SE446070B - Hydrauliskt momentimpulsverk for vridmomentalstrande verktyg - Google Patents

Description

8406560-6 mellan drivorgandet och den utgående axeln så att en högtryckspuls kan åstadkommas. Det innebär också att vid låg relativ rotationshastighet mellan drivorganet och det utgående axeln ventilen hålls öppen. Ändamålet med denna ventilstyrda överströmningspassage är att undvika en tryckuppbyggnad vid låg relativ rotationshastighet. Detta inträffar efter varje avgiven momentimpuls då drivorganet abrupt stannas under det att tätningsorganet fortfarande tätande avspärrar lågtrycksdelen från högtrycksdelen. Utan en sådan ventilstyrd överströmningspassage skulle accelerationen hos drivorganet inför nästkommande pulsgenererande cykel inte komma igång förrän tätningsorganen har upphört att samverka och den hydrauliska bromsningseffekten på drivorganet upphör. En sådan tryckuppbyggnad vid låg relativ rotationshastighet mellan drivorganet och den utgående axeln har alltså den negativa effekten att den förlänger cykeltiden och därigenom håller nere slagtalet och därmed verktygets avgivna kapacitet.

Den ventil som visas i ovannämnda patent är emellertid ofördelaktig genom att den har en liten flödeskapacitet i förhållande till sina dimensioner och innefattar dessutom en skruvfjäder som i denna tillämpning har en begränsad livslängd beroende på sin låga utmattningshållfasthet. Anledningen är att de höga impulsskapande trycktopparna byggs upp mycket snabbt och tvingar ventilen att accelerera mycket hastigt. De dynamiska pâkänningarna på fjädern blir därigenom mycket svåra. I Huvudändamâlet med föreliggande uppfinning är att åstadkomma ett hydrauliskt momentimpulsverk av ovannämnd typ innefattande en förbättrad överströmningsventil vad avser flödeskapaciteten och vad avser dess förmåga att motstå dynamiska påkänningar som orsakas av de höga impulsgenererande trycktopparna i hydraulvätskekammaren.

Ytterligare fördelar och särpräglande kännetecken hos uppfinningen framgår av den följande beskrivningen och ritningarna. 8406560-6 Fig 1 visar en längdsektion genom ett impulsmomentverk av den typ som innefattar en svängande kolv och som är försedd med en överstrïmningsventil enligt uppfinningen.

Fig 2 till 5 visar tvärsektioner längs iinjen II-II i Fig 1, och vilka illustrerar olika arbetslägen hos delarna i impulsverket.

Fig 6 visar en sidovy av kolven som ingâr i verktyget enligt Fig 1-5.

Fig 7 visar en tvärsektion längs linjen VII-VII i Fig 1.

Ett komplett vridmomentalstrande verktyg består inte enbart av ett hydrauliskt momentimpulsverk av vilket en utföringsform visas i ritningsfigurerna utan innefattar även ett verktygshus, verktygsuppbärande organ, en rotatiönsmotor och kraftförsörjningsorgan. Eftersom dessa detaljer inte utgör någon del av uppfinningen och inte heller är intimt förknippade med momentimpulsverkets kännetecken har denna beskrivning begränsats till att endast avse momentimpulsverket.

Det momentimpulsverk som visas i figurerna 1-5 innefattar ett drivorgan 10 med relativt stort masströghetsmoment. Drivorganet 10 är roterbart lagrat på en momentavgivande spindel 11 som i sin tur är lagrad i verktygshuset 12. En lagerhylsa 13 monterad i verktygshusets 12 främre ände 14 bildar axellagring. Vid sin främre ände är spindeln 11 utformad med en fyrkanttapp 15 för sammankoppling med en mutterhylsa .

Drivorganet 10 är axiellt låst relativt spindeln 11 medelst stålkulor 16 som löper i ett periferiellt spår i spindeln 11 och ett motsvarande spår i drivorganet 10. Kulorna 16 monteras genom ett radiellt hål och förhindras från att falla ut genom en plugg 17.

