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Die Erfindung bezieht sich auf einen hydraulischen
Drehstoßerzeuger für einen Drehschrauber und
dergleichen, welcher an den Dichtflächen einer
Hauptantriebswelle und eines Futterrohrs vollkommen frei von dem
"Verbrennungsphänomen" ist.
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Drehschrauber, welche zum Anziehen von Schrauben und
ähnlichem verwendete pneumatische Werkzeuge sind,
erzeugen Schläge durch ein mechanisches Verfahren, das
auf dem Drehvermögen eines Rotors beruht, wobei solche
Schläge in das gewünschte Drehmoment umgewandelt
werden. Da der durch dieses mechanische Verfahren erzielte
Drehschlag hohen Schlaglärm mit sich bringt, kann
Lärmbelastung verursacht werden. Außerdem besteht das
Risiko, daß die Bediener aufgrund der durch die Schläge
verursachten Erschütterung von dem Steinbrocken-Syndrom
oder dem Raynaud-Phänomen betroffen werden. Im Hinblick
darauf wurden Drehschrauber entwickelt, welche Öldruck
zur Erzielung eines Drehschlags verwenden, um Lärm und
Erschütterung zu verhindern. Solche Drehschrauber
weisen einen hydraulischen Drehmomenterzeuger mit einem
Dichtflügel oder einer Mehrzahl von Dichtflügeln an
einer Hauptantriebswelle auf (vier Dichtflügel im Fall
des japanischen Patents Nr. 41-5800). Im Fall der
ersteren oder Einflügelkonstruktion wird der Öldruck in
einem drehbaren Futterrohrrohr, durch welches eine
Hauptantriebswelle hindurchgeführt ist, nämlich der
Öldruck des Drehschlagerzeugers, höher, wobei für den
Drehschlagerzeuger eine genauere und stärkere
Dichtkonstruktion erforderlich ist. Im Fall der letzteren
oder Vielflügelkonstruktionen wird wenigstens zweimal
bei jeder Umdrehung des Futterrohrs ein Schlag
erzeugt. Darüberhinaus existieren Bauarten, bei denen die
Dichtfläche einfach in beweglicher Ausführung
verwirklicht ist, wie beispielsweise in der DE-A-33 47 016 und
der US-A-3263449, aber diese haben wegen eines hohen
Gleitwiderstands Probleme mit dem Arbeitswirkungsgrad
und der Haltbarkeit.
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Obwohl die Anzahl der während einer Umdrehung des
Futterrohrs erzeugten Schläge sich mit der Anzahl der
Dichtflügel unterscheidet, wird der hydraulische
Drehstoßerzeuger eine bessere Dichtfähigkeit aufweisen,
wenn ein Spielraum zwischen den Dichtflächen des
Futterrohrs und der Hauptantriebswelle verringert wird und
als Ergebnis davon der innere Druck ansteigt und die
Ausgangsleistung entsprechend auch ansteigt. Wegen des
Anstiegs des Innendrucks neigen jedoch die Dichtflächen
an dem Futterrohr und der Hauptantriebswelle zu
"Verbrennungen".
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Nach der EP-A-268 715 ist ein hydraulischer
Drehstoßerzeuger zur Erzeugung eines intermittierenden
Drehmoments an einer in einem oval geformten Hohlraum in
einem mittels eines Rotors um die Hauptantriebswelle
drehbaren Futterrohr angeordneten Hauptantriebswelle
vorgesehen, wobei das Futterrohr an seiner inneren
Umfangsfläche erste und zweite Dichtflächen aufweist, und
wobei die Welle eine erste und zweite Dichtfläche
aufweist, welche zweite Wellendichtfläche durch einen
Dichtflügel geliefert wird, der zur Anlage an das
Futterrohr vorgespannt und periodisch dazu imstande ist,
bezüglich beider Futterrohrdichtflächen abzudichten,
und welche erste Wellendichtfläche dazu imstande ist,
periodisch nur bezüglich der ersten
Futterrohrdichtfläche abzudichten.
