(57)【要約】      （修正有）【課題】磁気−空気圧式打撃機構の効率を向上させる。【解決手段】工作機械１は、移動軸３に沿って移動可能なチゼル加工工具７を取り付けるように備え付けられる工具ホルダ６を有する。磁気−空気圧式打撃機構２は主駆動部２２を含み、主駆動部２２は、移動軸３の周囲に、衝撃方向５に順に配置された第１磁気コイル４６および第２磁気コイル４７を有する。打撃機構２は、磁気コイル４６、４７内に移動軸３上に衝撃方向５へ順に打撃子４およびアンビル１３を有する。さらに、打撃機構２は、打撃子４に衝撃方向５へ作用する空気ばね２３を有する。関連する本発明の制御方法では、能動的後退段階において、打撃子４は、打撃子４の運動エネルギーが、打撃子４の衝撃エネルギーに応じて選択された空気ばね２３の圧縮を達成するのに十分となるまで、主駆動部２２によって衝撃方向５とは反対に加速されるものとされる。【選択図】図１
2014012331.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
移動軸（３）に沿って移動可能なチゼル加工工具（７）を取り付けるように備え付けられる工具ホルダ（６）と、
前記移動軸（３）の周囲に、衝撃方向（５）に順に配置された、第１磁気コイル（４６）、永久かつ半径方向に磁化された環状磁石（４２）、および第２磁気コイル（４７）を含む主駆動部（２２）を有し、前記磁気コイル（４６、４７）内の前記衝撃方向（５）に、前記移動軸（３）上に順に打撃子（４）およびアンビル（１３）を有し、前記打撃子（４）に前記衝撃方向（５）に作用する空気ばね（２３）を有する磁気−空気圧式打撃機構（２）と、
を備える工作機械用の制御方法であって、
能動的後退段階（６６）で、前記打撃子（４）の運動エネルギーが、前記打撃子（４）の衝撃エネルギーに応じて選択された前記空気ばね（２３）の圧縮を達成するのに十分となるまで、前記主駆動部（２２）によって前記打撃子（４）を前記衝撃方向（５）と反対の方向に加速する制御方法。
【請求項２】
請求項１に記載の制御方法において、前記能動的後退段階（６６）の後、前記主駆動部（２２）の動作が停止されている停止段階（６７）が、前記空気ばね（２３）の選択された前記圧縮を達成するまで続くことを特徴とする方法。
【請求項３】
請求項２に記載の制御方法において、前記停止段階（６７）の持続時間が、前記能動的後退段階（６６）の持続時間の少なくとも１０％であることを特徴とする方法。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか一項に記載の制御方法において、前記選択された圧縮時の前記空気ばね（２３）の位置エネルギーが、前記打撃子（４）の前記衝撃エネルギーの２５％〜４０％に対応することを特徴とする方法。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか一項に記載の制御方法において、前記能動的後退段階（６６）の間、予測手段（７３）が、前記主駆動部（２２）からの補助なしで達成可能な前記空気ばね（２３）の圧縮を常に推定することを特徴とする方法。
【請求項６】
請求項５に記載の制御方法において、前記予測手段（７３）が、前記空気ばね（２３）の現圧力の測定値に基づいて前記空気ばね（２３）の前記達成可能な圧縮を決定することを特徴とする方法。
【請求項７】
請求項５または６に記載の制御方法において、前記予測手段（７３）が、前記打撃子（４）の現速度の測定値に基づいて前記空気ばね（２３）の前記達成可能な圧縮を決定することを特徴とする方法。
【請求項８】
請求項７に記載の制御方法において、前記予測手段（７３）が、前記空気ばね（２３）内の現圧力の測定値の勾配に基づいて、前記打撃子（４）の現速度の測定値を決定することを特徴とする方法。
【請求項９】
請求項６〜８のいずれか一項に記載の制御方法において、前記予測手段（７３）が、参照テーブル（７２）からの前記現圧力の測定値および／または前記速度の測定値に基づいて、達成可能な圧縮を特定することを特徴とする方法。
【請求項１０】
衝撃方向（５）に沿って、前記第１磁気コイル（４６）と前記第２磁気コイル（４７）との間に永久かつ半径方向に磁化された環状磁石（４２）を有する、請求項１〜９のいずれか一項に記載の前記工作機械（１）用の制御方法において、前記能動的後退段階（６６）の間に、前記第１磁気コイル（４６）によって前記第１磁気コイル（４６）内で発生する第１磁場（４９）が、前記環状磁石（４２）の磁場（３７）を強めるように重畳され、前記第２磁気コイル（４７）によって前記第２磁気コイル（４７）内で発生する第２磁場（５０）が、前記環状磁石（４２）の前記磁場（３７）を弱めるように重畳され、前記停止段階（６７）の間、前記第１磁気コイル（４６）および前記第２磁気コイル（４７）が磁場を発生させないことを特徴とする方法。
【請求項１１】
請求項１０に記載の制御方法において、前記能動的後退段階（６６）の間、電源（５１）が、前記第１磁気コイル（４６）および前記第２磁気コイル（４７）内に同じ周方向に電流（４８）を供給し、前記停止段階（６７）の間、前記電源（５１）が、前記磁気コイル（４６、４７）内に電流（４８）を供給しないことを特徴とする方法。
【請求項１２】
