CN102159365A - 具有超越离合器的装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种装置，该装置具有驱动单元(1)、可以由驱动单元(1)驱动并以可轴向运动的方式设置的驱动元件(6，6a，6b)、以可轴向运动的方式设置并联接至驱动元件(6，6a，6b)的运动元件(8，8a，15)以及设置在驱动单元中或驱动单元(1)与驱动元件(6，6a，6b)之间的扭矩流中的超越离合器(3)。如果驱动单元(1)具有低于驱动元件(6，6a，6b)的运动速度，则超越离合器(3)处于空转状态中，在这种状态中超越离合器中断驱动单元(1)与驱动元件(6，6a，6b)之间的扭矩流，从而使驱动元件(6，6a，6b)的运动与驱动单元(1)的驱动扭矩脱开。这样，驱动元件(6，6a，6b)例如在其返回运动中可以比对应于由驱动单元(1)驱动的运动更快地运动。

Description

具有超越离合器的装置

本发明涉及一种根据专利权利要求1的装置，该装置本身用于例如爆破锤、冲击钻机、路面破碎机或用于夯实土壤的夯实机。

背景技术

现有技术中通常已知这种装置，其中驱动单元的驱动扭矩从驱动元件传递至与驱动元件连接的运动元件。例如，集成在爆破锤、冲击钻机和/或路面破碎机中的冲击组件可以基于上述原理运转。

这种冲击组件中的驱动元件是驱动活塞，通过合适的驱动单元(诸如联接至电动机的曲柄传动装置)可以使该驱动活塞轴向振荡。这种轴向的振荡运动可以传递至诸如动力凿刀的工具。为使驱动单元免受引起磨损的过度负载并为增强工具的冲击效果，可以在曲柄传动装置与保持工具的夹具之间布置诸如冲击活塞的运动元件，并将该运动元件通过弹簧元件连接至驱动活塞。常规方法例如是使用单侧或双侧气动弹簧冲击组件。

气动弹簧冲击组件通常通过驱动活塞和冲击活塞的设计与定位加以区别。具体地说，已知气动弹簧冲击组件的四种变型：

-具有相同直径的驱动活塞和冲击活塞的单向冲击组件，该驱动活塞和冲击活塞在冲击机构的外壳内部运动；

-具有中空的驱动活塞和冲击活塞的单向冲击组件，驱动活塞在一端处开口，且冲击活塞在驱动活塞中运动；

-具有中空的冲击活塞和驱动活塞的单向冲击组件，冲击活塞在一端处开口，且驱动活塞在冲击活塞中运动；以及

-具有环绕冲击活塞的、中空的驱动活塞的双向冲击组件。

在这些系统中，驱动活塞和冲击活塞可以彼此密封，并且借助间隙密封或一些其它合适的密封件，根据设计变型并相对于机构外壳来密封，这样在驱动活塞与冲击活塞之间的相对速度较高时，封闭的空气量能形成气动弹簧。

下面将描述常见的冲击组件在一个运转周期内的运转模式。

借助曲柄传动装置可使驱动活塞、即驱动件产生近似沿正弦函数的轴向振荡运动，其中驱动活塞面向曲柄传动装置的极端位置可被称为上死点，而驱动活塞背向曲柄传动装置的极端位置被称为下死点。

当驱动活塞从上死点朝下死点和冲击活塞、即运动元件方向运动时，通过冲击活塞的至少一个正面与驱动活塞之间所捕集的空气量产生气动弹簧。由于冲击活塞的惯性，驱动活塞朝下死点方向的运动使所捕集的空气被过压缩，从而在驱动活塞的运动方向上推动冲击活塞。在此，可以设有带有附连工具的冲击件，该冲击件例如由工具的端面或冲头构成。推力引起冲击活塞撞击冲击件，从而将线性矩施加至工具并然后反冲。反冲是冲击能量、组成的冲击部件的几何形状、撞击元件的材料和目标工件的硬度的函数。在工具楔入工件时反冲将尤其强。反冲使冲击活塞朝驱动活塞方向并远离冲击元件运动。

一旦驱动活塞到达下死点，连接至曲柄传动装置的驱动活塞的运动方向就反向。如果现在朝曲柄传动装置方向运动的驱动活塞以大于冲击活塞的速度运动，则两活塞的相对运动将在空气室中产生负压并因此产生气动弹簧，该气动弹簧对冲击活塞产生吸入效应，从而增进其返回运动。

