置时都能使气动室120保持密封。当锤头20与前部止挡30贴合时，前部部段143沿冲击方向9超出第三密封件133至少一个长度，该长度相当于锤头20在前部止挡30与后部止挡四之间的行程。前部部段143的直径小于粗部段33的直径。在一个可选的设计中，密封环146被固定在锤头20的前部部段143上，例如固定在一个环形槽中(见图17)。密封环146在导向装置观中的圆筒状套筒147内部滑动并且在锤头20处于任何位置时都与圆筒状套筒保持密封。密封环146的外部径向面148与套筒147接触。取代或者附加于具有可轴向游动的密封环61的单向阀60，可以设置另外的单向阀系统，例如所述的具有密封环80用锥形滑动导件的单向阀系统、具有止回阀100的单向阀系统、具有设置在粗部段33上的间隙密封阀(Spaltdichtventil) 110的单向阀系统。图18和图19示出的是另一个具有阀门150的构造的纵向剖面以及沿平面 XVIII-XVIII的剖面。阀门150被固定支承在导向装置观内并构成第二密封件44。与前述的实施方式相比，阀门150相对冲击方向9的定位发生了变化，因为从工具一侧来看阀门 150被设置在气动室40之后。阀门150的构造与结合阀门50描述的实施方式的构造几乎相同。与阀门50相比，唯一重要的不同之处是阀门150是相对于冲击方向9取向相反地设置。两个阀门50都允许气体流入气动室40而阻止气体流出。阀门150包括一个密封环151，该密封环被支承在导向装置28的环绕沟槽152中。密封环151紧紧并且气密地环绕在锤头20的后部部段 75上。在沟槽152的沟槽底部153与密封环151之间设置有间隙154，通过该间隙气体可以沿轴线8流动。为了使密封环151可以沿轴线8移动，沟槽152比密封环151宽。前部沟槽壁155和密封环的前部端面156被如此构造，即密封环151贴靠在前部沟槽壁155上时，密封环151与前部沟槽壁155之间的径向气道157保持开放。气道157例如可以是被冲压在密封环151的前部端面156上的凹槽。沟槽152的后部沟槽壁158和密封环151的后部端面159能够沿围绕轴线8的封闭的环状线相互密封接合。当锤头20向前运动时，密封环151被压向前部沟槽壁155，受到沿锤头20的后部部段75流入气动室40的气体的辅助支撑，因此阀门150被打开或者保持打开状态。当锤头20返回运动时，密封环151被压向后部沟槽壁158，受到气动室40中增高的过压的辅助支撑，因此阀门150被关闭或者保持关闭状态。止挡之间的第一密封件43例如可以通过一个橡胶制的密封环实现，例如一个0型环，该密封环被固定嵌入粗部段33上的环形沟槽160内。作为选择，第一密封件43可以由一个阀门构成，例如前述实施方式中的阀门60。图20示出的是具有固定设置的阀门170的另一种设计的纵向剖面。第一密封件 43可以是一个永久密封的密封件或者一个阀门。阀门170通过被设置在导向装置观的内壁172上的沟槽171和被嵌入沟槽171中并环绕锤头20的后部部段75的环状密封件173 构成第二密封件44。沟槽171被沿轴向反向于冲击方向9朝后部止挡四设置。一方面沟槽171的前部沟槽壁174基本上垂直于轴线8，另一方面沟槽171的后部沟槽壁175却倾斜于轴线8。后部沟槽壁175反向于冲击方向9径向向内地延伸。当气体从气动室40流出时，密封环173被倾斜的后部沟槽壁175径向镦实并被压向锤头20，阀门170截止。图21示出的是阀门180被支承在导向装置观中的实施方式。阀门180的构造与阀门100相同。阀门180反向于冲击方向9相对锤头20的后部止挡四轴向错开地设置。 阀门180的密封环181具有一个环状的唇部182，该唇部沿冲击方向9径向向内延伸至锤头 20的后部部段75并且与该部段接触。唇部182通过一个固体关节可摆动地被支承在导向装置观中。沿着轴线8，从固体关节至气动室40的距离比唇部182与锤头20接触的区域至气动室要远。结果是，唇部182虽然截止气体从气动室40流出，但是能够允许气流进入气动室40。第一密封件43可以是一个永久密封的密封件或者一个阀门，该密封件例如被嵌入导向部段77中的环形沟槽160内。或者，作为选择(未示出)，唇部可以可摆动地被支承在锤头20的后部部段75上， 其中唇部沿冲击方向9径向向外延伸。唇部与导向管31内部的套筒接触。如此选择唇部的轴向位置和锤头20的后部部段75的长度，即锤头20位于任何位置时唇部都与套筒保持接触。
