專利名稱：手操縱的鉆和/或鑿機的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種按權(quán)利要求1前序部分所述的手操縱的鉆和/或鑿機。
在鉆孔裝配時、在安裝領(lǐng)域中、在開采技術(shù)中，為了鉆孔以及為了鑿眼，大多使用可電驅(qū)動的手操縱工具機。手操縱的鉆和/或鑿機通常有一個裝在機殼內(nèi)用于一個夾緊在工具卡頭中的鉆或鑿工具的驅(qū)動裝置。為了提高在鉆孔時和尤其在鑿眼時的掘進效率，這些工具機配備有沖擊機構(gòu)，它在運行時造成軸向沖擊，軸向沖擊傳給夾緊在工具卡頭中的工具。為了造成周期性的軸向沖擊，由先有技術(shù)已知不同的方案。在已知的這些沖擊機構(gòu)的一種類型中，在運行時兩個在其平面?zhèn)戎朴锌X狀凸起的盤相互棘輪式地旋轉(zhuǎn)。這種棘輪式?jīng)_擊機構(gòu)造成的軸向沖擊只有比較低的一次沖擊能量?？梢栽诖蟛糠钟杉彝ビ玫念I(lǐng)域已知的沖擊鉆機中看到此類沖擊機構(gòu)。在彈簧凸輪沖擊機構(gòu)中，相互旋轉(zhuǎn)的凸輪盤之一彈簧加載。在運行時，彈簧加載的凸輪盤的彈簧周期性地壓緊和重新松開。彈簧增大了凸輪盤的一次沖擊能量，此沖擊能量傳給夾緊在工具卡頭中的工具。另一類已知的用于產(chǎn)生始終比較低的一次沖擊能量的軸向沖擊的沖擊機構(gòu)是彈簧夾沖擊機構(gòu)，其中，一個設(shè)在可周期性地夾緊和重新松弛的彈簧夾上的沖擊構(gòu)件，加速沖擊夾緊在手動工具機工具卡頭中的工具。
為了產(chǎn)生和傳出具有較大的一次沖擊能量的軸向沖擊，例如約4J至9J和甚至更大，采用電動氣動式?jīng)_擊機構(gòu)，它們例如也裝在由本申請人提供的鉆和/或鑿機中。在電氣動式?jīng)_擊機構(gòu)中，設(shè)計為自由活塞的沖擊體受一個電驅(qū)動的激勵活塞的作用，在圓柱形導(dǎo)管內(nèi)作周期性的軸向往復(fù)運動。當朝工具的方向沿軸向前進運動時，自由活塞撞擊在工具的插入端上或撞擊在中間沖頭上，并在此軸向沖擊時輸出其大部分動能。在激勵活塞與自由活塞之間的氣墊防止在自由活塞向后運動時這兩個構(gòu)件相撞。
所說明的這種基本上機械式激勵的沖擊機構(gòu)，要么有較低的一次沖擊能量，要么有較高的一次沖擊能量。然而在使用于鉆和/或鑿時并不是每一種基礎(chǔ)都能用同樣的一次沖擊能量加工。例如在磚砌體內(nèi)鉆孔時所需要的軸向沖擊遠低于為在巖石或混凝土內(nèi)鉆孔時所需要的。當例如在磚砌體內(nèi)鉆孔時過大的沖擊能量會導(dǎo)致破壞此基體。另一方面，當例如在混凝土或巖石中鉆孔時，用具有沖擊能量低的沖擊機構(gòu)的手動工具機，盡管非常使勁地壓在工具機上仍幾乎沒有鉆孔進展。
除了已說明的基本上機械激勵沖擊機構(gòu)外，在先有技術(shù)中還建議了電磁式?jīng)_擊機構(gòu)，其中在磁場內(nèi)可磁化的沖擊活塞在線圈內(nèi)導(dǎo)引。由US-A-4553074例如已知一種電磁式?jīng)_擊機構(gòu)，其中，沖擊活塞在電磁場內(nèi)在一個圓柱形定子線圈中導(dǎo)引。一旦線圈內(nèi)輸入電流脈沖，沖擊活塞便朝夾緊在工具卡頭內(nèi)的工具的方向加速。在輸出沖擊后，沖擊活塞回彈并例如借助于一個回位彈簧朝反方向運動。為了沖擊活塞的回位，也可以取代此回位彈簧例如采用極性相反的磁場。在這之后重新開始新的沖擊過程。