到达上死点后，驱动活塞(驱动元件)通过曲柄传动装置又朝相反方向运动，由于定位在两个活塞之间的气动弹簧在压缩状态下的效应，而驱动活塞制动仍处于返回运动模式中的冲击活塞(运动元件)，然后再一次使冲击活塞朝冲击元件的方向加速，从而准备下一个冲击循环。

在上述传统设计的冲击组件的情况下，工具对冲击活塞的反冲能负面地影响驱动活塞和冲击活塞之间的相对运动。例如，由硬物体表面、硬工件、楔形工具或较强的前一次冲击所产生的强有力反冲能引起冲击活塞以高动能进行反冲。

这可以在气动弹簧冲击组件中产生效果，由此在冲击活塞(运动元件)和驱动活塞(驱动元件)之间的气动弹簧中建立压力，即使当驱动弹簧仍在朝上死点方向的路径上时。由于这种压力使冲击活塞减速，进而损失动能，并在极限情况下，活塞可能反向。当驱动活塞接近冲击活塞时，冲击活塞已经减慢，且气动弹簧不再充分地加载，这样驱动活塞可以只将较少的推力运动传递至冲击活塞。相反地，当驱动活塞开始朝与其关联的冲击活塞方向运动时，气动弹簧可被加载，但驱动活塞仍太靠近上死点，这样驱动活塞以低速运动。还在这种情况下，气动弹簧比其在冲击活塞和驱动活塞以相对高速沿相对方向朝向彼此运动时较弱地被加载。此外，在气动弹簧最大压缩时，驱动活塞的速率太低，从而导致在后续的冲击循环中冲击相应较弱。

其它类型的装置也可能遇到相似的效果，在这些类型的装置中驱动扭矩通过各个驱动元件传递至相关联的运动元件，从而损害装置的工作效率或物理性能。

发明内容

本发明的目标是引入一种装置，在这种装置中可以避免运动元件过早制动。本发明的另一目标是引入一种装置，这种装置的驱动元件和运动元件的运动性能有改进。

所述目标通过如在专利权利要求1中所规定的装置来实现。在从属权利要求中说明本发明改进的变型。

装置具有驱动单元、通过驱动单元的作用可轴向运动的驱动元件、可轴向运动的运动元件和超越离合器，该运动元件通过诸如弹簧的联接件连接至驱动元件，该超越离合器定位在驱动单元中或驱动单元与驱动元件之间的扭矩流中。当驱动单元以大于等于驱动元件的速度运动时，超越离合器处于闭锁配合状态。当驱动单元以低于驱动元件的速度运动时，超越离合器处于自由旋转的分离状态。在超越离合器的闭锁状态，超越离合器闭合驱动单元与驱动元件之间的扭矩流。在其分离状态，超越离合器中断驱动单元与驱动元件之间的扭矩流。

驱动单元可以包括诸如电动机或内燃机的发动机。驱动单元能产生包含平移推力分量和/或旋转扭矩分量的驱动扭矩。驱动扭矩可以通过驱动单元的其它组件(诸如飞轮、轴和/或传动齿轮以及连接至驱动单元的超越离合器)传递至驱动元件。驱动元件例如可以呈驱动活塞的形式。

超越离合器可以处于两种运转状态中。当驱动单元以大于等于驱动元件的速度运动时，该超越离合器处于闭锁配合状态。这例如可能是在驱动单元使驱动元件加速时的情况。在其配合状态，超越离合器闭合驱动单元与驱动元件之间的扭矩流，从而使由驱动单元产生的动能可以例如以形状配合或受力配合方式传递至驱动元件。

当驱动单元比驱动元件更慢运动，尤其意味着驱动元件并未由驱动单元加速，超越离合器将处于分离、自由旋转的状态，在这种状态下，驱动单元与驱动元件之间的扭矩流被中断。因此，在分离状态下中断扭矩流使驱动单元的驱动扭矩和/或牵引功率到驱动元件的传递中断。

当超越离合器处于闭锁配合状态，驱动单元可以使驱动元件可轴向运动。驱动元件的运动可以是振荡或平移，并例如借助弹簧元件或气动弹簧，这种运动可以传递到联接至驱动元件的运动元件。在此，运动元件可轴向运动，并借助传递驱动元件的运动，运动元件的自身运动将是振荡或平移，从而使其可以例如以冲击或夯实运动用于动力工具中。