图22示出的是具有阀门190的示例性构造的纵向剖面。阀门190与阀门110的构造相似。在被置入导向管31的套筒192内，构造出由数条沿轴线8设置的沟槽191构成的锯齿状的轮廓。一方面沟槽191的前部沟槽壁193倾斜于轴线8，另一方面后部沟槽壁194 基本上垂直于轴线8延伸。由气动室40流出的气体在陡峭的后部沟槽壁194处被弹回，并且涡流降低了流动速度。从锤头20的后部部段75流入气动室40的气体仅仅受到倾斜的前部沟槽壁193的微弱阻挡。在一个未示出的实施方式中，具有倾斜的前部沟槽壁和垂直的后部沟槽壁的沟槽被设置在锤头20的后部部段75上。后部部段75在圆筒状的套筒中滑动。图23示出的是具有不同构造的锤头200和所属导向装置201的一个另外的实施方式。导向装置201具有例如圆筒状的导向管202，锤头200在该导向管中滑动。在导向管202中置入有套筒203，该套筒使导向管202的横截面面积局部减小。锤头200沿轴线 8在前部部段204和后部部段205之间具有变细的中部部段206。前部部段204和后部部段205能够构成冲击面沈，27。中部部段206的外径与套筒203相匹配。前部和后部部段 204,205的优选相同的外径与导向管201的最大内径相匹配。前部部段204沿冲击方向9 位于套筒203之后并且后部部段205沿冲击方向9位于套筒203之前。前部部段204的反向于冲击方向9径向延伸的面207与套筒203的朝向冲击方向9的面208共同构成后部止挡。前部止挡由后部部段205和其沿冲击方向9径向延伸的面209以及套筒203的反向于冲击方向的面210所构成。导向装置201沿径向通过前部密封环211和后部密封环212与锤头200的前部部段204以及后部部段205密封相接。在套筒203中设置有单向阀213，该单向阀能够根据锤头200的运动方向使套筒203相对锤头200的中部部段206密封。由此便确定出一个前部气动室214和一个后部气动室215，所述气动室通过阀门213相互连通。同前述实施方式一样，当锤头200沿冲击方向9运动时阀门213打开，当反向于冲击方向9运动时阀门213关闭或者节流。单向阀213例如可以是包括开槽的可轴向游动的密封环61的阀门60、包括密封环用锥形滑动导件的阀门80、包括止回阀的阀门100、包括间隙密封阀的阀门110。在一种设计中，只设置一个气动室，为此例如取消前部密封环211或者后部密封环212或者以非密封方式设置。图M示出的是具有阀门220的示例性构造的纵向剖面。阀门220被设置在导向装置28的外部。在后部第二密封件44和锤头20的粗部段33上的第一密封件43之间的导向管31的壁面上设置有一个或者数个径向孔221。阀门220例如被构造为位于第一阀门开口 223前的、具有弹性支承的活门222的活门闸阀或者止回阀的构造。从气动室40的角度看，活门222位于第一阀门开口 223前，因此气动室40达到过压时阀门220截止。图25示出的是具有阀门230的示例性构造的纵向剖面以及图沈示出的是沿平面 XXV-XXV的所属剖面。由贯穿导向管31的壁面的一个或者数个径向孔231构成阀门开口。 孔231与锤头20的位置无关地被设置在后部密封件44与位于锤头20的粗部段33上的前部密封件43之间。气动室40可以通过孔231通风。封闭体由密封环232构成，该密封环于孔231的轴向高度处贴靠在导向管31的内壁32上。