CN101443166B - 具有振荡及摆动地被驱动的刀具的手持式工具机 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一手持式工具机，具有一驱动电动机及一由该驱动电动机驱动的刀具，该刀具在该驱动电动机工作时进行叠加了一摆动运动的振荡运动。本发明提出，该刀具(4)绕一摆动轴线(40)摆动，该摆动轴线沿一运动轨迹(44)来回地运动。

Description

具有振荡及摆动地被驱动的刀具的手持式工具机

技术领域

本发明涉及手持式工具机，其具有一驱动电动机及一由该驱动电动机驱动的刀具，该刀具在该驱动电动机工作时进行叠加了一摆动运动的振荡运动，其中，该刀具绕一摆动轴线摆动，该摆动轴线沿一运动轨迹往复地运动。

背景技术

已经公知了摆动行程式刺锯，其中，锯条沿其纵轴线做振荡运动，其中，在该振荡运动上叠加一个摆动运动，以便使锯条的锯齿刃在其切割行程时对工件形成作用及在回复行程时从工件上稍微抬起。

借助这种及其它的刺锯虽然可以切割工件，但不能够在工件中产生或加工出槽。此外公知的刺锯仅安装锯条及用来切割工件，但不适合其它的材料加工方法，例如磨削或刮削。

由此出发，本发明的任务则在于，对开始部分所述的手持式工具机作出如下的改进，即，该手持式工具机一方面允许不仅切割工件而且在工件中产生出缝或空槽，另一方面不仅可装备锯刀具而且可装备其它类型的切割刀具及磨削刀具与刮削刀具，使得该手持式工具机适合进行多种不同的加工及由此具有多功能性。

发明内容

根据本发明该任务将这样地解决，即，提出了一种手持式工具机，具有一驱动电动机及一由该驱动电动机驱动的刀具，该刀具在该驱动电动机工作时进行叠加了一摆动运动的振荡运动，其中，该刀具绕一摆动轴线摆动，该摆动轴线沿一运动轨迹往复地运动，其中，所述摆动轴线设置在一双臂杠杆的两个相互成角度地设置的杠杆臂之间，其中一个杠杆臂承载所述刀具，另一杠杆臂构成一直线推移曲柄的推杆。

在本发明中，刀具在其振荡运动期间绕一摆动轴线往复运动或摆动，该摆动轴线沿一个运动轨迹往复地运动，其中该运动轨迹优选离刀具加工边缘或加工表面一个显著距离地布置及通常相对该加工边缘或加工表面平行地定向，该加工边缘例如为刀具的锯齿刃或刀刃，该加工表面例如为一个磨削面。

根据本发明的一个优选构型，摆动轴线设置在一个双臂杠杆的两个相互布置成角形的杠杆臂之间，其中一个杠杆臂承载刀具及另一杠杆臂构成一个直线推移曲柄的推杆。推杆的一个端部可绕摆动轴线摆动地沿运动轨迹导行，而推杆的相反的第二端部偏心地铰接在一个由驱动电动机旋转地驱动的驱动曲柄上，从而在驱动电动机工作时该端部描出一个圆形轨迹。

用作刀具承载件的杠杆臂的纵轴线相对推杆的纵轴线优选成直角地定向，而刀具的加工边缘或加工表面相对于用作刀具承载件的杠杆臂的纵轴线优选成直角地定向。但也可以不同于直角。

所述圆形轨迹的中心点可以位于所述优选直线的运动轨迹上或者相对该直线运动轨迹具有一侧向的偏移，由此也可以例如通过改变驱动曲柄的偏心度和/或推杆与刀具承载件的长度比例来改变刀具加工边缘或加工表面的各个点的运动轨迹的形状。

