带有电动驱动的活塞的空气弹簧冲击锤.pdf

一种空气弹簧冲击锤具有在冲击锤外壳(1)内作往复运动的一驱动活塞(2)和一冲击锤活塞(3)，其中，在驱动活塞(2)与冲击锤活塞(3)之间构成一空气弹簧(5)，驱动活塞(2)的运动经空气弹簧传递到冲击锤活塞(3)。驱动活塞(2)通过一电气的线性电机而被驱动，并与线性电机的电枢(9)连接成一体。通过这种结构，对于驱动活塞(2)的驱动，可消除使用传统的旋转电机以及曲轴传动。

1.  一种空气弹簧冲击锤，它具有：
一冲击锤外壳(1)；
一在冲击锤外壳(1)内往复运动的驱动活塞(2；20)；
一冲击锤活塞(3)；以及
一在介于驱动活塞(2)与冲击锤活塞(3)之间的中空空间(4)内形成的空气弹簧(5；21)，驱动活塞(2；20)的运动经空气弹簧传递到冲击锤活塞(3)，
其特征在于，驱动活塞(2；20)通过一电动的线性驱动机构而被驱动，并与线性驱动的电枢(9)结合。

2.  如权利要求1所述的空气弹簧冲击锤，其特征在于，驱动活塞(2；20)承载了电枢(9)，或基本上完全地由电枢(9)构成。

3.  如权利要求1或2所述的空气弹簧冲击锤，其特征在于，电枢(9)是片状层叠的。

4.  如权利要求1至3中任何一项所述的空气弹簧冲击锤，其特征在于，线性驱动是一连接的磁阻电机。

5.  如权利要求1至4中任何一项所述的空气弹簧冲击锤，其特征在于，在冲击锤外壳(1)内，在电枢(9)的运动范围内布置一个或多个线性驱动的驱动线圈(7)。

6.  如权利要求5所述的空气弹簧冲击锤，其特征在于，除了驱动线圈(7)之外，还设置有一用来将电枢(9)停止在一参考位置上的保持线圈(10)。

7.  如权利要求5或6中任何一项所述的空气弹簧冲击锤，其特征在于，通过至少关于电气激励的时间和强度以及空载运行的调整方面的控制，来控制驱动线圈(7)和/或保持线圈(10)。

8.  如权利要求1至7中任何一项所述的空气弹簧冲击锤，其特征在于，设置有一传感器装置，用来确定电枢(9)、驱动活塞(2；20)和/或冲击锤活塞(3)的位置。

9.  如权利要求7或8中任何一项所述的空气弹簧冲击锤，其特征在于，通过根据驱动线圈(7)和/或保持线圈(10)的电流特性的控制确定电枢(9)的位置。

10.  如权利要求1至9中任何一项所述的空气弹簧冲击锤，其特征在于，冲击锤活塞(3)和驱动活塞(2)基本上具有相等的直径，并可在一属于冲击锤外壳(1)的冲击锤管内运动。

11.  如权利要求1至9中任何一项所述的空气弹簧冲击锤，其特征在于，驱动活塞(20)具有一中空的空隙，冲击锤活塞(3)可在该空隙内运动。

12.  如权利要求11所述的空气弹簧冲击锤，其特征在于，沿锤击的方向观看，驱动活塞(20)在冲击锤活塞(3)的前和后包围冲击锤活塞(3)，以使空气弹簧(21)布置在冲击锤活塞(3)的后面，在冲击锤活塞(3)的前面构成一介于驱动活塞(20)与冲击锤活塞(3)之间的第二空气弹簧(22)。

13.  如权利要求1至9中任何一项所述的空气弹簧冲击锤，其特征在于，冲击锤活塞在一端面上具有一中空的空隙，驱动活塞可在该空隙内运动，其中，与驱动活塞连接的电枢在冲击锤活塞的外面在冲击锤外壳内运动。

