工具的制造方法
工具的制造方法
【专利摘要】本发明涉及一种工具机1，其具有：工具容纳部6，所述工具容纳部设置用于沿运动轴线3可运动地支承凿削的工具7。磁气动的冲击机构2包括初级的驱动装置22，所述初级的驱动装置具有绕运动轴线3设置的且沿冲击方向5彼此跟随的第一电磁线圈46、永久的且径向磁化的环形磁铁42和第二电磁线圈47。冲击机构2具有在运动轴线3上在各电磁线圈46、47内并且沿冲击方向5彼此跟随的冲击器4和冲头13。空气弹簧23沿冲击方向5作用于冲击器4。
【专利说明】工具机【技术领域】
[0001]本发明涉及一种工具机，所述工具机可以驱动一凿削的工具。一冲击器直接通过电磁线圈加速并撞到工具上。这种型式的工具机例如由公开文本US2010/0206593是已知的。
【发明内容】
[0002]根据本发明的工具机具有一工具容纳部，该工具容纳部设置用于沿一运动轴线可运动地支承一凿削的工具。一磁气动的冲击机构冲击机构包括一初级的驱动装置，该初级的驱动装置具有绕运动轴线设置的且沿冲击方向彼此跟随的一第一电磁线圈、一环形磁铁和一第二电磁线圈。冲击机构以在运动轴线上在各电磁线圈内并且沿冲击方向彼此跟随的方式具有一冲击器和一冲头。一空气弹簧沿冲击方向对冲击器产生作用。该空气弹簧例如能够部分地或者完全设置在第一电磁线圈的内部。环形磁铁是永久磁性的并且关于运动轴线径向磁化。环形磁铁例如由多个永久磁铁组合而成,这些永久磁铁都以一个磁极、例如N级(N)面向运动轴线，并且以另一磁极、例如S级(S)背离运动轴线定向。
[0003]基本上沿着径向方向定向的永久磁铁产生一个磁场，该磁场在第一电磁线圈和第二电磁线圈内部沿相反的方向延伸。可以利用该不对称性，以便将在两个电磁线圈内部的磁场强度反相地置于一个大的和小的值。磁场强度的梯度使冲击器基于磁阻力运动。
[0004]一实施形式设定，输入第一电磁线圈中的电流以及输入第二电磁线圈中的电流具有绕运动轴线相同的环流方向。由第一电磁线圈和由第二电磁线圈产生的磁场都与冲击方向平行或者反平行地定向。
[0005]一实施形式设定，控制装置在交替的阶段中控制电磁线圈。由第一电磁线圈在第一电磁线圈内部产生的第一磁场在第一阶段中增益性地并且在第二阶段减损性地与环形磁铁的磁场叠加并且由第二电磁线圈在第二电磁线圈内部产生的第二磁场在第一阶段减损性的且在第二阶段增益性地与环形磁铁的磁场叠加。
`[0006]冲击器可以是一种软磁性的材料。该冲击器自身不产生磁场。冲击器的剩余磁化迅速衰减或者场强方面比电磁线圈或者环形磁铁的场强小至少一个数量级。冲击器基于磁场的磁阻力被运行。冲头优选也由软磁性的材料制成。
[0007]一实施形式设定，冲头伸入第二电磁线圈内或沿冲击方向贴靠第二电磁线圈的磁轭中。可磁化的冲头传导磁场。由第二电磁线圈产生的磁场基本上平行于冲击方向从冲头中出来，即基本上垂直于冲头的端面延伸。由环形磁铁产生的磁场也基本上垂直于所述端面进入冲头中。由此，在端面附近的高的场强是可能的。
[0008]—实施形式设定,空气弹簧通过固定的闭锁器反向于冲击方向封闭。固定的闭锁器相对电磁线圈、工具容纳部等是不可运动的。空气弹簧的气动室除了通气孔外与周围环境隔绝。通气孔在第一电磁线圈的面向环形磁铁的一端的轴向高度上。
[0009]一实施形式设定，冲击器在每一位置部分地与电磁线圈中的至少一个以及部分地与环形磁铁重叠。冲击器优选在每一位置以一部分伸入第一电磁线圈中并且以另一部分伸入第二电磁线圈中。
[0010]一实施形式设定，第一电磁线圈的第一长度比第二电磁线圈的第二长度小，特别地，第二长度与第一长度的比在1.75与2.25之间。不对称性证明对高的冲击能量更有利。[0011 ] 一实施形式设定,第一电磁线圈、环形磁铁以及第二电磁线圈围绕一个与运动轴线同轴定向的导管设置并且空气弹簧、冲击器以及冲头设置在导管内。
【专利附图】
【附图说明】
[0012]以下描述借助各示例性的实施形式和【专利附图】
【附图说明】本发明。其中:
[0013]图1不出一电动凿子，
[0014]图2不出电动凿子的一冲击机构，
[0015]图3示出冲击器和冲头的运动，
[0016]图4示出冲击机构在平面IV-1V中截取的剖面图，
[0017]图5示出冲击机构的电路，
[0018]图6示出控制曲线图。
[0019]只要不再另外说明，相同的或功能相同的元件在各图中用相同的附图标记表明。
[0020]具体实施形式
[0021]图1示出一手持的电动凿子I作为实例用于一凿孔的工具机。一磁气动的冲击机构2借助于一在运动轴线3上引导的冲击器4沿冲击方向5产生周期的或非周期的冲击。一工具容纳部6在运动轴线3上贴靠冲击机构2保持一凿削工具7。驱动刀具7在工具容纳部6中沿运动轴线3可运动地引导且可以由冲击沿冲击方向5驱动地侵入例如基础中。一锁止部8限定凿削工具7在工具容纳部6中的轴向移动。锁止部8例如是一可枢转的弓形架并且优选无辅助手段可手工解锁，以便可以替换凿削工具7。
[0022]冲击机构2设置在一机壳9中。一在机壳9上设置的手柄10能够使使用者抓住和在操作中引导电动凿子I。一系统开关11优选安装在手柄10上，借助该系统开关使用者可以开动冲击机构2。系统开关11激活例如冲击机构2的一控制装置12。
[0023]图2示出磁气动的冲击机构2的纵剖面图。冲击机构2具有只两个可移动的部件:一冲击器4和一冲头13。冲击器4和冲头13处在一共同的运动轴线3上；冲头13沿冲击方向5接在冲击器4之后。冲击器4在一冲击点14与一上转折点15之间在运动轴线3上来回运动。
[0024]在冲击点14冲击器4撞到冲头13上。冲击点14的沿轴线的位置通过冲头13预给定。冲头13优选停在其基本位置16，并且优选在冲击器4下一次撞到冲头13上之前在每一冲击以后返回该基本位置16。对于以下的描述假定该优选的运行。但磁气动的冲击机构2不同于一传统的气动的冲击机构2，相对冲头13的实际位置具有大的容差。冲头在冲击时仍可以沿冲击方向5相对基本位置16移出。因此基本位置16沿冲击方向5给出最早的位置，在该位置冲击器4可以撞到冲头13上。
[0025]冲击器4至冲头13的间距17在上转折点15处是最大的，一同时由冲击器4移过的距离以下称为行程18。图3示意说明冲击器4和冲头13关于时间19在三个接连的冲击时的运动。
[0026]冲击器4在其休憩位置典型地贴靠冲头13。为了冲击，冲击器4与冲击方向5相反返回运动并且在到达上转折点15以后沿冲击方向5加速。冲击器4在其沿冲击方向5的移动的终点在冲击点14撞击到冲头13上。冲头承受明显多于冲击器4的动能的一半并且被沿冲击方向5偏移。冲头13将贴靠在其上面的凿削工具7沿冲击方向5在其前面向基础移动。使用者沿冲击方向5向基础按压冲击机构2，借此使冲头13、优选间接通过凿削工具7移回到其基本位置16。冲头13在基本位置沿冲击方向5贴靠在一固定于壳体的挡块20上。挡块20可以例如包括一缓冲元件。示例性的冲头13具有径向伸出的叶片21，其可以贴靠在挡块20上。
[0027]无接触由一电磁的初级的驱动装置22驱动冲击器4。初级的驱动装置22相反于冲击方向5提高冲击器4。如以下说明的那样，初级的驱动装置22优选只暂时地在向上转折点15提高冲击器4期间是激活的。初级的驱动装置22在越过上转折点15以后加速冲击器4直到到达冲击点14。可以大致与超过上转折点15同时激活初级的驱动装置22。优选初级的驱动装置22直到冲击是保持激活的。一空气弹簧23在冲击器4沿冲击方向5的运动期间从上转折点15起直到冲击点前不远处支持初级的驱动装置22。空气弹簧23在运动轴线3上沿冲击方向5设置在冲击器4之前并作用于冲击器4。
