一種工具機及其控制方法
【專利摘要】一種工具機包括設(shè)計成承載可沿運動軸線(3)移動的鑿具(7)的工具架(6)。磁氣動撞錘機構(gòu)(2)包括初級驅(qū)動器(22)，該初級驅(qū)動器圍繞運動軸線(3)布置且沿沖擊方向(5)依次包括第一磁線管(46)以及第二磁線管(47)。磁氣動撞錘機構(gòu)(2)在運動軸線(3)上、在磁線管(46、47)內(nèi)且沿沖擊方向(5)依次包括撞錘(4)和沖頭(13)。磁氣動撞錘(2)還具有沿沖擊方向(5)作用于撞錘(4)上的空氣彈簧(23)。相應(yīng)地根據(jù)本發(fā)明的控制方法，在撞錘沿沖擊方向(5)反向運動的過程中，壓力傳感器(74)測量空氣彈簧(23)中的即時壓力。初級驅(qū)動器(22)在加速階段(68)中沿沖擊方向(5)加速撞錘(4)。
【專利說明】一種工具機及其控制方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種工具機的控制方法，該工具機能夠驅(qū)動鑿具。撞錘直接通過磁線管加速并撞擊該工具。

【背景技術(shù)】
[0002]此類工具機從例如公開文獻US 2010/0206593中已知。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]一種具有工具架的工具機，該工具架設(shè)計為承載可沿運動軸線移動的鑿具；磁氣動撞錘機構(gòu)具有初級驅(qū)動器，該驅(qū)動器圍繞運動軸線布置且沿沖擊方向依次具有第一磁線管及第二磁線管。該撞錘機構(gòu)在運動軸線上、在上述磁線管內(nèi)、并沿沖擊方向依次具有撞錘與沖頭。此外，撞錘機構(gòu)具有沿沖擊方向、作用于撞錘的空氣彈簧。根據(jù)本發(fā)明所述的相應(yīng)控制方法，在撞錘沿沖擊方向反向運動的過程中，壓力傳感器測量空氣彈簧中的即時壓力。控制器在空氣彈簧中壓力開始下降時啟動加速階段。在該加速階段中，初級驅(qū)動器沿沖擊方向加速撞錘。
[0004]工具機優(yōu)選沿沖擊方向在第一磁線管與第二磁線管之間具有徑向永磁化的磁環(huán)，該磁環(huán)例如由多個永磁體組成。根據(jù)本發(fā)明所述的控制方法的一個設(shè)計方案，第一磁線管內(nèi)由第一磁線管產(chǎn)生的第一磁場在加速階段反向疊加磁環(huán)的磁場，并且在第二磁線管內(nèi)由第二磁線管產(chǎn)生的第二磁場在加速階段正向疊加磁環(huán)的磁場。
[0005]根據(jù)一個設(shè)計方案，在主動收回階段中，撞錘通過初級驅(qū)動器反向于沖擊方向加速，直到撞錘具有足夠的動能，以達到根據(jù)撞錘的撞擊能選定的空氣彈簧的壓縮量。在主動收回階段之后優(yōu)選至空氣彈簧達到選定的壓縮量時，接著是靜止階段，在該靜止階段初級驅(qū)動器停止運作。停止初級驅(qū)動器運作有利于提高撞錘機構(gòu)的能效。初級驅(qū)動器的能效隨空氣彈簧壓縮量的提高而下降，因為撞錘與第一磁線管的完全重疊量加大。靜止階段時間是主動收回階段時間的例如至少10%。
[0006]本發(fā)明所述的工具機具有工具架，該工具架被設(shè)計為承載可沿運動軸線移動的鑿具。磁氣動撞錘機構(gòu)具有初級驅(qū)動器，該驅(qū)動器繞運動軸線布置且沿沖擊方向依次包括第一磁線管、徑向永磁化的磁環(huán)以及第二磁線管，該磁環(huán)例如由永磁體組成。該撞錘機構(gòu)在運動軸線上、在上述磁線管內(nèi)、并沿沖擊方向依次具有撞錘與沖頭。此外，撞錘機構(gòu)具有沿沖擊方向、作用于撞錘上的空氣彈簧。該空氣彈簧可部分或整體固定在第一磁線管中。壓力傳感器設(shè)計用于測定空氣彈簧中的壓力。可以根據(jù)本發(fā)明所述的控制方法或其設(shè)計方案執(zhí)行控制。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0007]以下根據(jù)示例性實施方式和附圖進一步闡明本發(fā)明。圖中顯示:
[0008]圖1示出了電鑿機；
[0009]圖2示出了電鑿機的撞錘機構(gòu)；
[0010]圖3不出了撞錘與沖頭的運動；