超越离合器可以定位在驱动单元与驱动元件之间的扭矩流中。另外，也可以在功能上将超越离合器直接集成到驱动单元中，或超越离合器可以是驱动单元中的自持式模块。作为另一个选择，可以通过以如下方式控制驱动单元来获得超越离合器的功能性：驱动单元不能转变到发电机模式。这特别对于电动机来说是可能的，其中，借助适当的控制，在外部(在这种情况下通过运动元件)驱动发动机轴的情况下可以避免发动机进行发电机式运转。在具有频率转换的同步电机和异步电机的情况下，这例如可以通过不使电机在区别于转子的频率下运转来实现。如果在这种情况中通过快速运动的运动元件外部驱动电动机轴，则当定子中流动或可以流动的电流比无负载电流小时，转子可自由地在定子中旋转。

如将在下面作更为详细的解释那样，例如借助弹簧元件来联接驱动元件和运动元件致使弹性地传递动能，并因此致使驱动元件与运动元件之间动态地相对运动。此外，在驱动元件与运动元件之间定位弹簧元件可以对运动元件抵抗驱动单元的反冲进行衰减，从而足以避免使驱动单元超载。

能量传递和衰减的程度可以通过弹簧元件的构造来控制。合适的设计包括机械或液压弹簧单元。倘若中空空间被充分地密封，那些通常使用的是可以在驱动元件与运动元件之间的中空空间中形成的、由这些元件之间的相对运动所产生的气动弹簧。

下面将基于部件的动态运动来解释根据本发明的装置的工作原理。假设驱动单元的运动已将超越离合器转到闭锁状态，从而使驱动元件转变成例如远离运动元件的平移运动。弹簧元件可以将这种运动传递到运动元件，由于运动元件的惯性延迟，使其本身在与驱动元件相同的方向上运动。

在上死点，驱动元件的运动使驱动元件的运动反向。此时，由于运动元件的惯性，运动元件将继续向驱动元件运动。这两个元件彼此相反的相对运动将使弹簧元件预加载到运动元件的运动方向也反向且运动元件背向驱动元件运动的点。通过驱动元件朝运动单元的运动并通过放松弹簧元件来加强这种运动，从而使运动元件以较高动能被推离驱动元件。高动能可以被用于装置的运转循环。如果装置设计成冲击组件，装置可以撞击诸如冲击工具的冲击装置。如果装置设计为夯实机，动能可以驱动例如土壤夯实机中的夯锤。

根据与冲击相关的条件(诸如冲击装置和/或冲击装置或夯锤下方物体表面的硬度)，冲击能量现在部分地传递至冲击装置或夯锤和/或物体表面并部分地返回至运动元件，从而引起运动元件以可以物体表面硬度为函数变化的能级而反冲。

在较强反冲的情况下，运动元件将以高动能反冲。此时，驱动元件可以在到达下死点前继续朝向运动元件运动，或通过驱动单元的作用，可以已经使运动元件远离下死点运动。运动元件的加速可以使弹簧元件预加载，从而使运动元件的高动能传递到驱动元件。

因此在这种情况下，冲击驱动元件的驱动扭矩比驱动单元的驱动扭矩更大，由此，驱动元件将比驱动单元更快的运动传递至超越离合器。这引起超越离合器转入分离状态中，从而中断驱动单元与驱动元件之间的扭矩流。驱动元件和运动元件的运动因此与驱动单元脱开，从而使运动元件朝上死点方向推动驱动元件。脱开后，驱动元件可以自由地加速，且不通过联接至驱动单元来阻止加速，就像例如在电动机驱动单元中通过将其转到发电机运转模式的情况中那样。

耗于过程中的能量降低运动元件的速度并因此降低驱动元件在其到上死点的路径上的速度。一旦驱动元件的速度小于或等于驱动单元的速度，超越离合器就能转入配合闭锁状态，从而闭合驱动单元和驱动元件之间的扭矩流。驱动元件和与其联接的运动元件现在可以再一次通过驱动单元来运动。

一旦驱动元件到达上死点，驱动单元将使其运动方向反向。首先，运动元件由于其惯性将继续朝驱动元件运动，直到弹簧元件增加的预载荷也使运动元件的运动方向反向为止。直到此时，驱动元件可能已经远离其上死点运动并可能已通过驱动单元朝运动元件的方向进行加速。然后驱动元件的动能和储存在弹簧元件中的能量可以使运动元件以高能级且远离驱动件进入下一个运转循环运动。

借助如上所述的超越离合器的分离状态，驱动单元的惯性矩可以与驱动元件和运动元件脱开。这使运动元件将较强的反冲能量转换成朝向驱动元件的加速。运动元件和驱动元件都能因此使用反冲能量以朝上死点方向加速运动。这减少驱动单元对于驱动元件和运动元件的制动效果，该制动效果从这些元件中获取动能。

