帶有壓縮空氣激勵沖擊機的手持式鉆具的制作方法

專利名稱：帶有壓縮空氣激勵沖擊機的手持式鉆具的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種按照權利要求1前序內容的帶有壓縮空氣激勵沖擊機的手持式鉆具，沖擊機用于產生軸向沖擊。
除了公知的帶有電風動式沖擊機或機械式沖擊機，如棘輪沖擊機、彈簧弓沖擊機或彈簧—凸輪沖擊機的手持式鉆具以外，一種用于產生軸向沖擊的帶有壓縮空氣激勵沖擊機的手持式鉆具也是為人們所熟悉的。壓縮空氣或者說伺服氣動沖擊機具有一個氣缸，在氣缸里面設置有沖擊活塞，該活塞借助于壓縮空氣針對沖頭部件周期性地被加速，沖頭部件用于將軸向沖擊傳遞給夾緊在手持式鉆具卡頭上的鉆頭或鏨鑿上。在目前公知的壓縮空氣激勵沖擊機上有氣缸與氣源，例如與手持式鉆具組合成一體的壓縮機之間設置至少一個控制閥，此閥用于氣缸容積進排氣的轉接，以形成氣缸內部沖擊活塞周期性地往復運動。控制閥的控制借助終端閥來實現，終端閥在沖擊活塞的前后終端位置被激活。而控制閥本身的轉接通過機械的、電的或通過控制壓縮空氣管道來實現。
公知的壓縮空氣激勵沖擊機的缺點在于具有大的死點容積，這個容積必須得在壓力供氣與無壓狀態之間的每個周期被重新充填。這一點不僅導致時間上的延遲，這種延遲對可達到的沖擊頻率產生消極影響。而且這種持久的從無壓狀態到壓力供氣狀態或者相反的再充填導致相當大的能量損失。這種公知的壓縮空氣激勵沖擊機具有終端閥和至少一個控制閥。由此產生控制時間延遲，同樣會對沖擊效率產生消極影響。單位沖擊能量和所產生軸向沖擊的頻率只能在微小程度上通過施加在沖擊機上的壓力來控制。
本發明的任務在于，排除目前技術狀態下壓縮空氣激勵沖擊機的這些缺點。實現一種帶有壓縮空氣激勵沖擊機的手持式鉆具，其中控制時間延遲能夠被完全排除。用于死點容積再充填所需的能量應該是較少的，并且對于產生沖擊的能量平衡應該整體上被改善。手持式鉆具在單位沖擊能量可調整性上以及所產生軸向沖擊的頻率上也應該提供更大的變化可能性。
這個任務通過在手持式鉆具中設置一個安裝在殼體內部的壓縮空氣激勵沖擊機而被解決，這個沖擊機具有權利要求1特征段所述的特征。按照本發明的手持式鉆具具有一個用于產生軸向沖擊的壓縮空氣激勵沖擊機，這個沖擊機通過一個控制閥與壓縮空氣源連接。沖擊機包括一個氣缸，該氣缸具有至少一個進氣口和至少一個排氣口。在氣缸內部導入沖擊活塞，這個活塞可以用壓縮空氣加載并且可以周期性地針對沖頭部件加速。沖頭部件軸向穿過氣缸的前端壁并且用于將軸向沖擊傳遞給夾緊在卡頭內的鉆頭或鏨鑿。安裝在殼體上的轉動驅動容許夾緊在卡頭內的鉆頭或鏨鑿繞驅動軸旋轉。控制閥與沖擊活塞組成一體并具有槽和孔，這些槽和孔可以交替地與氣缸上的進排氣孔實現有效連接。
當控制閥與沖擊活塞組成一體的時候，控制閥位于氣缸工作容積內部。在氣缸進氣口上施加恒定的壓縮空氣。排氣口僅用來將來自氣缸的壓縮空氣排出。在每個周期中從無壓狀態到壓力供氣狀態必須被再充填的死點容積僅限于控制閥上的槽和孔。通過死點容積的減小對于再充填所需的能量減少，并且改善對于產生沖擊的整體能量平衡。因為沖擊活塞代替分立的控制閥承擔起閥門功能，因此管道、接頭和機械部件的數量減少。因為沖擊活塞有自身的終端閥，因此能夠避免控制延遲。
