本发明涉及一种如利要求1的特征所述的、用于需直线运动的工具的电磁式冲击驱动器(stossantrieb)。
背景技术：
对于借助一个被以比物体的热传播速度更大的面穿过速度引导的成形模具、切削刀具、坐装工具(setzwerkzeug)或接合工具来对由具有结晶结构、部分结晶结构或非结晶结构的固体材料构成的物体进行非热的冲裁、冲孔、剪切或接合来说液压的、气压的、烟火的或使用燃烧强度的作用的驱动装置是众所周知的。通常用于对成形模具、切削刀具、坐装工具或接合工具进行冲击的驱动器使质量体例如称为锤、撞针或称为驱动活塞的具有硬撞击面的撞击体加速，所述撞击体将动量通过撞击传递到工具的或需驱动的物体的、同样具有硬表面的主体上。
在众所周知的成形模具、切削刀具、坐装工具或接合工具中使用的、液压的、气动的、烟火的或使用燃烧强度作用的撞击驱动器需要供应处于工作压力下的和在必要时可燃烧的液体或气体或者在容器内分成一份一份的、可爆炸的燃料以及排出或送回压力降低的流体或反应生成物或者废气。另外，流体-机械换能器或烟火-机械换能器或内燃机的可控制性、可监控性和效率通常低于能够以仅仅少量的成本使用在工具机(werkzeugmaschine)中的电磁执行器的可控制性、可监控性和效率。相对流体-机械换能器或烟火-机械换能器或内燃机，在电磁执行器中机械负荷、热负荷和化学负荷更低。
技术实现要素：
从此出发，本发明的目的是：为需直线运动的工具提供电磁式冲击驱动器，该电磁式冲击驱动器尽可能结构紧凑地适于应用在工具机中并且能够实现用于周期性重复的可逆运行的大功率和大功率密度。
所述目的在具有权利要求1特征的电磁式冲击驱动器中得以实现。
电磁式冲击驱动器设置为用于需直线运动的工具并且特别是可以应用在用于对物体进行冲裁、冲孔、剪切和接合的工具上。冲击驱动器包括两个可导电的、相互交错的螺旋弹簧，这些螺旋弹簧分别以它们的固定端部支撑在支座上，并且这些螺旋弹簧分别以它们的可运动的端部接合在可导电的衔铁接合，该衔铁与可直线运动地支承的推杆连接。螺旋弹簧的可运动的端部在此经由衔铁而导电地相互连接。螺旋弹簧的固定端部为了引入电流强度而配备有用于与可控制的电源连接的电气端子。电流强度经由电气端子从一个螺旋压力弹簧起沿第一方向流向衔铁并且从该衔铁起沿相反的第二方向经过第二螺旋弹簧流回另外的电气端子，因而两个螺旋压力弹簧的相邻的线圈在接通的电路中产生反向定向的力，该力将螺旋弹簧延长并使它们的可运动的端部连同衔铁加速。此外构造有控制装置用于将电路与电源断开和接通。
根据本发明的冲击驱动器兼备两种作用原理：一方面由螺旋弹簧的电能产生的机械力起作用和另一方面设置有两个由电流强度流过的、形式为两个相互交错的螺旋弹簧的导体，这些导体在一个端部上通过短路桥(衔铁)导电地相互连接。这些称为衔铁的短路桥可以直线运动。螺旋弹簧的由电流强度反向流过的线圈由于通过电流强度产生的磁场而相互排斥。因此在螺旋弹簧的相邻的线圈之间的间距变大并且将具有衔铁的可运动的端部在限定的调节行程上加速。对于在工具机中期望的使用场合来说短的调节行程完全够用，特别是用于冲裁板材。根据本发明的冲击驱动器通过如下方式结构非常紧凑并且特别是可逆的，即，电路通过控制装置断开和/或切换，从而将电流强度从固定端部上的电气端子沿同向方向经由螺旋弹簧引向衔铁上的第三端子。螺旋弹簧的由电流强度沿相同方向流过的线圈由于由电流强度感应产生的磁场而彼此相吸。因此在线圈之间的间距变得更小。运行磨损小、可以很好地进行电控和监控。可以进行利用直流电压或交流电压的万能运行。此外，根据本发明的冲击驱动器相对其它具有限定的调节行程的电磁线性驱动器拥有大的机电效率。同样功率密度大并且因此空间需求小。作为另外的优点可以列举：产生较小的机械的、热的和化学的交变负荷和顶峰负荷。