已知的電磁式?jīng)_擊機構(gòu)的缺點是，它們的電效率通常極差。由此只能產(chǎn)生比較低的一次沖擊能量。改變結(jié)構(gòu)設(shè)計以便有較高的電效率和因而較大的一次沖擊能量，卻又帶來了預(yù)期壽命比較短的缺點。
本發(fā)明的目的是創(chuàng)造一種手操縱的鉆和/或鑿機，它配備有一種沖擊機構(gòu)，這種沖擊機構(gòu)的沖擊能量和沖擊功率在需要時可以方便地調(diào)整以適應(yīng)當時的要求。沖擊機構(gòu)的沖擊能量應(yīng)能在足夠大的范圍內(nèi)變化。與此同時，此沖擊機構(gòu)應(yīng)有良好的能量平衡以及其特點是有足夠長的預(yù)期壽命。
為達到此目的，令一種手操縱的鉆和/或鑿機有在權(quán)利要求1特征部分中所述的特征。按本發(fā)明的鉆和/或鑿機的沖擊機構(gòu)包括一個沖擊體，它可借助于一個可控制的磁場可周期性地軸向移動，此磁場由一個包括線圈和至少一塊高能永久磁鐵的裝置發(fā)生。
按本發(fā)明的手操縱鉆和/或鑿機的沖擊機構(gòu)以極化磁阻的原理為基礎(chǔ)。在這里，由線圈發(fā)生的其強度可調(diào)的磁場沿其軸向距離受高能永久磁鐵的影響。根據(jù)線圈內(nèi)通電磁通的取向，由線圈發(fā)生的磁場局部地被永久磁鐵的磁場增強或減弱。由于此場梯度產(chǎn)生的力使沖擊體朝期望的方向加速。加速度可方便地改變，只要改變由線圈發(fā)生的磁場的場強。但通過改變加速度也能方便地改變沖擊體的終點速度并因而改變其動能。通過場梯度的雙極利用，為獲得用于所期望的一次沖擊能量的加速度力所需要的絕對場強低于已知的電磁式?jīng)_擊機構(gòu)。由此使線圈的負荷較小及有更長的預(yù)期壽命。
原則上，永久磁鐵和/或線圈可以是沿軸向運動的沖擊體的組成部分。但業(yè)已證明有利的是，將線圈和永久磁鐵位置固定地裝在機殼內(nèi)部。由此例如在高能永久磁鐵所用的材料方面有更多的選擇余地，因為無須顧忌永久磁鐵會因沖擊作用而造成可能的退磁。此外，高能永久磁鐵用的材料往往還比較脆。靜態(tài)的線圈不會出現(xiàn)例如在一種裝在沖擊體上的帶有線圈接觸部位的線圈裝置中可能產(chǎn)生的問題，并防止了由于巨大的振動會對沖擊機構(gòu)的使用壽命帶來的不良的影響。
通過按本發(fā)明的一種方案使沖擊體在圓柱形導(dǎo)管內(nèi)導(dǎo)引以及此導(dǎo)管設(shè)在工具卡頭的軸向延長線上并穿過永久磁鐵，沖擊機構(gòu)相對于外部污物密封。永久磁鐵可設(shè)計為圓柱形或由一些磁鐵段組成，它們排列在線圈的疊片鐵芯之間。
在導(dǎo)管背對工具卡頭的端部設(shè)有用于制動和改變沖擊體軸向運動方向的裝置。此裝置可以是一電的裝置，例如電感，或是一個機械構(gòu)件。此用于制動和改變沖擊體軸向運動方向的裝置最好由一個彈簧反彈構(gòu)件構(gòu)成，它的質(zhì)量最好大于沖擊體的質(zhì)量。因此沖擊體的運動方向可以在能量損失盡可能小的情況下轉(zhuǎn)換。與此同時由此還使由于沖擊機構(gòu)引起的令人不舒服的振動遠離使用者。