Drivorganet 10 är i huvudsak cylindriskt till formen och innefattar en skålformig huvuddel 18 i vilken är innesluten en koncentrisk hydraulvätskekammare 19. Vid sin bakre ände är kammaren 19 8406560-6 tillsluten av ett separat lock 20 som är fixerat av en skivformig skruvplugg 21 vilken samverkar med en gänga 22 på drivorganets huvuddel 18. Ändväggen 20 uppvisar en spline-försedd hals 23 vilken samverkar med rotationsmotorns splineförsedda axel 24. En av motoraxelns lager 26 tjänar också som lager åt drivorganet 10.

Inuti hydraulvätskekammaren 19 är monterade två cylindriska pinnar 27, 28 vilka är parallella relativt varandra såväl som relativt drivorganets 10 rotationsaxel. Dessa pinnar 27, 28 är placerade diametralt motsatt varandra och är båda delvis infällda i längsgående spår i kammarens vägg. (Se Fig 2-5). Båda pinnarna 27, 28 sträcker sig in i den bakre ändväggen 20 och tjänar därvid som rotationslåsning för ändväggen 20 relativt delen l8.

En av pinnarna 27 tjänar som pendellagring för en pendlande kolv 30 _ under det att den andra pinnen 28 bildar ett tätnings- och styrorgan för samverkan med ett tätningsparti 31 och två styrflänsar 32, 33 på kolven 30. Kolven 30 är utformad med plana ändytor 34, 35 för tätande samverkan med motstâende plana ändväggar 36, 37 i hydraulvätskekammaren 19. Den senare delas av kolven 30 i två avdelningar 38, 39.

Kolven 30 är utformad med en central öppning 40 genom vilken spindelns 11 bakre ände inskjuter. Konturen hos öppningen 40 bildar två uppsättningar kamytor vilka är anordnade att selektivt samverka med tvâ separata kamytor på spindeln 11. Pâ var och en av spindeln 11 och kolven 30 återfinns två separata uppsättningar kamytor vilkas ändamål är att möjliggöra drift av verktyget i båda riktningarna.

Endast den ena uppsättningen kamytor på vardera av spindeln 11 och kolven 30 är verksamma för att åstadkomma ingreppet mellan spindeln 11 och kolven 30 vid drift av verktyget i en riktning.

För normal medsols rotation av drivorganet 10 relativt spindeln 11 (se pilarna i Fig 2-5) påverkas den tvärt lutande kamytan 42 hos spindeln 11 omväxlande av den likaledes tvärt lutande kamytan 43 8406560-6 och den svagt lutande kamytan 44 kolven 30. Lutningen hos kamytorna är relaterade till riktningarna hos tänkta cirkeltangenter i varje punkt på respektive kamprofil.

Genom samverkan av kamorganen på spindeln 11 och kolven 30 tvingas den senare att utföra en fram~ och återgående svängningsrörelse i hydraulvätskekammaren 19. En viss slaglängd hos kolven 30 åstadkommes därvid.

För att åstadkomma en svängningsrörelse hos kolven 30 också då drivorganet 10 roteras i motsols riktning pâverkas en annan tvärt lutande kamyta 421 på spindeln 11 omväxlande av en tvärt lutande kamyta 431 och en svagt lutande kamyta 441 på kolven 30. Detta visas endast i Fig 2. I den visade utföringsformen av uppfinningen är de samverkande kamorganen symmetriskt utformade för att åstadkomma samma driftsegenskaper i båda rotationsriktningarna.

För att absorbera variationerna i hydraulvätskans volym beroende på temperaturvariationerna är en ringformig expansionskammare 45 anordnad i den bakre ändväggen 20. Denna expansionskammare 45 kommunicerar med hydraulvätskekammaren 19 genom en kanal 46 och är fylld med ett skumplastmaterial. Detta material uppvisar slutna celler och pâverkas direkt av hydralvätskan. Ett ringformigt lock 47 som hålls fast i ändväggen 20 medelst ringskruven 21 förhindrar plastmaterialet från att falla ut.

I drivorganet 10 återfinns en momentbegränsningsanordning 50, (se speciellt Fig 7). Denna momentbegränsningsanordning 50 innefattar en borrning 51 vilken vid sin inre ände är utformad med ett ventilsäte 52 samt är försedd med gängor 53 vid sin yttre ände. I den yttre änden av borrningen 51 är ingängad en plugg 54 som är försedd med ett gänget axiellt hål 55. En ställskruv 57 är ingängad i hålet 55 och bildar stöd för en skruvfjäder 58 vilken belastar en ventilkula mot sätet 52.