請求項１〜１１のいずれか一項に記載の制御方法において、評価装置（７６）が、前記停止段階（６７）の間、前記空気ばね（２３）における圧力の変化を検出し、圧力が低下すると、加速段階（６８）の開始をトリガし、前記主駆動部（２２）が、前記加速段階（６８）の間、前記打撃子（４）を前記衝撃方向（５）に加速することを特徴とする方法。
【請求項１３】
請求項１２に記載の制御方法において、前記第１磁気コイル（４６）によって前記第１磁気コイル（４６）内で発生する第１磁場（４９）が、前記加速段階（６８）の間、前記環状磁石（４２）の前記磁場（３７）を弱めるように重畳され、前記第２磁気コイル（４７）によって前記第２磁気コイル（４７）内で発生する第２磁場（５０）が、前記加速段階（６８）間、前記環状磁石（４２）の前記磁場（３７）と強め合うように重畳されることを特徴とする方法。
【請求項１４】
移動軸（３）に沿って移動可能なチゼル加工工具（７）を取り付けるように備え付けられる工具ホルダ（６）と、
前記移動軸（３）の周囲に、衝撃方向（５）に順に配置された、第１磁気コイル（４６）、永久かつ半径方向に磁化された環状磁石（４２）および第２磁気コイル（４７）を含む主駆動部（２２）を有し、前記磁気コイル（４６、４７）内に、前記移動軸（３）上に前記衝撃方向（５）へ順に空気ばね（２３）、打撃子（４）、およびアンビル（１３）を有する磁気−空気圧式打撃機構（２）と、
を有する工作機械（１）であって、
コントローラ（１２）が、請求項１〜１３のいずれか一項に記載の方法を実施する、工作機械（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できる工作機械に関する。
【背景技術】
【０００２】
打撃子が、磁気コイルによって直接加速され、工具を打撃する。この種の工作機械は、たとえば特許文献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】
工作機械は、移動軸に沿って移動可能にチゼル加工工具を取り付けるように備え付けられる工具ホルダを有する。磁気−空気圧式打撃機構は主駆動部を含み、主駆動部は、移動軸の周囲に、衝撃方向へ順に配置された第１磁気コイルおよび第２磁気コイルを有する。打撃機構は、磁気コイル内における移動軸上に、衝撃方向へ順に、打撃子およびアンビルを有する。さらに、打撃機構は、打撃子に対して衝撃方向に作用する空気ばねを有する。関連する本発明の制御方法では、能動的後退段階において、打撃子は、打撃子の運動エネルギーが、打撃子の衝撃エネルギーに応じて選択された空気ばねの圧縮を達成するのに十分となるまで、主駆動部によって衝撃方向とは反対方向に加速されるものとされる。
【０００５】
本発明の方法によれば、主駆動部は、必要な圧縮が達成されるまで必ずしも作動する必要はない。打撃子は、主駆動部をオフに切り替えるかまたは主駆動部への電力供給を低減した後でさえも、打撃子の運動量により空気ばねをさらに大きく圧縮することができる。オフ状態にした時の打撃子の運動エネルギーは、たとえば、達成されるべき圧縮された空気ばねの位置エネルギーの少なくとも７０％の範囲内である。
【０００６】
一実施形態では、能動的後退段階の後、主駆動部の動作が停止されている停止段階が、空気ばねの選択された圧縮を達成するまで続くものとされる。主駆動部の動作停止は、打撃機構の効率を向上させるのに有利であることが分かっている。打撃子は、第１磁気コイルと徐々にかつ完全に重なり合うため、空気ばねの圧縮が増大すると、主駆動部の効率は低下する。停止段階の持続時間は、たとえば、能動的後退段階の持続時間の１０％未満である。
【０００７】
一実施形態では、選択された圧縮時の空気ばねの位置エネルギーは、打撃子の衝撃エネルギーの２５％〜４０％に対応するものとされる。試験された打撃機構の構造に関して、空気ばねの位置エネルギーが高いほど、驚くべきことに、衝撃エネルギーの低減に至るまで不利であることが分かった。第２磁気コイルがその高い誘導性により磁場を確立し得る前に、打撃子が、前記磁気コイル内にすでに略完全に突出している可能性が高い。そうすると、主駆動部は、打撃子をそれ以上大きく加速することはできない。
【０００８】
一実施形態では、能動的後退段階の間、予測手段が、主駆動部からの補助なしで達成可能な空気ばねの圧縮を常に推定するものとされる。予測手段は、空気ばねにおける現圧力の測定値に基づいて空気ばねの達成可能な圧力を決定することができる。さらに、予測手段は、打撃子の現速度の測定値に基づいて、空気ばねの達成可能な圧縮を決定することができる。予測手段は、空気ばねにおける現圧力の測定値の勾配に基づいて、打撃子の現速度の測定値を決定することができる。予測手段は、参照テーブルからの現圧力の測定値および／または速度の測定値に基づいて、達成可能な圧縮を特定することができる。
【０００９】
工作機械は、好ましくは、衝撃方向に沿って第１磁気コイルと第２磁気コイルとの間に、たとえば複数の永久磁石でできた、永久かつ半径方向に磁化された環状磁石を有する。本発明の制御方法により、確実に電流が磁気コイル内を流れる。それによって、能動的後退段階の間、第１磁気コイルによって第１磁気コイル内で第１磁場が発生し、それは、環状磁石の磁場と強め合うように重畳される。第２磁気コイルによって第２磁気コイル内で発生する第２磁場は、環状磁石の磁場と弱め合うように重畳される。
【００１０】
停止段階の間、第１磁気コイルおよび第２磁気コイルは、磁場を発生させない。第１磁気コイル内の領域と第２磁気コイル内の領域との間の磁場強度の勾配により、打撃子に対して磁気抵抗力が加えられる。
