CN107921697A - Pex扩张工具 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种扩张工具，包括：致动器，其包括限定致动器壳体腔的圆柱形壳体；设置在致动器壳体腔内的主冲头，其限定内部主冲头腔；设置在内部主冲头腔内的次级冲头；联接到次级冲头远端的凸轮滚子托架；定位在致动器壳体腔远端内的驱动轴环；滚柱离合器，其设置在由驱动轴环内表面限定的内部腔中；往复式凸轮，其定位在滚柱离合器与主冲头远端之间；联接到主冲头的扩张器锥体；以及可操作地联接到驱动轴环的扩张器头部。

Description

PEX扩张工具

相关申请的交叉引用

本申请要求于2016年6月10日递交的标题为“PEX扩张工具”的序列号为15/178,786的美国专利申请的优先权，以及于2015年6月10日递交的标题为“PEX扩张工具”的序列号为62/173,730的美国专利申请的优先权，其全部内容通过引用并入本申请。

背景技术

本发明涉及管和管扩张工具及方法。更具体地说，本发明涉及利用多段延伸头部和自动旋转特征的PEX(交联聚乙烯)扩张工具。具体地，目前描述的扩张工具包括在头部延伸之前发生的自动旋转特征。

由于铜管成本的上涨，聚合物管在住宅和商业建筑中越来越受欢迎。最常见的聚合物管类型之一是由交联聚乙烯(通常称为PEX)制成。聚合物管通过扩张管的口部而与接头连接，从而允许管滑过接头。然后通过压接管的扩张部分将管道固定到接头上。一个典型的建筑物会有很多接头；因此管的安装涉及扩张许多管的口部。

发明内容

本发明描述涉及PEX扩张工具的实施方式。在一个实施例中，本发明描述了一种可操作以延伸管的末端的工具。这样的工具可以包括致动器和可操作地联接到致动器的扩张器头部，扩张器头部包括多个扩张器头部段。当被触发时，致动器首先旋转扩张器头部，然后致动器扩张器头部内的扩张器头部段。

在示例实现中，本发名字描述了扩张工具。扩张工具包括：(i)致动器，其包括限定致动器壳体腔的圆柱形壳体；(ii)设置在致动器壳体腔内的主冲头，该主冲头限定内部主冲头腔；(iii)设置在内部主冲头腔内的次级冲头；(iv)联接到次级冲头远端的凸轮滚子托架；(v)定位在致动器壳体腔的远端内的驱动轴环；(vi)设置在由所述驱动轴环的内表面限定的内部腔中的滚柱离合器；(vii)定位在滚柱离合器与主冲头远端之间的往复式凸轮；(viii)联接到主冲头的扩张器锥体，以及(ix)可操作地联接到驱动轴环的扩张器头部。

