DE662833C

DE662833C - Electromagnetic impact tool

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Publication number: DE662833C
Application number: DEG87910D
Authority: DE
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1934-04-19
Filing date: 1934-04-19
Publication date: 1938-07-23

Description

Mit Gleichspannung betriebene elektromagnetische Schlagwerkzeuge, ζ. Β. solche, bei denen ein Magnetanker oder ein als solcher ausgebildeter Hammerbär durch wechselweise ein- und ausgeschaltete Magnetspulen in hin und her gehende Bewegung versetzt wird und bei denen die Ein- und Ausschaltung der Spulen beispielsweise durch eine vom Anker oder Hammerbär selbst betätigte Schaltvorrichtung erfolgt, haben sich bisher trotz der durch den einfachen mechanischen Aufbau bedingten Vorzüge nicht in die Praxis einführen können.Electromagnetic impact tools operated with direct voltage, ζ. Β. such, in which a magnet armature or a hammerbear designed as such by alternately switched on and off magnetic coils is set in reciprocating motion and in which the switching on and off of the coils, for example a switching device actuated by the anchor or hammerbear takes place, have themselves so far not in be able to introduce the practice.

Der Grund hierfür ist — abgesehen von Schwierigkeiten an der Schaltvorrichtung, die jedoch als überwindbar vorausgesetzt sein sollen — in der Hauptsache in dem unbefriedigenden Wirkungsgrad als Folge prozentual zu hoher Stromwärmeverluste und damit in der im Verhältnis zum Baustoff- und Leistungsaufwand zu geringen Schlagleistung zu sehen.The reason for this is - apart from difficulties with the switching device, which, however, should be presupposed to be surmountable - mainly in the unsatisfactory one Efficiency as a result of excessively high electricity heat losses and thus in the impact performance is too low in relation to the building material and performance expenditure see.

Es wäre zwar an sich möglich, die Schlagleistung durch Steigerung der elektrisch zugeführten Leistung ebenfalls zu steigern; jedoch würde dann erfahrungsgemäß infolge der in mindestens gleichem Maße steigenden Stromwärmeverluste in den Magnetspulen die Erwärmung des ganzen Schlagwerkzeugs unzulässig hoch werden. Ebenso wäre eine Verminderung insbesondere der Stromwärmeverluste wohl durch Vergrößerung des Leiterquerschnittes der Spulen erreichbar, jedoch würde dies zu unwirtschaftlich großem Materialaufwand und außerdem zu einem die Handhabung erschwerenden hohen Gewicht führen. Mit den angeführten bekannten Mitteln ist also keine durchgreifende Verbesserung zu erzielen.It would in itself be possible to increase the impact power by increasing the electrically supplied To increase performance as well; however, experience has shown that as a result of the increase in at least the same extent Current heat losses in the solenoid coils the heating of the entire impact tool becomes impermissibly high. Likewise, there would be a reduction in electricity heat losses in particular probably achievable by enlarging the conductor cross-section of the coils, but this would be uneconomically large Cost of materials and also a heavy weight that makes handling difficult to lead. With the mentioned known means there is no radical improvement to achieve.

Zur Behebung der beschriebenen Schwie-, rigkeiten werden erfindungsgemäß Anordnungen vorgeschlagen, deren gemeinsames Ziel die Verminderung der prozentualen Stromwärmeverluste und damit eine Verbesserung des Wirkungsgrades sowie eine Steigerung der Schlagleistung ist und die sowohl jede für sich als auch mit besonderem Vorteil gemeinsam zur Anwendung gelangen können.In order to remedy the difficulties described, arrangements are made according to the invention suggested their common goal of reducing the percentage of electricity heat losses and thus an improvement of the efficiency as well as an increase in the impact performance and each for itself as well as with a special one Advantage can be applied together.