[0028]冲击器4主要包括一圆柱形基体，其外表面24平行于运动轴线3。一前端面25指向冲击方向5。前端面25是平的并覆盖冲击器4的整个横截面。一后端面26优选同样是平的。冲击器4插入一导管27中。导管27与运动轴线3同轴并且具有一圆柱形内壁28。冲击器4的外表面24贴靠内壁28。在导管27中在运动轴线3上强制引导冲击器4。冲击器4的横截面和导管27的空心横截面除微小的移动间隙外配合精确地相互匹配。冲击器4相当于一活动的密封装置封闭导管(27)。一橡胶的密封圈29嵌入外表面24中地可以补偿制造中的容差。
[0029]导管27在其沿冲击方向5的前端上是封闭的。在示例性的实施形式中，一闭锁器30嵌入导管27中，该闭锁器的横截面相应于导管27的空心横截面。向内定向的闭锁面31优选是平的并且垂直于运动轴线3。将闭锁器30以一相对停于基本位置的冲头13的固定的间距32安装。在闭锁器30与在基本位置16的冲头13之间的空腔是导管27的对冲击器4有效的区域，冲击器4可以在该区域内运动。最大的行程18基本上是间距32扣除冲击器4的长度33。
[0030]在一侧封闭的导管27和冲击器4形成一气动室34。气动室34的一容积成比例于一在闭锁面31与冲击器的后端面26之间的间距35。该容积由于沿运动轴线3可运动的冲击器4是可变的。在运动时在气动室34中压缩的或减压缩的空气产生空气弹簧23的作用。气动室34在冲击点14占有最大的容积，亦即当冲击器4撞到冲头13上时。气动室34中的压力在这时是最低的并且有利地等于环境压力。空气弹簧23的势能在冲击点14按定义应该等于零。在冲击器4的上转折点15，气动室34达到最小的容积；压力可以升到约16巴。通过控制方法限定冲击器4的行程，以便将气动室34容积和压力在上转折点15调整到一目标值。空气弹簧23的势能在上转折点15应该处于一窄的数值范围，而与外部的影响无关。特别是由此冲击机构2相对冲头13在冲击时的位置将是强硬(robust)的，尽管其位置对冲击器4直到上转折点15的运动持续时间具有大的影响。
[0031]空气弹簧23设有一个或多个通气孔36，以便补偿在空气弹簧23中空气量的损失。通气孔36在空气弹簧23的压缩期间通过冲击器4封闭。优选地，当空气弹簧43中的压力少于50%不同于环境压力时，冲击器4在冲击点14前不远处释放通气孔36。在该示例性的实例形式中，当冲击器已离开冲击位置多于其行程18的5%时，冲击器4驶越一通气孔36。
[0032]初级的驱动装置基于磁阻力，其对冲击器4产生作用。冲击器4的基体由一软磁的钢构成。冲击器4相对一永久磁铁冲击器4的特征在于其少于4000A/m、优选少于2500A/m的小的矫顽磁场强度。一具有这样小的磁场强度的外部的磁场已可以使冲击器4的极化变换极性。一加载的外部的磁场将可磁化的冲击器4拉入最高的磁场强度的区域内，而与其极性无关。
[0033]初级的驱动装置22沿运动轴线3具有一空腔，导管27插入该空腔中。初级的驱动装置22在空腔中和在导管内产生一永久的磁场37和一两部分式的可切换的磁场38。磁场37、38将空腔和导管27的有效的区域沿运动轴线3分成一上面的区段39、一中间的区段40和一下面的区段41。磁场37、38的场力线在上面的区段39和下面的区段41中在相当大程度上平行于运动轴线3延伸而在中间的区段40中在相当大程度上垂直于运动轴线3延伸。磁场37、38以其场力线平行于或反平行于冲击方向5的定向相区分。部分示例性示出的永久的磁场37的场力线(点划线方式)在导管27的上面的区段39中在相当大程度上反平行于冲击方向5延伸而在导管27的一下面的区段41中在相当大程度上平行于冲击方向5延伸。对于冲击机构2的功能，永久的磁场37的场力线在上面的区段39中与在下面的区段41中的运行方向相比不同的延伸方向是重要的。可切换的磁场38的场力线在一阶段期间(虚线所示)在导管27的上面的区段39和下面的区段41内在相当大程度上沿冲击方向5延伸而在另一阶段期间(未示出)在两区段39、41内在相当大程度上反平行于冲击方向5延伸。因此永久的磁场37和可切换的磁场38在两区段之一 39中减损性叠加而在另一区段41中是增益性的。在其中的区段39中，磁场37、38根据控制装置12的一实时的切换周期增益性叠加。将冲击器4分别拉入具有增益性的叠加的区段39、41中。可切换的磁场38的一轮流的变换极性推动冲击器4的来回运动。
[0034]通过一径向磁化的包括多个永久磁铁43的环形磁铁42产生永久的磁场37。图4示出环形磁铁42在平面IV-1V内的剖面图。各示例性的永久磁铁43优选是棒形磁铁。各永久磁铁43沿径向方向定向。其磁场轴线44、亦即从南极到北极垂直于运动轴线3。各永久磁铁43全部相同定向，在所示的实例中它们的北极N指向运动轴线3而南极S远离运动轴线3。沿圆周方向在各永久磁铁43之间可以是一空气隙或一不可磁化的材料45例如塑料。环形磁铁42沿运动轴线3设置在闭锁面31与冲头13之间。优选不对称地设置环形磁铁42，特别是比对冲头13更接近于闭锁面31。环形磁铁42的位置将导管27沿运动轴线3分成一上面的区段39和一下面的区段41，上面的区段沿冲击方向5处在环形磁铁42之前，下面的区段沿冲击方向5处在环形磁铁42之后。在上面的区段39中的场力线在相当大程度上与在下面的区段41中的场力线相比沿相反的方向延伸。各永久磁铁43优选包含一钕的合金。在各永久磁铁43的各极上的场强度优选在I特斯拉之上、例如达2特斯拉。
[0035]用一上面的电磁线圈46和一下面的电磁线圈47产生可切换的磁场38。上面的电磁线圈46沿冲击方向5设置在环形磁铁42之前。优选直接贴靠环形磁铁42。上面的电磁线圈46围绕导管27的上面的区段39。下面的电磁线圈47沿冲击方向5设置在环形磁铁42之后、优选贴靠环形磁铁并且围绕下面的区段41。沿相同的旋转方向绕运动轴线3由一电流48流过两电磁线圈47、46。由上面的电磁线圈46产生的上面的磁场49和由电磁线圈47产生的下面的磁场50在相当大程度上平行于运动轴线3并且两者以相同方向沿运动轴线3定向,亦即两磁场49、50的场力线在导管27内或沿冲击方向5延伸或相反于冲击方向5延伸。电流48由一可控的电源51输入电磁线圈46、47。优选地,两电磁线圈模式46、47和电源51串联(图5)。
[0036]下面的电磁线圈47的长度52，亦即沿运动轴线3的尺寸优选大于上面的电磁线圈46的长度53，长度比处在1.75:1至2.25:1之间的范围内。电磁线圈46、47在导管27内关于上面的磁场49的场强度或关于下面的磁场50的场强度的相应的数值优选是相等的。上面的电磁线圈46的线圈数目与下面的电磁线圈47的线圈数目之比可以相应于长度比。径向尺寸54和一电流表面密度优选对于两电磁线圈46、47(在没有冲击机构的其他的部件的情况下)是相同的。
[0037]—磁轭55可以在导管27之外传导磁场37、38。磁轭55具有例如一空心圆柱体或一包括多个沿运动轴线3延伸的肋条的笼子，其包围两电磁线圈46、47和包括多个永久磁铁43的环形磁铁42。磁轭55的一环形的上面的终止部56相反于冲击方向5覆盖上面的电磁线圈46。一环形的下面的终止部57在冲头13的高度上邻接导管27。下面的终止部57沿冲击方向5覆盖下面的电磁线圈47。在上面的区段39和下面的区段41中平行于或反平行于运动轴线3引导磁场37、38。磁场37、38由磁轭55、特别是由环形的终止部56、57沿径向方向馈给。在下面的区段41中在相当大程度上在冲头13内实现径向返回。因此场力线优选在相当大程度上垂直于冲击器4的端面26和冲头13的冲击面58。在上面的区段39中的径向返回可以未引导地、亦即经由空气到磁轭56中实现。