特征、功能和优点可以在本发明的各种实施例中独立地实现，或者可以在其他实施例中组合，其中可以参考以下描述和附图来示出进一步的细节。

附图说明

图1示出了扩张工具各个构件的透视图；

图2示出了图1所示的扩张工具的各个构件的横截面图；

图3示出了图1所示的扩张工具的电动机、齿轮箱和泵驱动器的近视图；

图4示出了图1所示的扩张工具的致动器的近视图；

图5示出了图4所示的致动器的各个构件的近视图；

图6示出了图5所示的往复式凸轮近视图；

图7示出了图5所示的往复式凸轮的近视图；

图8示出了图4所示的致动器的驱动轴环的近视图；

图9示出了图8所示的致动器的往复式凸轮的另一个近视图；

图10示出了图9所示的致动器在扩张器头部旋转之前的透视图；

图11示出了图10所示的致动器在扩张器头部旋转之后并且在扩张器头部扩张之前的另一透视图；

图12示出了图1所示的扩张器工具的扩张器头部的透视图；

图13示出了图12所示的扩张器头部的另一透视图；

图14A示出了可与扩张工具(诸如图1所示的扩张工具)一起使用的放泄阀电路构件的透视图；

图14B示出了图14A示出的放泄阀电路构件的示意图；

图15示出了图14A和14B所示的放泄阀电路的主放泄阀的近视图；

图16示出了图14A和14B所示的扩张工具的主放泄阀的横截面图；

图17示出了图14A和14B所示的扩张工具的减压阀的横截面图；

图18示出了图1所示的扩张工具的行程检测构件的端部的近视图；

图19示出了操作图1所示的扩张器工具的示例性方法；

图20示出了图1所示的扩张器工具在头部旋转顺序中的透视图；

图21示出了图20所示的扩张器工具在头部扩张顺序期间的透视图；

图22示出了图21所示的扩张器工具在缩回顺序期间的透视图；

图23示出了与扩张器工具(例如图1所示的扩张器工具)一起使用的示例性扩张器工具壳体的布置；

图24示出了图23示出的示例性扩张器工具壳体布置的建议布局；

图25示出了与扩张工具(例如图1所示的扩张工具)一起使用的可选致动器；

图26示出了图25所示的可选致动器；以及

图27示出了可以与图25和26所示的可选致动器一起使用的往复式凸轮。

具体实施方式

在下面的详细描述中，参考形成其一部分的附图。在附图中，除非上下文另外指出，否则相似的符号通常标识相似的构件。详细描述、附图和权利要求中描述的说明性实施例并不意味着限制。可以使用其它实施例，并且可以做出其他改变而不背离发明所呈现的主题的精神或范围。将容易理解的是，如本文一般性描述的以及在附图中示出的本发明的方面可以各种各样的不同配置进行布置、替换、组合、分离和设计，所有这些都在此被明确地考虑。

图1是扩张器工具10的各个构件的透视图。如图所示，扩张器工具10包括工作端16和后端20。工作端16也可以被称为扩张器工具的远端10，其优选地包括可操作地联接到致动器70的扩张器头部30。扩张器头部30包括多个扩张器头部段40A-F。致动器70包括可操作地联接到缸体200的大致圆柱形壳体74。如将在此更详细地描述的，致动器70包括多个工作部件，所述多个工作构件一起作用以首先旋转，然后使扩张器头部段40A-F在扩张器头部30内扩张。储液罐230被安装到缸体200的后端或近端20。储液罐230保持用于操作齿轮箱和泵驱动器的液压流体。在一个优选的布置中，储液罐230包括柔性储液罐。

在图1中，多个构件被示出为安装到缸体200的外表面202。例如，在缸体200的顶部部分204附近，齿轮箱220、泵驱动器212和泵驱动器210直接联接到缸体200的外表面。泵驱动器212操作泵210。电动机194可操作地联接到齿轮箱220、泵驱动器212和泵210的组合。压力传感器240、导向阀螺线管300和位置传感器250也可操作地联接到缸体200外表面202的底部206，其形式和功能将在这里更详细地描述。

图2是图1所示的扩张工具10的各个构件的横截面图。具体地，图2示出处于初始位置的扩张工具10(及其各个构件)，即扩张工具10在未被操作时保持的位置。

图2示出了图1所示的扩张器工具10的电动机194、齿轮箱220、泵210、储液罐230、缸体200、致动器70和扩张器头部30的横截面图。从图2中可以看出，致动器70包括多个构件，其在泵210的液压控制和操作下操作扩张器头部30。具体地，在该示例性布置中，缸体200螺纹地联接到致动器壳体74。缸体200限定缸体腔208，致动器壳体74限定致动器壳体腔76。缸体腔208和致动器壳体腔76包含一起操作以便首先使扩张器头部30旋转预定量的各种构件。然后，在扩张器头部30已旋转预定量之后，这些各种构件将扩张器锥体140打入到扩张器头部30中，以便使扩张器头部30的扩张器头部段40A-F径向向外扩张。

缸体腔208和致动器壳体腔76容纳主冲头80、主冲头回位弹簧88、次级冲头100、凸轮滚子托架120、主冲头硬止动轴环92、往复式凸轮180、驱动轴环160和滚柱离合器150。主冲头80包括位于扩张器头部30附近的远端和位于储液罐230附近的近端。在主冲头80的近端处设置有主冲头凸缘86。另外，主冲头回位弹簧88沿着主冲头80的外表面被设置在主冲头凸缘86与主冲头硬止动轴环92的近侧或后表面之间。

如图所示，在扩张工具处于初始位置时，主冲头回位弹簧88处于非压缩状态。主冲头80还限定了主冲头腔84，并且在该主冲头腔84内设置有次级冲头100。类似于主冲头80，次级冲头100包括朝向扩张器头部30的远端和大致朝向储液罐230的近端。在次级冲头100的近端处，设置有次级冲头凸缘114。次级冲头回位弹簧110沿次级冲头100的外表面被设置在次级冲头凸缘114和内部主冲头硬止动件94之间。如图2所示，在扩张工具10处于初始位置时，次级冲头回位弹簧110也处于非压缩状态。