【００１１】
一実施形態では、能動的後退段階の間、電源は、第１磁気コイルおよび第２磁気コイル内に同じ周方向に電流を供給し、電源は、停止段階の間、磁気コイル内に電流を供給しないものとされる。
【００１２】
一実施形態では、評価装置が、停止段階の間、空気ばね内の圧力の変化を検出し、圧力が降下すると、加速段階の開始をトリガし、主駆動部が、加速段階中に衝撃方向に打撃子を加速するものとされる。
【００１３】
一実施形態では、第１磁気コイルによって第１磁気コイル内で発生する第１磁場が、加速段階の間、環状磁石の磁場と弱め合うように重畳され、第２磁気コイルによって第２磁気コイル内で発生する第２磁場は、加速段階の間、環状磁石の磁場と強め合うように重畳されるものとされる。
【００１４】
工作機械は、本発明の方法または実施形態を実施するコントローラを有する。
【００１５】
以下では、例示的な実施形態および図面によって本発明を説明する。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】電動チゼルを示す。
【図２】電動チゼルの打撃機構を示す。
【図３】打撃子およびアンビルの移動、ならびに制御チャートを示す。
【図４】平面ＩＶ−ＩＶにおける打撃機構の断面図を示す。
【図５】打撃機構の電気回路図を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
別段の指示がない限り、図面においては同じ参照符号を使用して同様のまたは機能的に同様の要素が示される。
【００１８】
図１は、チゼル加工工作機械工具の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に周期的衝撃または非周期的衝撃を発生させる。工具ホルダ６は、移動軸３上に、打撃機構２に隣接してチゼル工具７を保持する。チゼル工具７は、工具ホルダ６内を移動軸３に沿って移動可能に案内され、衝撃により駆動されて衝撃方向５に、たとえば地下に、貫入することができる。ロック機構８は、工具ホルダ６内のチゼル工具７の軸方向移動を制限する。ロック機構８は、たとえば枢動可能なブラケットであり、好ましくは、チゼル工具７を交換可能とするために補助なしに手動でロック解除可能である。
【００１９】
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を保持し、動作中にその電動チゼル１をガイドすることができる。システムスイッチ１１（これを用いて使用者は打撃機構２を始動させることができる）が、好ましくはハンドル１０に取り付けられる。システムスイッチ１１は、たとえば打撃機構２のコントローラ１２を起動させる。
【００２０】
図２は、磁気−空気圧式打撃機構２の長手方向断面図を示す。打撃機構２は、２つの移動構成要素、すなわち打撃子４およびアンビル１３のみを有する。打撃子４およびアンビル１３は共通の移動軸３上に位置し、アンビル１３は、打撃子４に従って衝撃方向５に移動する。打撃子４は、移動軸３上を衝撃点１４と上方反転点１５との間で前後に移動する。
【００２１】
打撃子４は、衝撃点１４においてアンビル１３に対して衝撃を与える。軸に沿った衝撃点１４の位置は、アンビル１３によって予め設定される。アンビル１３は、好ましくは、その定位置１６で停止し、好ましくは、各衝撃の後に、打撃子４が次にアンビル１３に衝撃を与える前に、前記定位置１６に戻る。以下の説明に関しては、この好ましい動作を仮定する。しかしながら、従来の空気圧式打撃機構２とは反対に、磁気−空気圧式打撃機構２は、アンビル１３の実際の位置に関して許容差が大きい。前記アンビルを、衝撃によって、衝撃方向５に定位置１６から離すことさえ可能である。したがって、定位置１６は、衝撃方向５に沿った、打撃子４がアンビル１３に対して衝撃を与えることができる最早期の位置を示す。
【００２２】
打撃子４からアンビル１３までの距離１７は、上方反転点１５において最大である。したがって、打撃子４が及ぶ距離は、以下、ストローク１８として示される。図３の上図は、時間１９にわたる３回の後続する衝撃中の打撃子４およびアンビル１３の移動を概略的に示す。
【００２３】
打撃子４は、通常、その停止位置でアンビル１３と接触する。衝撃によって、打撃子４は、衝撃方向５とは反対方向に戻り、上方反転点１５に達した後、衝撃方向５に加速される。打撃子４は、衝撃方向５への移動の最後に、衝撃点１４でアンビル１３に衝突する。アンビル１３は、打撃子４から運動エネルギーの半分をはるかに超えるエネルギーを受け、衝撃方向５に向ける。アンビル１３は、自身の正面で自身に近接するチゼル工具７を、衝撃方向５に地下へ押し込む。使用者は、衝撃方向５に、地下に対して打撃機構２を押圧し、それにより、アンビル１３は、好ましくはチゼル工具７によって間接的に、その定位置１６内に押し戻される。定位置において、アンビル１３は、ハウジングに衝撃方向５に固定されたブロック２０と接触する。ブロック２０は、たとえば減衰要素を含み得る。例示的なアンビル１３は、ブロック２０と接触することができる半径方向に突出したフランク２１を有する。
【００２４】
打撃子４は、磁気主駆動部２２によって非接触に駆動される。主駆動部２２は、衝撃方向５とは反対方向に打撃子４を持ち上げる。以下で説明するように、主駆動部２２は、好ましくは、打撃子４を上方反転点１５まで持上げている間にのみ、一時的に作動する。