En kanal 60 på den ena sidan av ventilen 52, 59 kommunicerar med hydraulvätskekammarens avdelning 38 under det att en annan passage 8406560-6 61 förbinder den andra sidan av ventilen 52, 59 med den andra avdelningen 39 av hydraulvätskekammaren.

I hydraulvätskekammaren 19 bildar ett periferiellt spår 70 i dess vägg en överströmningspassage. Detta spår 70 sträcker sig symmetriskt i båda riktningarna ut från och under pinnen 27 och bildar öppningar 711 och 7111 i kammarens 19 vägg på respektive sida om pinnen 27. En bladfjäderventil 72 är monterad i en urtagning 73 i pinnen 27 (Se Fig 1) och sträcker sig ut över öppningarna 711, 7111.

Bladfjäderventilen 72 har en nominell obelastad form i vilken den divergerar från hydraulvätskekammarens vägg och är därigenom förspänd mot ett öppet läge relativt öppningarna 711 och 7111.

Bladfjäderventilen 72 består i själva verket av två separata ventiler 721 och 7211 en för varje rotationsriktning av verktyget. De två ventilerna 721, 7211 separeras av pinnen 27 vilken bildar hållarorgan för båda ventilerna 721, 7211 _ En av dessa ventiler 721 är placerad i hydraulvätskekammarens avdelning 38 under det att den andra ventilen 7211 är placerad i avdelningen 39. Krokformade anslag 75, 76 är monterade i hydraulvätskekammarns vägg för att definiera ventilernas öppna lägen.

Arbetssättet hos impulsverket som visas i Fig 1-7 beskrivs nedan med hänvisning till Fig 2-5. Drivorganet 10 roteras av verktygets motor via den spline-försedda axeln 24 och drivhylsan 23. Drivorganet 10 roteras medsols såsom illustreras med pilarna i Fig 2-5.

Till att börja med låt oss anta att vridmomentmotstândet i skruvförbandet som skall åtdragas redan har byggts upp och att impulsverkets olika delar intar just de lägen som visas i Fig 2. I denna sekvens av arbetsförloppet skall kolven 30 just avsluta sitt returslag i riktning från hydraulvätskekammarens avdelning 38 till den motsatta avdelningen 39. Detta åstadkoms genom samverkan av kamytan 42 på spindeln ll och den svagt lutande kamytan 44 på kolven 30. 8406560-6 Under sitt returslag har kolven 30 ändrat volymerna av de två avdelningarna 38, 39 så att volymen av avdelningen 38 har ökats under det att avdelningen 39 har blivit mindre. I just det läge som visas i Fig 2 är de tvâ avdelningarna 38, 39 fortfarande avtätade relativt varandra eftersom kolvens 30 tätningsparti 31 befinner sig i samverkan med pinnen 28.

Under en begränsad del av kolvens returslag då tätande kontakt mellan tätningspartiet 38 och pinnen 28 fortfarande upprätthålls uppstår en viss tryckskillnad mellan de tvâ avdelningarna 38, 39.

Beroende på det faktum att kamytan 44 på kolven 30 bara är svagt lutande inåt och att den är belägen på ett relativt stort avstånd från kolvens 30 svängningsaxel 27 blir kolvens svängningshastighet under returslaget förhållandevis liten. Detta innebär att hydraulvätskeflödet genom kanalen 70 är ganska långsamt och att ett förhållandevis litet tryckfall uppstår över ventilen 7211. Detta tryckfall är för litet för att ventilen 7211 skall slå om från öppet läge till stängt läge. Hydraulvätskan är sålunda fri att passera genom kanalen 70 från avdelningen 39 till avdelningen 38.

Som ett resultat av denna ventilstyrda förbipassage uppstår i praktiken inget flödesmotstånd under kolvens returslag.