[0011]圖4示出了撞錘機構(gòu)沿IV-1V平面的截面圖；
[0012]圖5示出了撞錘機構(gòu)的電路連接；
[0013]圖6示出了控制圖。
[0014]相同或功能相同的組件通過相同的附圖標記標識，一般不再另行指明。

【具體實施方式】
[0015]圖1顯示了以手持式電鑿機I為例的鑿具機。磁氣動撞錘機構(gòu)2通過在運動軸線3上設(shè)置的撞錘4在沖擊方向5產(chǎn)生周期性或非周期性的沖擊。工具架6沿運動軸線3以貼靠的方式將鑿具7保持在撞錘機構(gòu)2上。鑿具7可在工具架6中沿運動軸線3移動導向，并且能夠在沖擊方向5上被撞錘驅(qū)動而例如敲入地面。限位裝置8限制了鑿具7在工具架6中的軸向運動。為了能夠更換鑿具7，該限位裝置8為例如可擺動、并可優(yōu)選無需輔助地人工拆卸的的卡箍。
[0016]撞錘機構(gòu)2裝在機器外殼9中。在外殼9上外設(shè)的把手10能夠讓使用者拿著電鑿機I進行工作。能讓使用者啟動撞錘機構(gòu)2的系統(tǒng)開關(guān)11，優(yōu)選裝在把手10上。系統(tǒng)開關(guān)11激活例如撞錘機構(gòu)2的控制器12。
[0017]圖2顯示了磁氣動撞錘機構(gòu)2的縱剖面。撞錘機構(gòu)2僅具有兩個可移動部分:撞銀4與沖頭13。該撞銀4以及沖頭13在共冋的運動軸線3上；沿沖擊方向5，沖頭13排列在撞錘4之后。撞錘4在沖擊點14與上轉(zhuǎn)向點15之間沿運動軸線3往復運動。
[0018]撞錘4在沖擊點14時與沖頭13相遇。沖擊點14的軸向位置由沖頭13決定。沖頭13優(yōu)選停在它的初始位置16以及優(yōu)選在每次沖擊后、且在撞錘4下次沖擊沖頭13之前返回該初始位置16。該優(yōu)選模式將在下文中描述。與常規(guī)氣動撞錘機構(gòu)2相比,磁氣動撞錘機構(gòu)2對于沖頭13的實際位置具有更大的允許范圍。該實際位置能夠通過沖擊沿沖擊方向5相對于初始位置16偏移。初始位置16給出了撞錘4沿沖擊方向5沖擊沖頭13的最早位置。
[0019]在上轉(zhuǎn)向點15時，撞錘4與沖頭13間的距離17最大，此時撞錘4的回返距離在后文標識為沖程18。圖3闡述了撞錘4與沖頭13在三個連續(xù)沖擊過程的運動與時間19關(guān)系的不意圖。
[0020]撞錘4在其靜止狀態(tài)通常落在沖頭13上。在沖擊時，撞錘4反向于沖擊方向5返回并在達到上轉(zhuǎn)向點15后沿沖擊方向5加速。撞錘4在其沿沖擊方向5移動的最后在沖擊點14與沖頭13碰撞。沖頭13得到明顯超過一半的撞錘4的動能并沿沖擊方向5移動。沖頭13朝沖擊方向5將它前面緊挨著的鑿具7推動進入地面。沖頭13優(yōu)選間接借助鑿具7通過使用者將撞錘機構(gòu)2沿沖擊方向5朝地面下壓推回它的初始位置16。沖頭13在沿沖擊方向5的初始位置處接觸固定在外殼上的擋塊20。擋塊20可以包含例如減震部件。示例沖頭13具有可與擋塊20鄰接的徑向凸出的側(cè)翼21。
[0021]撞錘4由磁力的初級驅(qū)動器22非接觸式驅(qū)動。初級驅(qū)動器22反向于沖擊方向5推升撞錘4。接下來，初級驅(qū)動器22優(yōu)選僅在推升撞錘4至上轉(zhuǎn)向點15的過程中短時激活。超過上轉(zhuǎn)向點15后，初級驅(qū)動器22加速撞錘4直至到達沖擊點14。該初級驅(qū)動器22可以在撞錘超過上轉(zhuǎn)向點15的同時激活。優(yōu)選該初級驅(qū)動器22保持激活狀態(tài)直至沖擊。在撞錘4沿沖擊方向5移動的過程中，空氣彈簧23自上轉(zhuǎn)向點至臨近沖擊點輔助初級驅(qū)動器22。該空氣彈簧23沿沖擊方向5、在運動軸線3上設(shè)置在撞錘4之前，并作用于撞錘4。
[0022]撞錘4基本上由側(cè)面24與運動軸線3平行的圓柱形基體構(gòu)成。前端面25朝向沖擊方向5。前端面25為平面并且覆蓋撞錘4的整個橫截面。后端面26優(yōu)選也同樣是平面。撞錘4裝載在導向管27中。導向管27與運動軸線3共軸并具有圓柱狀內(nèi)壁28。撞錘4的側(cè)面24貼在內(nèi)壁28上。撞錘4在導向管27中被強制沿運動軸線3引導。撞錘4的橫截面與導向管27的空心橫截面除了很小的滑動間隙外完全相互匹配。撞錘4相當于掉落的密封塊封閉導向管27。橡膠密封圈29可安裝在側(cè)面24中以補償在加工時引入的公差。