为了抑制振动，刀具承载件和/或刀具优选具有质量平衡装置，这些质量平衡装置合乎目的地至少部分地设置在摆动轴线的、与刀具的加工边缘或加工表面相反的侧上。

借助根据本发明的工具机，尤其是当根据本发明的一个有利构型的刀具固定到刀具承载件上后，该刀具的加工边缘T形地向着相反的侧地超出于刀具承载件时，可连续无振动地使刀具切入工件中以及可进行工件的加工，直至角及边缘。当根据本发明的另一有利构型的刀具构造成弯曲的时还可清理或加工具有通过弯头来预给定的最大深度的槽。

刀具，尤其是锯刀具，可变换地具有一个直的、凸形的或凹形的加工边缘，使得可以通过相应适配的刀具的选择来最佳地加工具有凸的或凹的形状的工件。此外，通过这种刀具的摆动运动可保证干净的切口以及由于良好地清理了切缝而减小被卡住的倾向。

本发明的另一优选构型在于，刀具、尤其是锯刀具、切削刀具或刮削刀具具有长形地延伸的加工边缘或加工刃，在固定到工具机上后，该加工边缘或加工刃通常与工具机的纵轴线平行地定向及离该纵轴线一侧向距离地布置，这实现了工具机有利的重心位置以及允许舒适的操作与单手操作。

此外该工具机可有利地包括一个用于刀具的接收器，它可转动180度地不同的定向地固定在刀具承载件上，使得该工具机可适配右手及左手操作者以及可以进行加工，直至每个角。

附图说明

以下借助附图通过实施例来详细地描述本发明。附图表示：

图1：一个手持式工具机的透立体图；

图2：手持式工具机的一个传动装置模型的概图；

图3a及3b：一个安装在图1的手持式工具机上的锯刀具的齿的侧视图与横截面图；

图4a至4c：锯刀具的变换的齿形状的侧视图；

图5至17：安装在工具机上的锯刀具的齿的、取决于工具机及锯刀具的不同参数的运动轨迹。

具体实施方式

图1中所示的手持式工具机2用于通过锯、磨削或刮削的材料加工以及用于应急修理。图1中的手持式工具机2为一个装备有弯曲的锯刀具4的不依赖于电网的充电式器具，但也可以构造成设有磨削刀具或刮削刀具的充电式器具或构造成设有与电网连接的电缆的电动器具。

如由图1最清楚地看到的，工具机2由如下部件组成：一个基本上长形地延伸的闭合的圆柱形塑料壳体6；一个设置在壳体6的一端部上的可取下的蓄电池包8；一个设置在壳体6的另一端部上的加工头10，该加工头带有在侧面上设置的、用于可更换地固定刀具4的刀具承载件12；一个设置在壳体6的内部的电驱动电动机(不可看到)及一个设置在驱动电动机与刀具承载件12之间的曲柄连杆驱动装置14，该曲柄连杆驱动装置与刀具4一起概要地表示在图2中。

曲柄连杆驱动装置14基本上由一个被电动机通过一个角变速器绕旋转轴线16转动地驱动的驱动曲柄18，一个弯折的双臂杠杆20及一个用于杠杆20的设在两个杠杆臂22，24之间的部分28的导向槽26构成，所述杠杆的一个杠杆臂22用作刀具承载件12并承载刀具4，另一杠杆臂24构成曲柄连杆驱动装置14的推杆。

驱动曲柄18可构造成偏心盘，它具有一个相对旋转轴线16偏心地布置的榫30，用于铰接推杆24的一端部，该偏心盘直接地配合在所述变速器(未示出)的一从动轴的自由端部上，其中，对于图1中所示的锯刀具4的侵入工件的锯齿刃的或者另一刀具的相应的加工边缘或加工表面的振荡运动的运动路径的长度来说，榫30的偏心度e与驱动曲柄18的转速相结合地是一个重要的参数并且参与决定该锯齿刃或加工边缘或加工表面的摆动运动与运动速度，所述加工边缘或加工表面例如是一个磨削刀具的磨削边缘或磨削面。