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Gemäß der vorliegenden Erfindung wird die erste
Wellendichtfläche durch eine in einer an der
Hauptantriebswelle ausgebildeten schwalbenschwanzförmigen Nut
vorgesehene Walze gebildet, wobei die Walze in der Nut
bewegbar und drehbar ist und durch Federmittel nach außen
gedrängt wird, so daß die Walze mit der ersten
Futterrohrdichtfläche in Eingriff kommt.
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Die Eigenschaften und Vorteile der vorliegenden
Erfindung werden aus der folgenden Beschreibung ersichtlich,
welche unter Bezugnahme auf die begleitenden
Zeichnungen ausgeführt ist, in welchen:
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Fig. 1 ein Schnitt eines hydraulischen
Drehstoßerzeugers ist;
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Fig. 2 ein Schnitt in vergrößertem Maßstab der
hauptwellenseitigen, walzenartigen Dichtfläche ist;
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Fig. 3 (A), (B) und (C) jeweils eine Ausführungsform
einer andersartigen haupftwellenseitigen
Dichtfläche zeigen;
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Fig. 4 (A), (B) und (C) jeweils eine Ausführungsform
einer andersartigen Dichtfläche auf der
Futterrohrseite zeigen; und
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Fig. 5 ein Schnitt eines hydraulischen Schraubers ist,
in welchen die vorliegende Erfindung eingebaut
ist.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
(Ausführungsbeispiel)
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Nachstehend wird auf der Grundlage eines in der
Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels eine
Erläuterung der vorliegenden Erfindung gegeben.
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Bezugszeichen 1 bezeichnet einen Hauptkörper eines
Schraubers, welcher in seinem Inneren ein die
Versorgung und Unterbrechung der Hochdruckluftversorgung
ausführendes Hauptventil 2, ein Umschaltventil 3 (normale
und umgekehrte Drehung) und einen Rotor 4 aufweist,
wobei der Rotor bewirkt, daß die von der vorgenannten
Ventilgruppe eingespeiste Hochdruckluft ein Drehmoment
erzeugt. Somit weist der erfindungsgemäße Schrauber
eine Motorkonstruktion von gewöhnlichen
Pneumatikwerkzeugen auf.
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Ein hydraulischer Drehstoßerzeuger, welcher das
Drehmoment des Rotors 4 in einen Drehstoß umwandelt, ist in
einem am oberen Endteil des Hauptkörpers 1 vorragenden
Frontgehäuse 6 vorgesehen.
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Der hydraulische Drehstoßerzeuger 5 weist in seinem
Futterrohrgehäuse 12 ein Futterrohr 8 auf, welches um
die Hauptantriebswelle 7 drehbar ist und ein zu der
Hauptantriebswelle 7 exzentrisch angeordnetes
Innenkaliber besitzt, wobei Arbeitsöl zur Drehmomenterzeugung
in das Futterrohr eingefüllt und darin dicht versiegelt
ist. Zwei auf einer durch das Zentrum der
Hauptantriebswelle 7 verlaufenden Durchmesserlinie einander
gegenüberliegende Dichtflügel-Eintauchnuten 7b sind in
der Hauptantriebswelle vorgesehen. Ein Dichtflügel 9
ist in jede der zwei Nuten 7b in solcher Weise
eingesetzt, daß die zwei Dichtflügel 9 immer durch eine
Feder S dazu gedrängt werden, wechselseitig in Richtung
des äußeren Umfangs der Hauptantriebswelle 7
überzustehen. Die Dicke des Dichtflügels 9 ist kleiner als die
Weite der Nut 7b, und Dichtflächen 7a in beweglicher
und variabler Ausführung sind an der äußeren
Umfangsfläche der Hauptantriebswelle 7 zwischen den beiden
Dichtflügeln ausgebildet. Diese Dichtflächen 7a sind in
solcher Weise vorgesehen, daß sie etwas von der äußeren
Stirnfläche der Hauptantriebswelle vorspringen und auf
der axialen Linie, welche die die zwei
Dichtflügel-Eintauchnuten 7b verbindende gerade Linien in einem
rechten Winkel kreuzt, angeordnet sind.