按本發(fā)明的一種有利的方案，在導(dǎo)管中的沖擊體支承在兩個最好預(yù)緊的彈簧之間。前部的彈簧與在后部的彈簧一起用來在沖擊體的能量和脈沖傳輸給工具后改變沖擊體的運動方向。在恰當?shù)卦O(shè)計時，前部的彈簧還提供了調(diào)整沖擊強度的可能性。例如可以改變彈簧的預(yù)緊度。當沖擊體沿反方向運動時自由活塞被制動，最后再次沿原來的方向加速。兩個彈簧最好在一定的預(yù)緊力情況下固定。以此方式防止由于沖擊體可能的反彈激發(fā)彈簧的共振頻率。采取這一措施延長了彈簧的使用壽命。
為使手操縱的鉆和/或鑿機具有通用性，由線圈和至少一塊永久磁鐵造成的磁場的磁場強度最好可控制為，使沖擊體有約0.05J至約30J的一次沖擊能量，在需要時一次沖擊能量可在能量幅度為約9J最好至少約2J的范圍內(nèi)調(diào)整。
由于重量的原因以及為了充分利用能量，有利的是沖擊體的質(zhì)量為約0.2kg至約1.5kg。
對于高能永久磁鐵采用可磁化的材料是有優(yōu)點的，這些材料在感應(yīng)矯頑磁場強度大于600KA/m時有大于0.9T的剩磁。最好使用稀土磁鐵。此高能永久磁鐵例如包括NdFeB或SmCo合金。
下面參見在附圖中示意表示的實施例進一步說明本發(fā)明。其中

圖1手操縱的鉆和/或鑿機的簡圖；圖2以極化磁阻原理為基礎(chǔ)的激勵器原理圖；圖3按本發(fā)明的沖擊機構(gòu)第一種實施例；以及圖4按本發(fā)明的沖擊機構(gòu)第二種實施例局部打開的透視圖。
圖1中示意表示的手操縱鉆和/或鑿機總體上用標號1表示。它有一機殼2，機殼與手柄3連接。在手柄3上表示了操縱開關(guān)4，通過它可使此工具機1進入運行狀態(tài)。為了向電驅(qū)動的工具機1供電，可通過連接電纜5將工具機與電源連接。在機殼2內(nèi)畫有驅(qū)動電機6，它的驅(qū)動軸7與旋轉(zhuǎn)軸8傳扭連接。在旋轉(zhuǎn)軸從機殼2伸出的端部，此旋轉(zhuǎn)軸8與工具卡頭9連接。工具卡頭9用于安裝鉆或鑿工具，在圖1中它用標號10表示。在機殼2內(nèi)設(shè)一沖擊機構(gòu)11，它最好與工具10同軸布置。沖擊機構(gòu)11包括一沖擊體12，它可周期性地沿沖擊機構(gòu)11的軸線A往復(fù)運動。在朝夾緊在工具卡頭9內(nèi)的工具10的方向向前運動時，沖擊體12沖擊在工具或中間沖頭的后端上，并在這種情況下將其大部分動能脈沖式地傳輸給工具10。在圖1中示意表示的沖擊機構(gòu)11以極化磁阻的原理為基礎(chǔ)，并由線圈和至少一塊高能永久磁鐵組成，在它們的磁場中沖擊體12可周期性地沿軸向移動。
圖2用于圖解說明極化磁阻原理，這一原理構(gòu)成按本發(fā)明的手操縱鉆和/或鑿機的沖擊機構(gòu)的基礎(chǔ)。金屬體K位于一個沿軸向剖切表示的線圈裝置19內(nèi)。線圈裝置的繞組分別繞金屬體K的運動軸線A卷繞。在圖2中線圈裝置通過繞組W1或W2象征性表示。通過繞組W供入的電流的流動方向在圖示的舉例中按這樣的方式選擇，即，就在金屬體K上面的這些繞組部分而言，繞組W1中電流從圖紙平面流出，而繞組W2中電流流入圖紙平面中。被電流流過的繞組W1或W2被磁力線圍繞，圖中用虛線示意表示磁力線并標以φC。箭頭說明磁力線φC的方向。永久磁鐵P按這樣的方式設(shè)置，即，其磁的北極N向左方，而磁的南極S方向向右。