[0038]磁轭55由可磁化的材料、优选由电工钢片构成。导管27是不可磁化的。对于导管27的适合的材料包括铬钢、按选择包括铝或塑料。优选由不可磁化的材料构成导管27的闭锁器30。
[0039]冲击器4优选在其每一位置与两电磁线圈46、47重叠。特别地，在冲击器4贴靠冲头13时后端面26伸进上面的电磁线圈46或至少直到环形磁铁42中。后端面26至少超出环形磁铁42的轴向中心。气动室34的通气孔36设置在上面的电磁线圈46的面向环形磁铁42的一端的轴向高度上。到环形磁铁42的间距35优选小于1cm。
[0040]冲击机构2的一控制装置12控制电源51。电源51将由其输出的电流48调整到一通过控制装置12借助于一调节信号59预定的额定值60。电源51优选包括一调节回路61，以便将输出的电流稳定到额定值60。一量取器测量实际电流62。一差值放大器63由实际电流48和额定值60形成一调节量64，它被供给电源51以便控制电流输出。电源51由一供电部65、例如一电源接头或一电池组供电。
[0041]控制装置12在冲击器4的来回运动过程中切换额定值60并间接切换电流48。图6说明关于时间19 一示例性重复的切换模型。切换模型基本上分成三个不同的阶段。一周期以一激活的返回阶段66开始。在激活的返回阶段66期间从冲击位置开始相反于冲击方向5加速冲击器4。当空气弹簧已达到一预定的势能时，结束激活的返回阶段66。在激活的返回阶段66之后直接接着一休憩阶段67，其在冲击器4到达上面的转折点15时结束。在冲击器4越过上面的转折点15以后或过程中开始加速阶段68。在加速阶段68期间沿冲击方向5加速冲击器4，优选连续加速到冲击器4撞到冲头13上。按照要求的冲击频率在加速阶段68以后在下次激活的返回阶段66开始之前可以实现一间歇69。[0042]控制装置12以一激活的返回阶段66导入一新的冲击。控制装置12为被调节的电源51预定一第一值70作为额定值60。第一值70的符号规定，电流48这样在电磁线圈47中环流，即上面的电磁线圈46的磁场49与永久的磁场37在导管27的上面的区段39中增益性地叠加。现在冲击器4相反于冲击方向5和抵抗空气弹簧23的力加速进入上面的区段39中。冲击器4的功能连续地增加。基于向后运动同时压缩空气弹簧23并且在空气弹簧中存储的势能由于完成的体积变化功增加。
[0043]电流48优选流过两电磁线圈46、47。优选电磁场37、38在下面的区段41中减损性叠加。可以这样选择第一值70的数值，即由下面的电磁线圈47产生的磁场50减损性抵偿各永久磁铁43的永久的磁场37。优选将磁场强度在下面的区段41中降到零或降低到少于在上面的区段39中的磁场强度的10%。电源51和电磁线圈46、47设计用于具有第一值70的电流强度的电流48。第一值70在激活的返回阶段66期间可以保持不变。
[0044]控制装置12根据关于在上面的转折点15空气弹簧23的势能的预测触发激活的返回阶段66的结束。当势能达到一目标值而无进一步的通过初级的驱动装置22的支持时，例如将初级的驱动装置22去激活。在这种情况下考虑，在初级的驱动装置断开的时刻71势能已达到目标值的一部分并且将冲击器4直到上面的转折点15的实时的动能转变为目标值的至今缺少的部分。可以通过在一存储于控制装置12中的图表72中考虑转变中的损失。目标值处于冲击器4的冲击能量的25%与40%之间的范围内，例如至少30%以及例如最高37%。
[0045]一预测装置73持续地对比冲击机构2的运行条件。一示例性的预测基于一压力测定。预测装置73量取压力传感器74的信号。将测量的压力与一阈值对比。如果压力超过阈值，则预测装置73向控制装置12发出一控制信号59。控制信号59通知，在初级的驱动装置22立即断开时势能达到目标值。控制装置12结束激活的返回阶段66。
[0046]预测装置73载有阈值，优选来自存储的参考表72的阈值。参考表72可以精确地包含一阈值。但优选寄存多个为不同的运行条件预先确定的阈值。例如可以寄存用于在气动室34中不同的温度的阈值。预测装置73除压力传感器74的信号也接纳一温度传感器75的一信号。例如根据后者选择阈值。
[0047]此外预测装置73可以由压力变化估计冲击器4的速度。参考表72对实时的压力可以包含不同的阈值用于不同的速度。由于较快的冲击器4按趋势较大地压缩空气弹簧23，阈值对于一较高的速度小于对于一较低的速度。阈值根据速度或压力变化的选择可以改善目标值的可重复性。
[0048]激活的返回阶段66的结束同时是休憩阶段67的开始。控制装置12将电流48的额定值60置于零。断开可转换的磁场38并将初级的驱动装置22去激活。虽然永久的磁场37对冲击器4产生影响。但由于永久的磁场37具有一基本上沿运动轴线3恒定的场强度，该永久磁场对冲击器4施加只微小的或不施加力。
[0049]代替将电流48降到零，可以将电流48在休憩阶段67置于相对额定值60的一负值。由此降低冲击器4中的剩磁(Remaneszenz)。电流48的数值与额定值60的数值相比是很小的，以便不妨碍向后运动，例如小于10%。
[0050]冲击器4在休憩阶段67期间通过空气弹簧23制动直到停止。在冲击器4到达停止状态、亦即到达上面的转折点15之前，空气弹簧23的势能同时还以冲击器4的动能的一部分提闻。
[0051]激活的返回阶段66和休憩阶段67的顺序在冲击机构的测试的设置中证明是特别能量有效的，特别是在激活的返回阶段66的终点上电流48切断到零。初级的驱动装置22的效率随冲击器4离上面的转折点15越来越小的间距35而降低。只要初级的驱动装置22有效地起作用就将冲击器4加速到一高的速度。如果预测表明，冲击器4现在不需要初级的驱动装置22就到达所期望的上面的转折点15，则将越来越无效率地起作用的初级的驱动装置22去激活。在一方案中将电流48连续地或以多个步骤降到零。在这种情况下可以以效率为代价实施冲击器4为到达上面的转折点15的运行轨迹的适应性的匹配。在该方案中也在到达上面的转折点15之前优选接着休憩阶段67。
[0052]从预测得出激活的返回阶段66的持续时间。按照运行或也从冲击到冲击持续时间可以不同长。例如冲头13在冲击之前未到达其初级位置16，因此冲击器4为下一冲击必须经过较大的路程。在激活的返回阶段66的持续时间不变时，接纳的动能对于冲击器4不足以克服空气弹簧23的力到达所期望的上面的转折点15。
[0053]控制装置12根据上面的转折点15的到达触发休憩阶段67的结束。随着休憩阶段67的结束开始加速阶段68。控制装置12借助冲击器4的反向运动触发加速阶段68的开始。一位置传感器或运动传感器可以直接检测冲击器4的反向运动。优选反向运动的识别间接基于在气动室34中的压力变化。
[0054]压力传感器74耦联于气动室34。压力传感器74例如是一压电电阻的压力传感器74。压力传感器74可以设置在气动室34中或经由一空气通道耦联于气动室34。压力传感器74优选设置在闭锁器30上或闭锁器中。为压力传感器74配置一评价装置76。评价装置76监控一在气动室34中的压力变化。一旦压力变化接受一负值、亦即压力下降，评价装置76就向控制装置12发出一控制信号77，其指示由冲击器4到达上面的转折点15。
[0055]压力变化的评价由方法引起地导致微小的延迟，直到检测到到达、更确切地说越过上面的转折点15。也可以绝对地检测压力并将其与一阈值相比较。如果压力达到阈值，则触发控制信号77的发出。可以在上面的转折点15测出气动室34中的压力并且作为阈值寄存于评价装置76的一图表中。可以根据不同的运行条件、特别是在气动室34中的温度存储阈值。评价装置76确定当前的运行条件、例如通过一温度传感器的询问，并且从图表中读出所属的阈值。两种方法可以冗余地组合并且彼此分开地发出控制信号77。