Die erste Anordnung nach der Erfindung besteht darin, die elektrischen und mechanischen Größen eines Schlag Werkzeugs der bezeichneten Art in der Weise aufeinander abzugleichen, daß die elektrische Zeitkonstante jeder Magnetspule zu ihrer Einschaltdauer, die wiederum durch die Hubzeit bzw. Hubzahl je Sekunde bestimmt wird, in ein bestimmtes Verhältnis gebracht wird.The first arrangement according to the invention is the electrical and mechanical To match the sizes of an impact tool of the specified type to one another, that the electrical time constant of each solenoid is related to its duty cycle, which in turn depends on the stroke time or number of strokes is determined per second, is brought into a certain ratio.

Dieses Verhältnis ist dann am günstigsten, wenn das elektromagnetische Schlagwerkzeug erfindungsgemäß so ausgeführt wird, daß die elektrische Zeitkonstante einer jeden Magnetspule, bezogen auf die Stellung des Ankers bzw. Hammerbärs bei Beginn des der Spule zugeordneten Hubes, zur Einschaltdauer der Spule in einem Verhältnis steht, das mindestens = 0,5, nach Möglichkeit = 0,7 bis 1,0 ist. Eine Steigerung dieses VerhältnissesThis ratio is most favorable when the electromagnetic impact tool is carried out according to the invention so that the electrical time constant of each magnet coil, based on the position of the armature or hammerbear at the beginning of the coil assigned stroke, to the duty cycle of the coil is in a ratio that is at least = 0.5, if possible = 0.7 to 1.0. An increase in this ratio

über ι,ο hinaus bringt nur noch verhältnismäßig geringen weiteren Gewinn.beyond ι, ο only brings proportionally little further profit.

Die so bestimmte gegenseitige Angleichung der elektrischen Größen und der mechanisehen Bewegungsverhältnisse des Ankers, die ihrerseits die jeweilige Einschaltdauer'·; bestimmen, hat Gültigkeit für elektro¹' magnetische Schlagwerkzeuge jeder Art, also sowohl für solche mit nur einer Magnetspule,The mutual equalization of the electrical quantities and the mechanical movement conditions of the armature determined in this way, which in turn determines the respective duty cycle '·; is valid for electro ¹ 'magnetic impact tools of any kind, i.e. for those with only one magnetic coil,

ίο deren Anker bzw. Hammerbär schwingfähig, beispielsweise an einer Feder, aufgehängt ist, als auch für solche mit zwei Spulen, die wechselweise ein- und ausgeschaltet werden.ίο whose anchor or hammerbear can vibrate, for example on a spring, as well as for those with two coils that can be switched on and off alternately.

Für die praktische Einhaltung des Zeitkonstantenverhältnisses nach der Erfindung ist es notwendig, den absoluten Betrag der aufgenommenen elektrischen Leistung mit den Abmessungen, der Masse und der sekundlichen Hubzahl des Ankers in gegenseitigen Einklang zu bringen, da wie für andere elektrische Maschinen auch hier die Stromdichte in den Spulen gewisse erfahrungsmäßige Werte nicht überschreiten darf. Steller? sich beispielsweise die Stromwärmeverluste in einem ausgeführten Schlagwerkzeug als unzulässig hoch heraus, so ist ohne Änderung der Windungszahl und des Widerstandes der Magnetspulen Abhilfe möglich entweder durch Verkürzung der Hublänge oder durch Verringerung der Masse des Ankers, wodurch in beiden Fällen die sekundliche Schlagzahl steigt und die Einschaltdauer sinkt, oder durch Vergrößerung des Querschnitts des Ankers unter Beibehaltung seiner Masse oder schließlich, durch günstigere Formgebung der Luftspaltbegrenzungsfiächen, z. B. durch kegelförmige Ausbildung. Die letzteren beiden Maßnahmen bewirken eine Erhöhung der magnetischenFor practical compliance with the time constant ratio According to the invention it is necessary to use the absolute amount of the electrical power consumed the dimensions, the mass and the secondary stroke rate of the armature in mutual As for other electrical machines, here too the current density has to be brought into harmony must not exceed certain empirical values in the coils. Controller? For example, the electricity heat losses in a running impact tool as inadmissibly high, the remedy is without changing the number of turns and the resistance of the solenoid coils possible either by shortening the stroke length or by reducing the mass of the armature, which in both cases increases the number of seconds and the duty cycle decreases, or by increasing the cross-section of the anchor while maintaining it its mass or, finally, by more favorable shaping of the air gap limiting surfaces, z. B. by conical training. The latter two measures cause an increase in magnetic