在優選的實施例變化中沖擊活塞具有一個在兩終端位置之間可移動的組合控制活塞，在此控制閥在進排氣位置是可控制的。在這種實施例變化中沖擊活塞構成閥門殼體，在殼體中圓柱體的控制元件可以軸向移動。
因為控制活塞在向前行程過程中突出于前端面，在返回行程過程中突出于沖擊活塞的后表面，并且在沖擊活塞之前出現在氣缸的前后端面上，因此控制活塞構成沖擊活塞兩個極限位置的終端控制。因為控制活塞同時構成閥門體，因此終端控制與控制閥之間的控制延遲被排除。控制活塞突出于沖擊活塞的端面并且在沖擊活塞到達其極限位置之前就已經出現在氣缸的前后端面壁上。從而控制活塞在沖擊活塞內部軸向移動并且控制閥從進氣位置轉接到排氣位置或相反。通過本發明的結構，沖擊活塞的周期性往復運動同時被利用來作為控制閥的機械轉接。
優選在沖擊活塞后端面與氣缸后端面壁之間的空間里設置彈簧元件。彈簧元件在沖擊活塞的返回運動中吸收能量并由此用來支持在沖頭部件方向上的向前加速。當向后加速的沖擊活塞制動時其運動能量被彈簧儲存并且在向前行程中再釋放給沖擊活塞。
因為氣缸的后端面壁是由調整板構成的，因此調整板在氣缸上的軸向位置是可改變的，能夠非常簡便地實現行程調整。通過調整板的軸向移動可以非常方便地調整單位沖擊能量和沖擊頻率，而不必去改變供氣壓力。當調整板以對沖頭部件長距離設置時實現沖擊活塞的長行程。通過這種方式可以調整到強的單位沖擊能量和低的沖擊頻率。當通過調整板對沖頭部件短距離設置時行程減少可以調整到具有較小單位沖擊能量的軸向沖擊和高的沖擊頻率。
優選調整板的軸向安裝是連續可調的。為此氣缸在其后段可以以例如內螺紋構成。調整板在其周邊具有對應的外螺紋。由此當調整板在氣缸上被更多或更少旋進的時候，可以很方便地調整行程。
在本發明一種具有優點的實施例變化中調整板的軸向設置是可以自動調整的。例如這一點可以按照給定的標準比例在手持式鉆具驅動期間實現。
下面通過圖示來詳細闡述本發明。這里給出的不是真實比例的圖紙


圖1按照本發明構成的手持式鉆具的簡圖；圖2按照本發明的壓縮空氣激勵沖擊機的軸向剖面簡圖；圖3-6圖2中的沖擊機在不同的沖擊活塞位置時的軸向剖面簡圖。
圖1給出了按照本發明構成的手持式鉆具的簡圖，其整體用1來表示。手持式鉆具具有帶有手柄3的殼體2，在殼體上設置有用于激活手持式鉆具1的主開關4。設置在殼體2內部的電動部件的供電通過用5來表示的電纜來實現。在殼體2上手柄3對面一側設有刀具卡頭6，在卡頭里可以夾緊在圖1中用7來表示的鉆頭或鏨鑿。在殼體2內設置有驅動電機8。驅動電機的驅動軸9與具有兩個輸出的傳動裝置10聯結。傳動裝置10的一個輸出用于夾緊在卡頭6里的鉆頭7的旋轉驅動。為此在傳動裝置10的輸出端上傳動軸11帶有一個傘齒輪12，該齒輪與機器主軸14上的傘齒輪13轉動合理地嚙合。機器主軸14的軸轉動扭矩通過傳動體15可以傳遞到卡頭6以及夾緊在卡頭里的鉆頭7。