密封环232，例如橡胶制0型环可以具有沿径向突出的半球形凸起233，该半球形凸起能够嵌入到孔231的圆锥体状的开口 234 中并将其密封。在由于锤头20返回运动使气动室40过压的情况下，密封环232被压向孔231并且将其封闭。在由于锤头20向前运动使气动室40压力不足的情况下，密封环232被径向压缩并且气体可以流入气动室40。图27示出的是一个不同的实施形式，该实施方式中两个气动室40，120通过位于导向装置28外部的一个或者两个阀门240相互连通。两个气动室40，120各自具有一个开口，例如位于导向管31上的径向孔Ml。一个在导向装置观外部延伸的、优选封闭的气道 242连通两个气动室40，120。在气道M2中设置有阀门M0。阀门240例如可以是一个止回阀或者一个节流止回阀，该止回阀允许向后部气动室40方向流通。由前部室120流出的气体量全部由后部室收纳。图观示出的是一个另外的实施方式，其包括两个气动室40，120和连通所述两个室的阀门250。在导向装置观外部设置有气道251。前部气动室120和后部气动室40各自通过例如径向封闭的导向装置31上的前部开口 252以及后部开口 253与气道252相通。 优选后部开口 253永久开放。一个薄片2M贴靠在导向管31上，该薄片将前部开口 252密封遮盖。薄片邪4被弹性地或者通过活节255可摆动地支承。从前部气动室120流出的气流可以将前部开口 252区域的薄片2M顶开并且通过气道251流入后部气动室40。连接套管256可以同时罩住前部开口 252和后部开口 253并且侧面与导向装置观紧密接合。气道251在连接套管256内部延伸。薄片邪4例如可以由橡胶软管构成，该软管被绷紧覆盖在前部开口 252和后部开口 253上。在后部开口 253的区域内，可以在软管上设置一个开口。图四示出的是一个另外的实施方式，其包括两个气动室40，120和连通所述两个室的阀门沈0。气道261在导向管31外部延伸并且通过前部开口 262与前部气动室120连通和通过后部开口 263与后部气动室40连通。气道261包括数个沿纵向前后排列的阶梯。 该阶梯具有面向后部气动室40的垂直棱面264和面向前部气动室266的倾斜棱面沈5。倾斜棱面265与气道的纵方向呈20度至60度范围内的夹角。气道261优选具有从前部气动室120向后部气动室40的流动方向，而在相反方向上截止。气道261可以由软管266构成，该软管将导向管31和设置在导向管31上的前部和后部开口 262，263罩住。阶梯可以由导向管31上的轮廓和/或软管266内的轮廓确定。图30示出的是一个另外的实施方式，该实施方式中，为两个气动室40，120设置有两个互不相关的阀门。气动室40，120相互不连通。在所示出的实施方式中，前部气动室120通过第一阀门270与周围环境相连通。第一阀门270截止气体流入前部气动室120。第二阀门271使后部气动室40与周围环境相通并且对于气体从后部气动室40的流出是截止的。两个气动室40，120被具有密封环272的示例性构造的第一密封件分开，所述密封环沿轴向被设置在两个阀门270，271之间。两个阀门270，271例如可以由图示的单向阀60或者其他的单向阀构成。
1权利要求
1.工具设备，其包括锤头(20)，该锤头沿一轴线(8)平行于冲击方向(9)被导引；气动室(40，120)，其容积随锤头00)沿轴线(8)的运动而发生变化，以及能够与锤头00)的运动方向相关地操作的阀门装置(50，140)，该阀门装置将所述气动室00，120)与一贮气容器(51，40，120)相连接，其中，所述阀门装置(50)在所述锤头 (20)沿冲击方向(9)运动时被操作打开并且在所述锤头00)反向于冲击方向(9)运动时被操作节流或关闭。
2.如权利要求1所述的工具设备，其特征在于当所述锤头00)沿冲击方向(9)运动时，气动室GO)的容积增大，并且，所述阀门装置(50，140)对于流入该气动室00)的气流是打开的，而对于从该气动室GO)流出的气流是节流或截止的。