【００２５】
上方反転点１５を越えると、主駆動部２２は、衝撃点１４に達するように打撃子４を加速する。主駆動部２２は、上方反転点１５を越えるのとおよそ同時に起動させることができる。主駆動部２２は、好ましくは衝撃まで作動し続ける。空気ばね２３は、打撃子４が上方反転点から衝撃点の直前まで衝撃方向５に移動する間、主駆動部２２を補助する。空気ばね２３は、衝撃体４の上流において衝撃方向５に、移動軸３に取り付けられており、衝撃体４に作用する。
【００２６】
打撃子４は、主に円柱状基礎本体を備えており、その側面２４は、移動軸３に対して平行である。前端面２５は、衝撃方向５を向いている。前端面２５は平滑であり、打撃子４の断面全体を覆う。後端面２６は好ましくは同様に平滑である。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に対して同軸状であり、円柱状内壁２８を有する。打撃子４の側面２４は内壁２８に接触している。打撃子４は、確実に、ガイドチューブ２７内の移動軸３上で駆動される。打撃子４の断面およびガイドチューブ２７の中空断面は、密に嵌り合って隙間が狭くなるまで互いに適合される。打撃子４は、ガイドチューブ２７の浮動シールを即座に閉鎖する。ゴムでできているシールリング２９により、側面２４内に導入される製造公差が一様となる。
【００２７】
ガイドチューブ２７は、その前端において衝撃方向５を閉鎖される。例示的な実施形態において、ガイドチューブ２７内に閉鎖体３０が挿入され、その断面は、ガイドチューブ２７の中空断面に対応する。内部に面する閉鎖面３１は、好ましくは平滑であり、移動軸３に対して垂直である。閉鎖体３０は、定位置１６で停止しているアンビル１３に対して一定距離３２で取り付けられる。定位置１６において、閉鎖体３０とアンビル１３との間の中空室は、打撃子４に対するガイドチューブ２７の有効領域であり、打撃子４はその中で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より短い距離３２である。
【００２８】
一方の側が閉鎖されているガイドチューブ２７および打撃子４は、空気圧室３４を閉鎖する。空気圧室３４の容積は、閉鎖面３１と打撃子の後端面２６との間の距離３５に比例する。打撃子４が移動軸３に沿って移動可能であるため、容積は可変である。空気ばね２３の機能は、空気圧室３４内の移動によって圧縮されるかまたは減圧される空気から生じる。空気圧室３４は、衝撃点１４において、すなわち打撃子４がアンビル１３に衝撃を与える時に最大容積を占める。したがって、空気圧室３４内の圧力は最低となり、有利には周囲圧力と同じである。空気ばね２３の位置エネルギーは、定義上、衝撃点１４においてゼロに等しい。空気圧室３４は、打撃子４の上方反転点１５において最低容積に達し、圧力は、およそ１６バールまで増大し得る。打撃子４のストロークは、上方反転点１５における空気圧室３４の容積および圧力を目標値に設定するために、制御方法によって制限される。空気ばね２３の位置エネルギーは、外部の影響とは無関係に、上方反転点１５における値の狭い範囲内になければならない。特に、これらの手段により、アンビル１３の位置が打撃子４の上方反転点１５までの移動時間に大きく影響を与えるとしても、打撃機構２は、衝撃中はアンビル１３の位置に関してロバストとなる。
【００２９】
空気ばね２３内の空気の量の損失を補償するために、空気ばね２３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によって空気ばね２３の圧縮中に閉鎖される。好ましくは、打撃子４は、空気ばね２３内の圧力と周囲圧力との差異が周囲圧力の５０％未満である場合、衝撃点１４の直前に通気開口部３６を開放する。例示的な実施形態において、打撃子４は、衝撃位置からそのストローク１８の５％を超えて移動するときに、１つの通気開口部３６を通過する。
【００３０】
主駆動部２２は、打撃子４に影響を与える磁気抵抗力に基づく。打撃子４の基礎本体は、軟磁性鋼でできている。永久磁石とは対照的に、打撃子４は、４，０００Ａ／ｍ未満、好ましくは２，５００Ａ／ｍ未満という低い保磁力を特徴とする。この磁場強度の低い外部磁場により、すでに、打撃子４の分極の極性を反転させることができる。外部から印加される磁場により、磁化可能な打撃子４は、その極性とは無関係に最高磁場強度の領域に引き込まれる。
【００３１】
主駆動部２２は、移動軸３に沿って中空室を有しており、中空室内にガイドチューブ２７が挿入される。主駆動部２２は、中空室内かつガイドチューブ内で、永久磁場３７および２部切替可能な磁場３８を発生させる。磁場３７、３８は、中空室およびガイドチューブ２７の有効領域を、移動軸３に沿って、上方部分３９、中間部分４０および下方部分４１に分割する。磁場３７、３８の磁力線は、上方部分３９、および下方部分４１では移動軸３に対して実質的に平行であり、中間部分４０では移動軸３に対して実質的に横切る方向に伸びる。磁場３７、３８は、その磁力線の衝撃方向５に対して平行または反平行で、向きが異なる。例として部分的に示す永久磁場３７の磁力線（一点鎖線）は、ガイドチューブ２７の上方部分３９では衝撃方向５に対して実質的に反平行に、ガイドチューブ２７の下方部分４１では衝撃方向５に対して実質的に平行に伸びる。