14.  一种带有如权利要求1至13中任何一项所述的空气弹簧冲击锤的钻孔锤和/或冲击锤，其特征在于，钻孔锤和/或冲击锤的外壳基本上是圆柱形的。

带有电动驱动的活塞的空气弹簧冲击锤
本发明涉及一种根据权利要求1的前序部分的空气弹簧冲击锤。
长久以来，空气弹簧冲击锤特别地用于钻孔锤和/或冲击锤。各种不同类型的空气弹簧冲击锤的共同之处在于驱动活塞通过一电动驱动的曲轴的传动沿轴向往复运动。位于驱动活塞前的是一同轴的冲击活塞，它布置成借助于冲击锤(Schlagwerksgehause)的外壳在驱动活塞与冲击活塞之间构造至少一个与外界隔绝的中空的空间。关闭在该中空空间内的空气存量在驱动活塞运动时起作空气弹簧的作用，并将驱动活塞的运动传递到冲击活塞上，这在驱动活塞的运动之后有一时间的延迟，并锤击于工具柄或中间插入的锤头上。
空气弹簧冲击锤通常分成三类。于是，大家熟悉的是所谓的管冲击锤(Rohrschlagwerk)，其中，驱动活塞和冲击活塞具有相同的直径，在一冲击锤管(Schlagwerkrohr)内运动，例如，如在DE 19843 644 A1中所描述的。此外，还有所谓的中空活塞-冲击锤，其中，驱动活塞在其端面上具有一中空的空隙，冲击活塞在该空隙内运动(见DE 198 28 426 A1)。第三类涉及中空锤-冲击锤，其中，冲击活塞在其面向驱动活塞的端面上具有一中空的空隙，驱动活塞在该空隙内运动。
DE 198 28 426 A1示出一驱动活塞的通常的驱动的实例，其中，一电动机转动地驱动一曲轴，再经一曲柄传递到驱动活塞上，并转换为轴向的往复运动。
人们一直希望简化驱动活塞的相当花费的机械驱动。为此目的，例如，在DE-PS848 780中提出，借助于电磁线圈驱动冲击活塞，并针对一工具柄加速该冲击活塞。但这种类型的冲击锤在实践中遭受很大的热载荷，因为冲击活塞不仅被冲击时释放的冲击能加热，而且同时受到涡流的磁化，这在许多情形下甚至导致损害冲击活塞的耐用性。
本发明的任务在于提供一空气弹簧冲击锤，由此可简化驱动活塞的机械驱动，不产生现有技术的电磁式冲击锤的诸多缺点。
根据本发明，该任务通过一如权利要求1所述的空气弹簧冲击锤得以解决。本发明的有优点的改进将由附后的权利要求书给出。
根据本发明的空气弹簧冲击锤的特征在于：驱动活塞通过一电动的线性驱动(Linearantrieb)或电的线性电机(Linearmotor)进行驱动，并较佳地与线性电机的电枢连成一体。这意味着，不是冲击活塞的本身(现有技术的情形)，而是经空气弹簧驱动冲击活塞的驱动活塞用电磁方式运动。
该电动的线性驱动有可能导致可去除诸如传动(曲轴传动、曲柄)之类的通常的驱动电机，其结果可大大减少重量、结构空间和成本。
另一方面，不要求准备一空载的路径(在已知的空气弹簧冲击锤中是很普通的)。在现有技术的空气弹簧冲击锤中必须做到：在工具从被加工的岩石上取走时，为了避免进一步的锤击，冲击活塞必须远离驱动活塞一定的量。比较之下，本发明的驱动活塞的运动可以电气地控制，以致在由空气弹簧冲击锤加载的工具从被加工的岩石上取走时可立即停止驱动活塞的运动。
此外，还可按照功能和加载来构造驱动活塞和锤击活塞：仅在冲击理论的观点下而不考虑电磁的作用，可构造冲击活塞，而在不施加锤击的驱动活塞的情形中用磁导轭铁可达到最佳化。
具体来说，鉴于非电磁驱动的冲击活塞，这意味着：根据强度和硬度地考虑，可实现一高的冲撞速度的设计，不考虑一磁导轭铁而必须考虑一无涡流等。此外，冲击活塞可实施为较长的长度，这在最大可能的机械载荷下可提供一大的冲撞内能。因为不必注意磁导轭铁，所以冲击活塞可做成薄型，以便能达到能量最佳地传递到工具上。最后，借助于一所谓的双空气弹簧来实现驱动活塞和冲击活塞之间的共同作用，就如DE 197 28 729 A1中所描述的。由此，特别有利的是：在所有的反冲击条件下和不同的高度位置中，实现一恒定的锤击和冲击活塞的均匀的返回。  在构造驱动活塞时，通过材料的选择可达到这样的设计：考虑到最佳磁导轭铁，同时热功率损失最小。
根据本发明，驱动活塞与线性驱动的电枢连接成一体。在本发明的一特别有利的实施例中，驱动活塞基本上完全地通过电枢构成，以致电枢同时承担了驱动活塞的功能。
为了减小涡流和由此减小热功率损失，特别有利的是：当电枢(和由此的驱动活塞本身)是层叠时，则由彼此重叠的多层的电工钢片组成。如在以上结合现有技术已描述的，热力学设计具有特别重要的意义。
线性电机较佳地是一连接的磁阻电机，并在电枢的运动范围内的冲击锤外壳内具有多个驱动线圈，它们对应于驱动活塞要求的运动进行连接。
但要指出的是：根据本发明，一电动的驱动，例如呈单个的电磁线圈也可被看作线性电机，线圈用作为驱动活塞用的驱动线圈。例如，驱动活塞的返回运动则通过一螺旋弹簧等来实现。起决定作用的是驱动活塞紧密地与电枢结合。