[0056]在收到控制信号77时，控制装置12开始加速阶段68。控制装置12将电流48的额定值60置于一第二值78。这样选择第二值78的符号，即下面的电磁线圈47的下面的磁场50与永久的磁场37在导管27内增益性地叠加。因此在导管27的下面的区段41中产生高的场强度。将电流48在加速阶段68期间输入下面的电磁线圈47并优选输入上面的电磁线圈46。通过上面的电磁线圈46的磁场38在导管27内优选减弱或完全减损性抵偿在上面的区段39中的永久的磁场37。将冲击器4拉进下面的区段41中的较强的磁场中。冲击器4在加速阶段68期间连续经历沿冲击方向5的加速。直到到达冲击点14所达到的动能大致是冲击器4的冲击能。
[0057]上面的转折点15的到达的一可选的或附加的确定基于在上面的电磁线圈46中由于冲击器4的运动感应的电压的一变化。冲击器4可以在到达上面的转折点15之前已与上面的磁轭环56重叠。环形磁铁42的磁场49在上面的区域39中几乎封闭地无空气隙经由冲击器4流入上面的磁轭环56中。环形磁铁42的磁场50在下面的区段41中经由大的空气隙流向下面的磁轭环57。在冲击器4直到转折点15的运动过程中在下面的区域41中的空气隙还要继续增大，由此在上面的区段内部分地提高磁通量。一旦冲击器4在转折点15返回，磁通量在上面的区域39中的部分就减少。磁通量的变化在上面的电磁线圈46中感应出电压。对于转折点15具有特征的是感应出的电压的符号的变换。电源51将电流48在到达转折点15之前优选调到零，以便保持休憩阶段67。调节回路持续地适应调节量64，以便将电流48抵抗感应出的电压保持到零。调节回路62以一明显较大的调节量64对感应出的电压的符号的变换作出反应。因此例如通过调节量64超过一阈值时可以释放控制信号77。
[0058]优选这样调准第二值78的数值，即上面的磁场49正好减损性地抵偿永久的磁场37或降到其场强的至少10%。电流48在电磁线圈46、47中在加速阶段68开始时上升到额定值60。一切换侧面(Schaltflanke)例如只通过一时间常数预定，该时间常数基于电磁线圈46、47的感应和冲击器的反作用产生。控制装置12将额定值60在加速阶段68期间优选连续地保持在第二值78上。
[0059]空气弹簧23支持冲击器4沿冲击方向5的加速。同时在空气弹簧23中存储的势能在很大程度上转变为冲击器4的动能。在冲击点14上空气弹黃23优选完全放松。在冲击点14附近通气孔36由冲击器4释放。通气孔36导致空气弹簧23的减弱而不将其对冲击器4的作用完全降到零。但空气弹簧23在该时刻已将其势能的明显多于90%传给冲击器4。
[0060]控制装置12根据在下面的电磁线圈47中的电流48或由电源51供给的电流48的上升触发加速阶段68的结束。在冲击器4运动期间，由于经由下面的电磁线圈47的电磁感应产生电压降，相对该电压降电源51供给电流48。随着冲击和停止的冲击器4电压降冲击式地消失。短时地提高电流48，直到被调节的电源51将电流48重新调到额定值60。
[0061]一电流传感器80可以检测在下面的电磁线圈47中环流的电流48。一所属的鉴别器81将测量到的电流48与一阈值对比并且在超过阈值时发出一结束信号82。结束信号向控制装置12指示，冲击器4已撞到冲头13上。阈值例如根据第二值78选择，亦即根据加速阶段68的额定值60选择。阈值可以比第二值78大5%至10%。替代或附加于绝对的电流48的检测可以用一电流传感器80检测电流48的一变化率并且利用鉴别器81与一用于变化率的阈值相对比。
[0062]电源51利用其闭环电路61抵制在电流回路中的电流48上升79。同时调节量64变化。代替或附加于电流48的变化也可以监测调节量64。可以不仅将调节量64的绝对值或优选将其变化率与一阈值相对比并与此相应地发出结束信号。
[0063]随着得到结束信号，控制装置12结束加速阶段68。将额定值60置于零。相应地，电源58的电流输出减到一等于零的电流48。不再沿冲击方向5加速冲击器4。
[0064]控制装置12可以在加速阶段68之后直接紧接或在一段间歇以后开始下次激活的返回阶段66。
【权利要求】
1.工具机(1)，具有:工具容纳部(6)，所述工具容纳部设置用于沿运动轴线(3)可运动地支承凿削的工具(7 );磁气动的冲击机构(2 ),所述冲击机构包括初级的驱动装置(22 ),所述初级的驱动装置包括绕运动轴线(3)设置的且沿冲击方向(5)彼此跟随的第一电磁线圈(46 )、环形磁铁(42 )和第二电磁线圈(47 )，冲击机构具有在运动轴线(3 )上在各电磁线圈(46、47)内并且沿冲击方向(5)彼此跟随的冲击器(4)和冲头(13)，并且冲击机构(2)具有沿冲击方向(5)作用于冲击器(4)的空气弹簧(23)，其中，环形磁铁是永久磁性的并且关于运动轴线(3)径向磁化。
2.按照权利要求1所述的工具机(1)，其特征在于，所述环形磁铁(42)由多个永久磁铁(43 )形成，这些永久磁铁都以相同的磁极(N)面向运动轴线(3 )设置。
3.按照权利要求1或2所述的工具机(1)，其特征在于，输入第一电磁线圈(46)中的电流(48 )以及输入第二电磁线圈(47 )中的电流(48 )具有绕运动轴线(3 )相同的环流方向。
4.按照前述权利要求之一项所述的工具机(1)，其特征在于，电磁线圈(46、47)在交替的阶段(68、66)中由控制装置(12)控制,并且由第一电磁线圈(46)在第一电磁线圈(46)内部产生的第一磁场(49)在第一阶段(68)中增益性地并且在第二阶段(66)中减损性地与环形磁铁(42 )的磁场(37 )叠加，并且由第二电磁线圈(47 )在第二电磁线圈(47 )内部产生的第二磁场(50)在第一阶段(68)减损性的且在第二阶段(66)增益性地与环形磁铁(42)的磁场(37)叠加。
5.按照前述权利要求之一项所述的工具机(1)，其特征在于，所述冲击器(4)由软磁性的材料制成。
6.按照前述权利要求之一项所述的工具机(1)，其特征在于，空气弹簧(23)通过固定的闭锁器(30)反向于冲击方向(5)封闭。
7.按照前述权利要求之一项所述的工具机(1)，其特征在于，冲头(13)伸入第二电磁线圈(47)内或伸入沿冲击方向(5)贴靠第二电磁线圈(47)的磁轭(57)中。
8.按照权利要求8所述的工具机(1)，其特征在于，冲头(13)由软磁性的材料制成。
9.按照前述权利要求之一项所述的工具机(1)，其特征在于，冲击器(4)在每一位置部分地与电磁线圈(46、47 )中的至少一个以及部分地与环形磁铁(42 )重叠。
10.按照前述权利要求之一项所述的工具机(1)，其特征在于，第一电磁线圈(46)的第一长度(52)比第二电磁线圈(47)的第二长度(53)小，特别地，第二长度(53)与第一长度(52)的比在1.75与2.25之间。
11.按照前述权利要求之一项所述的工具机(1)，其特征在于，第一电磁线圈(46)、环形磁铁(42)以及第二电磁线圈(47)围绕与运动轴线(3)同轴定向的导管(27)设置，并且空气弹簧(23)以及冲击器(4)设置在所述导管(27)内部。
【文档编号】B25D13/00GK103507040SQ201310234146
【公开日】2014年1月15日 申请日期:2013年6月14日 优先权日:2012年6月15日
【发明者】A·宾德, C·哈肯霍尔特, J·孔特纳 申请人:喜利得股份公司
