(57)【要約】      （修正有）【課題】磁気空気圧式打撃機構における空気ばねの損失を補償する。【解決手段】打撃機構２は、衝撃方向５に打撃子４に作用する空気ばね２３を有する。空気ばね２３は、完全にまたは部分的に、第１の磁気コイル４６の内にあってもよい。空気ばね２３は通気開口部３６を有する。通気開口部３６は、打撃子４が、ダイ１３から、打撃子４のストロークの１０％未満の距離にあるときに外界に対して開き、それ以外の場合には閉じられている。通気開口部３６は、好ましくは、空気ばね２３を形成する空気圧チャンバ３４において、外界に対する唯一の開口である。したがって、外界との空気の交換は、打撃子４がダイ１３の近くにあるとき、または衝撃位置の近くにあるときにのみ可能である。【選択図】図２
2014012330.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
移動軸（３）に沿って移動することができるようにチゼル加工工具（７）を保持するように設置された工具ホルダ（６）と、
磁気空気圧式打撃機構（２）と
を備える機械工具（１）であって、前記磁気空気圧式打撃機構（２）が、
前記移動軸（３）の周りに配置された主アクチュエータ（２２）を備え、衝撃方向（５）に順に第１の磁気コイル（４６）および第２の磁気コイル（４７）を備え、
前記磁気コイル（４６、４７）内における移動軸（３）上に、前記衝撃方向（５）へ順に、打撃子（４）およびダイ（１３）を備え、前記打撃機構（２）および空気ばね（２３）が、前記衝撃方向（５）で前記打撃子（４）に作用し、前記空気ばねが、前記衝撃方向に対して固定シールによって封止され、
前記空気ばね（２３）が通気開口部（３６）を有し、前記通気開口部（３６）は、前記打撃子（４）が、前記打撃子（４）のストローク（１８）の５％未満だけ前記ダイ（１３）から離れているときに、前記通気開口部（３６）が外界に対して開き、それ以外の場合には閉じられている
機械工具（１）。
【請求項２】
前記空気ばね（２３）の前記通気開口部（３６）が、前記衝撃方向（５）にある前記第１の磁気コイル（４６）の端部の軸方向高さに配置されることを特徴とする請求項１に記載の機械工具（１）。
【請求項３】
０．５バールの圧力差で、前記空気ばね（２３）からの空気量の最大１０％が１秒以内に前記通気開口部（３６）を通って流れるように、前記通気開口部（３６）の断面積が設計されることを特徴とする請求項１または２に記載の機械工具（１）。
【請求項４】
前記空気ばね（２３）が、固定シール（３０）によって前記衝撃方向（５）に対して閉じられていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の機械工具（１）。
【請求項５】
半径方向に磁化された永久環状磁石（４２）が、前記衝撃軸に沿って、前記第１の磁気コイル（４６）と前記第２の磁気コイル（４７）との間に配置されることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の機械工具（１）。
【請求項６】
前記環状磁石（４２）が、複数の永久磁石（４３）から構成され、前記永久磁石（４３）が、一方の磁極Ｎが前記移動軸（３）に面し、他方の磁極Ｓが前記移動軸（３）とは反対を向くように位置合わせされることを特徴とする請求項５に記載の機械工具（１）。
【請求項７】
前記磁気コイル（４６、４７）が、制御装置（１２）によって、交番する段階（６８、６６）で制御され、前記第１の磁気コイル（４６）において前記第１の磁気コイル（４６）によって発生される第１の磁場（４９）が、第１の段階（６８）では弱め合うように、第２の段階（６６）では強め合うように、前記環状磁石（４２）の磁場（３７）と重畳され、前記第２の磁気コイル（４７）において前記第２の磁気コイル（４７）によって発生される第２の磁場（５０）が、前記第１の段階（６８）では強め合うように、前記第２の段階（６６）では弱め合うように、前記環状磁石（４２）の磁場（３７）と重畳されることを特徴とする請求項６に記載の機械工具（１）。
【請求項８】
前記打撃子（４）が、軟磁性材料でできていることを特徴とする請求項１〜７のいずれか一項に記載の機械工具（１）。
【請求項９】
前記ダイ（１３）が、軟磁性材料でできており、前記第２の磁気コイル（４７）内に、またはヨーク（５７）内に突出し、前記ヨーク（５７）が、前記衝撃方向（５）において前記第２の磁気コイル（４７）に当接することを特徴とする請求項１〜８のいずれか一項に記載の機械工具（１）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、チゼル加工工具を駆動することが可能な機械工具に関する。
【背景技術】
【０００２】
打撃子は、磁気コイルによって直接加速され、工具を打撃する。この種の機械工具は、例えば、特許文献１から既知である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】米国特許出願公開第２０１０／０２０６５９３号明細書