[0023]導向管27在它沖擊方向5的上端封閉。在不例的實施方式中橫截面積相當于導向管27空心橫截面的蓋子30裝在導向管27中。朝向里面的蓋子面31優(yōu)選為平面并垂直于運動軸線3。蓋子30與在初始位置16靜止的沖頭13保持一段固定距離32。蓋子30與在初始位置16的沖頭13間的空腔是導向管27對撞錘4的有效區(qū)域，在該區(qū)域撞錘4可以移動。最大沖程18基本是距離32減去撞錘4的長度33。
[0024]單面關(guān)閉的導向管27以及撞錘4封閉氣動腔34。氣動腔34的體積與蓋子面31和撞錘后端面26的距離35成正比。該體積由于沿運動軸線3運動的撞錘4而可變。在撞錘運動時，氣動腔34中被壓縮或減壓的空氣起到了空氣彈簧23的作用。氣動腔34的體積在沖擊點14也就是當撞錘4與沖頭13接觸時達到最大。氣動腔34中的壓力此時最小并優(yōu)選等于環(huán)境壓力?？諝鈴椈?3的勢能在沖擊點14的位置定義為O。氣動腔34的體積在撞錘4的上轉(zhuǎn)向點15達到最?。粔毫δ軌蛏仙?6bar。為設(shè)定空氣腔34在上轉(zhuǎn)向點15時的體積與壓力為一個目標值，撞錘4的沖程通過控制方法受限制?？諝鈴椈?3在上轉(zhuǎn)向點15的勢能值應(yīng)在小值范圍內(nèi)，不受外界影響。特別是撞錘機構(gòu)2因此相對于沖擊時沖頭13的位置是固定的，盡管該位置對撞錘4至上轉(zhuǎn)向點15的掉落時間影響很大。
[0025]為補償空氣彈簧23中損失的氣量，空氣彈簧23設(shè)有一個或多個通風口 36。通風口 36在空氣彈簧23壓縮的過程中通過撞錘4封閉。優(yōu)選撞錘4在臨近沖擊點14時釋放通風口 36，此時空氣彈簧23內(nèi)的壓力與環(huán)境壓力有不到50%的差異。在示例的實施方式中，撞錘4尚開沖擊位置超過它的沖程18的5%時壓封通風口 36。
[0026]初級驅(qū)動器22以磁阻力為基礎(chǔ)，它作用于撞錘4。撞錘4的基體是軟磁鋼。與永磁體相比，撞錘4的特點在于它的矯頑力低，低于4000A/m，優(yōu)選低于2500A/m。具有所述低場強的外加磁場可以顛倒撞錘4極化的磁極。外加的磁場牽引可磁化的撞錘4至場強最強的區(qū)域，這與它的極性無關(guān)。
[0027]初級驅(qū)動器22具有沿運動軸線3的空腔，導向管27裝在該空腔內(nèi)。初級驅(qū)動器22在空腔及導向管內(nèi)產(chǎn)生永久性磁場37以及分成兩部分的可交變磁場38。磁場37、38沿運動軸線3將空腔及導向管27的有效區(qū)域劃分為上段39、中段40與下段41。磁場37、38的場線在上段39及下段41中絕大部分平行于運動軸線3、在中段40中絕大部分垂直于運動軸線3。磁場37、38之間的區(qū)別在于，場線的方向與沖擊方向5平行或反平行定向。永久性磁場37局部示例性描述的場線(虛線圖)在導向管27的上段39絕大部分反向平行于沖擊方向5延伸，且在導向管27的下段41絕大部分平行于沖擊方向5延伸。撞錘機構(gòu)2的工作原理基于永久性磁場37的場線在上段39的走向方向與在下段41的走向方向相比有所不同?？山蛔兇艌?8的場線于一個階段(虛線描繪)在導向管27的上段39以及下段41內(nèi)絕大部分沿沖擊方向5延伸，而在另一階段(未描繪)在39及41兩段內(nèi)絕大部分與沖擊方向反向平行延伸。永久性磁場37以及可交變磁場38在兩段中的一段39中抵消并在另一段41中疊加。在磁場37、38中于段39的哪一部分正向疊加取決于控制器12當時的開關(guān)循環(huán)。在兩段39、41間的撞錘4被正向的疊加牽引?？山蛔兇艌?8磁極的交替顛倒驅(qū)動了撞錘4的往復移動。