导向槽26构造成直线导向装置，在该导向槽中，一个滑块34在相对工具机2的纵轴线36(图1)平行的轴线44上可纵向移动地运动，但这里原则上上也可为一个弯曲的运动轨迹。滑块34及杠杆20通过摆动接头38相连接，该摆动接头的摆动轴线40与工具机2的纵轴线36垂直地定向，如图1中所示。

杠杆20的两个杠杆臂22，24彼此垂直，其中，用作推杆的杠杆臂24具有长度L1及用其自由端部铰接在驱动曲柄18的榫30上，从而杠杆臂24的该端部围绕旋转轴线16描画圆形轨迹。用作刀具承载件12的杠杆臂22适配于所属的刀具、例如刀具4，使得这些刀具的加工边缘或加工表面、如锯齿刃32被布置在与摆动接头38的摆动轴线40相距一个距离L2处以及与工具机2的纵轴线36大致平行地定向。在此情况下，刀具4的加工边缘或加工表面向着两侧超出刀具承载件12，使得该刀具承载件与加工边缘或加工表面夹持一个角α。在图2中所示的传动装置模型中该角α＝90°，正好如由两个杠杆臂22，24夹持的角β那样，但这两个角α，β也可取其它的值。

如图1所示，为了避免振动，锯刀具4在摆动轴线40的与锯齿边缘32相反的一侧上设有质量平衡件42，该质量平衡件在其位置及质量方面与由刀具4及杠杆20组成的整个振动系统相协调。质量平衡件42可为刀具4的一部分，如图1中所示，或变换地至少部分地由一个安装在刀具承载件12上的质量平衡元件(未示出)构成，该质量平衡元件例如在制造杠杆20时作为压铸部分一体地这样成型在杠杆臂22上，使得该压铸部分位于摆动轴线40的另一侧上。但在此情况下，为了质量平衡，必需在不同地成形的或不同尺寸的刀具4上采取附加措施，因为刀具承载件22的质量平衡元件仅用于一个基本不平衡。

曲柄连杆驱动装置14用于：使可拆卸地固定在刀具承载件12上的刀具与工具机2的纵轴线36平行地做振荡运动(图1中双箭头A)以及在该运动上叠加一个绕摆动轴线40的往复运动或摆动运动(图1中双箭头B)。

在公知的纯旋转的或纯振荡的锯刀具上，每个锯齿经过一个相同的运动轨迹，而在工具机2以及确定用于工具机2的刀具、如锯刀具4的情况下，有一系列的参数来确定每个单一齿的运动轨迹，或者说，在另一加工刀具的情况下，有一系列的参数来确定加工边缘或加工表面的每个部分的运动轨迹。

对于工具机2来说，这些参数主要是：偏心度e，推杆24的长度L1或榫30的旋转轴线与摆动轴线40之间的距离，以及杠杆20的两个杠杆臂22、24之间的角度β，以及驱动曲柄18的旋转轴线16与摆动轴线40的直线运动轨迹之间的可能的距离a，其中，由参数L1及2e根据以下关系式可得到刀具4的最大摆动角γ：

tanγ＝2e/L1

对于刀具4或者说固定在工具机2上的刀具4来说，这些参数主要是：摆动轴线40与刀具4的锯齿边缘32或加工边缘或加工表面之间的距离L2，刀具承载件12的纵轴线与刀具4的加工边缘或加工表面之间的角度α，刀具宽度Wa，以及锯齿边缘32的各个齿的包络线的形状或者加工边缘或加工表面的各个点的包络线的形状，其中该包络线可为平的、凸形的-如图1中所示，或甚至为凹形的，该凹形的例如用在切割管子或圆杆的锯刀具上。包络线的形状由包络线的曲率半径Rw来定义，在平的包络线的情况下该曲率半径为∞。

在此情况下各个参数的确定取决于对工具机2所提出的要求，其中，例如通过增大偏心度e及缩小L1/L2的比例，结合具有强切入性的齿形的锯刀具4，在锯适合的工件时可达到高的切割效率。