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明による機械工具は、チゼル加工工具が移動軸に沿って移動することができるようにチゼル加工工具を格納するように設置された工具ホルダを有する。磁気空気圧式打撃機構は、移動軸の周りに配置された主アクチュエータを有し、衝撃方向へ順に、第１の磁気コイルおよび第２の磁気コイルを含む。打撃機構は、磁気コイル内の移動軸上にあり、衝撃方向へ順に、打撃子とダイとが配置される。さらに、打撃機構は、打撃子に衝撃方向へ作用する空気ばねを有する。空気ばねは、完全にまたは部分的に、第１の磁気コイルの内にあってもよい。空気ばねは通気開口部を有し、通気開口部は、ダイから打撃子のストロークの１０％未満の距離に打撃子があるときに、外界に対して開き、それ以外のときには閉じられている。通気開口部は、好ましくは、空気ばねを形成する空気圧チャンバにおいて、外界への唯一の開口である。したがって、外界との空気の交換は、打撃子がダイおよび衝撃位置の近くにあるときにのみ可能である。距離を求めるために、ダイは、その定位置にあると仮定される。定位置では、ダイは、好ましくはストッパにおける衝撃方向と反対側にある。
【０００５】
一実施形態では、空気ばねの通気開口部は、衝撃方向を向いた第１の磁気コイルの端部の軸方向高さに配置されるようになっている。通気開口部は、衝撃方向と反対向きの第１の磁気コイルの端部よりも、衝撃方向を向いた端部にかなり近い。打撃子は、例えばその側壁で通気開口部を閉鎖することができる。
【０００６】
特に、打撃子が、いずれの位置でも第１の磁気コイルと重なっていると有利である。
【０００７】
一実施形態では、０．５バールの圧力差で、空気ばね内の空気の最大１０％が１秒以内に通気開口部を通って流れるように、通気開口部の断面積が設計されるようになっている。通気開口部を通ることによる空気の交換は少ない。最終的に、例えば空気ばねの圧縮中の漏れにより生じる空気ばねの損失のみが補償されると考えられる。通気開口部は、単一の穴、またはほぼ同じ高さに位置する複数の穴および／またはスロットによって実現することができる。
【０００８】
一実施形態では、空気ばねは、衝撃方向と反対の方向にある固定シールによって封止されるようになっている。固定シールは、磁気コイル、工具ホルダなどに対して可動でない。空気圧ばねの空気圧チャンバは、通気開口部を除き、外界から隔離される。通気開口部は、環状磁石に面する第１の磁気コイルの端部の軸方向高さにある。
【０００９】
一実施形態では、第１のコイルと第２のコイルとの間に、半径方向に磁化された永久環状磁石が配置されるようになっている。環状磁石は、例えば永久磁石から構成され、各永久磁石のそれぞれの同じ磁極（Ｎ）が移動軸に向き、他方の磁極（Ｓ）が移動軸と反対を向く。環状磁石は、本質的に、移動軸の方向に永久的に向けられ、半径方向に沿って延びる磁場を生成し、この磁場は、第１の磁気コイルおよび第２の磁気コイルの中で反対方向に延びる。この非対称性を使用して、磁場強度を、２つのコイル内で、逆相で高い値と低い値とに設定することができる。磁場強度の勾配が、磁気抵抗に基づいて打撃子を移動させる。磁気コイルは、交番位相で、制御装置によって制御することができる。第１の磁気コイルによって第１の磁気コイル内に生成される磁場は、第１の段階では環状磁石の磁場と強め合うように重畳され、第２の段階では弱め合うように重畳される。第２の磁気コイルによって前記第２の磁気コイルの内に生成される第２の磁場は、第１の段階では環状磁石の磁場と弱め合うように重畳され、第２の段階では強め合うように重畳される。
【００１０】
一実施形態では、ダイは軟磁性材料でできているようになっている。ダイは、衝撃方向で、第２の磁気コイル内、または第２のコイル内に配置されたヨーク内に延在する。磁化可能なダイが、磁場を誘導する。第２の磁気コイルによって発生される磁場は、ダイから衝撃方向に実質的に平行に生じる。すなわちダイの面に実質的に垂直である。環状磁石によって発生される磁場も、ダイの面に実質的に垂直に生じる。これにより、面の近くで高い磁場強度が実現可能となる。
【００１１】
以下の説明では、例示的実施形態および図面を用いて本発明を示す。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】電動チゼルを示す図である。
【図２】電動チゼルの打撃子機構を示す図である。
【図３】打撃子およびダイの移動、ならびに制御チャートを示す図である。
【図４】打撃子機構において平面ＩＶ−ＩＶを通る断面図である。
【図５】打撃子機構の電気スイッチング機構を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
別段の指定がない限り、図面中、同一または機能的に同様の要素は、同様の参照番号で示す。
【００１４】