[0028]永久性磁場37通過由許多永磁體43組成的徑向磁化的磁環(huán)42生成。圖4顯示了在截面IV-1V的磁環(huán)42。示例的永磁體43優(yōu)選為條形磁體。永磁體43沿徑向排列。它的磁場軸線44即從磁體南極到北極與運動軸線3垂直。永磁體43的朝向相同，在所描述的示例中，它的北極N指向運動軸線3、南極S背離運動軸線3。沿永磁體43間的周向可以是氣隙或不可磁化的材料45、例如塑料。磁環(huán)42沿運動軸線3設(shè)置在蓋子面31與沖頭13之間。磁環(huán)42優(yōu)選不對稱設(shè)置，尤其與沖頭13比更靠近蓋子面31。磁環(huán)42的位置沿運動軸線3將導向管27分割成上段39，即沿沖擊方向5位于磁環(huán)42上面，以及下段41，即沿沖擊方向5位于磁環(huán)42下面。上段39中的場線與下段41中的場線相比絕大部分沿反向延伸。永磁體43優(yōu)選包含釹合金。永磁體43磁極部位的場強優(yōu)選在I特斯拉以上，例如直至2特斯拉。
[0029]可交變磁場38通過上磁線管46以及下磁線管47生成。上磁線管46沿沖擊方向5位于磁環(huán)42上面，優(yōu)選緊挨磁環(huán)42設(shè)置。上磁線管46環(huán)繞導向管27的上段39。下磁線管47沿沖擊方向5位于磁環(huán)42下面，優(yōu)選緊挨磁環(huán)42設(shè)置，并且下段41。兩磁線管39,46沿相同的環(huán)繞方向圍繞運動軸線3由電流48流過。上磁線管46生成的上磁場49與下磁線管47生成的下磁場50絕大部分與運動軸線3平行且都沿運動軸線3同向定向，SP兩個磁場49、50的場線在導向管27中或者沿沖擊方向5、或者逆著沖擊方向5延伸。電流48通過可控的電源51輸入磁線管46、47中。優(yōu)選兩個磁線管46、47以及電源51串聯(lián)接通(圖 5)。
[0030]下磁線管47的長度52，即沿運動軸線3的尺寸，優(yōu)選大于上磁線管46的長度53，長度比范圍在1.75:1至2.25:1之間。磁線管46、47分別對導向管27中的上磁場49的場強或下磁場50的場強的量優(yōu)選相同。上磁線管46繞組數(shù)與下磁線管47繞組數(shù)的比例可以對應(yīng)長度比。徑向尺寸54以及電流表面密度優(yōu)選對兩磁線管46、47(在沒有撞錘機的其他部件的條件下)相同。
[0031]磁軛55可以在導向管27以外傳導磁場37、38。磁軛55具有例如由許多沿運動軸線3延伸的肋條組成的空心圓柱或籠，該空心圓柱或籠環(huán)繞兩磁線管46、47以及由永磁體43構(gòu)成的磁環(huán)42。磁軛55的環(huán)狀上部封閉端56反向于沖擊方向5地蓋住上磁線管46。環(huán)狀下部封閉端57限制了沖頭13在導向管27中的高度。下部封閉端57沿沖擊方向5蓋住下磁線管47。磁場37、38在上段39與下段41與運動軸線3平行或反向平行引導。從磁軛55尤其是環(huán)狀封閉端56、57沿徑向輸入磁場37、38。徑向的反饋實現(xiàn)于下段41，絕大部分在沖頭13中。場線因此處于優(yōu)選絕大部分與撞錘4的端面26以及沖頭13的沖擊面58垂直。上段39中的徑向反饋可以不被引導，即通過空氣接著進入磁軛56。
[0032]磁化的磁軛55由可磁化材料構(gòu)成,優(yōu)選電工鋼片。導向管27不能磁化。適用導向管27的材料包括鉻鋼，也可以鋁或塑料。導向管27的蓋子30優(yōu)選由不可磁化材料構(gòu)成。
[0033]撞錘4優(yōu)選在每個位置都重疊兩個磁線管46、47。尤其是當撞錘4位于沖頭13上或是至少到磁環(huán)42中時，后端面26突出到上磁線管46中。后端面26至少超出磁環(huán)42軸中部。氣動腔34的通風口 36布置在磁環(huán)42面向上磁線管46的朝向磁環(huán)42的底部的軸向高度上。到磁環(huán)42的距離35優(yōu)選小于1cm。
[0034]撞錘機構(gòu)2的控制器12控制電源51。電源51調(diào)整它的輸出電流48至通過控制器12借助調(diào)節(jié)信號59給出的額定值60。為使輸出電流48在額定值60穩(wěn)定，電源51優(yōu)選包含調(diào)節(jié)回路61。量取器測量實際電流62。差動放大器63由實際電流48以及額定值60建立，提供電源51控制電流輸出的參數(shù)變量64。電源51通過供電源65例如電源接口或電池組供給。