位于傳動裝置10第二輸出上的軸16驅動用于產生壓縮空氣的壓縮機17。壓縮機17的輸出20與壓縮空氣激勵的沖擊機21的氣缸22的進氣口23連接，沖擊機優選同軸的設置在機器主軸14的內部。壓縮機17的進口18連接在氣缸22的排氣口24上。為了補償漏損在壓縮機17的進口上還有至少另一個用19來表示的空氣進口。由沖擊機21產生的軸向沖擊通過沖頭部件可以傳遞到夾緊在卡頭6內的鉆頭7上。沖頭部件優選由傳動體15構成，傳動體除了傳遞扭矩以外也具有傳遞軸向沖擊的功能。
圖2給出了壓縮空氣激勵的沖擊機1的軸向剖面簡圖。氣缸22具有進氣口23和排氣口24，這些進排氣口與壓縮空氣源，例如壓縮機連接。氣缸22的工作室由前端面25和后端面26來限定。前端面25由突出于工作室的沖頭部件15軸向穿過。如前面所述，沖頭部件15同時能夠滿足對于夾緊在卡頭內鉆頭旋轉的扭矩傳遞體的功能。密封環38在穿過前端面25的沖頭部件15部位將氣缸工作室對外密封起來。后端面26由具有優點的調整板27構成，調整板具有外螺紋28。因為位于沖頭部件15對面的氣缸22的后段具有內螺紋29，因此氣缸22的工作室容積可以通過調整板27來改變。調整板27位置的調整在需要時可以通過手工實現。在本發明的具有優點的變化中調整板27可以根據標準自動地調整，例如借助于調整電機。調整板的調整也可以例如由手持式鉆具的驅動實現，以適配于由沖擊機產生的軸向沖擊的單位沖擊能量和沖擊頻率。
氣缸22的工作室通過沖擊活塞30被分成前壓力室35和后壓力室36。前壓力室35在沖擊活塞30的沖擊面33與氣缸22的前端面25之間延伸。后壓力室36在軸向由沖擊活塞30的后表面34和調整板27的后端面26來限定。沖擊活塞30具有基本上對稱的外輪廓。在活塞周邊上的兩個凹槽與氣缸22的圓柱形外殼連接構成前環室31和后環室32。設置在沖擊活塞30圓周表面上的密封環37將兩個環室31和32相互密封并且針對前后壓力室35和36密封。在后壓力室36設置有螺旋彈簧40，在圖示的實施例中例如支承在調整板27上。螺旋彈簧40可以在調整板27與沖擊活塞30的后表面34之間壓縮。
在沖擊活塞30的階梯狀并軸向延伸的孔39里面設置有控制活塞41，控制活塞可以軸向移動并且在軸向長度上長于沖擊活塞30。控制活塞41是對稱結構的并且具有一個在外徑上加大的中段42。控制活塞41的軸向可移動性是通過中段42的止擋凸肩來限定的。前止擋凸肩43是通過沖擊活塞30上的階梯孔39的直徑加大構成的。后止擋凸肩45是由固定套筒44的端面構成的，套筒包圍控制活塞41的后段并且通過旋緊或壓配合固定在階梯孔39里面。止擋凸肩43和45的軸向距離大于在直徑上加大的中段42的長度并且限制了支承在沖擊活塞30內部的控制活塞41的軸向可移動性。控制活塞41具有孔和環室，這些孔和環室與環室31，32和沖擊活塞30的控制孔共同實現帶有終端轉接的組合閥門功能。
根據圖3-6中的軸向剖面簡圖來詳細闡述控制活塞41上的孔和環室以及可與氣缸22上的進排氣口23和24共同控制的沖擊活塞30上的控制孔及其功能。圖3和4給出的沖擊活塞30位于沖頭部件15方向上的向前行程。控制活塞41具有軸向深孔46以及48，其開口在前后壓力室35和36。軸向深孔46和48與閥室47和51連接，閥室以凹槽成形于加大的中段42的圓周上。連接孔50將沖擊活塞30的前環室31與階梯孔39連接起來。通過進氣口23導入氣缸22的壓縮空氣持久地施加在環室31上，而后環室32持久地與排氣口24連接。