【专利摘要】本发明涉及一种工具机1，其具有：工具容纳部6，所述工具容纳部设置用于沿运动轴线3可运动地支承凿削的工具7。磁气动的冲击机构2包括初级的驱动装置22，所述初级的驱动装置具有绕运动轴线3设置的且沿冲击方向5彼此跟随的第一电磁线圈46、永久的且径向磁化的环形磁铁42和第二电磁线圈47。冲击机构2具有在运动轴线3上在各电磁线圈46、47内并且沿冲击方向5彼此跟随的冲击器4和冲头13。空气弹簧23沿冲击方向5作用于冲击器4。
【专利说明】工具机【技术领域】
[0001]本发明涉及一种工具机，所述工具机可以驱动一凿削的工具。一冲击器直接通过电磁线圈加速并撞到工具上。这种型式的工具机例如由公开文本US2010/0206593是已知的。
【发明内容】
[0002]根据本发明的工具机具有一工具容纳部，该工具容纳部设置用于沿一运动轴线可运动地支承一凿削的工具。一磁气动的冲击机构冲击机构包括一初级的驱动装置，该初级的驱动装置具有绕运动轴线设置的且沿冲击方向彼此跟随的一第一电磁线圈、一环形磁铁和一第二电磁线圈。冲击机构以在运动轴线上在各电磁线圈内并且沿冲击方向彼此跟随的方式具有一冲击器和一冲头。一空气弹簧沿冲击方向对冲击器产生作用。该空气弹簧例如能够部分地或者完全设置在第一电磁线圈的内部。环形磁铁是永久磁性的并且关于运动轴线径向磁化。环形磁铁例如由多个永久磁铁组合而成,这些永久磁铁都以一个磁极、例如N级(N)面向运动轴线，并且以另一磁极、例如S级(S)背离运动轴线定向。
[0003]基本上沿着径向方向定向的永久磁铁产生一个磁场，该磁场在第一电磁线圈和第二电磁线圈内部沿相反的方向延伸。可以利用该不对称性，以便将在两个电磁线圈内部的磁场强度反相地置于一个大的和小的值。磁场强度的梯度使冲击器基于磁阻力运动。
[0004]一实施形式设定，输入第一电磁线圈中的电流以及输入第二电磁线圈中的电流具有绕运动轴线相同的环流方向。由第一电磁线圈和由第二电磁线圈产生的磁场都与冲击方向平行或者反平行地定向。
[0005]一实施形式设定，控制装置在交替的阶段中控制电磁线圈。由第一电磁线圈在第一电磁线圈内部产生的第一磁场在第一阶段中增益性地并且在第二阶段减损性地与环形磁铁的磁场叠加并且由第二电磁线圈在第二电磁线圈内部产生的第二磁场在第一阶段减损性的且在第二阶段增益性地与环形磁铁的磁场叠加。
`[0006]冲击器可以是一种软磁性的材料。该冲击器自身不产生磁场。冲击器的剩余磁化迅速衰减或者场强方面比电磁线圈或者环形磁铁的场强小至少一个数量级。冲击器基于磁场的磁阻力被运行。冲头优选也由软磁性的材料制成。
[0007]一实施形式设定，冲头伸入第二电磁线圈内或沿冲击方向贴靠第二电磁线圈的磁轭中。可磁化的冲头传导磁场。由第二电磁线圈产生的磁场基本上平行于冲击方向从冲头中出来，即基本上垂直于冲头的端面延伸。由环形磁铁产生的磁场也基本上垂直于所述端面进入冲头中。由此，在端面附近的高的场强是可能的。
[0008]—实施形式设定,空气弹簧通过固定的闭锁器反向于冲击方向封闭。固定的闭锁器相对电磁线圈、工具容纳部等是不可运动的。空气弹簧的气动室除了通气孔外与周围环境隔绝。通气孔在第一电磁线圈的面向环形磁铁的一端的轴向高度上。
[0009]一实施形式设定，冲击器在每一位置部分地与电磁线圈中的至少一个以及部分地与环形磁铁重叠。冲击器优选在每一位置以一部分伸入第一电磁线圈中并且以另一部分伸入第二电磁线圈中。
[0010]一实施形式设定，第一电磁线圈的第一长度比第二电磁线圈的第二长度小，特别地，第二长度与第一长度的比在1.75与2.25之间。不对称性证明对高的冲击能量更有利。[0011 ] 一实施形式设定,第一电磁线圈、环形磁铁以及第二电磁线圈围绕一个与运动轴线同轴定向的导管设置并且空气弹簧、冲击器以及冲头设置在导管内。
【专利附图】
【附图说明】
[0012]以下描述借助各示例性的实施形式和【专利附图】
【附图说明】本发明。其中:
[0013]图1不出一电动凿子，
[0014]图2不出电动凿子的一冲击机构，
[0015]图3示出冲击器和冲头的运动，
[0016]图4示出冲击机构在平面IV-1V中截取的剖面图，
[0017]图5示出冲击机构的电路，
[0018]图6示出控制曲线图。
[0019]只要不再另外说明，相同的或功能相同的元件在各图中用相同的附图标记表明。
[0020]具体实施形式
[0021]图1示出一手持的电动凿子I作为实例用于一凿孔的工具机。一磁气动的冲击机构2借助于一在运动轴线3上引导的冲击器4沿冲击方向5产生周期的或非周期的冲击。一工具容纳部6在运动轴线3上贴靠冲击机构2保持一凿削工具7。驱动刀具7在工具容纳部6中沿运动轴线3可运动地引导且可以由冲击沿冲击方向5驱动地侵入例如基础中。一锁止部8限定凿削工具7在工具容纳部6中的轴向移动。锁止部8例如是一可枢转的弓形架并且优选无辅助手段可手工解锁，以便可以替换凿削工具7。
[0022]冲击机构2设置在一机壳9中。一在机壳9上设置的手柄10能够使使用者抓住和在操作中引导电动凿子I。一系统开关11优选安装在手柄10上，借助该系统开关使用者可以开动冲击机构2。系统开关11激活例如冲击机构2的一控制装置12。
[0023]图2示出磁气动的冲击机构2的纵剖面图。冲击机构2具有只两个可移动的部件:一冲击器4和一冲头13。冲击器4和冲头13处在一共同的运动轴线3上；冲头13沿冲击方向5接在冲击器4之后。冲击器4在一冲击点14与一上转折点15之间在运动轴线3上来回运动。
[0024]在冲击点14冲击器4撞到冲头13上。冲击点14的沿轴线的位置通过冲头13预给定。冲头13优选停在其基本位置16，并且优选在冲击器4下一次撞到冲头13上之前在每一冲击以后返回该基本位置16。对于以下的描述假定该优选的运行。但磁气动的冲击机构2不同于一传统的气动的冲击机构2，相对冲头13的实际位置具有大的容差。冲头在冲击时仍可以沿冲击方向5相对基本位置16移出。因此基本位置16沿冲击方向5给出最早的位置，在该位置冲击器4可以撞到冲头13上。
[0025]冲击器4至冲头13的间距17在上转折点15处是最大的，一同时由冲击器4移过的距离以下称为行程18。图3示意说明冲击器4和冲头13关于时间19在三个接连的冲击时的运动。
[0026]冲击器4在其休憩位置典型地贴靠冲头13。为了冲击，冲击器4与冲击方向5相反返回运动并且在到达上转折点15以后沿冲击方向5加速。冲击器4在其沿冲击方向5的移动的终点在冲击点14撞击到冲头13上。冲头承受明显多于冲击器4的动能的一半并且被沿冲击方向5偏移。冲头13将贴靠在其上面的凿削工具7沿冲击方向5在其前面向基础移动。使用者沿冲击方向5向基础按压冲击机构2，借此使冲头13、优选间接通过凿削工具7移回到其基本位置16。冲头13在基本位置沿冲击方向5贴靠在一固定于壳体的挡块20上。挡块20可以例如包括一缓冲元件。示例性的冲头13具有径向伸出的叶片21，其可以贴靠在挡块20上。
[0027]无接触由一电磁的初级的驱动装置22驱动冲击器4。初级的驱动装置22相反于冲击方向5提高冲击器4。如以下说明的那样，初级的驱动装置22优选只暂时地在向上转折点15提高冲击器4期间是激活的。初级的驱动装置22在越过上转折点15以后加速冲击器4直到到达冲击点14。可以大致与超过上转折点15同时激活初级的驱动装置22。优选初级的驱动装置22直到冲击是保持激活的。一空气弹簧23在冲击器4沿冲击方向5的运动期间从上转折点15起直到冲击点前不远处支持初级的驱动装置22。空气弹簧23在运动轴线3上沿冲击方向5设置在冲击器4之前并作用于冲击器4。