連接磁北極N和磁南極S的磁力線用實線表示并標以φP。由此圖直接可以看出，流過電流的繞組W1或W2的以及永久磁鐵P的磁力線φC和φP，在從圖紙平面流出或進入圖紙平面的繞組W1或W2的左邊方向相同。在流過電流的繞組W1或W2的右邊它們沿相反的方向延伸。以此方式，顯然，流過電流的繞組W1或W2和永久磁鐵合成的磁場總是在繞組W1或W2的左邊得到增強，而在繞組W1或W2的右邊被減小。由這種極化的磁場局部的梯度引起一個力F，如圖所示，這個力F使金屬體K沿軸線A向左加速。只要轉(zhuǎn)換電流在繞組W1或W2內(nèi)的流動方向，便足以使所產(chǎn)生的力反向。
圖3示意表示按本發(fā)明的沖擊機構(gòu)11第一種實施例的軸向剖面。沖擊體12位于圓柱形導(dǎo)管22內(nèi)，導(dǎo)管22例如構(gòu)成旋轉(zhuǎn)軸整體的一個組成部分。在導(dǎo)管22外面設(shè)一線圈裝置13和一塊高能永久磁鐵14，它們與導(dǎo)管22同軸地定向。線圈裝置13和永久磁鐵14位置固定地裝在機殼2內(nèi)部。導(dǎo)管22防污染地密封。導(dǎo)管22在圖中左方的端部表示了工具卡頭9。一個軸向可移動地安裝在工具卡頭9中的中間沖頭15伸入導(dǎo)管22內(nèi)。在導(dǎo)管22的相對端設(shè)一反彈件16，它通過壓力彈簧17彈性地支承。在線圈裝置13供電時，沖擊體12朝伸入導(dǎo)管22內(nèi)的中間沖頭15的方向加速。在沖撞時，沖擊體12將其大部分動能傳輸給中間沖頭15。由中間沖頭將脈沖式的沖擊進一步傳給夾緊在工具卡頭9中的工具。通過轉(zhuǎn)換在線圈裝置13內(nèi)的電流方向，使從中間沖頭15回彈的沖擊體12向后運動，直至它撞擊在彈性支承的反彈件16上。反彈件16的質(zhì)量最好比沖擊體12的質(zhì)量大。因此沖擊體12的運動方向可在能量損失盡可能小的情況下再次反向并開始新的沖擊循環(huán)。在反彈件16中的通風孔18防止形成氣墊影響沖擊機構(gòu)的效率。
在圖4表示的沖擊機構(gòu)11實施例中，在導(dǎo)管22內(nèi)導(dǎo)引的沖擊體12支承在兩個預(yù)緊的彈簧20、21之間。永久磁鐵14再分成一些磁鐵段，它們圓柱形地排列在線圈13的疊片鐵芯之間。在被線圈裝置13和永久磁鐵14激勵時，沖擊體12在兩個彈簧20、21之間振動，在這種情況下它沿軸向沖擊在伸入導(dǎo)管22內(nèi)的中間沖頭15上。此軸向沖擊由中間沖頭15進一步傳給夾緊在工具卡頭9中的工具。
線圈裝置13和至少一個的永久磁鐵14的設(shè)計參數(shù)應(yīng)選擇為，使由沖擊體12給出的一次沖擊能量在約0.5J至30J之間。一次沖擊能量的可調(diào)性覆蓋約9J最好至少2J的能量范圍。沖擊體12的質(zhì)量選擇為從約0.2kg至約1.5kg。對于高能永久磁鐵14采用這些材料，即它們有大于0.9T的剩磁和有大于600KA/m的矯頑磁場強度。高能永久磁鐵最好采用稀土磁鐵。例如，高能磁鐵包括NdFeB或SmCo合金。
本發(fā)明說明了一種工具機的例子，它除沖擊機構(gòu)外還有用于夾緊在工具卡頭內(nèi)的工具的旋轉(zhuǎn)驅(qū)動裝置。不言而喻，按本發(fā)明的沖擊機構(gòu)也可用在純粹的鑿機中，它沒有用于夾緊在工具卡頭中的鑿具的旋轉(zhuǎn)驅(qū)動裝置。