通过驱动元件的自由运动可以防止弹簧元件被过早压缩。弹簧最大压缩的时刻可因此延迟，例如延迟到当驱动元件已经反转其运动方向并以高速向运动元件运动时。由于通过推动驱动元件的推力和存储在弹簧元件中的能量来确定运动元件的能量，冲击在这种情况下可以更大。

接着，分离状态可以为后续的运转循环使用反冲能量。此外，分离状态使装置的操作效率整体加强，这是因为一方面运动元件的运动在较强的反冲后变得更强有力，另一方面由反冲造成驱动元件和运动元件加速将对于保持不变的驱动能量来说增加运转循环数。另外，驱动单元与驱动元件和运动元件的运动脱开将在较强的反冲后帮助保护驱动单元。

为加强超越离合器功能上的作用，可以将其合适地定位在驱动单元与驱动元件之间的扭矩流中。一般而言，在驱动扭矩源和驱动元件之间的有效路径中的任何位置都可以，只要该位置可使驱动单元的驱动扭矩与驱动元件脱开。尤其是，超越离合器可以靠近驱动元件定位以使动力传动系统的最多可能的零部件与驱动元件脱开，这些零部件对于驱动元件有惯性作用。这样可以尽可能全面地利用使驱动元件和运动元件运动的反冲的推力强度。

在一个实施例中，驱动单元是旋转驱动装置。另外，实施例在旋转驱动装置与驱动元件之间的扭矩流中包括诸如曲柄传动装置的旋转转换装置，该旋转转换装置将旋转驱动装置的旋转运动转换成振荡式平移运动。在这种情况下，可以通过旋转转换装置来致动驱动元件。

旋转驱动装置可以包括电动机(诸如高频三相电机)或者替代地使轴作旋转运动的内燃机。借助诸如齿轮系统的附加的机械部件，这种旋转运动可以被传递到超越离合器并从那里传递到旋转转换装置。旋转转换装置可以将旋转驱动装置的旋转转换成驱动元件的振荡式轴向平移运动。

根据旋转转换装置的构造，该装置可以产生例如驱动元件在上下死点之间的平移运动，这种运动大致对应于基于时间的正弦函数。在此，当驱动元件在上下死点之间的半路时，驱动元件的速度将最高。弹簧元件中上述时间延迟的且空间上移动的最大压缩可能发生在驱动单元引起驱动元件以相对的高速朝下死点方向运动时。这随之也可以致使运动元件通过驱动元件有效地加速。

在该实施例的变型中，超越离合器定位在旋转驱动装置与旋转转换装置之间的扭矩流中。这使在超越离合器的闭锁状态下例如借助曲柄传动装置可以将驱动单元的旋转运动转换到旋转转换装置。在分离状态下可以中断扭矩流，从而使旋转转换装置与驱动单元的旋转脱开。

在一个实施例中，用作联接装置的弹簧元件定位在驱动元件和运动元件之间。这使驱动元件和运动元件的运动可以弹性联接，并因此可以弹性地传递驱动元件与运动元件之间的动能。弹簧元件可以包括例如机械弹簧，这些机械弹簧定位在驱动元件与运动元件之间、运动元件的相对端面上。

在另一个实施例中，超越离合器由自由旋转机构构成。根据在自由旋转机构的驱动端及相应地在其输出端上的相对旋转方向，自由旋转机构将在超越离合器的配合状态与分离状态之间切换。驱动端在这种情况下指自由旋转机构面向驱动单元的一侧，驱动单元的驱动扭矩从该侧传递至自由旋转机构。输出端指连接至驱动元件的一侧，借助该侧驱动单元的驱动扭矩传递至驱动元件。在超越离合器的配合状态下，自由旋转机构以受力配合和形状配合的方式联接驱动端和输出端。在分离状态下，自由旋转机构将驱动端与输出端脱开。

在本设计方案的变型中，自由旋转机构使用摩擦联接件、卡辊、棘齿联接件和/或齿轮联接件。在摩擦联接件中，包括不圆、即非圆形和非球形的元件的摩擦元件或卡辊定位在圆柱形座圈之间。座圈可以围绕待联接的旋转轴线定位。在配合状态中，驱动端和输出端可以通过座圈的形状配合与摩擦元件锁定。在卡辊式自由旋转机构中，内座圈可以将内部星状板保持在凹陷槽中，该星状板单独具有弹簧加载辊子。根据旋转的相对方向，辊子可以自由运动，从而使内外座圈脱开，或将内外座圈推入凹穴中，由此通过卡辊的夹紧作用联接座圈。在用于例如棘齿轮和棘轮扳手中的棘齿联接的情况下，配合状态将建立驱动端与输出端之间形状配合的连接。在齿轮联接的情况下，用齿来传递扭矩。齿轮型的自由旋转机构将在驱动端与输出端之间的旋转速度差使联接套移位时自动切换。