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Die Bildung dieser Dichtfläche 7a in beweglicher und
variabler Form wird wie folgt ausgeführt. Wie in Fig. 2
gezeigt, ist eine schwalbenschwanzförmige Nut 71 in der
Hauptantriebswelle 7 ausgebildet. Eine Walze 72 ist in
die Nut 71 in solcher Weise eingefügt, daß sie auch
durch Zentrifugalkraft bei der Drehung der
Hauptantriebswelle nicht in einer radialen Richtung von der
Hauptantriebswelle 7 wegfliegt. Diese Walze 72 ist
innerhalb der Nut 71 frei drehbar und durch die
Zentrifugalkraft und den Federdruck innerhalb des in der Nut
erlaubten Bereichs bewegbar. Somit ist das Vorstehen
der Walze 72 von der äußeren Umfangsfläche der
Hauptantriebswelle 7 variabel ausgeführt. Eine Blattfeder 73
oder eine Feder eines anderen Typs ist zwischen der
Walze 72 und dem Grund der Nut 71 eingefügt.
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Die als Gleitflächentyp auf der Hauptantriebswelle 7
gebildete Dichtfläche 7a ist in verschiedenen Formen
verfügbar, nämlich parallel zur Wellenachse in
Längsrichtung der Hauptantriebswelle, wie in Fig. 3 (A)
gezeigt, oder in einem bestimmten geneigten Winkel der
Wellenachse b bezüglich der in Längsrichtung
verlaufenden Wellenachse a, wie in Fig. 3 (B) dargestellt, oder
in Kurbelform, wie in Fig. 3 (C) gezeigt. Wenn zwei
Dichtflächen 7a bezüglich der Hauptantriebswelle
gebildet sind, ist in der erläuterten Zeichnung jede
Dichtfläche 7a in solcher Weise angeordnet, daß sie
asymmetrisch zu der Axiallinie a ist.
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Das Futterrohr 8, in welchem die zwei in
entgegengesetzter Richtung überstehende Dichtflügel 9 und
Dichtflächen 7a aufweisende Hauptantriebswelle 7 eingesetzt
ist, bildet eine Futterrohrkammer von ovaler
Querschnittsform, wie in Fig. 1 gezeigt. Von den
Innenumfangsflächen der gegenüberliegenden eingeengten Teile
des Futterrohrs 8 ragen die Innenumfangsflächen des
anderen Teils des Futterrohrs 8 vor, und solche
Vorsprünge sind als Dichtflächen 8a ausgebildet, welche
eine durch die Mitte des Futterrohrs verlaufende Linie
a schneiden.
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In dem Fall, daß die Dichtfläche 7a auf der
Hauptantriebswelle in beweglicher Bauart ausgeführt ist,
müssen die futterrohrseitigen Dichtflächen von
gewöhnlicher, unbeweglicher Bauart sein, und in dem Fall, daß
die futterrohrseitige Dichtfläche 8a beweglich
ausgebildet ist, muß die hauptantriebswellenseitige
Dichtfläche als Festtyp ausgebildet sein. Auf jeden Fall
kann eine der Dichtflächen 7a (auf der Seite der
Hauptantriebswelle) und der Dichtfläche 8a (auf der Seite
des Futterrohrs) vom freibeweglichen Typ sein.
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Die futterrohrseitige Dichtfläche 8a ist wahlweise in
einer der in Fig. 4 (A), (B) und (C) dargestellten
Formen ausgebildet.
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Die Dichtfläche 8a und die Dichtfläche 7a an dem
Futterrohr bzw. der Hauptantriebswelle sind
korrespondierend ausgebildet. Wenn sich in dieser Anordnung das
Futterrohr 8 um den Außenumfang der in die
Futterrohrkammer eingesetzten Hauptantriebswelle 7 herum dreht,
berührt die Dichtfläche 8a die Fläche 7a der
Hauptantriebswelle 7 oder kommt dieser nahe, und wenn beide
Dichtflächen sich völlig überdecken, wird eine
hermetische Abdichtung erzielt, als ob die Futterrohrkammer
durch die Dichtflächen 7a, 8a zweigeteilt würde. In der
Mittellage zwischen beiden Dichtflächen auf der
Innenumfangsfläche des Futterrchrs C sind Dichtflächen 8h
gebildet, welche die äußeren Enden der Dichtflügel 9
berühren und bewirken, daß die zwei Dichtflügel 9 und
die beiden Dichtflächen 7a, 8a, die Futterrohrkammer
zeitweilig in zwei oder vier Räume unterteilen. Diese
beiden Dichtflächen 8b liegen einander gegenüber, wobei
ihre Zentren mit einer durch das Zentrum der
Futterrohrkammer verlaufenden geraden Linie koinzidieren.