凸轮滚子托架120可操作地联接到次级冲头100的远端。在一个示例性实施例中，销或螺钉116可操作地将次级冲头100联接到凸轮滚子托架120。在该初始位置，凸轮滚子托架120驻留在次级冲头100的远侧部分内并且也位于远侧部分内并且也位于主冲头腔84的远侧部分内。凸轮滚子托架120的远端部分扩张到扩张器锥体140的近端内。

图3是图1和图2所示的扩张工具10的电动机194、齿轮箱220、泵210和泵驱动器212的近视图。如图3所示，电动机194可操作地联接齿轮壳体224，并且该齿轮壳体224容纳齿轮组222和泵驱动器210。在一个优选实施例中，电动机194包括蛤壳式电机，齿轮组222包括两级行星齿轮组。在一个示例性布置中，行星齿轮组提供10.6：1的减少。

图4是图1所示的扩张工具10的缸体200和致动器70的近视图。优选地，缸体200包括具有辊磨内腔的铝质主体。缸体200的盖侧214可被配置成作为储液罐操作并且可通过至少一个纵向流体通道216与后部储液罐230流体连通。

定位在主冲头腔84内的次级冲头100联接到凸轮滚子托架120。凸轮滚子托架120大体上是圆柱形的并且包括在凸轮滚子托架120远端124处的凸轮滚子130。当凸轮滚子托架120在扩张器锥体腔144内向远侧和近侧移动时，凸轮滚子130定位在设置在扩张器锥体140内的狭槽142内。

主冲头80还包括沿着主冲头外表面的位于主冲头80近端附近的凹槽96。在一个优选布置中，在该凹槽96中设置有磁性环98。如将在本文中更详细讨论的那样，磁性环98允许扩张工具10的行程检测电路构件(例如，位置传感器250)末端检测主冲头80何时到达如图4所示的完全缩回位置。

在该图示的实施例中，次级冲头100还包括级冲头硬止动件112，其被成脊并且沿着次级冲头100的外表面108设置。如将在此更详细描述的，次级冲头硬止动件112被配置成在扩张器头部30已经旋转之后但在扩张器头部30的扩张开始之前抵靠在内部主冲头硬止动件94。

在该图示的布置中，可使用两个固定螺钉146A、B将扩张器锥体140固定到主冲头80的远端。

图5是图4所示的致动器各种构件的近视图。具体地，图5是致动器70的各种构件的近视图，该致动器与各构件一起作用以首先旋转，然后使扩张器头部扩张。具体地，图5是驱动轴环160、滚柱离合器150、往复式凸轮180和主冲头80远端的近视图。

例如，图5示出了驱动轴环160被定位在致动器壳体74的远端78内。如图所示，致动器壳体74的远端78可以设置有外螺纹79，用于与盖24螺纹地接合(在图1和图2中所示)，以便将扩张器头部30固定到致动器70。例如，参考图1和图2，示出了致动器壳体74的远端78与盖24螺纹地接合，以将扩张器头部30固定到扩张工具10上。

驱动轴环160包括朝向远侧方向，即朝向扩张头部30的第一接合面164。该第一接合面包括多个突块168A、B、C、D，其几何地配置成与扩张器头部30的扩张器头部段40A、B、C、D、E中设置的狭槽匹配。如此，当驱动轴环160在扩张器头部30扩张之前被旋转时，多个突块168A-D将扭矩传递到扩张器头部30，从而使扩张器头部30旋转。在一个优选布置中，多个突块168A-D包括梯形几何配置。

滚柱离合器150位于或被挤压在驱动轴环160的内表面172内限定的内部腔174中。当主冲头80沿远侧方向扩张时，滚柱离合器150允许驱动轴环160在往复式凸轮180上自由旋转。另外，滚柱离合器150还在主冲头80在近端方向上回缩期间传递扭矩，以便朝向初始位置返回。

如图5所示，凹槽170可以沿着驱动轴环160的外表面162设置。优选地，可以在该凹槽170中设置O形环166，以便产生足够的摩擦，从而防止驱动轴环160在滚柱离合器150上自由滑动。在一个优选布置中，该O形环166包括丁腈橡胶O形环。