下方部分４１における永久磁場３７磁力線の移動方向と上方部分３９における移動方向とが異なることは、打撃機構２の機能にとって必須である。切替可能な磁場３８の磁力線は、１つの局面（破線として示す）の間、ガイドチューブ２７の上方部分３９および下方部分４１内で実質的に衝撃方向５に、別の局面（図示せず）の間、両部分３９、４１内で衝撃方向５に対して実質的に反平行に伸びる。したがって、永久磁場３７および切替可能な磁場３８は、２つの部分のうちの一方３９において弱め合うように、かつ前記部分のうちの他方４１において強め合うように重畳される。磁場３７、３８が強め合うように重畳されるのがいずれの部分３９であるかは、コントローラ１２の電流切替サイクルによって決まる。打撃子４は、強め合う重畳によって部分３９、４１内にそれぞれ引き込まれる。切替可能な磁場３８の極性の交互の変化により、打撃子４の往復移動が駆動される。
【００３２】
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によって発生する。図４は、環状磁石４２を、平面ＩＶ−ＩＶに沿った切取図で示す。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、半径方向に配向される。その磁場軸４４、すなわちそのＳ極からＮ極までの磁場軸４４は、移動軸３に対して垂直である。永久磁石４３は、すべて同一に配向されており、図示する例では、Ｎ極Ｎは移動軸３に向かう方向を指し、Ｓ極Ｓは移動軸３から離れる方向を指す。空隙または非磁性材料４５、たとえばプラスチックが、永久磁石４３の間の周方向にあり得る。環状磁石４２は、閉鎖面３１とアンビル１３との間の移動軸３に沿って配置される。環状磁石４２は、好ましくは、非対称に、特にアンビル１３よりも閉鎖面３１に近接して配置される。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の上流である上方部分３９と、衝撃方向５において環状磁石４２の下流である下方部分４１とに分割する。磁力線は、下方部分４１の磁力線に対して、上方部分３９では実質的に反対方向に伸びる。永久磁石４３は、好ましくは、ネオジウムでできた合金を含む。永久磁石４３の極における磁場強度は、好ましくは１テスラを超え、たとえば最大２テスラである。
【００３３】
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を使用して発生する。上方磁場コイル４６は、衝撃方向５において環状磁石４２の上方に、好ましくは環状磁石４２に直接接触して配置される。上方磁気コイル４６は、ガイドチューブ２７の上方部分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の下流に、好ましくは環状磁石４２と接触して配置され、下方部分４１を取り囲む。２つの磁気コイル３９、４６には、電流４８が、移動軸３を中心に同じ循環方向に流れる。上方磁気コイル４６によって発生する上方磁場４９および磁気コイル４７によって発生する下方磁場５０は、移動軸３に対して実質的に平行であり、ともに、移動軸３に沿って同じ方向に配向されており、すなわち、両磁場４９、５０の磁力線は、衝撃方向５にまたは衝撃方向５とは反対の方向にガイドチューブ２７の内側で延びる。電流４８は、制御可能な電源５１によって磁気コイル４６、４７内に供給される。好ましくは、２つの磁気コイル４６、４７および電源５１は直列に接続される（図５）。
【００３４】
長さ５２、すなわち下方磁気コイル４７の移動軸３に沿った測定値は、好ましくは上方磁気コイル４６の長さ５３より大きく、長さの比は１．７５：１〜２．２５：１の範囲にある。上方磁場４９の磁場強度に対するおよび／または下方磁場５０の磁場強度に対する磁気コイル４６、４７のそれぞれの絶対値は、好ましくはガイドチューブ２７内で同一である。下方磁気コイル４７の巻数に対する上方磁気コイル４６の巻数の比は、長さの比に対応し得る。半径方向寸法５４および電流面密度は、好ましくは２つの磁気コイル４６、４７に対して（打撃機構の他の構成要素がなければ）同一である。
【００３５】
磁気ヨーク５５により、ガイドチューブ２７の外側に磁場３７、３８を誘導することができる。ヨーク５５は、たとえば、中空円柱、または移動軸３に沿って伸びる複数のリブでできたケージを有し、２つの磁気コイル４６、４７と永久磁石４３でできた環状磁石４２とを取り囲む。ヨーク５５の環状上端５６は、衝撃方向５とは反対の方向で上方磁気コイル４６を覆う。環状下端５７は、ガイドチューブ２７におけるアンビル１３の高さに隣接する。下端５７は、衝撃方向５において下方磁気コイル４７を覆う。磁場３７、３８は、上方部分３９および下方部分４１において移動軸３に対して平行にまたは反平行に誘導される。ヨーク５５、特に環状端部５６、５７の磁場３７、３８、は、半径方向に供給される。実質的にアンビル１３内において、下方部分４１で半径方向フィードバックが発生する。したがって、磁力線は、好ましくは、打撃子４の端面２６およびアンビル１３の衝撃面５８に対して実質的に垂直である。上方部分３９における半径方向フィードバックは、誘導されずに、すなわちヨーク５６内の空気の上方で発生し得る。
【００３６】
磁気ヨーク５５は、磁化可能材料、好ましくは磁性鋼シートでできている。ガイドチューブ２７は、磁化可能ではない。ガイドチューブ２７に好適な材料としては、クロム鋼、別の方法としてアルミニウムまたはプラスチックが挙げられる。ガイドチューブ２７の閉鎖体３０は、好ましくは非磁化可能材料でできている。