存在的可能性是：将包括螺旋弹簧和衔铁连同用于供电的接触件的组件一件式地构成为成形铸件、粉末烧结件、不成形的(3d-)激光烧结件或者熔化堆焊件(schmelzauftragsstueck)以及构成为通过切削成形制造的3d铣件。具有大的可导电性、大机械抗拉强度和尽可能没有持久磁化的金属适合作为用于所述组件的材料。金属铝、铜、镍或银和它们的合金属于优选适宜的材料。出于轻质结构的原因，推杆优选包括构件或者由不同的材料构成。推杆可以同时承担对电磁式冲击驱动器直线引导的功能。推杆优选拥有用于收纳工具、例如冲裁凸模的接合器。
电磁式冲击驱动器原则上还可以代替切削刀具用于其它加工方法，诸如安装销子、钉子或铆钉。它也可以应用在不用于或仅仅间接地用于生产工件的机器中、例如用于碰撞冲击试验台(stoss-impaktor-teststaende)。
可直线运动的推杆可以特别节省空间地放入在由螺旋弹簧限定的内腔中。与相对衔铁轴线平行设置的、偏心的推杆不同，推杆和螺旋弹簧的同心设置减少了弯曲扭矩的产生。推杆优选从中心穿过衔铁。也可以是分开的推杆，该推杆在衔铁的两侧拥有功能部段。推杆特别是构造成它在线性轴承中被引导，这些线性轴承中的一个线性轴承与止动缓冲器相邻地设置。衔铁或者推杆在移出的位置中与止动缓冲器接触。这对于限定调节行程来说是必要的。特别是在即使没有由电流强度实现的磁场的力的情况下也压向止动缓冲器的螺旋弹簧的情况中，仅仅为了安全起见设置吸收撞击的末端止档是适宜的。
在推杆上施加推力的螺旋弹簧可以是预紧的。推杆经由复位装置而可以从移出的位置转移到起始位置中。从起始位置出发将推杆强力加速，其中，预紧的螺旋弹簧的弹力和在相邻的线圈之间起作用的电磁力叠加成合成的冲击力。就此而论，复位装置可以是直线驱动器、例如具有直接或借助接合器连接到推杆上的回程活塞的气动缸。
在本发明的范围内也可能的是：在衔铁上设置有用于螺旋弹簧同向极化的端子，使得相邻的线圈为了使螺旋弹簧复位和因此为了拉回推杆而相互吸引。
对于作用原理来说在螺旋弹簧的线圈之间不发生短路是重要的。所以螺旋弹簧在线圈的区域中是电绝缘的。两个螺旋弹簧中的至少一个螺旋弹簧为此拥有电绝缘覆盖层(ueberzug)。两个螺旋弹簧优选拥有电绝缘覆盖层。在螺旋弹簧之间的唯一的导电连接件是衔铁。
螺旋弹簧和衔铁优选设置在由塑料构成的电绝缘罩壳中。由塑料构成的罩壳仅仅用于绝缘。止动缓冲器吸收由推杆施加的推力。为此可以在支座与推杆的自由端部之间设置附加的壳体，该附加的壳体同时用作冲击驱动器的外部罩壳。
为了节省结构空间，螺旋弹簧可以由扁丝制成，其中，具有较大边棱长度的压扁侧位于线圈之间。因此相邻的线圈可以处于彼此平面平行定向的状态中。与使用线圈具有三角形或圆形横截面的或者其中具有较小边棱长度的压扁侧位于线圈之间的螺旋弹簧的情况相比，还可以实现更大的圈数和更大的、与结构空间相关的磁通密度。
在借助复位装置或者通过两个螺旋弹簧中的一个螺旋弹簧中的电流流动方向的极性转换进行复位之后，推杆可以由保持设备锁定在起始位置中。保持设备拥有可以与推杆的锁止凸起嵌接的、可释放的锁止爪，或者拥有接合器，该接合器可以实现推杆与外部的罩壳之间的磁性的、气动的、液压的或机械的力锁合连接。可以通过释放保持设备来释放冲击驱动器。
附图说明
下文参照在示意图中示出的实施例来阐述本发明。附图中：
图1示出“轨道炮”(railgun)原理的示意图；
图2示出根据本发明电磁式冲击驱动器的驱动原理的示意图；
图3示出具有冲裁凸模的冲击驱动器的实际实施例的大幅简化图。
具体实施方式