図１は、チゼル加工機械工具の一例として、手持ち式電動チゼル１を示す。磁気空気圧式打撃機構２は、移動軸３上を案内される打撃子４によって、衝撃方向５に周期的または非周期的な打撃を生じさせる。工具ホルダ６は、打撃機構２の移動軸３上に配置されたチゼル加工工具７を保持する。チゼル加工工具７は、工具ホルダ６内で移動軸３に沿って案内され、打撃により駆動されて衝撃方向５に、例えば下にある表面に打ち込まれる。ロック機構８は、工具ホルダ６内でチゼル加工工具７の軸方向移動を制限する。ロック機構８は、例えばスイベルブラケットであり、チゼル加工工具７を交換するために、工具の補助なしで手動でロック解除できることが好ましい。
【００１５】
打撃機構２は、機械ハウジング９内に配置される。機械ハウジング９に取り付けられたハンドル１０により、使用者は、電動チゼル１の保持、および操作中における電動チゼル１のガイドが可能になる。システムスイッチ１１（これを用いて使用者は打撃機構２を操作することができる）が、ハンドル１０に取り付けられることが好ましい。システムスイッチ１１は、例えば打撃機構２の制御装置１２を作動させる。
【００１６】
図２は、磁気空気圧式打撃機構２の長手方向断面を示す。打撃機構２は、移動構成要素を２つのみ、すなわち、打撃子４とダイ１３とを有する。打撃子４とダイ１３は、共通の移動軸３上に位置し、ダイ１３は、衝撃方向５で打撃子４に続いて移動する。打撃子４は、移動軸３上を衝撃点１４と上方変向点１５との間で往復運動する。
【００１７】
衝撃点１４で、打撃子４がダイ１３を打突する。軸に沿った衝撃点１４の位置は、ダイ１３によって定義される。ダイ１３は、好ましくは、その定位置１６に静止し、好ましくは、各衝突後、打撃子４が次にダイ１３を打突する前に、この定位置１６に戻る。以下の説明に関して、この好ましい動作形態を前提とする。しかし、磁気空気圧式打撃機構２は、従来の空気圧式打撃機構２とは異なり、ダイ１３の実際の位置に関して大きい許容誤差を有する。打撃の際、ダイ１３は、定位置１６に対して、衝撃方向５に変位することさえある。したがって、定位置１６は、衝撃方向５で打撃子４がダイ１３を最も早く打撃することができる位置である。
【００１８】
ダイ１３に対する打撃子４の距離１７は、上方変向点１５で最大であり、打撃子４が移動する距離を、本明細書では以後、ストローク１８と呼ぶ。図３（ａ）は、時間１９に対する、３回の連続する打撃に亘る打撃子４とダイ１３との移動を概略的に示す。
【００１９】
打撃子４は、その静止位置で、通常はダイ１３の上に静止する。打撃の際、打撃子４は、衝撃方向５とは反対方向に戻るように移動し、上方変向点１５に到達した後、衝撃方向５に加速される。打撃子４は、ダイ１３に対する衝撃点１４で衝撃方向５への移動が終了すると、反跳する。ダイ１３は、打撃子４の運動エネルギーの半分以上を受け取り、衝撃方向５に逸らす。ダイ１３は、チゼル加工工具７を押し、衝撃方向５に向けて、下にある表面にチゼル加工工具７を当接させる。使用者は、下にある表面に対して打撃機構２を衝撃方向５に押し当て、それにより、ダイ１３は、好ましくは間接的にチゼル加工工具７によって、その定位置１６に押し戻される。ダイ１３は、衝撃方向５における定位置で、ハウジングに固定されたストッパ２０に当接する。ストッパ２０は、例えば減衰要素を備えることができる。例示的なダイ１３は、ストッパ２０に当接することができる半径方向に突出する翼部２１を有する。
【００２０】
打撃子４は、主磁気アクチュエータ２２によって非接触に駆動される。主アクチュエータ２２は、打撃子４を、衝撃方向５とは反対方向に持ち上げる。以下に説明するように、主アクチュエータ２２は、好ましくは、上方変向点１５への打撃子４の持上げ中に、一時的にのみ作動状態になる。主アクチュエータ２２は、打撃子４を、上方変向点１５を通過した後に衝撃点１４に到達するようになるまで加速させる。主アクチュエータ２２は、上方変向点１５の通過とほぼ同時に作動させることができる。好ましくは、主アクチュエータ２２は、衝突まで作動状態を維持する。衝撃方向５での打撃子４の移動中、上方変向点から衝撃点の直前まで、空気ばね２３が主アクチュエータ２２をサポートする。空気ばね２３は、移動軸３上の衝撃方向５において打撃子４の直前に位置決めされ、打撃子４に作用する。
【００２１】
打撃子４は、主に円筒体から形成され、その側面２４は、移動軸３に平行である。前面２５は、衝撃方向５を向いている。前面２５は平坦であり、打撃子４の断面全体をカバーする。後面２６も、好ましくは平坦である。打撃子４は、ガイドチューブ２７内に挿入される。ガイドチューブ２７は、移動軸３と同軸であり、円筒形内壁２８を有する。打撃子４の側面２４は、内壁２８に当接する。打撃子４は、ガイドチューブ２７内で移動軸３上に確実に案内される。打撃子４の断面とガイドチューブ２７の中空断面とは、それらの間に遊びができるだけなくなるように、正確に調整される。打撃子４は、フライングシールと同様に、ガイドチューブ２７を封止する。ゴムでできている封止環状２９を外面２４で使用して、製造公差を補償することができる。