往复式凸轮180定位在滚柱离合器150与主冲头80的远端之间，并且沿主冲头硬止动轴环92的远端或前表面93被放置。具体地，往复式凸轮180围绕主冲头80旋转。附接到主冲头80的从动轴承驱动往复式凸轮180。主冲头80沿远端方向的扩张“复位”往复式凸轮180，同时主冲头80沿近端方向的缩回“驱动”往复式凸轮180。在一个优选布置中，往复式凸轮180为主冲头80的每个行程提供扩张器头部30的大约18度的旋转。然而，如普通技术人员将认识到的，可选的预定旋转配置也可以被使用。

主冲头80被定位在由往复式凸轮180限定的内部腔184内。如上所述，主冲头腔84终止于主冲头80的远侧部分附近，并且在该端部处具有比主冲头腔的其余部分更大的直径。在这个较大直径的腔处，设置有内部螺纹90。该内部螺纹90可用于将扩张器锥体140牢固地固定到主冲头80上。

图6是图5所示的驱动轴环160的近视图。图7是图5所示的往复式凸轮180的近视图。具体地，图7示出了主冲头80的从动轴承82拉动往复式凸轮180以在主冲头缩回期间旋转扩张器头部30。

如图6和7所示，当主冲头80沿由箭头134表示的远侧方向被传送时，往复式凸轮180以及驱动轴环160因此沿箭头136所示的顺时针方向旋转。类似地，当主冲头80沿由箭头138表示的近侧方向缩回时，往复式凸轮180而不是驱动轴环160将以箭头139所示的逆时针方向旋转。

图8是图4所示的致动器70的驱动轴环160的近视图，图9是图7所示的致动器70的往复式凸轮180的另一近视图。如图所示，凸轮或往复式凸轮180上倾斜的或非轴向的凹槽182被翻转以便在主冲头80前进时旋转，其中轴承被由次级冲头100驱动的凸轮滚子130所替代。如图9所示，扩张器锥体140通过凸轮滚子130并且优选地经由两个固定螺钉146A、B(参见图4)被楔到主冲头80上。

图10是在图9所示的致动器70的扩张器头部30旋转之前的透视图。如箭头156所示，次级冲头100开始沿远侧方向移动，直到次级冲头硬止动件112与主冲头内部硬止动件94接合。随着次级冲头100沿远侧方向前进，驱动轴环160(以及从而使扩张器头部30(未示出))沿箭头154所示的逆时针方向旋转。一旦次级冲头硬止动件112与主冲头内部硬止动件94接合，则扩张器头部30旋转完成并且开始构成扩张器头部30的扩张器头部段40A-F的扩张。该过程在图11中示出。例如，图11是在图10所示的致动器70的扩张器头部30旋转之后并且在扩张器头部30扩张之前的透视图。如图11所示，次级冲头100的次级冲头硬止动件112已经与主冲头内部硬止动件94接合，现在，主冲头80和次级冲头100将在远侧方向上被驱动。在该位置，次级冲头回位弹簧110处于压缩状态。主冲头80和次级冲头100一起将扩张器锥体140朝向扩张器头部30驱动，从而在旋转完成时使扩张器头部30径向扩张。

图25示出了用于扩张工具(诸如图1中所示的扩张工具10)使用的可选致动器770。在该可选致动器770中，使用可选往复式凸轮780在头部扩张之前旋转扩张头部段。

致动器770与先前所示和所讨论的致动器70的操作略有不同。例如，在该可选致动器布置770中，往复式凸轮780与主冲头80一起向近侧和远侧运动。例如，在此布置中，往复式凸轮780通过卡环790被保持在冲头80上的适当位置。往复式凸轮780和冲头80之间的间隙允许往复式凸轮780相对于主冲头80旋转。另一个区别在于，这种可选致动器770利用在往复式凸轮的近端附近不包括凸缘的往复式凸轮180(例如参见图7所示的沿着往复式凸轮180的近端的凸缘)。

图25示出了在驱动轴环760和往复式凸轮780旋转已经发生之后，致动器壳体的远端外侧的驱动轴环760。类似于本文讨论的驱动轴环160，图25所示的驱动轴环760包括指向远侧方向(即，朝向扩张头部)的第一接合面。该第一接合面包括多个突块768A、B、C、D，其几何地配置成与前面讨论的扩张器头部的扩张器头部段中设置的狭槽匹配。这样，当驱动轴环760在扩张器头部扩张之前旋转时，多个突块768A-D将扭矩传递到扩张器头部，从而也旋转扩张器头部。在一个优选布置中，多个突块768A-D包括梯形几何配置。

