CN102905851A - 具有液压脉冲单元的动力扳手 - Google Patents

Abstract

一种具有旋转马达和液压脉冲单元（17）的动力扳手，其中脉冲单元（17）包括惯性驱动单元（20）和输出主轴（29），所述惯性驱动单元（20）连接至马达且包括具有脉冲产生机构（30）的油室（23），所述输出主轴（29）延伸到油室（23）内以接收扭矩脉冲。惯性驱动构件（20）包括限定了油室（23）的圆筒形构件（21）、后端壁（22）和空气分离器元件（38），该空气分离器元件（38）与后端壁（22）一起旋转并具有大体轴向面对的表面（45），该表面（45）与后端壁（22）上的相重合的表面（46）一起形成间隙（43）形式的油通道，通过该间隙（43）混合有空气的油在一个或多个油进入开口（40；64a、64b）之间循环，通过一个或多个空气排出开口（52a-e；62a-d），到达一个或多个油排出开口（53；65a、65b），由此空气通过离心作用从油中被抽取并且经由空气排出开口（52a-e；62a-d）离开间隙（43）而被聚集在位于中心的空气收集室（50）内。该间隙（43）甚至可以由相重合的表面（45、46）形成并具有覆盖整个表面（45、46）的范围，或者该间隙（43）由形成在分离器元件（38）上的若干环形凹槽（48a-e；68a-d）形成且包括一个或多个区段（60、61）。

Description

具有液压脉冲单元的动力扳手

技术领域

本发明涉及一种冲击式动力扳手，该动力扳手包括旋转马达和液压脉冲单元，该液压脉冲单元间歇地将马达连接至输出轴以将重复的扭矩冲击传递至待被紧固的螺纹接头。

背景技术

在这种类型的一些动力扳手中，存在有一个问题，即为脉冲单元填充精确的合适含量的油从而在脉冲单元留下足够多的空气来吸收在扳手操作期间与油的膨胀相关的热量。然而，在油容积中留下一定量空气的主要原因是，使得油容积在某种程度上可弹性地压缩从而增强脉冲单元的冲击频率。油中太小比例的空气会在脉冲单元内部引起很大的压力而导致摩擦损失和过热，而太大比例的空气会降低脉冲单元的效率。

在一些其他的脉冲单元中，油填充问题是通过使用弹性元件或蓄能器以补偿膨胀相关的热量并获得油容积的一定弹性而得以解决，这就意味着在那些情况下，脉冲单元可以被完全填满而不会在油容积中留下任何空气。一种具有这种特征的脉冲发生器记载在US 6,110,045中。

但是，仍然有一个问题就是，在扳手操作期间将会有一定的油不可避免地从脉冲单元中泄漏（虽然最初这种泄漏很小），这就意味着相应量的空气渗入到脉冲单元。结果就是随着时间的推移在脉冲单元内部会有增量的空气。因此，在油容积中的空气的比例将连续的增加，在扳手工作一段时间后，在脉冲单元内部增加的空气含量将导致效率受到影响，并最终导致完全丧失脉冲的产生，即所谓的空转（spinning）。

理论上，可以通过实质地增加脉冲单元的整体油容纳容积的尺寸来降低由泄漏导致的油容积内的空气的比例，从而延长动力扳手的使用时间。结果就是在延长的动力扳手操作时间期间，将保持较低的油容积的弹性，而在延长的使用时间中，脉冲产生效率将保持在较高水平。然而，在一段时间的操作之后，即使是在这样的扩大了的油室中，仍然会有不希望的较高比例的空气。而这种扩大的油容积的明显缺陷在于会增加脉冲单元的外部尺寸和重量，以及由此导致整个动力扳手增加的外部尺寸和重量。而这将是不可接受的。

发明内容

本发明的目的是提供一种改进的动力扳手，该动力扳手包括具有分离器的液压脉冲单元，该分离器用于从油中抽取空气，从而在保持脉冲单元较小尺寸的情况下，在动力扳手的大体上延长的使用时间中保持的脉冲效率。

本发明的另一个目的是提供一种动力扳手，该动力扳手包括具有分离器和分离空气收集室的液压脉冲单元，该分离器用于通过离心作用从油中抽取空气，而该分离空气收集室用于聚集被分离的空气。

本发明的其他目的将从下面的说明书和权利要求书中得以呈现。

附图说明

本发明优选的实施方案在下文中参考附图来进行描述。

在附图中：

图1示出了根据本发明的动力扳手的侧视图。

图2示出了穿过图1中的动力扳手的脉冲单元的纵向剖面。

图3示出了图2中的分离器构件的后端视图，其显示了油-空气分离器的一个实施方案。

图4示出了油-空气分离器的可选的实施方案。

图5示出了油-空气分离器的另一个实施方案。

图6示出了具有滤油器的油-空气分离器的一部分的放大的剖视图。

图7示出了显示脉冲单元的脉冲频率与油泄漏量之间关系的图表。

图8示出了显示脉冲单元的扭矩输出与油泄漏量之间关系的图表。

具体实施方式

在附图中作为示例示出的动力扳手是气动活塞型扳手，其包括具有把手11的外壳10。在该把手11的下端带有用于压力空气导管的连接件12和排气消音器13。用于动力控制的节流阀由触发按钮14操纵。在外壳中设置有未示出的马达和液压脉冲单元17，该液压脉冲单元17具有方形端部的输出轴18。