【００２２】
ガイドチューブ２７は、衝撃方向５における前端部で閉じられている。例示的実施形態では、ガイドチューブ２７内にシール３０が挿入され、シール３０の断面は、ガイドチューブ２７の中空断面に対応する。内側を向いた封止面３１は、好ましくは平坦であり、移動軸３に垂直である。シール３０は、定位置１６にある固定ダイ１３から決まった距離３２に取り付けられる。シール３０と定位置１６にあるダイ１３との間の中空空間が、打撃子４に有効なガイドチューブ２７の範囲であり、その範囲内で打撃子４が移動することができる。最大ストローク１８は、本質的に、打撃子４の長さ３３未満の距離３２である。
【００２３】
一端で閉じられたガイドチューブ２７と、打撃子４とが、空気圧チャンバ３４を形成する。空気圧チャンバ３４の体積は、封止面３１と、打撃子の後面２６との間の距離３５に比例する。体積は、移動軸３に沿った打撃子４の移動により変化する。空気圧チャンバ３４内での移動によって圧縮または伸張される空気が、空気ばね２３の作用を提供する。空気圧チャンバ３４は、衝撃点１４で、すなわち打撃子４がダイ１３を打撃するときに、その最大体積となる。このとき、空気圧チャンバ３４内の圧力は最小値であり、有利には雰囲気圧に等しい。衝撃点１４での空気ばね２３の位置エネルギーはゼロと定義される。空気圧チャンバ３４の最小体積は、打撃子４が上方変向点１５にあるときに実現される。圧力は、約１６バールに上昇することがある。打撃子４のストロークは、上方変向点１５における空気圧チャンバ３４の体積および圧力を目標値に調節するように、制御法によって制限される。上方変向点１５における空気ばね２３の位置エネルギーは、外的影響に関係なく、狭い値範囲内にすべきである。これにより、特に、ダイ１３の位置は上方変向点１５への打撃子４の飛行時間に対して大きな影響を有するが、打撃機構２は、衝突時のダイ１３の位置に対してロバストである。
【００２４】
空気ばね２３には、空気ばね２３内の空気の量の損失を補償するために、１つまたは複数の通気開口部３６が設けられる。通気開口部３６は、打撃子４による空気ばね２３の圧縮中には封止される。好ましくは、打撃子４は、空気ばね２３内の圧力が雰囲気圧から５０％未満だけ異なるときに、衝撃点１４の直前で通気開口部３６を解放する。
【００２５】
例示的実施形態では、打撃子４は、衝撃位置からそのストローク１８の５％よりも大きく移動しているときに、１つの通気開口部３６を越えて移動する。
【００２６】
主アクチュエータ２２は、打撃子４に作用する磁気抵抗力に基づく。打撃子４の本体は、軟磁性鋼でできている。永久磁石に比べて、打撃子４は、４０００Ａ／ｍ未満、好ましくは２５００Ａ／ｍ未満の低い保磁力を有することを特徴とする。この低い磁場強度を有する外部磁場は、打撃子４の極性を反転することさえできる。外部から印加される磁場は、磁化可能な打撃子４を最大磁場強度の領域内でその極性に関係なく引き付ける。
【００２７】
主アクチュエータ２２は、移動軸３に沿った中空空間を有し、その中に、ガイドチューブ２７が挿入される。主アクチュエータ２２は、中空空間内に永久磁場３７を生成し、また、ガイドチューブ内に２部分による切替可能磁場３８を生成する。磁場３７および３８はガイドチューブ２７の中空空間および実効領域を移動軸３に沿って、上方区域３９と、中央区域４０と、下方区域４１とに分割する。磁場３７、３８の磁力線は、上方区域３９および下方区域４１では移動軸３に実質的に平行に延び、中央区域４０では移動軸３に実質的に垂直に延びる。磁場３７および３８は、それらの向きが互いに異なり、衝撃方向５の磁力線に平行または反平行である。ガイドチューブ２７の上方区域３９内に延びる永久磁場３７の例示的な磁力線（破線（点線パターン）で示される）は、衝撃方向５に実質的に反平行に延び、ガイドチューブ２７の下方区域４１では、衝撃方向５に実質的に平行に延びる。打撃機構２の機能に関して、上方区域３９内における永久磁場３７の磁力線の方向が下方区域４１内における方向と異なることが重要である。１つの段階において、切替可能な磁場３８の磁力線（点線で示す）は、ガイドチューブ２７の上方区域３９および下方区域４１において実質的に衝撃方向５に向かって延び、異なる段階（図示せず）に関しては、両方の区域３９、４１内において衝撃方向５に実質的に反平行に延びる。したがって、永久磁場３７と切替可能な磁場３８とは、２つの区域の一方３９では弱め合うように重畳され、他方の区域４１では強め合うように重畳される。区域３９のいずれにおいて磁場３７、３８が強め合うように重畳されるかは、制御装置１２の電流スイッチングサイクルに応じて決まる。強め合う重畳により、打撃子４が各区域３９、４１内に引かれる。
【００２８】
切替可能な磁場３８の交番する極性の反転が、打撃子４の往復運動を作動させる。
【００２９】