Eine Einsetzbohrung 10 für ein Leistungsstellventil ist
an einer der Dichtflächen 8b des Futterrohrs 8 parallel
zu der Futterrohrkammer oder parallel zu einer
Zentralachse des Futterrohrs ausgebildet. An der innersten
Vertiefung der Bohrung 10 sind Öffnungen ausgebildet,
so daß jeder der wenigstens zwei durch die Dichtfläche
der Hauptantriebswelle und des Dichtflügels getrennten
Räume mit der Einsetzbohrung 10 für das
Leistungsstellventil kommunizieren kann. Ein Leistungsstellventil 11
ist in die Bohrung 10 verstellbar eingesetzt.
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Wenn durch die Betätigung des Hauptventils 2 und des
Umschaltventils 3 Druckluft in einen Rotorraum des
Hauptkörpers 1 eingespeist wird, dreht sich der Rotor
mit hoher Geschwindigkeit. Die Drehkraft des Rotors
wird auf das an der Rotorachse vorgesehene Futterrohr 8
übertragen. Dieses Futterrohr 8 ist an seinem
Außenumfang in einen zylindrischen Futterrohrgehäuse 12
drehbar gelagert. Der obere Futterrohrdeckel 13 und der
untere Futterrohrdeckel 14 sind an beiden
Endabschnitten des Gehäuses 12 angeordnet, so daß in die
Futterrohrkammer eingefülltes Arbeitsöl hermetisch
abgedichtet ist. In der Stellung, in welcher Impuls- oder
Schlagkraft erzeugt wird, berühren die Dichtflächen 7a
der Hauptantriebswelle und der Dichtflügel 9 die
Dichtflächen 8a bzw. Dichtflächen 8b des Futterrohrs, und
die Futterrohrkammer wird in zwei Räume (rechts und
links) unterteilt, wobei sich die zwei einander
gegenüberliegenden Dichtflügel auf einer geraden Linie
dazwischen befinden. Jeder der rechten und linken Räume
wird weiterhin durch Dichtflächen 7a, 8a in einen
oberen Raum (Hochdruckraum H) und einen unteren Raum
(Niederdruckraum L) unterteilt. Im wesentlichen werden der
Hochdruckraum H und der Niederdruckraum L auf beiden
Seiten der Dichtflügel gebildet. Beim Weiterdrehen des
Futterrohrs 8 durch Rotation des Rotors 4 wird
unmittelbar vor dem Zeitpunkt des Impulses das Volumen des
Hochdruckraums H verringert, während das Volumen des
Niederdruckraums L erhöht wird, und sobald die zwei
Räume mit den Dichtflügeln dazwischen vollständig
abgesperrt sind, wird Druck im Hochdruckraum H erzeugt und
die Seite des Dichtflügels 9 für einen Moment durch
diesen Öldruck auf die Seite des Niederdruckraums L
gedrückt. Diese Impulskraft wird auf die
Hauptantriebwelle, in welcher die Dichtflügel eingesetzt sind,
übertragen, und somit wird das gewünschte
intermittierende Drehmoment an der Hauptantriebswelle erzeugt und
die gewünschte Betriebsfunktion ausgeführt. Wenn sich
das Futterrohr um 90º weiterdreht, nachdem das
Drehmoment an der Hauptantriebswelle erzeugt wurde,
kommunizieren der durch die dazwischenliegenden Dichtflügel
geteilte Hochdruckraum H und der Niederdruckraun L
miteinander und bilden einen Raum. Folglich wird die
Futterrohrkammer als ganzes in zwei auf gleichem
Druckniveau befindliche Räume unterteilt, und an der
Hauptantriebswelle wird kein Drehmoment erzeugt. ln diesem
Zustand dreht das Futterrohr um 90º durch die Drehung
des Rotors, d.h., das Futterrohr dreht sich um 180º vom
Zeitpunkt des Impulses an. Da die einander
gegenüberliegenden Dichtflächen 8b des Futterrohrs und die
Dichtflächen 7a der Hauptantriebswelle die durch das
Zentrum verlaufende Axiallinie schneiden, wird ein
Zwischenraum zwischen beiden Dichtflächen 7a, 8a gebildet,
und die Futterrohrkammer wird durch die
Hauptantriebswelle und den oberen und unteren Dichtflügel in zwei
Räume - rechts und links - unterteilt. Dies ist im
wesentlichen derselbe Zustand wie derjenige Zustand, in
welchem sich das Futterrohr um 90º vom Impulszeitpunkt
an gedreht hat, d.h., es wird keine Druckänderung
erzeugt und der gesamte Futterrohrraum steht unter
demselben Druck. Deshalb dreht sich das Futterrohr frei.