4.0 Leitfähigkeit und damit der elektrischen Zeitkonstante bei Hubbeginn. Allen diesen Maßnahmen gemeinsam ist eine Verminderung der aufgenommenen elektrischen Leistung und der Stromwärmeverluste, unter gleichzeitiger Verbesserung des Wirkungsgrades, ohne daß dabei die Schlagleistung herabgesetzt zu werden braucht.4.0 conductivity and thus the electrical Time constant at the start of the stroke. Common to all of these measures is a reduction the consumed electrical power and the electricity heat losses, under simultaneous improvement in efficiency without sacrificing impact performance needs to be reduced.

Die Schlagleistung von Schlagwerkzeugen, bei denen der Anker bzw. Hammerbär durch eine Schlagspule und eine Rückhubspule angetrieben und gegen Ende des Rückhubes durch eine Rückprallfeder oder ein ähnliches elastisches Mittel aufgefangen und in umgekehrter Richtung wieder beschleunigt wird, läßt sich nun auch durch eine zweite erfindungsgemäße Anordnung bedeutend steigern, durch welche die prozentualen Stromwärmeverluste ebenfalls sinken, und zwar dadurch, daß Windungszahl und Leiterquerschnitt der beiden Spulen so verschieden bemessen werden, daß der Widerstand des Schlagspulenstromkreises nur ein Bruchteil desjenigen des Rückhubspulenkreises ist. Erfindungsgemäß liegt dieser Bruchteil in der Größenordnung von etwa ¹Z₂ bis ¹Z₆.The impact performance of impact tools, in which the armature or hammerbear is driven by a striking coil and a return stroke coil and is absorbed towards the end of the return stroke by a rebound spring or a similar elastic means and accelerated again in the opposite direction, can now also be achieved by a second arrangement according to the invention increase significantly, through which the percentage current heat losses also decrease, namely that the number of turns and conductor cross-section of the two coils are dimensioned so different that the resistance of the beating coil circuit is only a fraction of that of the return stroke coil circuit. According to the invention, this fraction is in the order of magnitude of approximately ¹ Z ₂ to ¹ Z ₆ .