權(quán)利要求
1.手操縱的鉆和/或鑿機，有一個裝在機殼(2)內(nèi)部的沖擊機構(gòu)(11)，用于產(chǎn)生軸向沖擊并將軸向沖擊傳給一個夾緊在與機殼(2)連接的工具卡頭(9)中的鉆或鑿工具(10)，其特征為沖擊機構(gòu)(11)包括一沖擊體(12)，它借助于一個可控制的磁場可周期性地軸向移動，此磁場由一個裝置發(fā)生，此裝置由線圈(13)和至少一塊高能永久磁鐵(14)組成。
2.按照權(quán)利要求1所述的手操縱的鉆和/或鑿機，其特征為線圈(13)和永久磁鐵(14)位置固定地裝在機殼(2)內(nèi)。
3.按照權(quán)利要求1或2所述的手操縱的鉆和/或鑿機，其特征為沖擊體(12)在圓柱形導(dǎo)管(22)內(nèi)導(dǎo)引，導(dǎo)管布置在工具卡頭(9)的軸向延長線上并穿過永及磁鐵(14)，永久磁鐵總體上設(shè)計為圓柱形或由一些排列成圓柱形的磁鐵段組成。
4.按照權(quán)利要求3所述的手操縱的鉆和/或鑿機，其特征為在導(dǎo)管(22)背對工具卡頭(9)的端部設(shè)有用于制動和改變沖擊體(12)軸向運動方向的裝置。
5.按照權(quán)利要求4所述的手操縱的鉆和/或鑿機，其特征為用于制動和改變沖擊體(12)軸向運動方向的裝置是一個彈簧反彈構(gòu)件(16、17)，它的質(zhì)量最好大于沖擊體(12)的質(zhì)量。
6.按照權(quán)利要求3-5之一所述的手操縱的鉆和/或鑿機，其特征為在導(dǎo)管(22)中的沖擊體(12)支承在兩個最好預(yù)緊的彈簧(20、21)之間。
7.按照前列諸權(quán)利要求之一所述的手操縱的鉆和/或鑿機，其特征為由線圈(13)和至少一塊永久磁鐵(14)合成的磁場的磁場強度可按這樣的方式控制，即，使沖擊體(12)有一次沖擊能量為約0.05J至約30J。
8.按照權(quán)利要求7所述的手操縱的鉆和/或鑿機，其特征為一次沖擊能量在需要時可在能量幅度為約9J最好至少約2J的范圍內(nèi)調(diào)整。
9.按照前列諸權(quán)利要求之一所述的手操縱的鉆和/或鑿機，其特征為沖擊體(12)的質(zhì)量為約0.2kg至約1.5kg。
10.按照前列諸權(quán)利要求之一所述的手操縱的鉆和/或鑿機，其特征為在矯頑磁場強度大于600KA/m時永久磁鐵(14)有大于0.9T的剩磁，永久磁鐵最好是一種例如包括NdFeB或SmCo合金的稀土磁鐵。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種手操縱的鉆和/或鑿機,它有一個裝在機殼(2)內(nèi)部的沖擊機構(gòu)(11),用于產(chǎn)生軸向沖擊并將軸向沖擊傳給一個夾緊在與機殼(2)連接的工具卡頭(9)中的鉆或鑿工具。這種以極化磁阻的原理為基礎(chǔ)的沖擊機構(gòu)(11)包括一個沖擊體(12),它借助于一個可控制的磁場可周期性地軸向移動,磁場由一個包括線圈(13)和至少一塊高能永久磁鐵(14)的裝置發(fā)生。
文檔編號B25D13/00GK1255416SQ99124389
公開日2000年6月7日 申請日期1999年11月26日 優(yōu)先權(quán)日1998年12月3日
發(fā)明者維耶曼·羅納德, 于費爾·馬塞爾 申請人:希爾蒂股份公司