如图2所示，脉冲单元包括惯性驱动构件20，该惯性驱动构件20包括具有后端壁22的圆筒形元件21且包围油室23。后端壁22形成有连接部分24以永久连接至马达，并且后端壁22通过螺纹连接件25固定至圆筒形元件21。

输出轴18具有延伸到油室23内的脉冲接收部分29且间歇地经由脉冲产生机构30接合至驱动构件20。所述脉冲产生机构30包括几个活塞元件24和滚动元件25，所述活塞元件24和滚动元件25旋转地锁定至输出轴并通过凸轮轮廓件26在圆筒形元件21径向向内的方向上顺次作用，从而压缩它们之间在中心高压室34内的油，由此产生扭矩脉冲。凸轮主轴35被固定至后端壁22且同轴地延伸到高压室34内，在每次脉冲产生后，凸轮主轴35有效地向外返回活塞元件24。

由于之前在美国专利US 6,110,045中已经进行了描述，因此脉冲机构本身的操作不再进行任何描述。

后端壁22还包括空气分离器37和分离器元件38，该空气分离器37包括大体上轴向面对的表面46，该分离器元件38刚性地夹紧在端壁22和圆筒形元件21之间。分离器元件38具有相对布置的大体上轴向面对的表面45，该表面45与端壁22上的表面46相重合。表面45、46均稍微具有一些圆锥形状，分离器元件38具有中心油进入开口40和两个径向开口42，所述中心油进入开口40经由中心通道41与高压室34连通，该两个径向开口42位于凸轮主轴35中。开口42具有非常小的流通面积并被适配成防止高压峰值到达分离器37而仅让很少的油流过。邻近分离器元件38的外周设置有油排出开口53，且靠近旋转轴线A-A设置有空气排出开口52。在表面45、46之间形成作为油循环通道的间隙43，经由进入开口40进入间隙43的油将通过离心作用朝着排出开口52而被向外驱动。

在图4所显示的实施方案中，间隙43包括在分离器元件38中形成的一系列的大体呈环形的凹槽48a-e，其中凹槽48a与油进入开口40连通。所有的凹槽48a-e在其中心部分与位于后端壁22中在旋转轴线A-A处的空气收集室50连通。该环形的凹槽48a-e彼此串联连接，其中下游的凹槽部分48e经由大体上径向的油排放通道51与油排出开口53连通。油排出开口53与旋转轴线A-A距离一定的径向距离而设置并且与油室23连通。

分离器元件38的表面45上的、形成间隙43的凹槽48a-e以各种合适的方式来制造，例如以烧结法形成整个分离器元件38。

在脉冲单元操作期间，惯性驱动构件20通过马达而旋转，且当扭矩负载施加在输出轴18上时，将在惯性驱动构件20和输出轴18之间发生相对旋转，辊子25和活塞元件24将被凸轮轮廓件26向内推进以在高压室34内产生高压。由此，输出轴18中的扭矩脉冲完成。由于不可避免的泄漏，总会有一定量的空气混入油容积中，如果这个量变得太大则脉冲单元的效率将下降。分离器37将确保空气含量尽可能长时间的保持低位以保持脉冲单元的效率。

在脉冲发生时室34内的高压峰值将导致小的间歇油流以通过开口42、通道41被抽取并达到分离器37的油进入开口40。由于分离器37与惯性驱动构件20一起旋转，因此将有离心作用作用在间隙43内的油上。油将通过第一环形凹槽48a而被向外驱动，这就意味着油流在进入下一个环形凹槽48b之前将向内返回一定距离。参见实心的箭头所显示的油流和空心的箭头所显示的空气逸出流经由空气排出开口52a-e到达空气收集室50。

由于油和空气在密度上的实质不同，离心作用将油径向向外驱动并且将空气径向向内驱动，这就意味着空气将经由空气排出开口52a-e被压入中心空气收集室50，而油流继续通过下一个环形凹槽48b并且进一步持续通过接下来的凹槽48c、48d和48e。油流中剩余的空气将通过排出开口52a-e从所有的环形凹槽48a-e被从油流压出并且进入空气收集室50，从而使得当油经由排放通道51和排出开口53而离开分离器37时，混入油中的所有空气将被分离并聚集在收集室50内。通过环48a-e中反复的离心分离，混入油中的所有的空气将被抽取，基本上无空气的油被排放回到油室23。

为了加强分离作用，环形凹槽48a-e为非对称的以利用脉冲发生期间在惯性驱动构件21的旋转方向R上的阻滞力。油的惯性将油更强烈地径向向外推动同时空气被向内压挤以达到空气排出开口52a-e。

