气垫冲击机 【技术领域】
本发明涉及一种按权利要求1前序部分的气垫冲击机。
背景技术
在普通的电子气动冲击钻或凿岩机中冲击能通过一所谓的气垫冲击机产生。气垫冲击机主要由一圆柱形管、一可在管内轴向运动的驱动活塞以及一同样可在管内轴向运动的冲击体(锤)组成，其中在管内在驱动活塞和冲击体之间包容一气垫，它将冲击能从驱动活塞传递到冲击体上，并使冲击体与驱动活塞机械脱开。
这里驱动活塞由一曲轴通过连杆驱动，曲轴由电机带动旋转，使驱动活塞在管内进行轴向往复运动。
这里冲击体和驱动活塞之间的气垫的密封不可能绝对无泄漏，因此为了弥补泄漏损失和保持冲击机的功能，气垫需要充气和排气。为此在气垫区域的管壁上设有补偿孔，它根据冲击体和驱动活塞的轴向位置打开和封闭，由此可以对气垫进行充气和排气。也就是说，在已知气垫冲击机中气垫的充气和排气通过冲击体和或许还通过驱动活塞来控制。
【发明内容】
与此不同，本发明设置这样一种气垫冲击机，其中为了气垫的充气和排气设置一控制阀，这里控制阀的阀门位置与冲击体的轴向位置无关。取而代之，阀门位置最好取决于驱动活塞地轴向位置。
因此气垫内包含的气量即使在由于不同的刀具、不同的工件或改变的冲击频率而造成的变化的工作条件下也可以按需要进行控制。
在本发明一种优选的实施形式中，驱动活塞具有至少一个轴向贯通的通气孔，以对气垫充气和/或排气，其中控制阀具有一设置在驱动活塞内的旋转气阀，它根据其旋转位置打开或关闭通气孔。也就是说这里包容在驱动活塞和冲击体之间的气垫的充气或排气也沿轴向通过驱动活塞进行，为此采用轴向贯通的通气孔。这里用于充气和排气的控制阀主要由一旋转气阀组成，它设置在驱动活塞内，并根据其旋转位置打开或关闭通气孔。
驱动活塞最好通过连杆与可旋转的曲轴连接，其中控制阀的旋转气阀可绕一平行于曲轴的旋转轴线旋转，并与连杆不可旋转地连接。这里连杆与控制阀的旋转气阀不可旋转的连接促使旋转气阀通过连杆旋转，使得控制阀的阀门位置依赖于曲轴位置。连杆与旋转气阀不可旋转的连接最好通过形状配合的连接而实现。
在本发明一种优选的实施方式中，连杆通过一活塞销支承在活塞销座内，这里活塞销构成控制阀的旋转气阀。也就是说这里活塞销具有两个技术功能，亦即通过活塞销构成控制阀的旋转气阀，这样一方面使连杆机械地支承在驱动活塞的活塞销座内，另一方面控制气垫的充气和排气。也就是说在按本发明的气垫冲击机工作时，活塞销被连杆带动旋转，其中活塞销起旋转气阀的作用，而驱动活塞上的通气孔根据旋转气阀的旋转位置打开或关闭。
为了实现其作为旋转气阀的功能，在活塞销上最好设一径向贯通的阀孔，它在活塞销一定的旋转位置上构成驱动活塞中的通气孔的一个组成部分，由此可以使气垫充气和排气。
为了活塞销的密封，最好至少设一密封件，其中密封件最好环形包围活塞销。但是最好设置两个密封件来密封活塞销，密封件分到设置在活塞销上的径向沿伸的阀孔的两侧附近。
另外旋转气阀或驱动活塞最好具有纵向孔，它们平行于旋转气阀的转轴在一规定长度上延伸，其中该纵向孔的长度大于在圆周方向的宽度。用这种方法，即使在旋转气阀进行小的旋转运动时也能达到足够大的通气横截面。
在本发明一种优良的变型中在驱动活塞上设有两个轴向贯通的通气孔，其中旋转气阀根据其旋转位置开启或关闭这两个通气孔。
这里两个通气孔可以根据旋转气阀的旋转位置同等程度地开启和关闭，因此通过附加的通气孔仅仅加大有效通气横截面。也就是说这里由控制阀打开的通气横截面与驱动活塞的位置或曲轴的角度的依赖关系对于两个通气孔是同相位的，因此两个通气孔同时打开和关闭。