图3a及3b以及图4a，4b及4c示出在工具机2上可安装的各种不同锯刀具4的锯齿刃32的齿46，48，50的不同形状。图3a与4b及4c表示一种锯齿刃32，其中，所有或一部分锯齿46构造成尖齿。如图3b中所示地，这种齿形状以铣削或磨削地构型的交叉的自由切削刃可通用地使用，因为这种齿形状在两个方向上可同样好地切割并可防止刀具4卡住。与具有大的负切削角度的三角形尖齿46相反地，对于大的锯进刀量-例如在锯木柴或塑料的情况下-也可使用具有强切入性的齿形的齿48，50，也就是说具有正的切削角度，如图4a中所示，这时这些齿48及50在两个切削方向上有效。为了充分利用尖齿46的良好切削导向的优点，也可使用尖齿46与具有正切削角的齿形状48，50的组合，如通过图4b及图4c中的两个例子所示的。

图5至17表示可安装至工具机2上的不同地成形的锯刀具4的锯齿刃32上的各个点上齿46，48，50的齿尖的、取决于L1，Rw及角度90°-α的运动轨迹，该角度(90o-α)即为锯刀具4的锯齿刃32相对工具机2的纵轴线36的倾斜角度，其中，为了限制多个可能的运动轨迹，将e＝20mm，L2＝100mm，Wa＝100mm及β＝90°确定为常数。为了更好地理解，首先来考察锯齿刃32的中心及相反的端部上的三个单个的齿尖或点。

表1

L1	Rw	90°-α	a	图
					200	∞	0°	0	5
200	∞	0°	0	5a
					200	∞	15°	0	6
200	100	0°	0	7
					200	200	0°	0	8
200	200	0°	0	8a
					200	200	0°	0	8b
200	200	15°	0	9
					100	200	0°	0	10
100	200	0°	0	10a

100	∞	0°	0	11
					200	70，凹形	0°	20	12
200	70，凹形	0°	0	13
					200	70，凸形	0°	0	14
200	70，凸形	0°	20	15
					200	∞	0°	20	16
200	200	0°	20	17

如由图5至17中可看到的，对于L1，Rw，α及a的不同组合，锯齿刃32的各个点上齿尖的轨迹曲线具有一些共同性：

-所有齿尖的轨迹曲线都具有椭圆或近似椭圆的曲线形状；

-所述中心两侧的点的轨迹曲线具有相反的运动方向；

-锯齿刃32的中心上及两个相反的端部上的点在振荡运动的方向上具有相同大小的振动宽度，该振动宽度与偏心度e成正比；

-与振荡运动的方向垂直的轨迹曲线的幅值在向着锯齿刃32的中心的方向上变小；

-锯齿刃32的中心在一个环线形状的曲线轨迹上运动；

-锯齿刃32的中心通常不与曲线轨迹的转折点重合；

-曲线形状相对刀具4的中轴线基本上不对称，但随着比例L1/L2的变大而接近对称的形状；

-这些齿沿着曲线轨迹在左右顶点上达到其最小速度及在上下顶点上达到其最大速度；

-在沿曲线轨迹运行一周期间，齿在该曲线轨迹上部分中进行“主动”的切削工作及在该曲线轨迹下部分中进行“被动”的切削工作，也就是说曲线轨迹的下部分主要用于清理切缝及排出切屑。对于锯齿刃中间部分上的齿，由于其近似直线的运动而纯粹地切削；

-对于锯齿刃中心的右面及左面的点，在L1＞L2的前提下，得到近似相同的曲线，在这种情况下，对于L1，尽量将L1＝L2作为最小值，α＝90°，β＝90°及a＝0。在此情况下，刀具形状、即齿尖的包络线是构造成直的，凸的还是凹的，并不重要。

对于各个齿的曲线轨迹的长度有决定性的主要是偏心度e，该偏心度的确定取决于所期望的使用条件。但轨迹曲线的长度也可受到比例L1/L2的影响，其中，随着L1＜L2轨迹曲线变长，如图10，10a及11中所示。