永久磁場３７は、複数の永久磁石４３でできている半径方向に磁化された環状磁石４２によって生成される。図４は、環状磁石４２の平面ＩＶ−ＩＶの断面を示す。例示的な永久磁石４３は、好ましくは棒磁石である。永久磁石４３は、半径方向に向けられる。すなわちＳ極からＮ極へのそれらの磁気軸４４は、移動軸３に垂直である。永久磁石４３はすべて同じ向きである。提示する例では、それらのＮ極が移動軸３を向いており、Ｓ極は移動軸３と反対を向いている。円周方向で、永久磁石４３の間に、空気ギャップまたは磁化可能でない材料４５、例えばプラスチックが存在することがある。環状磁石４２は、移動軸３に沿って、封止面３１とダイ１３との間に配置される。好ましくは、環状磁石４２は、非対称に、特にダイ１３よりも封止面３１の近くに配置される。環状磁石４２の位置は、ガイドチューブ２７を、移動軸３に沿って、衝撃方向５において環状磁石４２の上流に配置された上方区域３９と、衝撃方向５において環状磁石４２に向けられた下方区域４１とに分割する。上方区域３９における磁力線は、下方区域４１における磁力線とは実質的に反対方向に延びる。永久磁石４３は、好ましくはネオジムの合金を含む。永久磁石４３の磁極での磁場強度は、好ましくは１テスラ超であり、例えば最大で２テスラである。
【００３０】
切替可能な磁場３８は、上方磁気コイル４６および下方磁気コイル４７によって生成される。上方磁気コイル４６は、衝撃方向５における環状磁石４２の上流に、好ましくは環状磁石４２にすぐ隣接して配置される。上方コイル４６は、ガイドチューブ２７の上方区域３９を取り囲む。下方磁気コイル４７は、衝撃方向５において環状磁石４２に向けて配置され、好ましくは前記環状磁石に当接し、下方区域４１を取り囲む。電流４８は、移動軸３周りにおける同じ円周方向で２つの磁気コイル４６、４７を通って流れる。上方磁気コイル４６によって生成される上方磁場４９と、磁気コイル４７によって生成される下方磁場５０とは、移動軸３に実質的に平行であり、移動軸３に沿ってどちらも同じ方向に向けられる。すなわち、ガイドチューブ２７内の２つの磁場４９、５０の磁力線は、衝撃方向５の方向に延びるか、または衝撃方向５とは反対方向に延びる。電流４８は、制御可能な電流源５１から磁気コイル４６、４７に供給される。
【００３１】
好ましくは、２つの磁気コイル４６、４７および電流源５１は、直列に接続される（図５）。
【００３２】
下方磁気コイル４７の長さ５２、すなわち移動軸３に沿った寸法は、好ましくは、上方磁気コイル４６の長さ５３よりも大きい。長さの比率は、１．７５：１〜２．２５：１の範囲内である。ガイドチューブ２７内において上方磁場４９の磁場強度または下方磁場５０の磁場強度に対する磁気コイル４６、４７のそれぞれの寄与は、好ましくは等しい。下方磁気コイル４７の巻線の数に対する上方磁気コイル４６の巻線の数の比は、長さの比に対応することがある。半径方向寸法５４、および単位面積当たりの電流密度は、好ましくは、（打撃機構の他の構成要素を備えない場合には）どちらの磁気コイル４６、４７に関しても等しい。
【００３３】
磁気ヨーク５５は、磁場３７、３８をガイドチューブ２７の外部に伝達することができる。ヨーク５５は、例えば、中空円筒体、または移動軸３に沿って延在する複数のリブでできているケージを有し、これは、２つの磁気コイル４６、４７と、永久磁石４３でできている環状磁石４２とを取り囲む。ヨーク５５の環状上端部５６は、衝撃方向５とは反対方向から上方磁気コイル４６をカバーする。環状下端部５７は、ダイ１３の高さでガイドチューブ２７に隣接する。下端部５７は、衝撃方向５において下方磁気コイル４７をカバーする。磁場３７、３８は、上方区域３９および下方区域４１で、移動軸３に平行または反平行に導かれる。磁場３７、３８は、ヨーク５５、特に環状端部５６、５７によって半径方向に供給される。実質的に下方区域４１にあるダイ１３において、磁力線は半径方向で戻る。したがって、磁力線は、好ましくは、打撃子４の面２６、およびダイ１３の衝撃面５８に実質的に垂直である。上方区域３９内での半径方向の循環は、ヨーク５６内へ誘導なしで、すなわち空気を介して成されることがある。
【００３４】
磁気ヨーク５５は、磁化可能な材料、好ましくは金属製の磁気シートでできている。ガイドチューブ２７は磁化可能でない。ガイドチューブ２７に適切な材料には、ステンレス鋼、アルミニウム、またはプラスチックが含まれる。ガイドチューブ２７のシール３０は、好ましくは磁化可能でない材料でできている。
【００３５】
打撃子４は、好ましくは、その各位置で両方の磁気コイル４６、４７と重なる。具体的には、打撃子４は、ダイ１３または少なくとも環状磁石４２に当てられたときに、後面２６が上方コイル４６内に延在するように構成されている。後面２６は、少なくとも環状磁石４２の軸方向中心を越えて突出する。空気圧チャンバ３４の通気開口部３６は、環状磁石４２に面する上方磁気コイル４６の一端の軸方向高さに配置される。環状磁石４２に対する間隔３５は、好ましくは１ｃｍ未満である。
【００３６】