3.如权利要求1所述的工具设备，其特征在于当所述锤头O0)沿冲击方向(9)运动时，气动室(120)的容积减小，并且，所述阀门装置(50)对于流入该气动室(120)的气流是节流或截止的，而对于从该气动室(120)流出的气流是打开的。
4.如权利要求2所述的工具设备，其特征在于所述贮气容器是一另外的气动室 (120)，其容积在所述锤头O0)沿冲击方向(9)运动时减小，并且，所述阀门装置(50)将所述气动室GO)与所述另外的气动室(120)相连接。
5.如权利要求4所述的工具设备，其特征在于被操作打开的阀门装置(140)将所述气动室GO)与所述另外的气动室(120)相连接，以使得从所述另外的气动室(120)逸出的气体量流入所述气动室G0)。
6.如前述权利要求之任一项所述的工具设备，其特征在于所述气动室00，120)由用于沿轴线(8)导引锤头O0)的导向装置( )、锤头O0)和两个在锤头O0)与导向装置 (28)之间沿轴线(8)相互错开设置的密封件G3，44 ；44，133)所封闭，其中，在垂直于所述轴线(8)的平面上的投影中，所述的两个密封件03，44;44，13；3)至少在局部部段不重叠。
7.如权利要求4、5或6之任一项所述的工具设备，其特征在于所述气动室00)和所述另外的气动室(120)由用于沿轴线⑶导引锤头O0)的导向装置( )、锤头O0)和三个在锤头O0)与导向装置08)之间沿轴线(8)相互错开设置的密封件(43，44，13；3)所封闭，其中，在垂直于所述轴线(8)的平面上的投影中，各相邻的密封件至少在局部部段不重叠。
8.如权利要求6或7之任一项所述的工具设备，其特征在于所述密封件03，44；44， 133)中的至少一个由所述阀门装置(50，140)构成。
9.如权利要求6至8之任一项所述的工具设备，其特征在于在所述导向装置08)中， 在两个相邻的密封件G3，44 ；44,133)之间设置有一开口 Q31)，并且所述阀门装置使所述开口与所述贮气容器或者一个另外的贮气容器相连通。
10.如权利要求9所述的工具设备，其特征在于所述阀门装置(MO)是设置在所述导向装置08)之外。
11.如前述权利要求之任一项所述的工具设备，其特征在于所述阀门装置(50)是一种自身介质操作的阀门装置(50)，该阀门装置由流入或者流出气动室00)的气流进行操作。
12.如前述权利要求之任一项所述的工具设备，其特征在于所述阀门装置(50)包括一止回阀。
13.如前述权利要求之任一项所述的工具设备，其特征在于将气动室00，120)与贮气容器相连接的节流阀(M)，其中，由气动室00，120)容积依冲击方向(9)的微分所确定的气动室00，120)的有效横截面面积比该节流阀(54)的横截面面积的百倍还大。
14.如前述权利要求之任一项所述的工具设备，其特征在于气动冲击机构，该冲击机构被设置为以其冲击活塞(1 沿冲击方向(9)撞击到锤头00)上。
15.用于如权利要求1所述的工具设备的控制方法，其中，当锤头00)沿冲击方向(9) 运动时，将阀门装置(50，120)打开，并且，当锤头00)反向于冲击方向(9)运动时，将阀门装置(50，120)关闭。
全文摘要
本发明涉及一种工具设备和控制方法。此工具设备包括一锤头，该锤头沿轴线平行于冲击方向被导引。气动室具有随锤头沿轴线的运动而变化的容积。能够与锤头的运动方向相关地操作的阀门装置使气动室与贮气容器相连接。所述阀门装置在锤头沿冲击方向运动时被操作打开以及在反向于冲击方向运动时被操作节流或关闭。相对于打开状态时的气流而言，被节流或关闭的阀门装置将流过它的气流限制于最大为十分之一的值。
文档编号B25D9/06GK102275151SQ20111015033
公开日2011年12月14日 申请日期2011年6月7日 优先权日2010年6月10日
发明者C·道布纳, F·科尔施密德, H·马库斯 申请人:喜利得股份公司