Vid fortsatt rotation av drivorganet 10 och kolven 30 relativt spindeln 11 kommer den tvärt lutande kamytan 43 på kolven 30 att anläggas mot kamytan 42 på spindeln ll. Detta läge som illustreras i Fig 3 innebär början av det pulsgenererande arbetsslaget hos kolven 30. Eftersom den tvärt lutande kamytan 43 hos kolven 30 möter den tvärt lutande kamytan 42 på spindeln 11 och eftersom anliggningspunkten av dessa kamytor är belägen relativt nära kolvens svängningsaxel 27 och att hastigheten hos drivorganet 10 har ökat ytterligare uppstår en mycket snabb acceleration av kolven 30.

I startögonblicket på arbetsslaget upprätthålls fortfarande förbindelsen mellan de två vätskeavdelningarna 38 och 39 ty kolvens 30 tätningskam 31 har ännu inte nått tätningspinnen 28. (Se Fig 3).

Efter ett mycket kort tidsintervall har emellertid tätningskammen 31 åstadkommit en vätsketätning mellan avdelningarna 38 och 39 genom 8406560-6 samverkan med pinnen 28. Detta läge visas i Fig 4.

Strömningshastigheten förbi ventilen 721 ökar snabbt och tryckfallet över denna når mycket snabbt den nivå när ventilen 721 automatiskt omställs från öppet till stängt läge.

Till följd av de tvärt formade kamytorna 43 och 42 liksom deras korta avstånd till kolvens svängningscentrum 27 omvandlas drivorganet 10 rörelseenergi till en svängningsrörelse hos kolven 30 på ett mycket effektivt sätt. Kolven 30 uppnår emellertid aldrig någon högre hastighet ty ett omedelbart mottryck byggs upp i den högra kammaravdelningen 38. Den åstadkomna trycknivån är mycket hög och motsvarar den rörelseenergi hos drivorganet 10 som överförs till kolven 30 via svängningspinnen 27. 3 Den stora tryckdifferens som nu âstadkoms mellan de två vätskekammaravdelningarna 38, 39 tvingar kolven 30 till en mycket kraftig inbromsning relativt drivorganet 10. Resultatet av denna plötsliga höga trycknivå som verkar på kolven 30 är att all rörelseenergi överföres från kolven 30 och drivorganet 10 till spindeln 11 via kamytorna 43, 42. En vridmomentimpuls levereras härmed till spindeln 11.

Under denna momentimpulsgenererande sekvens rör sig kolven 30 mycket sakta relativt pinnen 28. Då rörelseenergin har överförts till axeln ll och rotationshastigheten hos drivorganet 10 har tvingats ned till noll avtager tryckskillnaden över kolven 30. Eftersom tryckskillnaden mellan de två avdelningarna 38, 39 hos hydraulvätskekanmaren 19 också har kraftigt reducerats har även tryckskillnaden över bladfjäderventilen 721 reducerats vilket innebär att den senare omedelbart återtar sitt öppna läge. Detta innebär att vätskekommunikation återupprättas genom kanalen 70 och att kolven 30 inte behöver övervinna något flödesmotstånd under sin återstående rörelse då tätning vidmakthålles med pinnen 28. Under det att kolven 30 fortfarande har sin tvärt lutande kamyta 43 i ingrepp med kamytan 42 på spindeln 11 förskjuts kolven 30 ytterligare till höger så att tätningssamverkan mellan kammen 31 och till lågtrycksavdelningen 8406560-6 tätningspinnen 28 definitivt brytes. Se Fig 5. Därmed utjämnas trycket mellan de två vätskekammaravdelningarna 38, 39 helt.

Vid fortsatt rotation av drivorganet 10 relativt spindeln 11 glider kanten av kolvens 30 kamyta 43 över ytterhörnet av spindelns 11 kamyta 42. Se Fig 5. Från detta läge kan kolven 30 och drivorganet 10 rotera fritt i cirka l80° relativt spindeln 11. Efter l80°:s vridning börjar den gradvis lutande kamytan 44 hos kolven 30 att gripa in i det yttre hörnet av kamytan 42 på spindeln 11. Vid fortsatt relativrörelse påbörjas ett nytt returslag hos kolven 30.

Såsom beskrivs ovan är returslaget förhållandevis långsamt och ger inte upphov till något vätskeflöde som är tillräckligt kraftigt för att förmå bladfjäderventilen 7211 att stänga.