[0035]在撞錘4往復運動過程中，控制器12處理額定值60并間接支配電流48。圖6闡述了一個示例性的關(guān)于時間19的自重復開關(guān)模型。開關(guān)模型主要分為三個不同的階段。一個周期起始于主動收回階段66。在主動收回階段66過程中，撞錘4從沖擊位置出發(fā)反向于沖擊方向5加速。當空氣彈簧23達到預定勢能時，主動收回階段66結(jié)束。在主動收回階段66后緊接著靜止狀態(tài)67，該靜止狀態(tài)在撞錘4達到上轉(zhuǎn)向點15時結(jié)束。在撞錘4超過上轉(zhuǎn)向點15的過程中或過程后，開始加速階段68。在加速階段68過程中撞錘4沿沖擊方向5加速，優(yōu)選持續(xù)到撞錘4撞擊沖頭13。根據(jù)期望的沖擊頻率可在加速階段68之后、下一次主動收回階段66之前，進行停頓69。
[0036]控制器12通過主動收回階段66引導新的沖擊?？刂破?2為受控的電源51預訂第一值70作為額定值60。第一值70的符號規(guī)定，電流48在磁線管47中以這種方式循環(huán)，上磁線管46的磁場49與永磁場37在導向管27的上段39正向疊加。這時撞錘4在上段39反向于沖擊方向5以及克服空氣彈簧23的力量而加速。撞錘4的動能持續(xù)增加。基于返回運動，空氣彈簧23被壓縮并同時在它內(nèi)部儲存的勢能由于體積變化做功而增加。
[0037]電流48優(yōu)選通過兩磁線管46、47。優(yōu)選磁場37、38在下段41中反向疊加。第一值70的大小可以如此選擇，下磁線管47生成的磁場50抵消性地補償永磁體43的永久性磁場37。下段41中的磁場強度優(yōu)選為O或降低至小于上段39磁場強度的10%。電源51以及磁線管46、47是針對電流強度為第一值70的電流48而設(shè)計的。第一值70可在主動收回階段66保持不變。
[0038]根據(jù)關(guān)于在上轉(zhuǎn)向點15空氣彈簧23勢能的預測，控制器12觸發(fā)主動收回階段66的結(jié)束。當勢能在沒有其他輔助的情況下而通過初級驅(qū)動器22達到一目標值時，初級驅(qū)動器22例如關(guān)閉。這里考慮到，在關(guān)閉初級驅(qū)動器22的時間點71時，勢能已經(jīng)達到目標值的一部分并且撞錘4當前的動能在至上轉(zhuǎn)向點15時轉(zhuǎn)換成至目前缺少的部分目標值。轉(zhuǎn)換時的損失可通過控制器12中儲存的表格72而考慮到。目標值在撞錘4的沖擊能的25%至40%之間的范圍內(nèi)，例如最少30%以及例如最高37%。
[0039]預測裝置73持續(xù)參考撞錘機構(gòu)2的工作條件。一個示例性的預測基于壓力測量。該預測裝置73獲取壓力傳感器74的信號。將測量的壓力與閾值進行比較。當壓力超過閾值時，預測裝置73向控制器12發(fā)出控制信號59?？刂菩盘?9經(jīng)過信號處理，在立刻切斷初級驅(qū)動器22時勢能到達目標值?？刂破?2終止主動收回階段66。
[0040]預測裝置73優(yōu)選從保存的參考表72中載入閾值。參考表72能夠包含精確的閾值。優(yōu)選儲存有針對不同工作條件而事先確定的多個閾值。例如可以儲存針對氣動腔34中的不同溫度的閾值。除壓力傳感器74的信號外，預測裝置73還接收溫度傳感器75的信號。根據(jù)后者選取例如閾值。
[0041]此外，預測裝置73能夠通過壓力變化估計撞錘4的速度。參考表72可以針對當前壓力下不同的速度儲存不同的閾值。因為更快速的撞錘4趨向于更猛烈地壓縮空氣彈簧23,針對更高速度的閾值小于針對更低速度的閾值。基于速度及壓力變化對閾值的選擇可以改善目標值的可重復性。
[0042]主動收回階段66結(jié)束的同時是靜止階段67的開始。控制器12將電流48的額定值60置于O。可交變磁場38關(guān)閉并且初級驅(qū)動器22關(guān)閉。盡管永久性磁場37對撞錘4產(chǎn)生影響。雖然永久性磁場37基本上沿運動軸線3具有恒定的場強，它作用于撞錘4的力很小或沒有。