在另一个实施例中，流体联接件可以承担超越离合器的功能。例如，如果止回阀被集成到泵回路中，产生的阻力将对于锁定作用来说较高，而对于分离的自由流动作用来说较低。

如上所述，装置可以构造成将超越离合器直接集成到驱动单元中。在这种情况下，驱动单元将不得不以例如如下方式设计：在驱动单元的驱动轴由外扭矩来驱动的运转模式中，驱动单元不能以发电机模式进行运转，意味着驱动单元不能产生任何输出。驱动轴和例如与其连接的转子可以自由旋转，只要运动元件试图超过驱动元件，而不在驱动单元的转子和定子之间施加电场或磁场。当外部源以比由电动机设定的速度更高的速度来使驱动轴旋转时，可例如关闭异步电机中的励磁场。因此不必设置自持式超越离合器模块。替代地，对电动机合适的控制将通过转子和定子间之间的直接互相作用形成超越离合器。

在一个实施例中，运动元件是冲击活塞。在此设计中，装置可包括冲击组件以驱动例如爆破锤、冲击钻机和/或路面破碎机。

在这种设计的变型中，弹簧元件可以由至少一个或多个气动弹簧构成。可以通过在驱动元件与冲击活塞间、在两者相对运动时所捕集的空气量来产生气动弹簧。借助正压或负压效应，气动弹簧可以传递驱动元件与冲击活塞之间的相对运动。

另一种设计的变型包括冲击元件，该冲击元件可以由冲击活塞撞击。冲击元件可以如下方式定位：冲击活塞在其振荡式平移运动中将以规则的间隔撞击冲击元件。这种冲击元件可以是以冲压头或工具的插入段的形式构成。替代地，工具夹可以冲击活塞直接撞击工具的方式保持工具。

根据本发明的装置可以不同方式应用。在一个实施例中，装置装有附连于冲击元件的工具。该工具可以是例如通过冲击活塞、即运动元件的重复冲击来运转的路面破碎机的凿子。另外，附连于冲击元件的工具可以是通过冲击活塞运转的爆破锤和冲击钻机。

在另一个实施例中，装置是振动夯实机，其运动元件是打夯活塞。打夯活塞可以装备有打夯柄，可以通过打夯活塞的运动使该打夯柄进行夯实运动。这种作用可以用于例如土壤夯实中。

在该实施例的变型中，弹簧元件由螺旋弹簧构成，该螺旋弹簧联接驱动元件和打夯活塞的运动并将两者以往复方式传递。借助螺旋弹簧，由打夯活塞和可以具有较大质量的打夯柄的运动产生的高动能可以适当地在驱动元件与打夯活塞之间传递。作为替代或附加，也可以使用诸如气压弹簧或弹性体弹簧的其它类型的弹簧元件。

在该实施例的另一种变型中，打夯活塞具有空腔，该空腔容纳连接至驱动元件的螺旋弹簧、气压和/或弹性体弹簧。这使驱动元件和打夯活塞可合适地联接，并且在节省空间的同时帮助引导这些元件的轴向运动。

附图说明

下面将更详细地解释本发明的这些和其它的特点特征，参照附图来描述例子，附图中：

图1示出具有自由旋转机构和简单气动弹簧的冲击组件；

图2示出具有自由旋转机构和双气动弹簧的冲击组件；

图3示意示出摩擦类型的自由旋转机构；

图3B示出分离状态中摩擦类型的自由旋转机构的一部分；以及

图3C示出闭锁状态中摩擦类型的自由旋转机构的一部分。

图4示出具有自由旋转机构和双作用螺旋弹簧的夯实机。

具体实施方式

图1中示意示出的冲击组件由发动机1驱动，该发动机的扭矩通过齿轮系统2传递至自由旋转机构3。

根据运转状态，自由旋转机构3可以将在其驱动端处接受的扭矩传递到定位在其输出端处的旋转转换装置，该旋转转换装置在图1中由曲柄传动装置4和连杆5构成。曲柄传动装置4和连杆5将由自由旋转机构3传递的扭矩转换成连接到连杆5的驱动活塞6的振荡式平移运动。