由于整个脉冲单元17从开始就充满了油，而且空气收集室50也充满了油。在一段时间的操作之后，在收集室50内就聚集了空气，但是由于环形凹槽48a-e非常细微的尺寸，使油而非空气通过毛细管作用从收集室50汲回而返回油室23。这就意味着空气聚集在收集室50内而油却离开了。可选地，可以布置毛毡材料的油绳来通过毛细管作用从收集室50吸取油。

在图5所显示的空气分离器的实施方案中，在分离器元件38上的油循环环形凹槽68a-d的数量为4个，并且被分成两个区段60和61，其中一个区段60包括两个环形凹槽68a、68b而另一个区段61包括两个环形凹槽68c、68d。每个区段都具有油进入开口64a、64b和具有油排出开口65a、65b的油排放通道66a、66b，所述油进入开口64a、64b靠近惯性驱动构件20的旋转轴线A-A布置，所述油排放通道66a、66b距离旋转轴线A-A一定径向距离。如前面的实施方案所描述的，每个凹槽68a-d具有开口到空气收集室50的中心空气排出开口62a-d。

在操作期间，油流经由阀主轴35中的开口41和42以及进入开口64从高压室34被挤出到分离器37。含有一定量混入空气的油循环通过环形凹槽68a-d，其中空气通过排出开口62a-d被压挤出去而油通过排出开口65a、65b离开分离器37。

在图6中显示了插入到表面45、46之间的间隙43的环状过滤元件70，其也用于从油中分离金属或其它不需要的微粒，从而避免脉冲单元部件的其它的不必要的机械磨损。

通过图7示出的图表，曲线A显示了当使用根据本发明的空气分离器时，脉冲频率f是如何在增加的油泄漏含量L的情况下保持在较低水平的，比较而言，根据曲线B现有技术的脉冲单元则在增加的油泄漏含量L的情况下具有更快增加的脉冲频率f。

通过图8示出的图表，曲线A显示了利用了根据本发明的空气分离器的脉冲单元的扭矩输出M是如何在增加的油泄漏含量L的情况下保持在较高水平的，相比较而言，根据曲线B现有技术的脉冲单元则在增加的油泄漏含量L的情况下具有更快减小的输出扭矩M。

如图7和8所显示的图表，采用根据本发明的空气分离器意味着脉冲发生器扩展的高性能和脉冲工具延长的使用时间。这就意味着脉冲工具具有改进的可利用性以及对于操作者而言的经济优势。

Claims (6)

1.一种动力扳手，包括旋转马达、输出轴（18）和液压脉冲单元（17），所述液压脉冲单元（17）包括惯性驱动构件（20）、油室（23）以及脉冲产生装置（30），所述惯性驱动构件（20）连接至所述马达且能够围绕旋转轴线（A-A）旋转，所述油室（23）被包围在所述惯性驱动构件（20）内，所述脉冲产生装置（30）包含高压室（34）并被布置为间歇地将动能传递至输出轴（18），其中所述惯性驱动构件（20）包括圆筒形部件（21）和横向端壁（22），

其特征在于，设置分离器（37）以通过离心作用从油中抽取空气，所述分离器（37）包括：

·在所述横向端壁（22）上大体轴向面对的表面（46），

·圆盘形状的分离器元件（38），所述分离器元件（38）与横向端壁（22）一起旋转并且形成有与所述横向端壁（22）上的表面（46）相重合的大体轴向面对的表面（45），

·形成在所述相重合的表面（45、46）之间的间隙（43），

·在所述分离器元件（38）内邻近旋转轴线（A-A）布置的油进入开口（40；64a、64b），

·将所述间隙（43）与高压室（34）连接的限制流量的油进入通道（41、42），

·至少一个油排出开口（53；65a、65b），所述油排出开口（53；65a、65b）与所述旋转轴线（A-A）相距一定的径向距离并被布置成将油从所述间隙排到所述油室，

·位于所述旋转轴线（A-A）处的空气收集室（50），以及

·至少一个空气排出开口（52），所述空气排出开口（52）邻近所述旋转轴线（A-A）并将所述间隙（43）与所述空气收集室（50）连接。

2.根据权利要求1所述的动力扳手，其中所述空气收集室（50）通过所述端壁（22）中的腔室而形成。

3.根据权利要求1或2所述的动力扳手，其中所述间隙（43）在所述相重合的表面（45、46）的整个范围上延伸。

4.根据权利要求1至3中任意一项所述的动力扳手，其中在所述间隙（43）中设置有滤油元件（70）。

5.根据权利要求1或2所述的动力扳手，其中所述间隙（43）包括形成在所述分离器元件（38）或所述端壁（22）任意一个上的一个或多个大体环形的凹槽（48a-e；68a-d），所述凹槽（48a-e；68a-d）将所述油进入开口（40）与所述至少一个油排出开口（63）和所述至少一个空气排出开口（52）连接。

6.根据权利要求5所述的动力扳手，其中所述大体环形的凹槽（68a-d）被分成两个或多个区段（60、61），每个区段包括油进入开口（64a、64b）、油排出开口（65a、65b）和至少一个空气排出开口（62a-d）。

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