类似于本文所示和所讨论的致动器70，滚柱离合器(参见例如图5所示的滚柱离合器150)位于或被挤压在驱动轴环760的内表面内限定的内部腔中。当主冲头80在近侧方向上缩回的期间，滚柱离合器传递扭矩，并朝向初始位置返回。

最初，往复式凸轮780位于滚柱离合器和主冲头80的远端之间的初始位置内。在该初始位置中，往复式凸轮780位于如本文所述的主冲头硬止动件的前面。在头部扩张之前，往复式凸轮780绕主冲头80旋转。附接到主冲头80的从动轴承782驱动往复式凸轮780。首先，在旋转之后并且当主冲头80沿远侧方向传递时，往复式凸轮780以及驱动轴环760因此旋转。取决于由往复式凸轮80所提供的凸轮或凹槽786的定向，该旋转可以是逆时针方向或顺时针方向的。在图25所示的布置中，由往复式凸轮780提供的凸轮786定向将产生顺时针旋转。往复式凸轮上的可选凸轮或凹槽布置也可以被使用。例如，图27示出了包括可选凸轮或凹槽783布置的可选往复式凸轮781。在这个可选的凸轮布置中，由往复式凸轮781提供的凸轮783的定向将在头部扩张之前产生逆时针定向。

图26示出了头部扩张之后的致动器770，并且从动轴承782沿着往复式凸轮780的凸轮786缩回到端部位置。为了便于说明，从动轴承782和往复式凸轮780示出在驱动轴环760的外部。具体地，在头部扩张之后，当主冲头80沿近侧方向缩回时，往复式凸轮780(而不是驱动轴环760)将沿箭头792所示的顺时针方向旋转。以此方式，往复式凸轮780返回到其原始或初始位置。

致动器770的操作大致类似于在此示出和讨论的致动器70的操作。例如，在安装在扩张器锥体140上的扩张器头部旋转之前，次级冲头开始向远侧方向移动，直到次级冲头硬止动件与主冲头内部硬止动件接合。当次级冲头在远侧方向上前进时，扩张器锥体140(以及因此扩张器头部30(在图25和26中未示出))沿如图25中箭头754所示的逆时针方向旋转。一旦次级冲头硬止动件与主冲头内部硬止动件接合，扩张器头部旋转完成并且开始构成扩张器头部的扩张器头部段的扩张。

一旦扩张器头部发生完全扩张，主冲头80就沿近端方向缩回到驱动轴环760内的原始初始位置。随着往复式凸轮780开始在驱动轴环760内接近其初始位置，从动轴承782作用在由往复式凸轮780限定的凸轮786上，以便沿着如箭头792所示的顺时针方向回转往复式凸轮。同样，如果使可选凸轮或凹槽布置，则该旋转可以通过逆时针旋转。

图12是与扩张器工具(例如图1所示的扩张器工具10)一起使用的扩张器头部30的透视图。在该图示的位置中，构成扩张器头部30的扩张器头部段40A-F处于关闭位置中。图13是图12所示的扩张器头部30的另一透视图。在图13中，构成扩张器头部30的扩张器头部段40A-F处于部分扩张状态。

从图12中可以看出，扩张器头部30包括多个扩张器头部段40A-F。在这个所示的布置中，扩张器头部包括六个扩张器头部段。然而，也可以使用可选配置。

扩张工具10被构成，从而使扩张工具在每次扩张之前旋转预定量，预定量是使扩张头部段40A-F从拉伸的管口部分向未拉伸的管口部分移动所需的旋转量。更具体地，扩张头部段40A-F的旋转至少部分地由扩张器头部30内的扩张头部段的数量确定。扩张头部段的数量被选择以允许扩张器头部30多次旋转而不重复的位置。仅作为一个示例，在一个扩张器工具布置中，采用六个扩张头部段40A-F，每个扩张头部段覆盖60度的弧长。在一个优选的扩张工具布置中，扩张工具10被配置成在每次旋转时使扩张头部段40A-F旋转18度，使得在扩张器头部30的原始位置重复之前需要20次旋转。