但是作为另一种选择，两个通气孔也可以根据旋转气阀的旋转位置不同程度地打开或关闭，使得通过附加的通气孔改变充气特性。也就是说，这里由控制阀打开的通气横截面与驱动活塞的位置或曲轴的角度的依赖关系对于两个通气孔有相位偏移，使两个通气孔时间错开地开启和关闭。这种时间错开的控制促使在开启和关闭充气或排气通道时具有比较软的起动特性。
这样在开启控制阀时，首先两个通气孔中只有一个打开，而另一个通气孔起先仍然是关闭的。在规定的延滞时间和驱动活塞或曲轴的位置相应地改变后便使第二个通气孔也打开，使有效通风横截面达到其最大值。
在关闭控制阀时，相应地首先两个通气孔中只有一个关闭，而另一个通气孔起先仍开着。在规定的延滞时间和驱动活塞或曲轴的位置相应地改变后第二个通气孔便也关闭，使有效通气横截面为零。
通过这种分级地开启和关闭控制阀和因此引起的较软的起动特性，很大程度地防止气垫内的压力冲击和共振效应。
在驱动活塞的压缩阶段中，控制阀最好至少分时间是关闭的，在驱动活塞的减压阶段至少部分时间是开启的。
例如在驱动活塞的减压阶段时，从某个曲轴角度起控制阀开启，该曲轴角度在驱动活塞的上死点之后的0°到30°之间，其中10°的角度值证明是特别有利的。
与此相反，在驱动活塞的减压阶段时，控制阀最好从某一曲轴角度起关闭，此曲轴角度位于驱动活塞的下死点之前的30°至0°之间，其中10°的角度值证明是特别有利的。
与此相反，在驱动活塞的压缩阶段控制阀最好永远是关闭的，从而可以使驱动活塞将其冲击能通过气垫传到冲击体上。
不管是驱动活塞还是冲击体最好可轴向移动地设置在一位置固定的管内，使得气垫在管内封闭在冲击体和驱动活塞之间。
但是作为另一种选择，驱动活塞也可以做成所谓的罐状活塞，冲击体可在该活塞内轴向移动。这种类型的罐状活塞由一根单侧封闭的管子制成，冲击体可轴向移动地设置在此管内。也就是说，在罐状活塞和冲击体之间相对轴向运动时，气垫在罐状活塞内压缩或减压。
此外本发明还包括一工具机，特别是包括一个带有按本发明的气垫冲击机的冲击钻或凿岩机。
最后本发明还包括一用于上述类型的气垫冲击机的按本发明构造的驱动活塞。
【附图说明】
其它优点由以下对附图的说明得到。附图中表示本发明的两个实施例。附图、说明书和权利要求书包含大量特征的相互组合。业内人士也可适当地单独考察这些特征并合并成其它有意义的组合。
图1a按本发明的用于气垫冲击机的驱动活塞的剖视图，
图1b用来驱动驱动活塞的曲轴的剖视图，
图1c驱动活塞沿图1a中A-A线的侧剖视图，
图1d沿图1a中C-C线的另一侧剖视图，
图2a图1a和1b中的驱动活塞在另一个活塞位置时的剖视图，
图2b沿图2a中A-A线的剖视图，
图2c沿图2a中C-C线的剖视图，
图3a在驱动活塞的另一个实施例时类似于图1a的剖视图，
图3b用来驱动图3a中的驱动活塞的曲轴的剖视图，
图3c沿图3a中A-A线的侧剖视图，
图3d沿图3a中C-C线的另一侧剖视图。
【具体实施方式】
图1a、1c和1d以及2b-2c中的剖视图表示一驱动活塞10，它用于冲击钻的气垫冲击机中，并在那里可在一管内轴向移动，以驱动冲击体，冲击体也可轴向移动地安装在管内。
驱动活塞10由一曲轴16通过一连杆12和一偏心轮14驱动，曲轴由一电机带动旋转，这里为了简单起见电机未画出。这里连杆12在活塞一侧的末端通过一活塞销18支承在驱动活塞10的活塞销座内。也就是说，在曲轴16旋转时驱动活塞10在冲击钻的管内作轴向往复运动。
这里驱动活塞10作用在一气垫上，气垫在管内封闭在驱动活塞10和冲击体之间。因此气垫交替地压缩和减压，由此驱动活塞10的动能机械连接地传递到冲击体上，从而使冲击体也在管内作轴向往复运动，这时在刀杆上产生冲击。