[0043]代替電流48降低到0，可以將靜止階段67的電流48設(shè)置為對應(yīng)額定值60的負數(shù)值。撞錘4中的剩磁據(jù)此被消除。為不影響返回運動，該電流48值小于額定值60，例如小于 10%。
[0044]撞錘4在靜止階段67通過空氣彈簧23減速至靜止。在撞錘4到靜止狀態(tài)即達到上轉(zhuǎn)向點15之前，空氣彈簧23在這過程中增加相當于撞錘4的一部分動能的勢能。
[0045]主動收回階段66以及靜止階段67的連續(xù)性證明被檢測的撞錘結(jié)構(gòu)非常有能效，特別是在主動收回階段66結(jié)束時切斷電流48至O。初級驅(qū)動器22的效率隨撞錘4到上轉(zhuǎn)向點15的距離35減少而降低。在初級驅(qū)動器22有效作用期間，撞錘4被加速至高的速度。如果預測表明當撞錘4不用初級驅(qū)動器22而到達期待的上轉(zhuǎn)向點15時，那么做無效功越來越多的初級驅(qū)動器22被關(guān)閉。替換性地，電流48連續(xù)或分多步降至O。這里能夠以效率為代價進行撞錘4到達上轉(zhuǎn)向點15的掉落軌跡的自適應(yīng)調(diào)整。替換性地，優(yōu)選在達到上轉(zhuǎn)向點15之前鄰接靜止階段67。
[0046]主動收回階段66的持續(xù)時間通過預測得出。根據(jù)作業(yè)或者一次次的沖擊可以得出不同長短的持續(xù)時間。例如沖頭13在沖擊前沒有達到它的初始位置16，由此撞錘4在下一沖擊時必須向后置于更遠的距離。在持續(xù)時間固定的主動收回階段66，撞錘4吸收的動能不足以克服空氣彈簧23的力到達希望的上轉(zhuǎn)向點15。
[0047]控制器12根據(jù)上轉(zhuǎn)向點15的到達而觸發(fā)靜止階段67的結(jié)束。隨著靜止階段67的結(jié)束，開始加速階段68?？刂破?2根據(jù)撞錘4的反向運動觸發(fā)加速階段68的開始。位置或位移傳感器可以直接獲取撞錘4的反向運動。優(yōu)選反向運動的辨識間接通過氣動腔34中的壓力變化得出。
[0048]壓力傳感器74與氣動腔34連接在一起。壓力傳感器74為例如壓電阻式的壓力傳感器74。壓力傳感器74可以安裝在氣動腔34中或經(jīng)由風道與氣動腔34相聯(lián)。壓力傳感器74優(yōu)選安裝在蓋子30上或在蓋子30中。壓力傳感器74對應(yīng)計算設(shè)備76。計算設(shè)備76監(jiān)測氣動腔34中壓力的變化。一旦壓力變化得到負數(shù)值，即壓力降低，計算設(shè)備76向控制器12給出控制信號77，通過該控制信號表明撞錘4到達上轉(zhuǎn)向點15。
[0049]壓力變化的計算導致在方法上對到達的細微辨識滯后，更確切為超過上轉(zhuǎn)向點15的細微辨識滯后。壓力可被完全辨識并與閾值對比。壓力達到閾值，控制信號77的輸出被觸發(fā)。氣動腔34中的壓力可以在上轉(zhuǎn)向點15測量，并作為閾值儲存在計算設(shè)備76的表格中。閾值可以根據(jù)不同的作業(yè)條件儲存，尤其是根據(jù)在氣動腔34中的溫度。計算設(shè)備76確定當前的作業(yè)條件，例如通過詢問溫度傳感器并從表格中讀出其所屬的閾值。兩種方法能夠合并冗余并彼此分開地發(fā)送控制信號77。
[0050]控制器12收到控制信號77時，開始加速階段68?？刂破?2設(shè)置電流48的額定值60至第二值78。第二值78的符號如此選擇，下磁線管47的下磁場50在導向管27中與永久性磁場37正向疊加。它因此在導向管27的下段41中產(chǎn)生一高場強。在加速階段68期間對下磁線管47，并且優(yōu)選對上磁線管46供給電流48。在上段39中的永久性磁場37通過在導向管27中上磁線管46的磁場38優(yōu)選被抑制或被完全抵消。撞錘4在更強的磁場中被牽引至下段41中。撞錘4在加速階段68得到沿沖擊方向5的連續(xù)加速。到?jīng)_擊點14時得到的動能大約為撞錘4的沖擊能。