Vid en förutbestämd förspänningsnivå i det aktuella skruvförbandet når trycktopparna i hydraulvätskekammaren 19 en nivå vid vilken ventilkulan 59 lyfts från sätet 52 mot verkan av fjädern 58.

Hydraulvätska kan därvid strömma från högtryckskammaravdelningen 38 39. Därigenom begränsas verktygets avgivna vridmoment.

Vid det momentimpulsverk av lamelltyp som visas i Fig 8 och 9 drivs drivorganet 110 av en motor (icke visad) och innefattar en cylindrisk vätskekammare 119 vilken innesluter den bakre änden hos verktygets utgående axel 111. En lamell 130 är glidbart monterad i ett spår 129 i axeln 111 och anordnad att tillsammans med en diametralt motsatt placerad ås 131 på spindeln 111 dela vätskekammaren 119 i två avdelningar 138, 139. De senare avtätas från varandra under ett kort intervall av den relativa rotationen mellan drivorganet 110 och axeln 111, dvs. då tätande samverkan råder mellan de två motsatta kanterna 127, 128 i kammaren 119.

På sanma sätt som i det ovan beskrivna momentimpulsverket är detta 'impulsverk försett med en överströmningskanal 170 genom vilket hydraulvätska kan strönma från den ena av vätskekanmaravdelningarna 138 till den andra 139, eller omvänt. Vätskeilöde genom denna överströmningskanal 170 styrs av två bladfjäderventiler 171 , 172 8406560-6 10 vilka genom sin form är förspända mot ett öppet läge.

Uverströmningskanalen 170 liksom bladfjäderventilerna 171, 172 är placerade i den utgående axeln 111. överströmningskanalen 170 består av en borrning som sträcker sig tvärs igenom axeln 111 vilken borrning korsas av två parallella axiellt sig sträckande T-formiga spår 180, 181 i vilka bladfjäderventilerna 171; 172 är monterade.

I Fig 8 och 9 visas momentimpulsverket i sin impulsavgivande sekvens i vilken tätande samverkan råder mellan lamellen 130 och tätningspartiet 127 liksom mellan âsen 131 och tätningspartiet 128.

I detta läge byggs en högtryckstopp upp i vätskekammaravdelningen 138 vilket innebär att ett stort tryckfall uppstår över bladfjäderventilen 171 och förmår den senare att ställas om till stängt läge. Detta läge visas i Fig 8 och 9.

Då rörelseenergi överförs från drivorganet 110 till den utgående axeln 111 inbromsas drivorganet 110 abrupt någonstans inom det rotationsintervall där vätskekammaravdelningarna 138, 139 gfortfarande är avtätade från varandra. Detta innebär för det första att den höga tryckskillnaden mellan avdelningarna 138, 139 upphör och för det andra som ett resultat av detta att bladfjäderventilen 171 åter öppnas. Genom den âteröppnade förbipassagen mellan vätskekammaravdelningarna 138, 139 undvikes hydraulvätskemotstând mot fortsatt rotation av drivorganet 110 då detta skall accelereras relativt axeln 111 inför nästa impulsgenererande cykel. Detta innebär i sin tur att den nästkommande impulscykeln kan startas omedelbart och att därmed slagtalet hos verktyget blir högt.

Då momentimpulsverket drivs åt andra hållet blir den andra bladfjäderventilen 172 verksam för att förhindra överströmning av hydraulvätska i den motsatta riktningen genom kanalen 170 under högtryckssekvensen.

Uppfinningen är inte begränsad till de visade och beskrivna exemplen utan kan fritt varieras inom ramen för patentkraven. Exempelvis kan överströmningskanalen och bladfjäderventilerna placeras på kolven i den först beskrivna utföringsformen av uppfinningen. 8406560-6 11 Enïigt en ytter1igare ütföringsform av uppfinningen kan överströmningskanaien och bïadfjäderventiien vara pïacerad i drivorganet men utanför hydrauivätskekammaren. En sådan överströmningskanai kan med fördeï placeras i en av e hydranivätskekammarens ändväggar och bïadfjäderventiien kan utformas såsom en bricka viïken är förformad genom böjning längs en diameterlinje.