Durch diese Anordnung, die mit gleicher Wtfkung sowohl bei gleichstrom- als auch bei wechselstromgespeisten Schlagwerkzeugen anwendbar ist, wird erreicht, daß je Hub die geleistete Schlagarbeit der Schlagspule etwa ebenso groß oder größer wird als die der Rückhubspule, obwohl die Einschaltdauer der Schlagspule, d. h. also auch die für die Arbeitsleistung je Hub zur Verfügung stehende Zeit, nur ein Bruchteil — in der Größenordnung etwa ¹Z₂ bis -¹Z₄ — der Einschaltdauer der Rückhubspule ist. Die Verschiedenheit der Einschaltdauern folgt daraus, daß nach Vollendung des Schlaghubes der Anker oder Hammerbär infolge Umwandlung seiner Bewegungsenergie in Schlagarbeit beim Nieten, Meißeln u. ä. fast oder ganz zur Ruhe kommt, so daß seine Anfangsgeschwindigkeit im anschließenden Rückhub nur .gering ist, während er nach Vollendung des Rückhubes und nach Umkehrbeschleunigung durch die Rückprallfeder bereits mit erheblicher Anfangsgeschwindigkeit in den Schlaghub eintritt. Die dadurch bedingte Verschiedenheit der Dauer von Schlaghub und Rückhub' hat wegen des notwendigen Gleichlaufs der Spulenschaltungen mit den Bewegungen des Ankers bzw. Hammerbärs auch eine entsprechende Verschiedenheit der Einschaltdauern zur Folge. Das trifft auch dann zu, wenn aus' Gründen konstrukth'er Durchbildung der Schaltvorrichtung die Spulen schon etwas vor Beginn der zugeordneten Hubbewegung des Ankers eingeschaltet werden oder allgemein die Einschaltdauer nicht gleich der Hubzeit ist.This arrangement, which can be used with the same effect on both direct current and alternating current-powered striking tools, ensures that the striking work performed by the striking coil per stroke is approximately the same or greater than that of the return stroke coil, although the operating time of the striking coil, ie also the time available for the work performance per stroke is only a fraction - in the order of magnitude of about ¹ Z ₂ to - ¹ Z ₄ - of the duty cycle of the return stroke coil. The difference in the duty cycle results from the fact that after the stroke stroke has been completed, the armature or hammerbearer comes to rest almost or completely due to conversion of its kinetic energy into stroke work when riveting, chiseling, etc., so that its initial speed in the subsequent return stroke is only low while after completion of the return stroke and after reverse acceleration by the rebound spring, it already enters the stroke stroke with considerable initial speed. The resulting difference in the duration of the stroke and return stroke also results in a corresponding difference in the switch-on times due to the necessary synchronization of the coil circuits with the movements of the armature or hammer. This also applies if, for reasons of constructive design of the switching device, the coils are switched on a little before the start of the associated lifting movement of the armature or, in general, the switch-on duration is not the same as the lifting time.

Während die erfindungsgemäße sehr verschiedene Ausführung der beiden Spulen bei Dauereinschaltung zur Folge haben würde, daß die Schlagspule ein Vielfaches der elekirischen Leistung der Rückhubspule aufnehmen und infolgedessen durch unzulässig hohe Stromwärme viel schneller zerstört, werden würde als die Rückhubspule, kann im arbeitenden Werkzeug wegen der viel kürzeren Einschaltdauer der Schlagspule etwa gleich hohe Erwärmung der beiden Spulen, also höchstmögliche Ausnutzung des Werkzeuges als Ganzem, erreicht werden.While the very different design of the two coils according to the invention Continuous activation would result in the beating coil being a multiple of the electrical Pick up power of the return stroke coil and as a result by impermissible high current heat would be destroyed much faster than the return stroke coil, can im working tool because of the much shorter duty cycle of the beating coil equally high heating of the two coils, so maximum utilization of the tool as a whole, to be achieved.

Diese Anordnung hinsichtlich ihrer Windungszahl, ihres Widerstandes und ihrer Schlagzeit stark verschiedener Spulen bringt für Schlagwerkzeuge jeder Größe eine sprunghafte Steigerung der Schlagleistung mit sich, unabhängig davon, ob gleichzeitig das erstbesprochene Zeitkonstantenverhältnis eingehalten wird oder nicht.This arrangement in terms of its number of turns, their resistance and their strike time brings greatly different coils for striking tools of any size with a sudden increase in striking performance, regardless of whether the first discussed time constant ratio is observed at the same time will or not.

Bei der Anwendung der erfindungsgemäßen Anordnung nach dem Zeitkonstantenverhältnis für Zweispulenwerkzeuge müssen wegen der großen Verschiedenheit der Einschaltdauern auch die Zeitkonstanten verschieden werden, also die der Rückhubspule erheblich größer als die der Schlagspule. Das kann bei der praktischen Ausführung, besonders von kleineren Schlagwerkzeugen, auf Schwierigkeiten stoßen, vor allem dann, wenn der für die Rückhubspule zur Verfügung stehende Wickelraum nicht oder nur unerheblich größer gemacht werden kann als der für die Schlagspule. When using the arrangement according to the invention according to the time constant ratio for two-coil tools, because of the great difference in the duty cycle the time constants are also different, that is, those of the return stroke coil are considerably greater than those of the beating coil. That can with the practical execution, especially of smaller impact tools, on difficulties bump, especially when the winding space available for the return stroke coil is not or only slightly larger can be made as that for the beating coil.