[0028]冲击器4主要包括一圆柱形基体，其外表面24平行于运动轴线3。一前端面25指向冲击方向5。前端面25是平的并覆盖冲击器4的整个横截面。一后端面26优选同样是平的。冲击器4插入一导管27中。导管27与运动轴线3同轴并且具有一圆柱形内壁28。冲击器4的外表面24贴靠内壁28。在导管27中在运动轴线3上强制引导冲击器4。冲击器4的横截面和导管27的空心横截面除微小的移动间隙外配合精确地相互匹配。冲击器4相当于一活动的密封装置封闭导管(27)。一橡胶的密封圈29嵌入外表面24中地可以补偿制造中的容差。
[0029]导管27在其沿冲击方向5的前端上是封闭的。在示例性的实施形式中，一闭锁器30嵌入导管27中，该闭锁器的横截面相应于导管27的空心横截面。向内定向的闭锁面31优选是平的并且垂直于运动轴线3。将闭锁器30以一相对停于基本位置的冲头13的固定的间距32安装。在闭锁器30与在基本位置16的冲头13之间的空腔是导管27的对冲击器4有效的区域，冲击器4可以在该区域内运动。最大的行程18基本上是间距32扣除冲击器4的长度33。
[0030]在一侧封闭的导管27和冲击器4形成一气动室34。气动室34的一容积成比例于一在闭锁面31与冲击器的后端面26之间的间距35。该容积由于沿运动轴线3可运动的冲击器4是可变的。在运动时在气动室34中压缩的或减压缩的空气产生空气弹簧23的作用。气动室34在冲击点14占有最大的容积，亦即当冲击器4撞到冲头13上时。气动室34中的压力在这时是最低的并且有利地等于环境压力。空气弹簧23的势能在冲击点14按定义应该等于零。在冲击器4的上转折点15，气动室34达到最小的容积；压力可以升到约16巴。通过控制方法限定冲击器4的行程，以便将气动室34容积和压力在上转折点15调整到一目标值。空气弹簧23的势能在上转折点15应该处于一窄的数值范围，而与外部的影响无关。特别是由此冲击机构2相对冲头13在冲击时的位置将是强硬(robust)的，尽管其位置对冲击器4直到上转折点15的运动持续时间具有大的影响。
[0031]空气弹簧23设有一个或多个通气孔36，以便补偿在空气弹簧23中空气量的损失。通气孔36在空气弹簧23的压缩期间通过冲击器4封闭。优选地，当空气弹簧43中的压力少于50%不同于环境压力时，冲击器4在冲击点14前不远处释放通气孔36。在该示例性的实例形式中，当冲击器已离开冲击位置多于其行程18的5%时，冲击器4驶越一通气孔36。
[0032]初级的驱动装置基于磁阻力，其对冲击器4产生作用。冲击器4的基体由一软磁的钢构成。冲击器4相对一永久磁铁冲击器4的特征在于其少于4000A/m、优选少于2500A/m的小的矫顽磁场强度。一具有这样小的磁场强度的外部的磁场已可以使冲击器4的极化变换极性。一加载的外部的磁场将可磁化的冲击器4拉入最高的磁场强度的区域内，而与其极性无关。
[0033]初级的驱动装置22沿运动轴线3具有一空腔，导管27插入该空腔中。初级的驱动装置22在空腔中和在导管内产生一永久的磁场37和一两部分式的可切换的磁场38。磁场37、38将空腔和导管27的有效的区域沿运动轴线3分成一上面的区段39、一中间的区段40和一下面的区段41。磁场37、38的场力线在上面的区段39和下面的区段41中在相当大程度上平行于运动轴线3延伸而在中间的区段40中在相当大程度上垂直于运动轴线3延伸。磁场37、38以其场力线平行于或反平行于冲击方向5的定向相区分。部分示例性示出的永久的磁场37的场力线(点划线方式)在导管27的上面的区段39中在相当大程度上反平行于冲击方向5延伸而在导管27的一下面的区段41中在相当大程度上平行于冲击方向5延伸。对于冲击机构2的功能，永久的磁场37的场力线在上面的区段39中与在下面的区段41中的运行方向相比不同的延伸方向是重要的。可切换的磁场38的场力线在一阶段期间(虚线所示)在导管27的上面的区段39和下面的区段41内在相当大程度上沿冲击方向5延伸而在另一阶段期间(未示出)在两区段39、41内在相当大程度上反平行于冲击方向5延伸。因此永久的磁场37和可切换的磁场38在两区段之一 39中减损性叠加而在另一区段41中是增益性的。在其中的区段39中，磁场37、38根据控制装置12的一实时的切换周期增益性叠加。将冲击器4分别拉入具有增益性的叠加的区段39、41中。可切换的磁场38的一轮流的变换极性推动冲击器4的来回运动。
[0034]通过一径向磁化的包括多个永久磁铁43的环形磁铁42产生永久的磁场37。图4示出环形磁铁42在平面IV-1V内的剖面图。各示例性的永久磁铁43优选是棒形磁铁。各永久磁铁43沿径向方向定向。其磁场轴线44、亦即从南极到北极垂直于运动轴线3。各永久磁铁43全部相同定向，在所示的实例中它们的北极N指向运动轴线3而南极S远离运动轴线3。沿圆周方向在各永久磁铁43之间可以是一空气隙或一不可磁化的材料45例如塑料。环形磁铁42沿运动轴线3设置在闭锁面31与冲头13之间。优选不对称地设置环形磁铁42，特别是比对冲头13更接近于闭锁面31。环形磁铁42的位置将导管27沿运动轴线3分成一上面的区段39和一下面的区段41，上面的区段沿冲击方向5处在环形磁铁42之前，下面的区段沿冲击方向5处在环形磁铁42之后。在上面的区段39中的场力线在相当大程度上与在下面的区段41中的场力线相比沿相反的方向延伸。各永久磁铁43优选包含一钕的合金。在各永久磁铁43的各极上的场强度优选在I特斯拉之上、例如达2特斯拉。
[0035]用一上面的电磁线圈46和一下面的电磁线圈47产生可切换的磁场38。上面的电磁线圈46沿冲击方向5设置在环形磁铁42之前。优选直接贴靠环形磁铁42。上面的电磁线圈46围绕导管27的上面的区段39。下面的电磁线圈47沿冲击方向5设置在环形磁铁42之后、优选贴靠环形磁铁并且围绕下面的区段41。沿相同的旋转方向绕运动轴线3由一电流48流过两电磁线圈47、46。由上面的电磁线圈46产生的上面的磁场49和由电磁线圈47产生的下面的磁场50在相当大程度上平行于运动轴线3并且两者以相同方向沿运动轴线3定向,亦即两磁场49、50的场力线在导管27内或沿冲击方向5延伸或相反于冲击方向5延伸。电流48由一可控的电源51输入电磁线圈46、47。优选地,两电磁线圈模式46、47和电源51串联(图5)。
[0036]下面的电磁线圈47的长度52，亦即沿运动轴线3的尺寸优选大于上面的电磁线圈46的长度53，长度比处在1.75:1至2.25:1之间的范围内。电磁线圈46、47在导管27内关于上面的磁场49的场强度或关于下面的磁场50的场强度的相应的数值优选是相等的。上面的电磁线圈46的线圈数目与下面的电磁线圈47的线圈数目之比可以相应于长度比。径向尺寸54和一电流表面密度优选对于两电磁线圈46、47(在没有冲击机构的其他的部件的情况下)是相同的。
[0037]—磁轭55可以在导管27之外传导磁场37、38。磁轭55具有例如一空心圆柱体或一包括多个沿运动轴线3延伸的肋条的笼子，其包围两电磁线圈46、47和包括多个永久磁铁43的环形磁铁42。磁轭55的一环形的上面的终止部56相反于冲击方向5覆盖上面的电磁线圈46。一环形的下面的终止部57在冲头13的高度上邻接导管27。下面的终止部57沿冲击方向5覆盖下面的电磁线圈47。在上面的区段39和下面的区段41中平行于或反平行于运动轴线3引导磁场37、38。磁场37、38由磁轭55、特别是由环形的终止部56、57沿径向方向馈给。在下面的区段41中在相当大程度上在冲头13内实现径向返回。因此场力线优选在相当大程度上垂直于冲击器4的端面26和冲头13的冲击面58。在上面的区段39中的径向返回可以未引导地、亦即经由空气到磁轭56中实现。