图1示出的是两根平行的可导电的轨道1、2，这些轨道与一个电源11连接。两根轨道1、2经有电枢3导电地短路。电枢3相对轨道1、2沿箭头p1的方向可运动地支承。如果电流强度i经过轨道1、2和电枢3传导，那么轨道1、2和电枢3由磁通密度b包围。电枢3由洛伦兹力驱动穿过垂直于电流强度方向的磁场沿着箭头p1的方向运动。电枢3在此被强力加速。这是“轨道炮”原理。
与图1示出的“轨道炮”原理不同，图2示出：在根据本发明的冲击驱动器中，衔铁4牢固地连接在两个可导电的螺旋弹簧5、6上，其中，螺旋弹簧5、6相互交错。螺旋弹簧5、6拥有相同的长度和相同的直径并且在它们的整个长度上相互交错，如其在图2中原理性示出的那样。螺旋弹簧5、6的固定端部7、8位于画面中的左侧。它们利用电气端子与可接通的电源11连接。因此将电流强度i沿着箭头p2的方向引入两个螺旋弹簧之一6内。电流强度i经过衔铁4流入第二螺旋压力弹簧5内并且从那里经过固定端部7流向电源11的另外的电气端子10。通过电流强度i或者说运动的电荷，线圈12、13由一个磁通密度b包围。磁场跟随电气路径移动并且因此形成螺旋线状的，如线圈12、13那样。由于线圈12、13或者螺旋弹簧5、6沿着方向r1和r2反向地由电流强度i流过，所以感应产生的磁场连同磁通密度b也反向地定向并且互相排斥。通过箭头p3图解地示出这个效果，这些箭头作为合成结果(resultierende)标注在螺旋弹簧5、6的中心纵轴线上。斥力相加，使得螺旋弹簧5、6在斥力的影响下弹性变形。螺旋压力弹簧5、6的可运动的端部20、21使衔铁4与这些可运动的端部20、21共同沿着箭头p4的方向在画面内向右运动。衔铁4与在图1的“轨道炮”原理中不同地保持连接在螺旋弹簧5、6上。如果电源11的电流强度中断，那么磁场瓦解和螺旋弹簧5、6仅仅仍然遭受来自静止位置的电偏移的调整力。
螺旋弹簧5、6特别可以是压扁的螺旋压力弹簧，这些螺旋压力弹簧在未进一步示出的起始位置中预紧，因而在释放冲击装置时螺旋弹簧5、6的机械弹力与电磁力在作用方向相同的情况下叠加，从而在最短时间内对衔铁4进行非常强力地加速。因此用于加速推杆的行程长度非常小。配置组件因此是非常紧凑的。
图3示出一种结构实施例。
图3在电绝缘的壳体14内示出衔铁4，该衔铁导电地与螺旋弹簧5、6连接。这些螺旋弹簧5、6的电气接线与图2中的接线相符。螺旋弹簧5、6将可直线运动地支承在壳体14内的推杆15包围。衔铁4为了传递力而与螺旋弹簧6的可运动的端部21、与螺旋弹簧5的在图3中看不见的可运动的端部20并且与推杆15联接。推杆15在它移出的位置中与止动缓冲器16接触。一个线性轴承17与止动缓冲器16相邻地位于背向衔铁4的一侧，推杆15经由该线性轴承相对壳体14支承。第二线性轴承18与示出的螺旋弹簧5、6的固定端部7相邻。在那里，线性轴承18保持在支座19上，由冲击驱动器施加的、沿着箭头p5的方向的冲击力由该支座承受并被引入到壳体14内。在背向支座19的一侧设置有电气端子9、10，经由这些端子借助控制装置可以输送电流强度i，以便断开或接通经过螺旋弹簧5、6和衔铁4的电路。在推杆15的端部上设置有用于收纳冲裁凸模23的接合器22。这样的冲击驱动器特别是适合于绝热剪切的方法。
附图标记列表
1轨道
2轨道
31和2的电枢(“笼型电枢”)
45和6的衔铁(“磁衔铁”)
5螺旋弹簧
6螺旋弹簧
75的固定端部
86的固定端部
9电气端子
10电气端子
11电源
12线圈
13线圈
14壳体
15推杆
16止动缓冲器
17线性轴承
18线性轴承
19支座
205的可运动的端部
216的可运动的端部
22接合器
23冲裁凸模
b磁通密度
i电流强度
p1箭头
p2箭头
p3箭头
p4箭头
p5箭头
r1i的方向
r2i的方向