根據圖3施加在前環室31上的壓縮空氣通過連接孔50進入閥室51并且通過深孔48進入后壓力室36。由此沖擊活塞30向沖頭部件15方向上加速。前壓力室35通過深孔46、閥室47和沖擊活塞30上的控制孔52經氣缸22上的排氣口24排氣。圖3所示沖擊活塞30的位置為其沖擊面33即將沖擊到沖頭部件15之前的位置。較長的控制活塞41突出于沖擊活塞30的沖擊面33并且已經位于氣缸22的前端面25上。當沖擊活塞30繼續向前運動時控制活塞41產生軸向移動并產生組合閥門的轉接。
圖4所示為沖擊活塞30已經到達其前端極限位置并且控制活塞41全部軸向移動。控制活塞41的后段突出于沖擊活塞30的后表面34。在這種狀態施加在進氣口23和前環室31上的壓縮空氣通過連接孔50和閥室47進入到控制活塞41上的前深孔46。壓縮空氣通過前深孔46的開口射入到由沖擊面33和前端面25所限定的前壓力室。在圖4中前壓力室被完全封閉。沖擊活塞30的動能傳給沖頭15。接著沖擊活塞30由沖頭反沖回來，在此前壓力室又被打開并可以被壓縮空氣充滿。由此使沖擊活塞30在調整板27方向上針對著設置在后壓力室36內的螺旋彈簧40的恢復力加速。當后壓力室容積縮小時后壓力室36通過后深孔48、閥室51、控制孔52、后環室32和排氣口24排氣。
圖5給出了沖擊活塞30在向后行程期間即將返回到其后極限時的位置。后壓力室36幾乎被完全封閉。螺旋彈簧40在沖擊活塞30的后表面34與調整板27之間被擠壓在一起。彈簧作為沖擊活塞30向后運動時的能量儲存。前壓力室35幾乎被完全打開。前后壓力室35和36的進排氣按照圖4所示實現。在圖示位置突出于后表面34的控制活塞41已經位于后端面26上。通過沖擊活塞30向其后死點的繼續運動閥門的轉接過程自動實現。
在圖6中沖擊活塞30到達其后死點。控制過程通過控制活塞41的軸向移動結束，閥門換向。螺旋彈簧40被最大限度的壓縮。當減壓釋放時彈簧支持沖擊活塞30在沖頭部件15方向上的加速，因為彈簧可以將其儲存的能量加在沖擊活塞上。通過控制活塞41的軸向移動施加在進氣口23和前環室31上的壓縮空氣通過連接孔50、閥室51和深孔48進入打開的后壓力室并在沖頭部件15方向上對沖擊活塞30加速。前壓力室35再一次通過深孔46、閥室47、控制孔52、后環室32和排氣口24排氣。
按照本發明的控制閥在沖擊活塞上的組合具有分別滿足閥門功能和終端轉接功能的優點。終端的識別和轉接同時實現。用這種方法可以避免控制延遲。在圖示實施例中沖擊活塞返程運動中的能量儲存借助于彈簧元件，特別是螺旋彈簧來實現。由此不僅在向前行程而且在返回行程通過壓縮機實現連續的能量輸出。附加的壓力存儲器是不需要的。能量的存儲也可以通過建立在沖擊活塞后表面與氣缸后端面之間的氣體緩沖器來實現。此外，如果在控制活塞上的深孔開口處后端面上具有一缺口，這個缺口足以在控制活塞轉接過程中已經能夠實現后壓力室的進氣并且避免在后死點完全封閉。在闡述本發明以電驅動和用于產生壓縮空氣的壓縮機構成手持式鉆具的實施例的同時，按照本發明的沖擊機也可以安裝在一個具有驅動沖擊機的壓縮空氣存儲器的手持工具上。在本發明的其他變化中手持式鉆具也可以全部由壓縮空氣源驅動。在這種情況下，不僅鉆頭的轉動而且沖擊機的驅動都借助于壓縮空氣源，例如壓縮空氣管道。