从图12中可以看出，构成扩张器头部30的每个扩张器头部段40A-F包括底面，其中该底面包括多个凹槽32。在优选的布置中，这些凹槽32包括多个梯形凹槽，其几何构地造成与设置在驱动轴环160(参见图5和图6)的驱动轴环接合面164上的多个突块168匹配。这样，当冲头扩张期间驱动轴环160沿顺时针方向被驱动时，扩张器头部30在接合到驱动轴环160时，在扩张器头部30扩张之前，扩张器头部30也旋转了预定量。这些梯形凹槽32也有助于引导扩张器头部段40A-F在径向方向上的移动，以在头部扩张期间均匀扩张。

从图13可以看出，六个头部段40A-F中的每一个包括外表面。仅作为一个示例，扩张器头部段40A包括外表面42。如图所示，头部段40A的外表面42A包括多个特征。例如，扩张器头部段40A的外表面42A包括设置在扩张器头部段40A的远端50A附近的多个挡边44A。另外，扩张器头部段40A的该外表面42A还包括第一远侧凹槽46A和第二近侧凹槽48A。在优选的布置中，扩张器头部30的其余扩张器头部元件40B-F中的每一个包括类似的挡边和凹槽布置。挡边44A形成在扩张器头部段40A-F的截头圆锥形端部附近，并在管扩张期间提供较高的摩擦力。第一和第二凹槽布置46A和48A可以与O形环一起使用，以便在头部扩张之后能够使段(参见图1中的第一凹槽布置46和第二凹槽布置48)返回。在其他布置中，也可以使用夹紧弹簧使扩张器头部在扩张之后能够使扩张器头部段返回。在优选的实施例中，扩张器头部30的其余扩张器头部元件40B-F中的每一个包括类似的第一和第二凹槽布置。

图14A是可与扩张工具一起使用的泵和阀系统的透视图，诸如图1所示的扩张工具。如图所示，该泵和阀系统包括螺线管300、导向阀340、减压阀350、泵210以及主阀390。图14B是图14A所示的泵和阀系统的示意图，其中相同的元件用相同的附图标记表示。

另外，图15示出了图14A和图14B所示的主阀390的透视图，以及图16是图14A和图14B所示的扩张工具的主阀390的横截面图。如图15所示，主阀390包括用于控制流体流出和流回储液罐230的端口或路径配置。具体地，主阀390包括到储液罐230的端口或路径392、到圆柱形盖子的端口或路径394、到圆柱体的另一端口或路径396以及到泵210的端口或路径398。

现在参考图14A-B、图15和16，在扩张顺序期间，随着主冲头80和次级冲头100继续在远侧方向扩张，压力将在致动器70内部形成。在扩张顺序期间，主冲头80到达主冲头硬止动轴环92，缸体200内的压力达到预定换能设定点。压力传感器240将监测缸体200内的压力。一旦达到预定换能设定点，电动机194将被停用。当达到该设定点时，阀螺线管300被上电，并且这将打开先导放泄阀340到储液罐230。打开先导放泄阀340还降低主阀390上的压力，从而使得主阀390改变状态。当来自缸体200的流体通过先导放泄阀340流回到储液罐230中时，这将降低缸体200内的压力，并且随着该内部压力下降，将允许主冲头回位弹簧88迫使主放泄阀390关闭。

图17示出了图14A和14B所示的减压阀350的近视图。如图17所示，减压阀350包括O形环352、调节塞354、减压阀弹簧356、提升阀358以及球体360。在一个优选布置中，减压阀350被配置成在致动器70内的压力超过预定设定点的情况下允许流体从致动器70流回到储液罐230中。

图18是图1所示的扩张器工具10的行程检测构件端部的近视图。如图所示，行程检测构件端部包括压力传感器240。压力传感器240基于缸体200内的压力来检测完全冲头扩张。例如，在一个布置中，一旦达到预定压力设定点，压力传感器240将检测到完全冲头扩张。在一个示例性布置中，这种完全冲头扩张压力设定点可能在大约7,000至大约8,000磅每平方英寸(psi)的数量级上。在一个优选的布置中，一旦压力传感器240检测到这个压力设定点，电动机和泵将被停用。主冲头80和次级冲头100在近侧方向上的缩回将被启动。压力传感器240可以设置有压力连接器246，其通过用于连接到设置在扩张器工具10内的印刷电路板的多个导线244联接到传感器。