驱动活塞6在中空的导向缸7中运动。圆柱状的冲击活塞8也在导向缸7中运动，该冲击活塞8定位在驱动活塞6离开连杆5的远侧上。冲击活塞8定位成在导向缸7远离曲柄传动装置4的一侧上，冲击活塞可以撞击安装在工具夹9中的工具10。

驱动活塞6和冲击活塞8可以沿导向缸7的中心轴线轴向运动并借助间隙密封与导向缸7密封开。这些间隙密封可以在驱动活塞6与冲击活塞8之间相对速度较高时使封闭在驱动活塞6与冲击活塞8之间的空气量通过压缩或减压形成气动弹簧11，从而可以在驱动活塞6与冲击活塞8之间进行弹性脉冲传递。

下面将通过一个冲击循环的例子来描述具有自由旋转机构和简单气动弹簧的冲击组件的运作。

当来自发动机1的给定扭矩通过齿轮系统2传递至自由旋转机构3的驱动端时，如果此时自由旋转机构3的输出侧上的曲柄传动装置4以较低速运转，则自由旋转机构3将转入其配合闭锁状态。在闭锁状态中，自由旋转机构3将扭矩传递至曲柄传动装置4以使其运动。借助连杆5，旋转被转换成驱动活塞6沿导向缸7的中心轴线的振荡式平移运动。在图1中所示的冲击组件的部件位置中，这将引起驱动活塞6例如朝冲击活塞8的方向运动。由此，密封在驱动活塞6与冲击活塞8之间的导向缸7中的气动弹簧11将被压缩，并且驱动活塞6的运动冲击将被弹性地传递至冲击活塞8。在此，由于惯性而延迟的冲击活塞8在对应于驱动活塞6并朝向工具10的方向上运动。冲击活塞撞击工具10，该工具将在此接受的冲击能量传到物体表面(未示出)或传到工件(未说明)。根据工具10和工件的硬度，冲击活塞8将朝驱动活塞6的方向反冲。此时，根据发动机1的旋转速度，驱动活塞6可能仍朝冲击活塞8的方向运动，或者接着到达下死点，通过曲柄传动装置4和连杆5可以已经使驱动活塞朝相反方向运动。

反冲的反冲能量使冲击活塞8朝驱动活塞6的方向加速，在该过程中对密封在驱动活塞6与冲击活塞8之间的气动弹簧11进行压缩，并因此可将加速能量弹性地传递至驱动活塞6。连杆5现将驱动活塞6的线性轴向运动转换成曲柄传动装置4的旋转运动，从而将旋转运动传递到自由旋转机构3的输出端。如果曲柄传动装置4以大于由发动机1和齿轮系统2从驱动端传递到自由旋转机构3的速度旋转，则自由旋转机构3将转入其分离状态，在这种状态中自由旋转机构的驱动端和输出端之间的扭矩流被中断。驱动活塞6的运动因此与发动机1的驱动单元脱开，且冲击活塞8将能够使驱动活塞6在反冲方向上加速。

当冲击活塞8减速时，驱动活塞6的运动和因此曲柄传动装置4的运动将减速。一旦由曲柄传动装置4传至自由旋转机构3的输出端的旋转速度小于或等于由发动机1通过齿轮系统2传至自由旋转机构3的驱动端的旋转速度，自由旋转机构3就将又转回其闭锁状态，且发动机1可以推动驱动活塞6运动。

如果此时驱动活塞6仍远离冲击活塞8运动，则气动弹簧11将被减压。由此产生的吸力效果将驱动活塞6的运动冲力弹性地传递至冲击活塞8。

一旦通过曲柄传动装置4和连杆5传至驱动活塞6的运动方向反向，将产生驱动活塞6与冲击活塞8之间相反的相对运动，从而再一次压缩气动弹簧11并开始下一个冲击循环。

因为由于自由旋转机构3的作用，驱动活塞6与发动机1的扭矩脱开，而由于反冲作用可以自由加速驱动活塞，所以驱动活塞将在下一个冲击循环开始时处于提前位置。因此，在已经使驱动活塞6朝冲击活塞8方向运动并加速时，气动弹簧压缩最大。由此，当气动弹簧被最大压缩时，驱动活塞6将以高速朝冲击活塞8的方向运动，从而使冲击活塞8大幅加速，且冲击活塞8对工具10的后续冲击相应较强。