[0051]替代地或附加地，對到達上轉(zhuǎn)向點15的確定基于上磁線管46中的感應(yīng)電壓由于撞錘4移動引起的變化。撞錘4可以在到達上轉(zhuǎn)向點15前與上軛門環(huán)56重疊。磁環(huán)42的磁場49在上段39的傳播接近閉合，沒有氣隙經(jīng)過撞錘4進入上軛門環(huán)56內(nèi)。磁環(huán)42的磁場50在下段41中的傳播經(jīng)過大氣隙至下軛門環(huán)57。在撞錘4至轉(zhuǎn)向點15的移動過程中，下段41中的氣隙進一步增加，上段中的磁通量比例據(jù)此而增加。一旦撞錘4在轉(zhuǎn)向點15反轉(zhuǎn)，上段39中的磁通量份額降低。磁通量的改變在上磁線管46中感應(yīng)電壓。轉(zhuǎn)向點15典型的是感應(yīng)電壓符號的改變。為維持靜止階段67，在到達轉(zhuǎn)向點15前電源51調(diào)整電流48優(yōu)選為O。為保持電流48相對感應(yīng)電壓為0，調(diào)節(jié)環(huán)持續(xù)地調(diào)整參數(shù)變量64。在感應(yīng)電壓符號改變時，調(diào)節(jié)環(huán)62通過明顯的大參數(shù)變量64進行反應(yīng)?？刂菩盘?7可以因此在例如超過閾值時通過參數(shù)變量64關(guān)閉。
[0052]第二值78的大小優(yōu)選在上磁場49剛好同永久性磁場37抵消或降至小于10%該場強時確立。磁線管46、47內(nèi)的電流48在加速階段68開始時增高至額定值60。基于磁線管46、47的電感系數(shù)以及撞錘的反饋而得出的切換邊沿例如僅通過時間常數(shù)預設(shè)?？刂破?2在加速階段68過程中保持額定值60優(yōu)選連續(xù)至第二值78。
[0053]空氣彈簧23沿沖擊方向5支持撞錘4加速。在這個過程中空氣彈簧23內(nèi)儲存的勢能絕大部分轉(zhuǎn)換為撞錘4的動能?？諝鈴椈?3在沖擊點14時優(yōu)選完全松弛。在沖擊點14附近，通風口 36被撞錘4釋放。通風口 36引發(fā)空氣彈簧23的減弱，在不會對撞錘4造成影響的情況下完全降低至O?？諝鈴椈?3在該時間點已明顯有超過它90%的勢能傳遞至撞錘4。
[0054]控制器12基于在下磁線管47中電流48即電源51輸入的電流48的增加79而觸發(fā)終止加速階段68。在撞錘4的移動過程中，由于下磁線管47的電磁感應(yīng)產(chǎn)生反向電源51輸出電流48的電壓降。電壓降在沖擊以及撞錘4停頓時立刻消失。電流48短暫增加，直至可控的電源51再次調(diào)整電流48至額定值60。
[0055]電流傳感器80能夠獲取在下磁線管47中循環(huán)的電流48。所屬的鑒別器81將已測量的電流48與閾值進行對比并在超出閾值時給出結(jié)束信號82。結(jié)束信號82通知控制器12:撞錘4已經(jīng)沖擊沖頭13。閾值的選擇例如取決于第二值78，即加速階段68的額定值60。閾值可以比第二值78高5%至10%?？蛇x地或附加地，絕對電流48獲取可以通過電流傳感器80獲取電流48的變化率，并通過鑒別器81與變化率的閾值進行對比。
[0056]電源51同它的調(diào)節(jié)回路61與在電流回路83中電流48的增加79產(chǎn)生反向效果。此時參數(shù)變量64發(fā)生改變。在電流48的改變上替換或附加地，可以監(jiān)測參數(shù)變量64。它既能給出絕對值或優(yōu)選參數(shù)變量64的變化率與閾值進行對比，又與之相應(yīng)地給出結(jié)束信號82。
[0057]控制器12通過獲取結(jié)束信號82而結(jié)束加速階段68。額定值60設(shè)定為O。電源51相應(yīng)減小電流輸出至電流48等于O。撞錘4不再沿沖擊方向5加速。
[0058]控制器12可以在加速階段68后立即或在暫停后開始下一主動收回階段66。
【權(quán)利要求】