较佳地是，除驱动线圈外还设置一保持线圈，用来将电枢保持在一参考位置或一空载位置。该保持线圈不用作对驱动活塞的驱动，由此可提供一较小的功率。
在本发明的一特别有利的实施例中，设置一控制，它引入了对应于要求的锤击次数、锤击时间和锤击强度以及用来转换希望的运动模式(驱动活塞的行程、路程-时间过程等的激励驱动线圈和/或保持线圈。
为了能可靠地控制驱动线圈或保持线圈，当有关驱动活塞以及冲击活塞的实际位置的信息传输到该控制时是特别有利的。为此目的，可设置一传感器装置，它确定驱动活塞或电枢的实际位置，但也确定冲击活塞在冲击锤外壳内的实际位置。
或者，也可根据驱动线圈和/或保持线圈的电流特性确定对驱动活塞或与其相连的电枢的位置的控制。在此时，即当一由一线圈加速的电枢通过线圈时该电枢在线圈内产生电流，该电流反作用于线圈激励的电网。该反作用可被掌握在该控制中并被分析和利用。
根据本发明的线性电机的原理可应用于所有类型的空气弹簧冲击锤中，由此，也适用于管冲击锤、中空活塞-冲击锤，或带有中空锤活塞的冲击锤。冲击锤活塞的回程可另外通过一所谓的回动弹簧(Ruckholfeder)来支持，就如在DE 198 43 642A1和DE 198 43 644中所揭示的。该回动弹簧结合采用与电枢偶联的驱动活塞的本发明的原理可被看作是本发明的组成部分。
基于取消具有电机和曲轴驱动的传统的驱动原理，就有可能构造一带有本发明的空气弹簧冲击锤的钻孔锤和/或冲击锤，它们的外壳基本上是圆柱形的。由此，例如，也可简单地实施地质钻探工作或顶挤工作，因为锤完全地钻入地下，因此可造成一较长的通道(“地下火箭”)。
下面借助于附图根据一实例较详细地描述本发明的上述的和其它的优点和特征。在诸附图中：
图1是一根据本发明的，系管冲击锤的空气弹簧冲击锤的示意图；以及
图2是另一根据本发明的、系双作用中空活塞冲击锤的空气弹簧冲击锤的示意图。
图1示出一电动的管冲击锤，它带有一属于一冲击锤外壳的冲击锤管1、一在冲击锤管内沿轴向作往复运动的驱动活塞2以及一同样在冲击锤管1内沿轴向作往复运动的冲击活塞3。驱动活塞2和冲击活塞3基本上具有相等的直径。在驱动活塞2与冲击活塞3之间构成一中空空间4，其中容纳空气弹簧5。沿纵向延伸的冲击活塞3的导向另由设置在冲击锤外壳内的导向件6支承。
围绕冲击锤管1布置的三个驱动线圈7通过一控制器(未示出)以依次的方式接通电源，以使线圈加速驱动活塞2并作往复运动。
通过空气弹簧5驱动活塞2的运动传递到冲击活塞3上，冲击活塞3对着锤头8被驱动，其动能撞击地传递到锤头8上，并传递到布置在其后的工具柄上(未示出)。或者，冲击活塞3也可直接地锤击在工具柄上。
为了获得一最佳的磁流和由此驱动线圈7作用在驱动活塞2上的高的磁性作用，驱动活塞2上承载了一电枢9，它是由电枢9和驱动线圈7构成的线性电机的部件。如图1所示，该电枢9较佳地被实施为叠片，即，它由多层的合适的电工钢片组成。
图1中所示的电枢9于是构成几乎全部的驱动活塞2。
沿锤击方向观看，在驱动线圈7的后面设置一保持线圈10，它用来将电枢9和随之的驱动活塞2保持在一参考位置上。该参考位置同时也是空载位置，在工作停顿的时候驱动活塞2被保持在该空载位置内。由于保持线圈10只是须承担保持的工作而不必承担加速的工作，所以，它可做成较小的尺寸。
为了优化驱动线圈7的控制，由此，较佳地在冲击锤管1上或在冲击锤管1内设置一个或多个传感器，它们可测得驱动活塞2或电枢9的精确的位置。一旦电枢9的中点移出对应的驱动线圈7的中点，电枢就发电，以使电流流回到向驱动线圈7馈电的电网内。驱动活塞2也许发生不希望的制动会造成这样的后果，通过控制而造成所述驱动线圈7的短路能阻碍该后果的产生。
或者，也可分析运用驱动线圈7的电流特性，以求得驱动活塞2当时的位置和由此得出的对于驱动线圈7的控制措施。
图2示出作为本发明的第二实施例的一双作用中空活塞冲击锤。采用与图1中相同的或类似的零件，用相同的标号表示。
冲击活塞3与图1中的区别之处，不在于在冲击锤管1内可移动，而在于实施为中空活塞的驱动活塞20的一中空的空隙。驱动活塞20包围冲击活塞3，致使在冲击活塞3的活塞头3a的后面(沿锤击方向观看)构成一作为第一空气弹簧21的中空空间，而在活塞头3a的前面构成一第二空气弹簧22。冲击活塞3的轴3b穿过驱动活塞20的端面，并在一较大的长度上伸展。轴3b被构造成撞击在锤头8上。
两个空气弹簧21和22能实现一特别可靠的和恒定的锤击，在所有的反冲击条件下和不同的高度位置在成功的锤击之后实现冲击活塞3的均匀的返回。
驱动活塞20与电枢23连接成一体，其中，电枢23以已在图1中描述的方式移动通过驱动线圈7和保持住保持线圈10。