打撃機構２の制御装置１２は、電源５１を制御する。電源５１は、その出力電流４８を、制御信号５９を介して制御装置１２によって予め決定された設定点６０に設定する。電源５１は、好ましくは制御回路６１を含み、電流出力４８を設定点６０で安定させる。タップが、実際の電力６２を測定する。実際の電流４８および設定点６０から、差動増幅器６３が制御変数６４を生成し、この制御変数６４が、電力出力を制御するために電源５１に供給される。電源５１は、例えばネットワーク接続またはバッテリパックなどの電源装置６５によって電力供給される。
【００３７】
制御装置１２は、設定点６０を切り替え、間接的に、打撃子４の往復運動中の電流４８を切り替える。図３（ｂ）は、時間１９にわたるそれぞれのスイッチングパターンの一例を示す。スイッチングパターンは、本質的に３つの異なる段階に分けられる。サイクルは、活動復帰段階６６で始まる。活動復帰段階６６において、打撃子４は、衝撃位置から、衝撃方向５とは反対方向に加速される。活動復帰段階６６は、空気ばね２３が所定の位置エネルギーに達したときに終了する。静止段階６７が、活動復帰段階６６にすぐに続き、静止段階６７は、打撃子４が上方変向点１５に到達したときに終了する。打撃子４が上方変向点１５を通過するとき、または通過した後、加速段階６８が始まる。加速段階６８において、打撃子４は、衝撃方向５へ、好ましくは打撃子４がダイ１３を打撃するまで連続的に加速される。所望の衝突の頻度に応じて、休止期間６９が加速段階６８に続き、その後、次の活動復帰段階６６が始まる。
【００３８】
制御装置１２は、活動復帰段階６６で、新たな衝突を開始する。制御装置１２は、制御された電流源５１に、設定点６０として初期値７０を与える。第１の値７０の符号は、上方磁気コイル４６の磁場４９がガイドチューブ２７の上方区域３９内の永久磁場３７と強め合うように重畳されるように、磁気コイル４７内で電流４８が循環することを定める。上方区域３９において、打撃子４は、ここでは衝撃方向５とは反対方向に、空気ばね２３の力に反して加速される。
【００３９】
打撃子４の運動エネルギーは連続的に増加している。後方への移動により、同時に空気ばね２３が圧縮され、空気ばね２３に溜まった位置エネルギーは、この作業の実施により増加する。
【００４０】
電流４８は、好ましくは両方の磁気コイル４６、４７を通過する。好ましくは、磁場３７、３８は、下方区域４１内で弱め合うように重畳される。第１の値７０の大きさは、下方磁気コイル４７によって生成される磁場５０が、永久磁石４３の永久磁場３７を、弱め合って補償するように選択することができる。下方区域４１では、磁場強度は、好ましくは、ゼロまたは上方区域３９内の磁場強度の１０％未満まで低下される。電流源５１および磁気コイル４６、４７は、第１の値７０の電流強度を有する電流４８に関して適合される。第１の値７０は、活動復帰段階６６において一定に保つことができる。
【００４１】
制御装置１２は、上方変向点１５における空気ばね２３の位置エネルギーの予想に基づいて、活動復帰段階６６の終了をトリガする。主アクチュエータ２２は、例えば、主アクチュエータ２２によるさらなるサポートなしで位置エネルギーが目標値に達するときに、作動停止される。ここで、主アクチュエータ２２を停止する時点７１で、位置エネルギーは、既に目標値の一部に達しており、上方変向点１５までの打撃子４の現行運動エネルギーが、それまでに失われた目標値の一部に変換されることが考えられる。変換損失は、制御装置１２に記憶されているテーブル７２によって考慮に入れることができる。目標値は、打撃子４の衝撃エネルギーの２５％〜４０％の範囲内、例えば少なくとも３０％、例えば最大で３７％である。
【００４２】
予想デバイス７３は、打撃機構２の動作条件を継続的に比較する。例示的な予想は、圧力測定に基づく。予想デバイス７３は、圧力センサ７４からの信号にアクセスする。測定された圧力が、しきい値と比較される。圧力がしきい値を超える場合、予想デバイス７３は、制御信号５９を制御装置１２に出力する。制御信号５９は、主アクチュエータ２２の即時停止のために、位置エネルギーが目標値に達していることを合図する。制御装置１２は、活動復帰段階６６を終了する。
【００４３】
予想デバイス７３は、好ましくは、記憶されているルックアップテーブル７２からしきい値をロードする。ルックアップテーブル７２は、ただ１つのしきい値を含むことができる。しかし、好ましくは、異なる動作条件に関して複数の所定のしきい値が記憶される。例えば、空気圧チャンバ３４内の異なる温度に関するしきい値を記憶することができる。また、予想デバイス７３は、圧力センサ７４からの信号に加えて、温度センサ７５からの信号も受信する。例えば後者の信号に応じて、しきい値が選択される。
【００４４】
さらに、予想デバイス７３は、圧力の変化から打撃子４の速度を推定することができる。ルックアップテーブル７２は、現行圧力に関する異なるしきい値に関して、異なる速度を含むことができる。より高速の打撃子４は、空気ばね２３をより強く圧縮する傾向があるので、より高い速度に関するしきい値は、より遅い速度に関するしきい値よりも小さい。速度または圧力変化に応じたしきい値の選択は、目標値の再現性を改良することができる。