反冲能量因此可以用于下一次冲击。此外，冲击组件的冲击能力将得到增强，这是因为对于发动机1的相同转速，插入自由旋转机构3会增加冲击组件的冲击数。

图2示出具有自由旋转机构和双气动弹簧的冲击组件。发动机1、齿轮系统2、自由旋转机构3、曲柄传动装置4和连杆5的功能与上述功能相同。

图2中，驱动活塞6是圆柱形并具有容纳沿驱动活塞6a的中心轴线线性运动的冲击活塞8a的中空空间。

冲击活塞8a在驱动活塞背向连杆5的远端上从驱动活塞6a中突出，因此使冲击活塞8a在冲击运动中可以冲击固定安装在工具夹9上的工具。驱动活塞6a和冲击活塞8a通过间隙密封以如下方式彼此密封：在两活塞之间相对运动中，密封在驱动活塞6a内部的空气量在冲击活塞8a的两侧被压缩或减压。过程中，在冲击活塞8a远离工具10的一侧上产生第一气动弹簧11a并在面向工具10的一侧上产生第二气动弹簧11b。两个气动弹簧11a和11b使驱动活塞6a和冲击活塞8a之间的动能可以有效地传递。

如在图1中所述的冲击组件的情况那样，图2中所示的冲击组件中，在使冲击活塞8a加速后，通过由工具10传递至冲击活塞8a的反冲作用，自由旋转机构3可以中断发动机1与驱动活塞6a之间的扭矩流，从而使冲击活塞8a可以自由地让驱动活塞6a加速。

此外，在图2中所述的冲击组件中，当冲击活塞8a以高动能朝工具10的方向运动而同时通过压缩气动弹簧11b使驱动活塞6a加速时，驱动活塞6a的运动可以与发动机1脱开。这将防止冲击活塞8a就在冲击前由于联接至驱动单元的扭矩流而减速。

在图2中所示的、具有自由旋转机构和双气动弹簧的冲击组件中，反冲能量因此能用于准备下一次冲击，同时对于发动机1不变的旋转速度来说增加冲击数。

图3A是装备有摩擦联接件的自由旋转机构的示意性视图，该机构具有内驱动环和与该环同心的外输出环13，而不圆的摩擦型夹持件14a，14b，14c等定位在驱动环12与输出环13之间。根据通过这些摩擦元件14a，14b，14c中的一个摩擦元件的横截面定位，直径沿该横截面可以变化。根据驱动环12与输出环13之间的相对运动及由此的相对旋转速度，摩擦型的自由旋转机构将处于分离或闭锁配合状态，在这些状态中摩擦类型的夹持元件14a，14b，14c呈现不同定向。

在图3B和3C中分别示出并在下面描述分离状态和闭锁状态。

图3B示出分离状态中的、图3A的摩擦联接件自由旋转机构，在这种状态中驱动环12以比输出环3更低的速度旋转，因此表现出相对于输出环13的负运动。在这种情况中，摩擦元件14a，14b，14c将以如下方式自行定向：它们较小的直径位于在驱动环12与输出环13之间，从而使输出环13的运动与驱动环12的运动脱开。

图3C示出闭锁状态中的、图3A的摩擦联接件自由旋转机构。在这种情况中，驱动环12以比输出环13更大的速度旋转，从而使摩擦元件14a，14b和14c以增加驱动环12与输出环13之间直径的方式自行定位，从而产生形状配合的连接，借助这种连接使驱动环12的扭矩可以传递至输出环13。

图4示出具有自由旋转机构和双作用螺旋弹簧的夯实机。发动机1、齿轮系统2、自由旋转机构3、曲柄传动装置4和连杆5与上述相同，因而不再说明。

图4中所示的夯实机包括打夯活塞15，在其下端装备有打夯板或打夯柄。夯实机可以用于诸如夯实土壤。

另外，夯实机包括连接至连杆5的细长驱动元件6b，并将该驱动元件以如下方式部分地设置在打夯活塞15的空腔中：驱动元件6b和打夯活塞15可以相对于彼此沿共用的中心轴线线性运动。

在打夯活塞15的空腔内部，驱动元件6b具有用作保持装置的套环16，驱动元件6b在两个螺旋弹簧17a和17b之间连接至该固定装置，而这两个螺旋弹簧17a和17b设在打夯活塞15的空腔中。螺旋弹簧17a，17b沿打夯活塞15和驱动元件6b共用的中心轴线对齐，且可以接触打夯活塞15空腔的正面。这使螺旋弹簧17a，17b可弹性地传递驱动元件6b和打夯活塞15的轴向相对运动。螺旋弹簧17a，17b因此可以有效地传递驱动元件6b和打夯活塞15之间的动能。