[0038]磁轭55由可磁化的材料、优选由电工钢片构成。导管27是不可磁化的。对于导管27的适合的材料包括铬钢、按选择包括铝或塑料。优选由不可磁化的材料构成导管27的闭锁器30。
[0039]冲击器4优选在其每一位置与两电磁线圈46、47重叠。特别地，在冲击器4贴靠冲头13时后端面26伸进上面的电磁线圈46或至少直到环形磁铁42中。后端面26至少超出环形磁铁42的轴向中心。气动室34的通气孔36设置在上面的电磁线圈46的面向环形磁铁42的一端的轴向高度上。到环形磁铁42的间距35优选小于1cm。
[0040]冲击机构2的一控制装置12控制电源51。电源51将由其输出的电流48调整到一通过控制装置12借助于一调节信号59预定的额定值60。电源51优选包括一调节回路61，以便将输出的电流稳定到额定值60。一量取器测量实际电流62。一差值放大器63由实际电流48和额定值60形成一调节量64，它被供给电源51以便控制电流输出。电源51由一供电部65、例如一电源接头或一电池组供电。
[0041]控制装置12在冲击器4的来回运动过程中切换额定值60并间接切换电流48。图6说明关于时间19 一示例性重复的切换模型。切换模型基本上分成三个不同的阶段。一周期以一激活的返回阶段66开始。在激活的返回阶段66期间从冲击位置开始相反于冲击方向5加速冲击器4。当空气弹簧已达到一预定的势能时，结束激活的返回阶段66。在激活的返回阶段66之后直接接着一休憩阶段67，其在冲击器4到达上面的转折点15时结束。在冲击器4越过上面的转折点15以后或过程中开始加速阶段68。在加速阶段68期间沿冲击方向5加速冲击器4，优选连续加速到冲击器4撞到冲头13上。按照要求的冲击频率在加速阶段68以后在下次激活的返回阶段66开始之前可以实现一间歇69。[0042]控制装置12以一激活的返回阶段66导入一新的冲击。控制装置12为被调节的电源51预定一第一值70作为额定值60。第一值70的符号规定，电流48这样在电磁线圈47中环流，即上面的电磁线圈46的磁场49与永久的磁场37在导管27的上面的区段39中增益性地叠加。现在冲击器4相反于冲击方向5和抵抗空气弹簧23的力加速进入上面的区段39中。冲击器4的功能连续地增加。基于向后运动同时压缩空气弹簧23并且在空气弹簧中存储的势能由于完成的体积变化功增加。
[0043]电流48优选流过两电磁线圈46、47。优选电磁场37、38在下面的区段41中减损性叠加。可以这样选择第一值70的数值，即由下面的电磁线圈47产生的磁场50减损性抵偿各永久磁铁43的永久的磁场37。优选将磁场强度在下面的区段41中降到零或降低到少于在上面的区段39中的磁场强度的10%。电源51和电磁线圈46、47设计用于具有第一值70的电流强度的电流48。第一值70在激活的返回阶段66期间可以保持不变。
[0044]控制装置12根据关于在上面的转折点15空气弹簧23的势能的预测触发激活的返回阶段66的结束。当势能达到一目标值而无进一步的通过初级的驱动装置22的支持时，例如将初级的驱动装置22去激活。在这种情况下考虑，在初级的驱动装置断开的时刻71势能已达到目标值的一部分并且将冲击器4直到上面的转折点15的实时的动能转变为目标值的至今缺少的部分。可以通过在一存储于控制装置12中的图表72中考虑转变中的损失。目标值处于冲击器4的冲击能量的25%与40%之间的范围内，例如至少30%以及例如最高37%。
[0045]一预测装置73持续地对比冲击机构2的运行条件。一示例性的预测基于一压力测定。预测装置73量取压力传感器74的信号。将测量的压力与一阈值对比。如果压力超过阈值，则预测装置73向控制装置12发出一控制信号59。控制信号59通知，在初级的驱动装置22立即断开时势能达到目标值。控制装置12结束激活的返回阶段66。
[0046]预测装置73载有阈值，优选来自存储的参考表72的阈值。参考表72可以精确地包含一阈值。但优选寄存多个为不同的运行条件预先确定的阈值。例如可以寄存用于在气动室34中不同的温度的阈值。预测装置73除压力传感器74的信号也接纳一温度传感器75的一信号。例如根据后者选择阈值。
[0047]此外预测装置73可以由压力变化估计冲击器4的速度。参考表72对实时的压力可以包含不同的阈值用于不同的速度。由于较快的冲击器4按趋势较大地压缩空气弹簧23，阈值对于一较高的速度小于对于一较低的速度。阈值根据速度或压力变化的选择可以改善目标值的可重复性。
[0048]激活的返回阶段66的结束同时是休憩阶段67的开始。控制装置12将电流48的额定值60置于零。断开可转换的磁场38并将初级的驱动装置22去激活。虽然永久的磁场37对冲击器4产生影响。但由于永久的磁场37具有一基本上沿运动轴线3恒定的场强度，该永久磁场对冲击器4施加只微小的或不施加力。
[0049]代替将电流48降到零，可以将电流48在休憩阶段67置于相对额定值60的一负值。由此降低冲击器4中的剩磁(Remaneszenz)。电流48的数值与额定值60的数值相比是很小的，以便不妨碍向后运动，例如小于10%。
[0050]冲击器4在休憩阶段67期间通过空气弹簧23制动直到停止。在冲击器4到达停止状态、亦即到达上面的转折点15之前，空气弹簧23的势能同时还以冲击器4的动能的一部分提闻。
[0051]激活的返回阶段66和休憩阶段67的顺序在冲击机构的测试的设置中证明是特别能量有效的，特别是在激活的返回阶段66的终点上电流48切断到零。初级的驱动装置22的效率随冲击器4离上面的转折点15越来越小的间距35而降低。只要初级的驱动装置22有效地起作用就将冲击器4加速到一高的速度。如果预测表明，冲击器4现在不需要初级的驱动装置22就到达所期望的上面的转折点15，则将越来越无效率地起作用的初级的驱动装置22去激活。在一方案中将电流48连续地或以多个步骤降到零。在这种情况下可以以效率为代价实施冲击器4为到达上面的转折点15的运行轨迹的适应性的匹配。在该方案中也在到达上面的转折点15之前优选接着休憩阶段67。
[0052]从预测得出激活的返回阶段66的持续时间。按照运行或也从冲击到冲击持续时间可以不同长。例如冲头13在冲击之前未到达其初级位置16，因此冲击器4为下一冲击必须经过较大的路程。在激活的返回阶段66的持续时间不变时，接纳的动能对于冲击器4不足以克服空气弹簧23的力到达所期望的上面的转折点15。
[0053]控制装置12根据上面的转折点15的到达触发休憩阶段67的结束。随着休憩阶段67的结束开始加速阶段68。控制装置12借助冲击器4的反向运动触发加速阶段68的开始。一位置传感器或运动传感器可以直接检测冲击器4的反向运动。优选反向运动的识别间接基于在气动室34中的压力变化。
[0054]压力传感器74耦联于气动室34。压力传感器74例如是一压电电阻的压力传感器74。压力传感器74可以设置在气动室34中或经由一空气通道耦联于气动室34。压力传感器74优选设置在闭锁器30上或闭锁器中。为压力传感器74配置一评价装置76。评价装置76监控一在气动室34中的压力变化。一旦压力变化接受一负值、亦即压力下降，评价装置76就向控制装置12发出一控制信号77，其指示由冲击器4到达上面的转折点15。
[0055]压力变化的评价由方法引起地导致微小的延迟，直到检测到到达、更确切地说越过上面的转折点15。也可以绝对地检测压力并将其与一阈值相比较。如果压力达到阈值，则触发控制信号77的发出。可以在上面的转折点15测出气动室34中的压力并且作为阈值寄存于评价装置76的一图表中。可以根据不同的运行条件、特别是在气动室34中的温度存储阈值。评价装置76确定当前的运行条件、例如通过一温度传感器的询问，并且从图表中读出所属的阈值。两种方法可以冗余地组合并且彼此分开地发出控制信号77。