【００４５】
活動復帰段階６６の終了は、静止段階６７の開始でもある。制御装置１２は、電流４８に関する設定点６０をゼロに設定する。切替可能な磁場３８がオフ状態に切り替えられ、主アクチュエータ２２が作動停止する。永久磁場３７が打撃子４に作用する。しかし、永久磁場３７は、実質的に移動軸３に沿って延びる一定の磁場強度を有するので、これは、打撃子４に対して力をほとんどまたは全く及ぼさない。
【００４６】
静止段階６７では、電流４８をゼロに低下させるのではなく、設定点６０に対して負の値に設定することができる。このようにすると、打撃子４の残留磁場が減少する。電流４８の大きさは小さく、例えば、設定点６０の大きさに比べて１０％未満であり、それにより後方への移動に干渉しない。
【００４７】
静止段階６７において、打撃子４は、空気ばね２３によって、静止するまで速度低下する。空気ばね２３の位置エネルギーは、打撃子４が停止する、すなわち上方変向点１５に到達する前に、打撃子４のいくらかの運動エネルギーによってさらに増加する。
【００４８】
試験された打撃機構の構造では、活動復帰段階６６および静止段階６７のシーケンスは、特に、活動復帰段階６６の終了時に電流４８をオフに切り替えてゼロにすることで、高いエネルギー効率になることが示されている。主アクチュエータ２２の効率は、上方変向点１５からの打撃子４の距離が減少すると共に減少する。主アクチュエータ２２が効率的に作用する限り、打撃子４は高速に加速される。ここで、予想によって、主アクチュエータ２２なしで打撃子４が所望の上方変向点１５に到達していることが示される場合、効率的に作用しなくなっている主アクチュエータ２２は、停止する。代替形態では、電流４８は、連続的または段階的にゼロに減少する。その場合、効率を犠牲にして、上方変向点１５に到達するための打撃子４の軌道の適応調節を行うことができる。また、代替形態では、好ましくは、上方変向点１５に到達する前に静止段階６７になる。
【００４９】
活動復帰段階６６の期間は、予想から導出される。期間は、動作形態に応じて、または衝突ごとに変化することがある。例えば、衝突前にダイ１３がその定位置１６に到達しない場合には、打撃子４は、次の衝突のために、より長い経路を進まなければならない。活動復帰段階６６が固定期間である場合には、打撃子４が吸収する運動エネルギーは、空気ばね２３の力に反して所望の上方変向点１５に到達するのに十分でない。
【００５０】
制御装置１２は、上方変向点１５への到達に基づいて、静止段階６７の終了をトリガする。静止段階６７の終了により、加速段階６８が始まる。制御装置１２は、打撃子４の反転運動に基づいて、加速段階６８の開始をトリガする。位置または運動センサが、打撃子４の運動の反転を直接検出することができる。好ましくは、運動の反転の認識は、空気圧チャンバ３４内の圧力の変化に間接的に基づく。
【００５１】
圧力センサ７４Ａが、空気圧チャンバ３４に結合される。圧力センサ７４Ａは、例えばピエゾ抵抗圧力センサ７４Ａである。圧力センサ７４Ａは、空気圧チャンバ３４内に位置させることができ、または空気導管を介して空気圧チャンバ３４に結合させることができる。圧力センサ７４Ａは、好ましくは、シール３０に、またはシール３０内に配置される。分析デバイス７６が、圧力センサ７４Ａに割り当てられる。分析デバイス７６は、空気圧チャンバ３４内の圧力の変化を監視する。圧力の変化が負の値を取った後、すなわち圧力が低下した後、分析デバイス７６は、打撃子４が上方変向点１５に到達していることを示す制御信号７７を制御装置１２に送信する。
【００５２】
プロセスによる圧力変化の分析は、上方変向点１５に到達したこと、または上方変向点１５を通過したことが検出されるまでに、わずかな遅延を生じる。絶対圧力を検出して、しきい値と比較することができる。圧力がしきい値に達すると、制御信号７７の出力がトリガされる。空気圧チャンバ３４内の圧力は、上方変向点１５において測定し、しきい値として分析デバイス７６のテーブルに記憶することができる。しきい値は、様々な動作条件、特に空気圧チャンバ３４内の温度の関数として記憶されることができる。分析デバイス７６は、例えば温度センサに問い合わせることによって、現在の動作条件を決定し、対応するしきい値をテーブルから読み取る。２つの方法を冗長的に組み合わせ、互いに分離して、制御信号７７を出力することができる。
【００５３】