Claims (6)

8406560-6 12 Patentkrav

1. Hydrauliskt momentimpulsverk för vridmomentalstrande verktyg, innefattande ett hus (12), ett drivorgan (10) med stort masströghetsmoment anslutet till en rotationsmotor i huset (12) och uppvisande en hydraulvätskekammare (19), en utgående axel (11) försedd med ett impulsmottagande bakre parti som skjuter in i hydraulvätskekammaren (19), ett impulsgenererande tätningsorgan (30) rörligt anordnat i hydraulvätsekkammaren (19) för uppdelning av den senare i en högtrycksdel (38) och en lågtrycksdel (39) under ett begränsat avsnitt av sin rörelse relativt hydraulvätskekammaren (19), en vätskepassage (70) sträckande sig förbi sagda tätningsorgan (30), samt en tryckberoende bladfjäderventil (721) anordnad att omställas från ett öppet läge till ett stängt läge då skillnaden i tryck mellan hydraulvätskekammarens (19) lågtrycksdel (39) och högtrycksdel (38) överstiger ett visst värde, k ä n n e t e c k n a t -a v att sagda vätskepassage (70) innefattar en eller flera öppningar (711, 71 1) i hydraulvätskekammarens (19) vägg i var och en av sagda högtrycksdel (38) och sagda lâgtrycksdel (39) och att bladfjäderventilen (721) är placerad i hydraulvätskekammarens (19) högtrycksdel (38) och anordnad att tillsluta sagda en eller flera öppningar (711) i högtrycksdelen (38) då tryckskillnaden mellan högtrycksdelen (38) och lâgtrycksdelen (39) uppnått ett viss värde.

2. Momentimpulsverk enligt patentkravet 1, avsett för drift även i den omvända rotationsriktningen, k ä n n e t e c k n a t a v att även i hydraulvätskekammarens (19) lågtrycksdel (39) är anordnade en eller flera öppningar (7111) kommunicerande med sagda vätskepassage (71) samt en bladfjäderventil (7211) som vid en omvänd tryckskillnad av en viss storlek omställes från ett öppet läge till ett stängt läge relativt sagda öppningar (7111).

3. Momentimpulsverk enligt patentkravet 1, k ä n n e t e c k- n a t a v att bladfjäderventilen (721) genom sin form är förspänd mot öppet läge samt anordnad att genom elastisk deformation omställas från öppet läge till stängt läge, varjämte ett stöd (75) 8406560-6 13 är anordnat att samverka med bladfjäderventilen (721) i och för bestämning av den senares öppna läge.

4. Momentimpulsverk enligt patenikravet 2, k ä n n e t e c k- n a t a v att bladfjäderventilerna (721, 7211)_genom sina former är förspända mot sina öppna lägen samt anordnade att genom elastisk deformation omställas från öppet till stängt läge, varjämte stöd (75, 76) är anordnade att samverka med respektive bladfjäderventil (721, 7211) i och för bestämning av dessas öppna lägen.

5. Momentimpulsverk enligt något av patentkraven 1-4, k ä n n e t e c k n a t a v att sagda tätningsorgan (30) innefattar ett i hydraulvätskekammaren (19) svängbart lagrat kolvorgan vars svängningsaxel (27) är belägen intill hydraulvätskekammarens (19) vägg och sträcker sig parallellt med drivorganets (10) rotationsaxel, att kolvorganet (30) är anordnat att samverka med ett tätningsparti (28) som är beläget diametralt . motsatt och parallellt med sagda svängningsaxel (27) i hydraulvätskekamaren (19) och att vätskepassagen (70) sträcker sig ' , förbi sagda svängningsaxel (27), varjämte sagda en eller flera öppningar (711, 7111) är belägna på ömse sidor om svängningsaxeln (27).

6. Momentimpulsverk enligt patentkravet 5, k ä n n e t e c k- n a t a v att hydraulvätskekammaren (19) är cirkulärcylindrisk och att biaafjaaerventiien (721) eiier biadfjädevventiierna (721, 7211) är anordnade i huvudsak periferiellt längs hydraulvätskekammarens (19) vägg.