当角α改变或驱动曲柄18的旋转轴线16与摆动轴线40之间的距离a选择得大于零时，锯齿刃32的中心上的齿尖的环线过渡到扁平的椭圆，如图9，12及15至17中所示。此外，通过引入距离a，对于锯齿刃32的中心的右面及左面的点可得到几何形状不同的曲线，如图12及15至17中所示。

图8a中示出了对于驱动曲柄16以八个分步骤运行一周的情况下锯齿刃32的中心处及两个相反的端部上各一个点的轨迹曲线，其中相同的数字分别表示这三个点在相同时刻上的位置。如果将这些点彼此连接，则得到其轨迹曲线。

图12至17除了锯齿刃32的中心及两个相反的端部上的三个点的轨迹曲线外，还附加了锯齿刃32的右部分的其它点的轨迹曲线。图8b及图10a仅表示锯齿刃32的右部分的点的轨迹曲线。

Claims (15)

1.手持式工具机，具有一驱动电动机及一由该驱动电动机驱动的刀具，该刀具在该驱动电动机工作时进行叠加了一摆动运动的振荡运动，其中，该刀具(4)绕一摆动轴线(40)摆动，该摆动轴线沿一运动轨迹(44)往复地运动，其特征在于：所述摆动轴线(40)设置在一双臂杠杆(20)的两个相互成角度地设置的杠杆臂(22，24)之间，其中一个杠杆臂(22)承载所述刀具(4)，另一杠杆臂(24)构成一直线推移曲柄的推杆。

2.根据权利要求1的手持式工具机，其特征在于：所述运动轨迹(44)是直线的以及与所述刀具(4)的加工边缘(32)或加工表面基本上平行地定向。

3.根据权利要求1或2的手持式工具机，其特征在于：所述摆动轴线(40)离所述刀具(4)的一加工边缘(32)或加工表面具有一显著的侧向距离。

4.根据权利要求3的手持式工具机，其特征在于：所述推杆(24)的一端部可绕所述摆动轴线(40)摆动地沿该运动轨迹(44)被导向。

5.根据权利要求1或2的手持式工具机，其特征在于：所述推杆(24)的一端部偏心地铰接在一由所述驱动电动机旋转地驱动的驱动曲柄(18)上，使得该端部在所述驱动电动机工作时描绘出一圆形轨迹。

6.根据权利要求5的手持式工具机，其特征在于：所述圆形轨迹的中心点位于所述直线的运动轨迹(44)上。

7.根据权利要求5的手持式工具机，其特征在于：所述圆形轨迹的中心点相对所述直线的运动轨迹(44)侧向地偏移。

8.根据权利要求1或2的手持式工具机，其特征在于：所述刀具(4)可更换地可固定在所述用作刀具承载件(12)的杠杆臂(22)上。

9.根据权利要求1或2的手持式工具机，其特征在于：所述杠杆(20)或刀具(4)具有用于抑制振动的质量平衡装置。

10.根据权利要求1或2的手持式工具机，其特征在于：该工具机(2)可以选择地装备一切削刀具、磨削刀具或刮削刀具。

11.根据权利要求1或2的手持式工具机，其特征在于：所述刀具(4)具有一长形地延伸的加工边缘(32)，该加工边缘在固定到所述工具机(2)上后通常与所述工具机(2)的一纵轴线(36)平行地定向以及与该纵轴线具有侧向距离地设置。

12.根据权利要求1或2的手持式工具机，其特征在于：所述刀具(4)是弯曲的。

13.根据权利要求1或2的手持式工具机，其特征在于：所述刀具(4)具有一凸或凹地弯曲的加工边缘(32)。

14.根据权利要求1或2的手持式工具机，其特征在于一刀具接收器，该刀具接收器可转动180度以不同的定向被固定在所述工具机(2)上。

15.根据权利要求1或2的手持式工具机，其特征在于：该工具机(2)可以选择地装备一锯刀具。

Images