另外，螺旋弹簧17a和17b可以只用一个螺旋弹簧取代，该弹簧在其纵轴线的中央区域内可以联接至驱动元件。

在图4中所示的夯实机中，如图2中具有双气动弹簧的冲击组件的情况那样，在打夯活塞15加速后通过经由打夯柄传递至打夯活塞15的反冲，自由旋转机构3可以中断发动机1和驱动元件6b之间的扭矩流，从而使打夯活塞15可以自由地加速驱动元件6b。

此外，当打夯活塞15以高动能朝打夯柄的方向运动而同时通过压缩第一螺旋弹簧17a使驱动元件6b加速时，驱动元件6b的运动可以与发动机1脱开。这将防止打夯活塞15就在打夯柄撞击前由于联接到驱动单元的扭矩流而减速。

在图4中所述的、具有自由旋转机构和双作用螺旋弹簧的夯实机中，由反冲产生的反冲能量可以因此用于准备下一个打夯循环，从而对于发动机不变的旋转速度来说增加打夯的冲击数。

Claims (14)

1.一种装置，包括：

-驱动单元(1)；

-由驱动单元(1)驱动、可轴向运动的驱动元件(6)；

-可轴向运动并通过联接件连接至驱动元件(6，6a，6b)的运动元件(8，8a，15)；以及

-定位在驱动单元(1)中或驱动单元(1)与驱动元件(6，6a，6b)之间的扭矩流中的超越离合器(3)；

其中，

-当驱动单元(1)以大于或等于驱动元件(6，6a，6b)的速度运动时，超越离合器(3)配合在闭锁状态中，当驱动单元(1)以小于驱动元件(6，6a，6b)的速度运动时，超越离合器(3)处于分离状态；以及

-驱动单元(1)与驱动元件(6，6a，6b)之间的所述扭矩流在超越离合器(3)的所述闭锁状态中被闭合，且在超越离合器(3)的所述分离状态中被中断。

2.如权利要求1所述的装置，其特征在于，

-驱动单元(1)是旋转驱动装置(1)；以及

-旋转转换装置(4，5)设置在旋转驱动装置(1)与驱动元件(6，6a，6b)之间的所述扭矩流中，从而将旋转驱动装置(1)的旋转转换成驱动元件(6，6a，6b)的振荡式平移运动。

3.如权利要求2所述的装置，其特征在于，超越离合器(3)定位在旋转驱动装置(1)与旋转转换装置(4，5)之间的扭矩流中。

4.如前述权利要求中任一项所述的装置，其特征在于，用作联接装置的弹簧元件(11)定位在驱动元件(6，6a，6b)与运动元件(8，8a，15)之间。

5.如前述权利要求中任一项所述的装置，其特征在于，所述超越离合器由自由旋转机构(3)构成。

6.如权利要求5所述的装置，其特征在于，自由旋转机构(3)由摩擦夹持联接件、卡辊式联接件、棘齿联接件和/或齿轮联接件构成。

7.如前述权利要求中任一项所述的装置，其特征在于，

-超越离合器(3)包括在驱动单元(1)内；

-驱动单元(1)能以如下方式被控制：当驱动单元处于驱动单元(1)的驱动轴由外部旋转驱动的运转状态中时，驱动单元不能作为发电机运转。

8.如前述权利要求1至7中任一项所述的装置，其特征在于，运动元件(8，8a)是冲击活塞(8，8a)。

9.如权利要求8所述的装置，其特征在于，弹簧元件(11)由从驱动元件(6，6a)与冲击活塞(8，8a)之间的相对运动中产生的至少一个气动弹簧(11，11a，11b)构成。

10.如权利要求9所述的装置，其特征在于，设有能通过冲击活塞(8，8a)而受冲击的冲击元件。

11.如权利要求10所述的装置，其特征在于，工具(10)附连于所述冲击元件。

12.如前述权利要求1至7中任一项所述的装置，其特征在于，所述运动元件是打夯活塞(15)。

13.如权利要求12所述的装置，其特征在于，所述弹簧元件由螺旋弹簧(17a，17b)、气压弹簧和/或弹性体弹簧构成。

14.如权利要求13所述的装置，其特征在于，所述打夯活塞(15)设有空腔，所述空腔容纳联接至驱动元件(6，6a，6b)的螺旋弹簧(17a，17b)。

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