權利要求
1.帶有安裝在殼體(2)內部用于產生軸向沖擊的壓縮空氣激勵沖擊機(21)的手持式鉆具，沖擊機通過控制閥與壓縮空氣源連接并且具有帶有至少一個進氣口(23)和至少一個排氣口(24)的氣缸(22)，在氣缸內引導沖擊活塞(30)，沖擊活塞可以由壓縮空氣加載并且可以周期性地相對沖頭部件(15)加速，沖頭部件軸向穿過氣缸(22)的前端面(25)并且用來將軸向沖擊傳遞給夾緊在卡頭(6)內的鉆頭或鏨鑿(7)，并且手持式鉆具帶有安裝在殼體(2)內部的、用于夾緊在卡頭(6)內的鉆頭或鏨鑿(7)的旋轉驅動，其特征為，控制閥與沖擊活塞(30)成一體并且具有將壓縮空氣導入氣缸(22)和將壓縮空氣從氣缸(22)排出的凹槽和孔(46-52)，這些槽和孔可以交替地與氣缸(22)上的進排氣口(23，24)實現有效連接。
2.如權利要求1的手持式鉆具，其特征為，沖擊活塞(30)具有組成一體的控制活塞(41)，控制活塞可以在兩個終端位置之間軸向移動，由此將控制閥切換至進、排氣位置上。
3.如權利要求2的手持式鉆具，其特征為，控制活塞(41)在向前行程過程中突出于沖擊面(33)，在返回行程過程中突出于沖擊活塞(30)的后表面(34)，并且在沖擊活塞(30)之前出現在氣缸(22)的前后端面(25，26)上。
4.如權利要求3的手持式鉆具，其特征為，在由沖擊活塞(30)的后表面(34)與氣缸(22)后端面(26)限定的后壓力室(36)里設置可壓縮的彈簧元件(40)，彈簧元件在返回加速過程中吸收沖擊活塞(30)的能量并且支持在沖頭部件(15)方向上的向前加速。
5.如權利要求3或4的手持式鉆具，其特征為，氣缸(22)的后端面(26)是由調整板(27)構成的，其在氣缸(22)上的軸向位置是可改變的。
6.如權利要求5的手持式鉆具，其特征為，調整板(27)的軸向位置是連續可調的。
7.如權利要求5或6的手持式鉆具，其特征為，調整板(27)的軸向位置可以按照給定的標準比例自動調整。
8.如權利要求5至7之一的手持式鉆具，其特征為，調整板(27)可以在手持式鉆具驅動期間調整。
全文摘要
手持式鉆具具有壓縮空氣激勵沖擊機,沖擊機包括帶進氣口(23)和排氣口(24)的氣缸(22),氣缸中有活塞(30)。沖頭部件(15)軸向穿過氣缸(22)的前端面(25)并將沖擊力傳遞給鉆頭。鉆頭還可以繞其軸線轉動。控制閥組合在沖擊活塞中并具有槽和孔(46—52),這些槽和孔可以交替地與氣缸上的進排氣孔連接。
文檔編號B25D9/04GK1251794SQ9911061
公開日2000年5月3日 申請日期1999年7月20日 優先權日1998年7月22日
發明者布萊辛·馬蒂亞斯 申請人:希爾蒂股份公司