【００３７】
打撃子４は、好ましくは、その各位置において両磁気コイル４６、４７と重なり合う。特に、後端面２６は、打撃子４がアンビル１３と接触する時、上方磁気コイル４６内に、または少なくとも環状磁石４２内まで突出する。後端面２６は、少なくとも環状磁石４２の軸方向中間の上方に突出する。空気圧室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の端部のうちの１つの軸方向高さに配置される。環状磁石４２までの距離３５は、好ましくは１ｃｍ未満である。
【００３８】
打撃機構２のコントローラ１２は、電源５１を制御する。電源５１は、電源５１から出力される電流４８を、コントローラ１２によって制御信号５９により予め設定された目標値６０に設定する。電源５１は、好ましくは、出力電流４８を目標値６０に安定化する制御回路６１を含む。タップが実際の電流４８を測定する。差動増幅器６３は、実際の電流４８および目標値６０から制御変量６４を導出し、その制御変量は電流供給を制御するために電源５１に供給される。電源５１には、電源装置６５、たとえば電源接続またはバッテリパックによって電力が供給される。
【００３９】
コントローラ１２は、打撃子４の往復移動中に目標値６０および間接的に電流４８を切り替える。図３の下図は、時間１９にわたる繰返しの切替パターンの例を示す。切替パターンは、本質的に３つの異なる段階に分割される。サイクルは、能動的後退段階６６で開始する。能動的後退段階６６の間、打撃子４は、衝撃位置から開始して衝撃方向５とは反対方向に加速される。能動的後退段階６６は、空気ばね２３が所定の位置エネルギーに達した時に終了する。能動的後退段階６６の直後に停止段階６７が続き、停止段階は、打撃子４が上方反転点１５に達した時に終了する。打撃子４が上方反転点１５を越えた時または越えた後、加速段階６８が開始する。加速段階６８の間、打撃子４は、好ましくは打撃子４がアンビル１３に衝撃を与えるまで連続的に、衝撃方向５に加速される。必要な衝撃周波数に応じ、次の能動的後退段階６６が開始する前に、中断６９が加速段階６８に続き得る。
【００４０】
コントローラ１２は、能動的後退段階６６で新たな衝撃を開始する。コントローラ１２は、制御された電源５１に目標値６０として第１値７０を指定する。第１値７０のプラス／マイナス符号により、上方磁気コイル４６の磁場４９がガイドチューブ２７の上方部分３９において永久磁場３７を強めるように重畳するように、電流４８を磁気コイル４７内で循環することが決定される。打撃子４は、この時、衝撃方向５と反対方向にかつ空気ばね２３の力とは反対に、上方部分３９内へ加速される。打撃子４の運動エネルギーは連続的に増大する。反転された移動により、空気ばね２３は同時に圧縮され、その中に蓄積された移動エネルギーは、行われた容積の仕事に基づいて増大する。
【００４１】
電流４８は、好ましくは、両磁気コイル４６、４７内を流れる。磁場３７、３８は、好ましくは、下方部分４１において弱め合うように重畳する。第１値７０の量は、下方磁気コイル４７によって発生する磁場５０が永久磁石４３の永久磁場３７を弱めるように補償するように選択することができる。下方部分４１における磁場強度は、好ましくは、ゼロまで、または上方部分３９における磁場強度の１０％未満まで低減する。電源５１および磁気コイル４６、４７は、第１値７０の電流強度を有する電流４８に対して設計される。第１値７０を、能動的後退段階６６中、常に維持することができる。
【００４２】
コントローラ１２は、上方反転点１５における空気ばね２３の位置エネルギーに関する予測に基づいて能動的後退段階６６の終了をトリガする。主駆動部２２は、たとえば、位置エネルギーが主駆動部２２からのさらなる補助なしに目標値に達すると動作が停止する。これには、主駆動部２２をオフに切り替える時点７１において、位置エネルギーがすでに目標値の一部に達し、打撃子４の現運動エネルギーが、上方反転点１５までの目標値の既に喪失した部分に変換されることが考慮されている。変換中の損失は、コントローラ１２に格納されたテーブル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％から４０％までの間、たとえば少なくとも３０％までの間およびたとえば最大３７％までの間にある。
【００４３】
予測手段７３が、打撃機構２の動作状態を常に比較する。例示的な予測は圧力測定値に基づく。予測手段７３は、圧力センサ７４から信号を取り出す。測定された圧力は閾値と比較される。圧力が閾値を超えると、予測手段７３はコントローラ１２に制御信号５９を出力する。制御信号５９は、主駆動部２２が即座にオフ状態に切り替えられると、位置エネルギーが目標値に達することを通知する。コントローラ１２は、能動的後退段階６６を終了させる。
【００４４】
予測手段７３は、好ましくは格納された参照テーブル７２から閾値をロードする。参照テーブル７２は、厳密に１つの閾値を含み得る。しかしながら、好ましくは、種々の動作状態に対していくつかの事前に決定された閾値が格納される。たとえば、閾値を、空気圧室３４内の種々の温度に対して格納することができる。予測手段７３はまた、圧力センサ７４からの信号に加えて温度センサ７５からの信号も記録する。たとえば、温度センサ７５からの信号に応じて、閾値が選択される。