1.一種工具機的控制方法，所述工具機包括: 工具架￠)，所述工具架(6)被設(shè)計成承載可沿運動軸線(3)移動的鑿具(7);以及 磁氣動撞錘機構(gòu)(2)，所述磁氣動撞錘機構(gòu)(2)包括初級驅(qū)動器(22)，所述初級驅(qū)動器(2)圍繞所述運動軸線(3)布置且沿沖擊方向(5)依次包括第一磁線管(46)、徑向永磁化的磁環(huán)(42)以及第二磁線管(47)，所述磁氣動撞錘機構(gòu)(2)在所述運動軸線(3)上、在所述磁線管(46、47)內(nèi)且沿所述沖擊方向(5)依次包括撞錘(4)和沖頭(13)，并所述磁氣動撞錘機構(gòu)(2)包括沿沖擊方向(5)作用于所述撞錘(4)上的空氣彈簧(23)； 其中，在所述撞錘沿沖擊方向(5)反向運動的過程中，壓力傳感器(74)測量所述空氣彈簧(23)中的即時壓力； 其中，控制器(12)在所述空氣彈簧(23)中壓力開始下降時啟動加速階段(68);以及 其中，所述初級驅(qū)動器(22)在所述加速階段￠8)中沿所述沖擊方向(5)加速所述撞錘⑷。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的工具機(I)的控制方法，所述工具機沿所述沖擊方向(5)、在所述第一磁線管(46)與所述第二磁線管(47)之間包括所述徑向永磁化的磁環(huán)(42)，其特征在于，在所述第一磁線管(46)內(nèi)由所述第一磁線管(46)產(chǎn)生的第一磁場(49)在所述加速階段(68)反向疊加所述磁環(huán)(42)的磁場(37)，并且在所述第二磁線管(47)內(nèi)由所述第二磁線管(47)產(chǎn)生的第二磁場(50)在所述加速階段￠8)正向疊加所述磁環(huán)(42)的磁場(37)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的控制方法，其特征在于，在主動收回階段￠6)中，所述控制方法通過所述初級驅(qū)動器(22)反向于所述沖擊方向(5)加速所述撞錘(4)，直到所述撞錘(4)具有足夠的動能，以達到根據(jù)所述撞錘(4)的撞擊能選定的所述空氣彈簧(23)的壓縮量。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的控制方法，其特征在于，在所述主動收回階段￠6)之后至到達選定的所述空氣彈簧(23)的壓縮量時，接著是靜止階段(67)，在所述靜止階段所述初級驅(qū)動器(22)不被激活。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的控制方法，其特征在于，所述靜止階段(67)時間相當于所述主動收回階段(66)時間的至少10%。
6.根據(jù)權(quán)利要求3至5中任意一項所述的控制方法，其特征在于，所述空氣彈簧(23)在選定的壓縮量時的勢能相當于所述撞錘(4)的沖擊能的25%至40%。
7.根據(jù)權(quán)利要求3至6中任意一項所述的控制方法，其特征在于，在所述主動收回階段(66)過程中，預測裝置(73)連續(xù)估算在沒有所述初級驅(qū)動器(22)輔助下、所述空氣彈簧(23)能夠達到的壓縮量。
8.—種工具機(I)，所述工具機包括: 工具架￠)，所述工具架被設(shè)計為承載可沿運動軸線(3)移動的鑿具(7);以及 磁氣動撞錘機構(gòu)(2)，所述磁氣動撞錘機構(gòu)(2)包括初級驅(qū)動器(22)，所述初級驅(qū)動器(22)圍繞所述運動軸線(3)布置且沿沖擊方向(5)依次包括第一磁線管(46)、徑向永磁化的磁環(huán)(42)以及第二磁線管(47)，所述磁氣動撞錘機構(gòu)在所述運動軸線(3)上、在所述磁線管(46、47)內(nèi)且沿所述沖擊方向(5)依次包括撞錘(4)和沖頭(13)，以及所述磁氣動撞錘機構(gòu)(2)包括沿所述沖擊方向(5)作用于所述撞錘(4)上的空氣彈簧(23)； 其中，設(shè)有用于測定所述空氣彈簧(23)中壓力的壓力傳感器(74)。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的工具機，其特征在于，控制器(12)實施權(quán)利要求1至7中任意一項所述的方法。
【文檔編號】B25D13/00GK104395041SQ201380031455
【公開日】2015年3月4日 申請日期:2013年5月29日 優(yōu)先權(quán)日:2012年6月15日
【發(fā)明者】達里奧·布哈拉 申請人:喜利得股份公司