[0056]在收到控制信号77时，控制装置12开始加速阶段68。控制装置12将电流48的额定值60置于一第二值78。这样选择第二值78的符号，即下面的电磁线圈47的下面的磁场50与永久的磁场37在导管27内增益性地叠加。因此在导管27的下面的区段41中产生高的场强度。将电流48在加速阶段68期间输入下面的电磁线圈47并优选输入上面的电磁线圈46。通过上面的电磁线圈46的磁场38在导管27内优选减弱或完全减损性抵偿在上面的区段39中的永久的磁场37。将冲击器4拉进下面的区段41中的较强的磁场中。冲击器4在加速阶段68期间连续经历沿冲击方向5的加速。直到到达冲击点14所达到的动能大致是冲击器4的冲击能。
[0057]上面的转折点15的到达的一可选的或附加的确定基于在上面的电磁线圈46中由于冲击器4的运动感应的电压的一变化。冲击器4可以在到达上面的转折点15之前已与上面的磁轭环56重叠。环形磁铁42的磁场49在上面的区域39中几乎封闭地无空气隙经由冲击器4流入上面的磁轭环56中。环形磁铁42的磁场50在下面的区段41中经由大的空气隙流向下面的磁轭环57。在冲击器4直到转折点15的运动过程中在下面的区域41中的空气隙还要继续增大，由此在上面的区段内部分地提高磁通量。一旦冲击器4在转折点15返回，磁通量在上面的区域39中的部分就减少。磁通量的变化在上面的电磁线圈46中感应出电压。对于转折点15具有特征的是感应出的电压的符号的变换。电源51将电流48在到达转折点15之前优选调到零，以便保持休憩阶段67。调节回路持续地适应调节量64，以便将电流48抵抗感应出的电压保持到零。调节回路62以一明显较大的调节量64对感应出的电压的符号的变换作出反应。因此例如通过调节量64超过一阈值时可以释放控制信号77。
[0058]优选这样调准第二值78的数值，即上面的磁场49正好减损性地抵偿永久的磁场37或降到其场强的至少10%。电流48在电磁线圈46、47中在加速阶段68开始时上升到额定值60。一切换侧面(Schaltflanke)例如只通过一时间常数预定，该时间常数基于电磁线圈46、47的感应和冲击器的反作用产生。控制装置12将额定值60在加速阶段68期间优选连续地保持在第二值78上。
[0059]空气弹簧23支持冲击器4沿冲击方向5的加速。同时在空气弹簧23中存储的势能在很大程度上转变为冲击器4的动能。在冲击点14上空气弹黃23优选完全放松。在冲击点14附近通气孔36由冲击器4释放。通气孔36导致空气弹簧23的减弱而不将其对冲击器4的作用完全降到零。但空气弹簧23在该时刻已将其势能的明显多于90%传给冲击器4。
[0060]控制装置12根据在下面的电磁线圈47中的电流48或由电源51供给的电流48的上升触发加速阶段68的结束。在冲击器4运动期间，由于经由下面的电磁线圈47的电磁感应产生电压降，相对该电压降电源51供给电流48。随着冲击和停止的冲击器4电压降冲击式地消失。短时地提高电流48，直到被调节的电源51将电流48重新调到额定值60。
[0061]一电流传感器80可以检测在下面的电磁线圈47中环流的电流48。一所属的鉴别器81将测量到的电流48与一阈值对比并且在超过阈值时发出一结束信号82。结束信号向控制装置12指示，冲击器4已撞到冲头13上。阈值例如根据第二值78选择，亦即根据加速阶段68的额定值60选择。阈值可以比第二值78大5%至10%。替代或附加于绝对的电流48的检测可以用一电流传感器80检测电流48的一变化率并且利用鉴别器81与一用于变化率的阈值相对比。
[0062]电源51利用其闭环电路61抵制在电流回路中的电流48上升79。同时调节量64变化。代替或附加于电流48的变化也可以监测调节量64。可以不仅将调节量64的绝对值或优选将其变化率与一阈值相对比并与此相应地发出结束信号。
[0063]随着得到结束信号，控制装置12结束加速阶段68。将额定值60置于零。相应地，电源58的电流输出减到一等于零的电流48。不再沿冲击方向5加速冲击器4。
[0064]控制装置12可以在加速阶段68之后直接紧接或在一段间歇以后开始下次激活的返回阶段66。
【权利要求】
1.工具机(1)，具有:工具容纳部(6)，所述工具容纳部设置用于沿运动轴线(3)可运动地支承凿削的工具(7 );磁气动的冲击机构(2 ),所述冲击机构包括初级的驱动装置(22 ),所述初级的驱动装置包括绕运动轴线(3)设置的且沿冲击方向(5)彼此跟随的第一电磁线圈(46 )、环形磁铁(42 )和第二电磁线圈(47 )，冲击机构具有在运动轴线(3 )上在各电磁线圈(46、47)内并且沿冲击方向(5)彼此跟随的冲击器(4)和冲头(13)，并且冲击机构(2)具有沿冲击方向(5)作用于冲击器(4)的空气弹簧(23)，其中，环形磁铁是永久磁性的并且关于运动轴线(3)径向磁化。
2.按照权利要求1所述的工具机(1)，其特征在于，所述环形磁铁(42)由多个永久磁铁(43 )形成，这些永久磁铁都以相同的磁极(N)面向运动轴线(3 )设置。
3.按照权利要求1或2所述的工具机(1)，其特征在于，输入第一电磁线圈(46)中的电流(48 )以及输入第二电磁线圈(47 )中的电流(48 )具有绕运动轴线(3 )相同的环流方向。
4.按照前述权利要求之一项所述的工具机(1)，其特征在于，电磁线圈(46、47)在交替的阶段(68、66)中由控制装置(12)控制,并且由第一电磁线圈(46)在第一电磁线圈(46)内部产生的第一磁场(49)在第一阶段(68)中增益性地并且在第二阶段(66)中减损性地与环形磁铁(42 )的磁场(37 )叠加，并且由第二电磁线圈(47 )在第二电磁线圈(47 )内部产生的第二磁场(50)在第一阶段(68)减损性的且在第二阶段(66)增益性地与环形磁铁(42)的磁场(37)叠加。
5.按照前述权利要求之一项所述的工具机(1)，其特征在于，所述冲击器(4)由软磁性的材料制成。
6.按照前述权利要求之一项所述的工具机(1)，其特征在于，空气弹簧(23)通过固定的闭锁器(30)反向于冲击方向(5)封闭。
7.按照前述权利要求之一项所述的工具机(1)，其特征在于，冲头(13)伸入第二电磁线圈(47)内或伸入沿冲击方向(5)贴靠第二电磁线圈(47)的磁轭(57)中。
8.按照权利要求8所述的工具机(1)，其特征在于，冲头(13)由软磁性的材料制成。
9.按照前述权利要求之一项所述的工具机(1)，其特征在于，冲击器(4)在每一位置部分地与电磁线圈(46、47 )中的至少一个以及部分地与环形磁铁(42 )重叠。
10.按照前述权利要求之一项所述的工具机(1)，其特征在于，第一电磁线圈(46)的第一长度(52)比第二电磁线圈(47)的第二长度(53)小，特别地，第二长度(53)与第一长度(52)的比在1.75与2.25之间。
11.按照前述权利要求之一项所述的工具机(1)，其特征在于，第一电磁线圈(46)、环形磁铁(42)以及第二电磁线圈(47)围绕与运动轴线(3)同轴定向的导管(27)设置，并且空气弹簧(23)以及冲击器(4)设置在所述导管(27)内部。
【文档编号】B25D13/00GK103507040SQ201310234146
【公开日】2014年1月15日 申请日期:2013年6月14日 优先权日:2012年6月15日
【发明者】A·宾德, C·哈肯霍尔特, J·孔特纳 申请人:喜利得股份公司
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