【００４５】
さらに、予測手段７３は、圧力変化から打撃子４の速度を推定することができる。参照テーブル７２は、種々の速度に対して現圧力に対する種々の閾値を含み得る。打撃子４が高速であるほど空気ばね２３を強度に圧縮する傾向があるため、閾値は、低い速度より高い速度に対して低い。速度または圧力変化に応じて閾値を選択することにより、目標値の再現可能性を改善させることができる。
【００４６】
能動的後退段階６６の終了は、同時に、停止段階６７の開始である。コントローラ１２は、電流４８に対する目標値６０をゼロに設定する。切替可能な磁場３８がオフ状態にされ、主駆動部２２の動作が停止する。永久磁場３７は依然として打撃子４に影響を与える。しかしながら、永久磁場３７は、移動軸３に沿って本質的に一定の磁場強度を有するため、打撃子４に対してわずかな力しか加えないかまたはまったく力を加えない。
【００４７】
電流４８をゼロまで低減する代りに、停止段階６７における電流４８を、目標値６０に対して負の値に設定することができる。打撃子４における残留磁気がこれによって低減する。電流４８の量は、反転移動を干渉しないようにするために目標値６０に比較して低く、たとえば１０％未満である。
【００４８】
停止段階６７中、打撃子４は空気ばね２３によって停止するまで制動される。それにより、打撃子４が停止状態に達する、すなわち上方反転点１５に達する前に、空気ばね２３の位置エネルギーが、打撃子４の運動エネルギーの一部により増大する。
【００４９】
能動的後退段階６６および停止段階６７の一連の流れにより、打撃機構の試験された設計、特に能動的後退段階６６の終了時に電流４８をオフ状態にしてゼロとすることに関して、特にエネルギー効率が高いことが分かった。主駆動部２２の効率は、上方反転点１５までの打撃子４の距離３５が低減する時点で低下する。主駆動部２２が効率的に機能する限り、打撃子４は高速で加速される。予測によって、打撃子４がこの時、主駆動部２２なしに必要な上方反転点１５に達することが示される場合、機能が徐々に非効率的になる主駆動部２２は動作が停止する。代替態様として、電流４８は、ゼロまで連続的にまたはいくつかの段階にわたって低減する。これにより、上方反転点１５に達する打撃子４の経路の適応的調節を、効率を犠牲にして行うことができる。さらに代替態様では、停止段階６７は、好ましくは上方反転点１５に達する前にオン状態に切り替わる。
【００５０】
能動的後退段階６６の持続時間は、予測からもたらされる。持続時間は、動作に応じてまたはさらには衝撃毎に異なる長さとすることができる。たとえば、アンビル１３が衝撃の前にその定位置１６に達しない場合、これは、打撃子４が次の衝撃に対してより長い経路をカバーしなければならないことを意味する。能動的後退段階６６の一定の持続時間では、打撃子４に対して吸収される運動エネルギーは、必要な上方反転点１５まで空気ばね２３の力に抗するには十分ではない。
【００５１】
コントローラ１２は、上方反転点１５に達することに基づいて停止段階６７の終了をトリガする。停止段階６７の終了時、加速段階６８が開始する。コントローラ１２は、打撃子４の反転移動に基づいて加速段階６８の開始をトリガする。位置センサまたは移動センサが、打撃子４の反転移動を直接検出することができる。好ましくは、反転移動の検出は、空気圧室３４内の圧力変化に間接的に基づく。
【００５２】
圧力センサ７４は、空気圧室３４に結合される。圧力センサ７４は、たとえばピエゾ抵抗圧力センサ７４である。圧力センサ７４は、空気圧室３４内に配置することができ、または空気流路を介して空気圧室３４に結合することができる。圧力センサ７４は、好ましくは閉鎖体３０の上または中に配置される。評価装置７６は、圧力センサ７４に割り当てられる。評価装置７６は、空気圧室３４内の圧力変化を監視する。圧力変化が負の値をとる、すなわち圧力が低下するとすぐに、評価装置７６は、打撃子４が上方反転点１５に達したことを示す制御信号７７をコントローラ１２に出力する。
【００５３】
本方法に応じた圧力変化の評価により、上方反転点１５の検出が達成されるまで、より正確には、超えるまで、わずかな遅延がもたらされる。圧力を、絶対的に決定し、閾値と比較することも可能である。圧力が閾値に達すると、制御信号７７の出力がトリガされる。空気圧室３４内の圧力を、上方反転点１５において測定し、評価装置７６内のテーブルに閾値として格納することができる。閾値は、種々の動作状態に応じて、特に空気圧室３４内の温度に応じて格納することができる。評価装置７６は、たとえば温度センサに問い合わせることにより、現動作状態を検出し、テーブルから関連する閾値を読み出す。２つの方法を冗長的に組み合わせることができ、互いから別個に制御信号７７を出力することができる。
【００５４】
コントローラ１２は、制御信号７７が受け取られた時に加速段階６８を開始する。コントローラ１２は、電流４８に対する目標値６０を第２値７８に設定する。第２値７８のプラス／マイナス符号は、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を強めるべく重畳するように選択される。したがって、ガイドチューブ２７の下方部分４１において磁場強度が高くなる。電流４８は、加速段階６８において下方磁気コイル４７内に、かつ好ましくは上方磁気コイル４６内に供給される。上方部分３９における永久磁場３７は、好ましくは、減衰し、またはガイドチューブ２７内の上方磁気コイル４６の磁場３８によって完全に弱められるように補償される。打撃子４は、下方部分４１においてより強度の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へ常に加速される。衝撃点までに達成され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。