Da der Querschnitt des magnetischen Kreises in beiden Spulen wegen des in beiden Richtungen arbeitenden Ankers bzw. Hammerbärs aus Gründen einfacher Konstruktion meist der gleiche ist, wird erfindungsgemäß durch unterschiedliche Ausbildung der Luftspaltbegrenzungsflächen an den beiden Enden des Ankers bereits eine erhebliche Verschiedenheit der magnetischen Leitfähigkeiten und damit auch der Zeitkonstanten bei Hubbeginn erreicht. Zu dem Zweck werden die Luftspaltflächen in der Rückhubspule vorzugsweise in an sich bekannter Weise kegelförmig, die in der Schlagspule eben, senkrecht zur Bewegungsrichtung, ausgeführt, wie an einem Ausführungsbeispiel in der Zeichnung dargestellt. Hierin ist α der gleichzeitig den Magnetanker bildende Hammerbär, der durch eine Schlagspule c und eine Rückhubspule d angetrieben wird. Der Bär α schlägt auf den Schaft e des Arbeitsansatzes (Meißel o. ä.) und wird durch eine Rückprallfeder f vermittels eines Stößels b nach Vollendung des Rückhubes elastisch aufgefangen und in umgekehrter Richtung wieder beschleunigt. Der Stößel b kann auch gleichzeitig zur Betätigung einer nicht gezeichneten Schaltvorrichtung für die Spulen verwendet werden. Die durch verschiedene magnetische Anfangsleitfähigkeiten bewirkte Verschiedenheit der Zeitkonslanten bei Hubbeginn kann in vielen Fällen zur Angleichung an die verschieden langen Einschaltdauern der beiden Spulen genügen. Reicht diese Maßnahme nicht aus, so kann man dadurch nachhelfen, daß für die Rückhubspule ein größerer Anteil des gesamt verfügbaren Wickelraumes vorgesehen wird als für die Schlagspule, wie beispielsweise in der Zeichnung dargestellt. Praktisch ausreichend ist es, wenn z. B. das Zeitkonstantenverhältnis für die Rückhubspule 0,6, für die Schlagspule 0,9 beträgt. Da das Verhältnis meist für die Schlagspule größer ist als für die Rückhubspule und in ersterer infolgedessen die prozentualen Stromwärmeverluste, die mit steigendem Zeitkonstantenverhältnis stark fallen, erheblich kleiner gehalten werden können als in der Rückhubspule, ist es umgekehrt möglich, bei gleicher Erwärmung der beiden Spulen die Schlagleistung der Schlagspule größer zu machen als die der Rückhubspule.Since the cross-section of the magnetic circuit in both coils is mostly the same due to the armature or hammerbear working in both directions for reasons of simple construction, according to the invention, due to the different design of the air gap boundary surfaces at the two ends of the armature, there is already a considerable difference in the magnetic conductivities and thus the time constant at the start of the stroke is also reached. For this purpose, the air gap surfaces in the return stroke coil are preferably conical in a manner known per se, while those in the striking coil are designed to be flat, perpendicular to the direction of movement, as shown in an exemplary embodiment in the drawing. Here, α is the hammerbear, which at the same time forms the magnet armature, which is driven by an impact coil c and a return stroke coil d. The bear α strikes the shaft e of the working approach (chisel or the like) and is elastically caught by a rebound spring f by means of a plunger b after completion of the return stroke and accelerated again in the opposite direction. The plunger b can also be used at the same time to actuate a switching device (not shown) for the coils. The difference in the time conslants at the start of the stroke caused by different initial magnetic conductivities can in many cases be sufficient to adapt to the different length of the switch-on times of the two coils. If this measure is not sufficient, you can help by providing a larger proportion of the total available winding space for the return stroke coil than for the beating coil, as shown, for example, in the drawing. It is practically sufficient if, for. B. the time constant ratio for the return stroke coil is 0.6, for the beating coil 0.9. Since the ratio for the beating coil is usually greater than for the return stroke coil and, as a result, the percentage current heat losses in the former, which fall sharply with increasing time constant ratio, can be kept considerably smaller than in the return stroke coil, it is conversely possible, with the same heating of the two coils, the To make the beating power of the beating coil greater than that of the return stroke coil.