行程检测构件的第二端包括位置传感器250。在一个优选布置中，这种位置传感器250可以采取霍尔效应传感器的形式。这样的位置传感器250可以被配置成检测完全冲头返回到初始位置，诸如图1中所示的主冲头80和次级冲头100的初始位置。该位置传感器250使得电动机和泵激活下一个扩张行程。在一个优选布置中，位置传感器250可以被配置成检测设置在主冲头80外表面凹槽96内的磁性环98(见图4)。

图19示出了操作扩张器工具(诸如图1中所示的扩张器工具10)的示例性方法。在步骤410中，现在还参照图20，来自触发器的用户输入启动电动机194(参见，例如，图23中所示的触发器620)。在优选的方法中，如果触发器在预定时间段内保持触发，则电动机194被电子锁定。例如，这样的预定时间段可能大于一秒。这种触发器锁定功能的一个优点是用户不必在行程的持续时间内保持触发。这种触发器锁定的一个优点是防止了使用者疲劳，并且还允许扩张工具的使用者根据需要支撑工具或工件。另外，在一个实施例中，当触发器锁定被启用时，触发器锁定还可以提供用户对前进行程中断的附加触发器拉动。这将允许用户在需要时放弃扩张。

在步骤420中，在主放泄阀390上形成压力差，并且该压力差将主放泄阀移动到关闭位置。在步骤430中，流体从后部储液罐230抽出并进入泵室，然后被泵送到致动器70。在步骤440中，随着流体被泵送入致动器70，次级冲头100开始在远侧方向上扩张。如此，次级冲头100开始压缩次级冲头回位弹簧110。在步骤450中，当次级冲头100开始沿远侧方向扩张时，次级冲头100也沿远侧方向，朝向扩张头部30驱动凸轮滚子托架120。如此，凸轮滚子130在远侧方向上被推动穿过设置在往复式凸轮180上的凸轮或凹槽182。在步骤460中，往复式凸轮180在离合器锁定方向上旋转并将扭矩传递到驱动轴环160。在步骤470中，该扭矩被传递到构成头部30的扩张器头部段40A-F。

在步骤480中，次级冲头100的次级冲头硬止动件112与主冲头80的内部主冲头硬止动件94接合。例如，图21示出了图20所示的扩张器工具10在头部扩张顺序期间的透视图。在步骤490中，随着继续在致动器70内部形成压力，主冲头80继续沿远侧方向扩张。在步骤500中，扩张器锥体140向远侧推入扩张器头部30并抵靠在扩张器头部段40A-F。在步骤510中，扩张器头部段40A-F径向向外移动以使扩张器头部外径扩张。在步骤520中，PEX管内径被拉开。

在步骤530中，现在参考图22，其示出了扩张器工具10在扩张顺序期间的透视图，其中主冲头80到达主冲头硬止动轴环92，并且缸体200内的压力达到预定换能设定值。在步骤540中，一旦达到预定换能设定点，电动机194就被停用。这样，电动机和用户输入(即，触发器)可以被禁用，直到感测到主冲头80和次级冲头100两者的完全缩回为止，优选地通过位置传感器250来感测。这样的全返回感测功能使用户不能启动另一个扩张行程，直到扩张工具完全缩回。这可以防止用户忽略自动旋转功能。

在步骤550中，阀螺线管300被上电以打开先导放泄阀340到储液罐230。在步骤560中，内部压力下降并从而允许回位弹簧迫使主放泄阀390打开。在步骤570中，主冲头80在由压缩的主冲头回位弹簧88产生的力作用下以及次级冲头100由压缩的次级冲头回位弹簧110产生的力作用下开始缩回。如图1所示，主冲头80和次级冲头100都在近侧方向上移动，以返回到扩张工具10的初始位置。

在步骤580中，扩张器锥体140从扩张器头部30被抽出，并且扩张器头部段40A-F开始折叠到关闭位置。在一个实施例中，扩张器头部段40A-F的折叠可以通过设置在扩张器头部30中提供的第一和/或第二凹槽46、48中的一个或多个O形环来辅助，如前所述。

在步骤590中，当主冲头80接近完全缩回位置(参见图1)时，凸轮滚子130被拉动穿过设置在往复式凸轮180上的凸轮或凹槽182。这样，往复式凸轮180以离合器自由旋转方向旋转，从而使致动器70复位以用于随后的扩张。