Der Zustand des Futterrohrs, in welchem es sich um 90º
weitergedreht hat, d.h., sich um 270º vom
Impulszeitpunkt an gedreht hat, ist im wesentlichen derselbe wie
derjenige Zustand, bei welchem sich das Futterrohr um
90º gedreht hat, und der einzige Unterschied besteht
darin, daß die Lage des Leistungsstellventils auf den
Kopf gestellt ist. Wenn sich das Futterrohr von dieser
Lage aus weiterdreht, wird die Futterrohrkammer, welche
in rechte und linke Räume unterteilt wurde, in vier
Räume unterteilt, nämlich zwei Hochdruckräume und zwei
Niederdruckräume, aufgrund der Berührung der
Dichtflügel mit den Dichtflächen 8b und der Berührung der
beiden Dichtflächen 7a, 8a auf der
Hauptantriebswellenseite und der Futterrohrseite miteinander. Folglich wird
ein Druckunterschied zwischen den Räumen auf beiden
Seiten gebildet, wobei die Dichtflügel dazwischen
liegen, und Impulskraft wird erzeugt. Auf diese Weise wird
ein starker Impuls einmal bei jeder Umdrehung des
Futterrohrs erzeugt. Die Einstellung dieser Impulskraft
wird auf bekannte Weise durch das Leistungsstellventil
11 bewerkstelligt.
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Die vorstehende Ausführungsform bezieht sich auf
Zweiflügel-Bauarten, sie ist jedoch auf Einflügel-Bauarten
anwendbar.
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Erfindungsgemäß wird in dem Fall, in welchem ein
Anstieg des Innendrucks durch hermetische Abdichtung
zwischen den Dichtflächen des Futterrohrs und den
Dichtflächen der Hauptantriebswelle erreicht und ein Puls
durch Öldruck erzeugt wird, eine von beiden
Dichtflächen durch Gleitführung als variabler Typ ausgebildet,
und folglich variieren - der Verformung des Futterrohrs
folgend - die Dichtflächen, und als ein Ergebnis treten
weder "Verbrennungen" noch Abnutzung auf. Da die
Dichtflächen der Hauptantriebswelle und des Futterrohrs
variieren, kann darüberhinaus ein hoher Druck ohne
Verminderung der Dichtfähigkeit an beiden Dichtflächen
erreicht werden, selbst wenn eine "Verbrennung" aufgrund
der Verformung des Futterrohrs verhindert wird, indem
die Toleranz des Innendurchmessers des Futterrohrs oder
des Außendurchmessers der Hauptantriebswelle vergrößert
wird.
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Außer bei der Erhöhung des Öldrucks zur Erzeugung von
Pulsen wird überdies mit der Dichtfläche an der inneren
Umfangsfläche des Futterrohrs und der Dichtfläche an
der äußeren Umfangsfläche der Hauptantriebswelle der
Überstand der Gleitflächendichtung beschränkt, so daß
die Gleitflächendichtung nicht mit anderen Teilen in
Berührung kommt. Dies ermöglicht es nicht nur, den
Arbeitswirkungsgrad und die Haltbarkeit des Systems zu
verbessern, sondern auch, die Reibungswärmeerzeugung
durch Reduzierung des Gleitwiderstands der Dichtfläche
auf einem niedrigen Niveau zu halten.