但是冲击体和驱动活塞10之间的气垫的密封不可能是绝对无泄漏的，因此为了补偿泄漏损失和保持冲击机功能，气垫需要充、排气。
为此在驱动活塞10上设有一轴向贯通的通气孔20，空气可通过此孔从气垫中逸出或进入气垫中，通气孔20从驱动活塞10的两个端面出发，并在内部通入活塞销座，活塞销18可旋转地支承在此活塞销座内。
这里气垫的充气和排气通过一控制阀来控制，控制阀基本上由活塞销18构成，并根据其旋转位置打开或关闭通气孔20。因此活塞销18具有一相对于其旋转轴线径向贯通的阀孔22，其中在图1c中所示的活塞销18的旋转位置中阀孔22两侧通入通气孔20，由此打开通气孔。相反在图2b中所示的活塞销18的旋转位置中通气孔20通过活塞销18的外表面关闭，使气垫不能充、排气。
为了在带有位于它里面的阀孔22通入口的活塞销18的外表面和带有位于它里面的通气孔20通入口的活塞销座的内表面之间的接触部位进行密封，设有两个密封圈24.1、24.2，它们环形地包围活塞销18，并设置在阀孔22的两侧。
这里通过连杆12，从而根据曲轴16的角度位置使活塞销18旋转到希望的位置。为此连杆12在活塞一侧的末端与活塞销18旋转固定地连接，使活塞销18跟随连杆12旋转。连杆12和活塞销18之间不可旋转的连接通过这样的方法实现，即连杆12在活塞一侧的末端具有一六角孔，如由图1d所见，活塞销18在六角孔部位上具有一相匹配的六角形外部形状，使活塞销18与连杆12形状配合地连接。
图1a至1d表示在曲轴角α1为90°时在减压阶段内的驱动活塞10，这里曲轴16连同偏心轮14逆时针旋转。由图1c可见，在曲轴角α开启为10°起的减压阶段期间阀孔22打开通气孔20，从曲轴角为α闭合为170°起通气孔重新关闭。
与此相反，图2a至2c表示在曲轴角α2为270°时的压缩阶段内的驱动活塞10，这里曲轴16连同偏心轮14同样逆时针旋转。由图2b可见，在整个压缩阶段内活塞销18关闭通气孔20，因此在压缩阶段内气垫不能充、排气。这是有意义的，由此驱动活塞10可以将其动能通过气垫传到冲击体上。
在图3a至3d中所示的实施例与上述实施例很大程度上相一致，因此为了避免重复参看上面的说明，下面对于功能相同的构件采用同样的附图标记，它们的区别仅仅在于一撇号。
这个实施例的一个特点是，在驱动活塞10’内设有两个通气孔20.1、20.2，以加大有效通气横截面。
两个通气孔20.1、20.2分别从驱动活塞10’相对的两个端面出发，并在内部通入活塞销座，活塞销18’可旋转地支承在该活塞销座内。
在活塞销18’内相应地设有两个阀孔22.1、22.2，其中阀孔22.1根据活塞销18’的旋转位置开启或关闭通气孔20.1，而阀孔22.2根据活塞销18’的旋转位置开启或关闭通气孔20.2。
这里两个阀孔22.1、22.2在活塞销18’内相对于活塞销18’的旋转轴线径向贯通地按同一个角度设置。这意味着，两个阀孔22.1、22.2根据活塞销18’的旋转位置同时开启和关闭相应的通气孔20.1、20.2。也就是说对于两个通气孔20.1、20.2，充排气的有效开口横截面与曲轴角α的依赖关系是同相位的。
本发明不局限于上述优选实施例，而是可以有很多变型和改进方案，它们同样采用本发明的构思，因此落入保护范围之内。
图形标记表
10、10’ 驱动活塞
12、12’ 连杆
14、14’ 偏心轮
16、16’ 曲轴
18、18’ 活塞销
20、20.1、20.2 通气孔
22、22.1、22.2 阀孔
α 曲轴角
24.1、24.2、24.1’、24.2’、24.3’、24.4 密封圈