制御装置１２は、制御信号７７が受信されたときに加速段階６８を開始する。制御装置１２は、電流４８に関する目標値６０を第２の値７８に設定する。第２の値７８の符号は、下方磁気コイル４７の下方磁場５０が、ガイドチューブ２７内で永久磁場３７と強め合うように重畳されるように選択される。これは、ガイドチューブ２７の下方区域４１内で高い磁場強度をもたらす。電流４８は、加速段階６８において、下方磁気コイル４７に、好ましくは上方磁気コイル４６にも供給される。上方区域３９内の永久磁場３７は、好ましくは、ガイドチューブ２７内で、上方磁気コイル４６の磁場３８によって減衰されるか、または完全に弱め合うように等化される。打撃子４は、下方区域４１において、より強い磁場内に引き込まれる。打撃子４は、加速段階６８において、衝撃方向５に連続的な加速を受ける。衝撃点１４まで達する運動エネルギーは、打撃子４の衝撃エネルギーとほぼ同じである。
【００５４】
上方変向点１５に到達したかどうかの代替的または追加的な判断は、打撃子４の移動による上方磁気コイル４６の誘導電圧の変化に基づく。打撃子４は、上方変向点１５に到達する前に、上方ヨーク環状５６と重なることがある。磁場４９は、空気ギャップなしでほぼ閉じられている上方領域３９内では、打撃子４を越えて、上方ヨーク環状５６内に流れる。磁場５０は、下方領域４１内では、大きな空気ギャップを通って、下方ヨーク環状５７に流れる。変向点１５への打撃子４の移動中、下方領域４１内の空気ギャップはさらに増加され、それに比例して、上方領域内で磁束が増加される。打撃子４が変向点１５で反転した後、上方領域３９内の磁束の割合が減少される。磁束の変化は、上方磁気コイル４６内で電圧を誘導する。変向点１５の特徴は、誘導電圧の符号の変化である。電流源５１は、好ましくは、静止段階６７を維持するために、変向点１５に到達する前に電流４８をゼロに制御する。制御ループは、制御値６４を継続的に調節して、誘導電圧からの電流４８をゼロに保つ。誘導電圧の符号が変化した場合、制御ループ６２は、かなり大きい制御変数６４で応答する。したがって、例えば、しきい値を超える制御変数６４によって、制御信号７７をトリガすることができる。
【００５５】
第２の値７８の量は、好ましくは、上方磁場４９が永久磁場３７を、弱め合って正確に補償する、または磁場強度の少なくとも１０％まで永久磁場３７を低下させるように調節される。磁気コイル４６、４７における電流４８は、加速段階６８の開始時に設定点６０まで上昇する。スイッチングエッジは、例えば時定数のみによって指定され、これは、コイル４６、４７のインダクタンスと、打撃子の反応とによる。制御装置１２は、好ましくは、加速段階６８において設定点６０を第２の値７８に継続的に保つ。
【００５６】
空気ばね２３は、衝撃方向５における打撃子４の加速をサポートする。この場合、空気ばね２３に溜まった位置エネルギーの大部分が、打撃子４によって運動エネルギーに変換される。衝撃点１４で、空気ばね２３は、好ましくは完全に弛緩される。衝撃点１４の近くで、通気開口部３６は、打撃子４によって解放される。通気開口部３６は、打撃子４に対するその効果を完全にゼロに減少することなく、空気ばね２３の弛緩をもたらす。この時点までに、空気ばね２３は、その位置エネルギーの９０％をはるかに超えた量を既に打撃子４に伝達している。
【００５７】
制御装置１２は、下方磁気コイル４７における電流４８および電流源５１からの入力電流４８の増加７９に基づいて、加速段階６８の終了をトリガする。打撃子４が移動すると共に、下方磁気コイル４７からの電磁誘導により電圧降下が生じ、それに対して、電流源５１が電流４８を供給する。打撃子４が衝突して停止すると、衝突後に電圧降下は消える。調整された電流源５１が電流４８を設定点６０に再調整されるまで、電流４８は、短時間増加される。
【００５８】
電流センサ８０は、下方磁気コイル４７において回転する電流４８を検出することができる。関連の弁別器８１が、測定された電流４８をしきい値と比較し、しきい値を超えた場合、最終信号８２が出力される。最終信号８２は、打撃子４がダイ１３を打撃したことを制御装置１２に示す。しきい値は、例えば、第２の値７８、すなわち加速段階６８に関する設定点６０に応じて選択される。しきい値は、第２の値７８よりも５％〜１０％大きくすることができる。絶対電流４８の検出の代替または追加として、電流センサ８０によって電流４８の変化率を検出し、弁別器８１によって変化率に関するしきい値と比較することができる。
【００５９】
制御ループ６１を有する電流源５１は、電気回路８３における電流４８の増加７９に対して作用する。ここで、制御変数６４が変化する。電流４８の変化の代わりに、またはそれに加えて、制御変数６４を監視することもできる。制御変数６４の絶対値または好ましくは変化率は、出力された最終信号８２に応答して、しきい値と比較することができる。
【００６０】
最終信号８２を受信すると、制御装置１２は、加速段階６８を終了させる。設定点６０はゼロに設定される。したがって、電流源５１の電流出力は下がって、電流４８はゼロになる。打撃子４は、衝撃方向５でさらには加速されない。
【００６１】
制御装置１２は、加速段階６８の直後、または休止期間後に、次の活動復帰段階６６を開始することができる。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【外国語明細書】
2014012330000001.pdf