Für die Anwendung der allgemein gültigen erfindungsgemäßen Anpassung des elektrischen und mechanischen Größen, ausgedrückt durch das Zeitkonstantenverhältnis, sowie der erfindungsgemäßen verschiedenen Ausführung der elektrischen und magnetischen Kreise der Spulen eines Zweispuleuwerkzeugs ist es gleichgültig, ob die die Stromkreise steuernde Schaltvorrichtung vom Anker oder Hammerbär selbst, also mehr oder weniger zwangsweise betätigt wird oder ob eine vom Schlagwerkzeug getrennt angeordnete mechanisch unabhängige Schaltvorrichtung verwendet wird, da auch in letzterem Falle Ein- und Ausschaltung der Spulen und damit die Einschaltdauern in Einklang mit der jeweils zugeordneten Hubbewegung des Ankers stehen müssen.For the application of the generally applicable adaptation of the electrical according to the invention and mechanical quantities, expressed by the time constant ratio, as well as the various according to the invention Execution of the electrical and magnetic circuits of the coils of a two-coil tool It doesn't matter whether the switching device controlling the circuits is from the armature or Hammerbär itself, so more or less is forcibly operated or whether a mechanically independent switching device arranged separately from the striking tool is used, since in the latter case the switching on and off of the coils and thus the duty cycles are consistent must stand with the respectively assigned lifting movement of the armature.

Ferner tritt die beschriebene Erhöhung der Schlagleistung durch verschiedene Ausbildung der elektrischen Stromkreise der beiden Spulen nicht nur bei Schlagwerkzeugen ein, die mit Gleichspannung betrieben werden, sondern aus denselben Gründen auch bei mit Wechselstrom betriebenen.Furthermore, the described increase in impact performance occurs through different training the electrical circuits of the two coils not only in impact tools, which are operated with DC voltage, but for the same reasons also with AC powered.

Claims

Patent claims:

ι. Loss Reduction Arrangement in DC-fed electromagnetic striking tools, characterized in that that through mutual adaptation of the electrical and mechanical ■ sizes of the impact tool, the electrical Time constant of each magnet coil of its duty cycle corresponding to the assigned stroke movement of the magnet armature is aligned in such a way that the. Time constant at the start of the stroke

Ratio of sitting time "-" ^mm ", 05

at least = 0.5, but if possible - 0.7 to 1.0 or greater.

2. Arrangement to reduce losses in electromagnetic impact tools, preferably according to Anno Spruch i, the one with a blow and return stroke coil and an elastic means for reversing the direction of movement of the armature formed after the return stroke, for example a rebound spring or a spring suspension of the magnet armature are, characterized in that the number of turns and conductor cross-sections of the coils are designed so differently are that the electrical resistance of the beater coil circuit is a Fraction of the A ¥ resistance of the return stroke

Coil circuit, on the order of about Y ₂ to ^a / ₀ >.

3. Electromagnetic impact tool according to claim 1 or 2 with impact and Return stroke coil, characterized in that the air gap delimiting surfaces of the two ends of the armature or as such trained hammer bear and their mating surfaces on the impact and Return stroke coil side are designed differently in such a way that the at Beginning of the stroke existing magnetic conductivity of the magnetic circuit of the Return stroke coil is significantly larger than that of the magnetic circuit of the beater coil.

4. Electromagnetic impact tool according to claim 3, characterized by the formation of the magnetic circuit at the point of the variable airway, d. H. due to the design of the air gap delimitation surfaces as conical Surfaces on the return coil side and as flat surfaces perpendicular to the direction of movement on the Beating coil side.

1 sheet of drawings