【００５５】
上方反転点１５への到達は、代替的にまたはさらに、打撃子４の移動により上方磁気コイル４６内に誘導された電圧の変化に基づいて決定される。
【００５６】
打撃子４は、上方反転点１５に達する前に、上方ヨークリング５６と重なり合うことがあり得る。環状磁石４２の磁場４９は、空隙なしに事実上閉鎖されている上方領域３９において打撃子４を介して上方ヨークリング５６内に流れる。環状磁石４２の磁場５０は、下方領域４１において大きい空隙を介して下方ヨークリング５７に流れる。反転点１５までの打撃子４の移動中、下方領域４１における空隙は依然としてさらに増大し、それにより、下方領域における磁気の流れが比例的に増大する。打撃子４が反転点１５で反転するとすぐに、上方領域３９における磁気の流れの比率が低減する。磁気の流れの変化により、上方磁気コイル４６内に電圧が誘導される。誘導された電圧のプラス／マイナス符号の変化は、反転点１５に対して特徴的である。停止段階６７を維持するために、反転点１５に達する前に、電源５１は電流４８を好ましくはゼロに調整する。制御ループは、誘導電圧に対して電流４８をゼロに保持するために、制御変量６４を常に適合させる。誘導電圧のプラス／マイナス符号が変化すると、制御ループ６２は、著しく大きくなる制御変量６４に反応する。したがって、制御信号７７を、たとえば制御変量６４が閾値を超えた時点でトリガすることができる。
【００５７】
第２値７８の量は、好ましくは、上方磁場４９が永久磁場３７を正確に弱めるように補償するか、またはその磁場強度を少なくとも１０％まで低減するように決定される。磁気コイル４６、４７における電流４８は、加速段階６８の開始時に目標値６０まで増大する。立上りエッジは、たとえば、磁気コイル４６、４７の誘導性および打撃子の反応によって生じる時定数のみによって予め設定される。コントローラ１２は、好ましくは、加速段階６８の間、目標値６０を第２値７８で一定に保持する。
【００５８】
空気ばね２３は、打撃子４の衝撃方向５における加速を補助する。それにより、空気ばね２３内に蓄積された位置エネルギーは、実質的に打撃子４の運動エネルギーに変換される。衝撃点１４において、空気ばね２３は好ましくは完全に解放される。衝撃点１４の近くでは、通気開口部３６は打撃子４によって閉鎖されない。通気開口部３６により、打撃子４に対する空気ばね２３の影響が完全にゼロまで低減することなく、空気ばね２３が弱まる。しかしながら、空気ばね２３は、この時点で、その位置エネルギーの９０％を大幅に超えるエネルギーを打撃子４に伝達している。
【００５９】
コントローラ１２は、下方磁気コイル４７における電流４８および／または電源５１によって供給される電流４８の増大７９に基づいて、加速段階６８の終了をトリガする。打撃子４が移動する間、下方磁気コイル４７を介する電磁誘導により、電圧降下が発生し、その電圧降下に対して、電源５１は電流４８を供給する。衝撃および打撃子４の停止時、電圧降下が急になくなる。調整された電源５１が再び電流４８を目標値６０に調整するまで、電流４８は短時間増大する。
【００６０】
電流センサ８０は、下方磁気コイル４７内を循環する電流４８を検出することができる。関連する弁別器８１が、測定された電流４８を閾値と比較して、閾値を超えた時点で終了信号８２を出力する。終了信号８２は、コントローラ１２に対し、打撃子４がアンビル１３に対して衝撃を与えたことを示す。閾値は、たとえば、第２値７８、すなわち加速段階６８に対する目標値６０に応じて選択される。閾値を、第２値７８を５％〜１０％超える値とすることができる。別の方法として、または絶対電流４８の検出に加えて、電流４８の変化の速度を電流センサ８０を用いて検出し、弁別器８１を用いて、変化の速度に対する閾値と比較することができる。
【００６１】
電源５１は、電源制御回路６１を用いて回路８３内の電流４８の増大７９を抑制する。それにより制御変量６４が変化する。電流４８の変化の代りにまたはそれに加えて、制御変量６４を監視することも可能である。絶対値、または好ましくは制御変量６４の変化の速度を、閾値と比較することができ、それにしたがって終了信号８２を出力することができる。
【００６２】
終了信号８２を受け取ると、コントローラ１２は、加速段階６８を終了させる。目標値６０はゼロに設定される。電源５１の電流出力は、それに対応して、ゼロに等しい電流４８まで低減する。打撃子４は、それ以上衝撃方向５に加速されない。
【００６３】
コントローラ１２は、加速段階６８の直後に、または中断に続いて次の能動的後退段階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】
2014012331.tif 000006
【図５】
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【外国語明細書】
2014012331000001.pdf