在步骤592中，当主冲头80到达其完全缩回位置或初始位置时，位置传感器250检测设置在主冲头80的近侧凹槽96中的磁性环98。在步骤594中，主冲头80返回其初始位置(参见图1)，使电动机194和用户输入被重新启用用于后续的的扩张行程。这样，当被激活时，扩张工具10要么前进要么缩回，并且用户不能将扩张工具10保持在任何单一扩张位置。这种情况的一个优点是防止用户将管保持在扩张位置。

图23示出了用于与扩张器工具(诸如图1中所示的扩张器工具10)一起使用的示例性扩张器工具壳体布置600。具体地，图23示出了可操作以扩张管的末端的工具600，并且其具有工具手柄相对于工具的工作端的有利布置。图24示出了图23所示的示例性扩张器工具壳体布置的建议布局。

现在参考图23和24，工具600包括设置在远端610处的工作端部608。该工作端部608包括扩张器头部，该扩张器头部包括如在此描述的多个扩张器头部段612。如前所述，这些扩张器头部段612可在关闭位置(如图所示)和扩张位置之间移动。这些扩张器头部段612也可围绕工具600的纵向轴线旋转。扩张器头部段612可以与以上关于图1-22所述的段40A-F是相同或相似的方式操作。一般而言，扩张器头部段612可以是可操作以扩张段插入其中的管的末端。此外，在示例性实施例中，工具600可以是非常大直径(VLD)的扩张器。另外，在示例性实施例中，工具600可以是液压扩张工具。特别地，扩张工具600可以使用液压装置以便于工具的操作和管端的扩张。如上所述，工具600可以用于扩张PEX管的末端。然而，工具600也可以用于其他应用。

在实践中，扩张工具可能需要大量的能量来产生一定量的反扭矩，其将成功地扩张诸如PEX管的管。不同尺寸的管和不同材料的管可能需要扩张工具，这些工具会产生不同量的反扭矩。在一个示例中，工具600是具有一(1)英寸钳开口的十(10)吨压缩工具。其他示例也是可能的。例如，工具600可以容纳大于或小于十(10)吨的吨数，并且钳开口也可以大于或小于一(1)英寸。

工具600还包括连接到工作端部608的主体614。主体614可以容纳工具构件，诸如内部工具构件以便于钳口和液压构件的操作。在一个优选的布置中，主体包括在此示出和描述的扩张工具10。

此外，主体614包括手柄616，该手柄616沿着工具600的竖直轴线设置在近端518处。如图所示，手柄616被配置为以基本上平行于工具的纵向轴线的方位被夹持。工具600还包括设置在手柄616上的触发器620，并且触发器620被配置为通过沿着工具600的竖直轴线的触发器的移动而被激活。使用者可以激活触发器620以启动和/或控制工作端部608的操作。在一个示例中，触发器沿着竖直轴线的移动包括沿着竖直轴线在近侧方向上的移动。例如，用户可以通过沿着工具600的竖直轴线在竖直方向向下或向下拉用户的触发器指状物以激活触发器620。在另一示例中，触发器移动可以包括沿不同方向的移动，诸如在纵向方向的移动。例如，触发器可以被配置成沿远侧纵向方向移动。其他示例性触发器移动也是可能的。

工具600还包括沿着工具600的竖直轴线设置在远端624处的钩环622。钩环622可以用于连接登山扣、系索、吊索或一些其他类似装置。

该工具进一步形成基本上平坦的表面630。这种平坦表面630的一个优点是它使扩张工具的台式使用者成为可能。这种表面630的另一个优点是它允许用于垂直立管应用的二手放置。

在图23所示的示例中，触发器620位于手柄的纵向近侧617上。然而，在其他示例中，触发器620可位于手柄616处或其附近的其他位置，诸如手柄616的纵向远侧。此外，手柄616沿着纵向轴线定位在工作端部608的近侧。该近侧放置允许工作端部608完全被插入到管中而手柄616不会造成阻塞。

在示例性实施例中，工具600可以包括向用户提供附加方式来支撑工具的一个或多个附加支撑(例如，手柄)。在工具600的操作或运输期间提供额外的支撑可能对用户有帮助。例如，工具600包括侧手柄附接部分650，侧手柄656可以被插入到侧手柄附接部分650中。图23示出了插入到侧手柄附接部分650中的侧手柄656。其他附加支撑也是可能的。

工具600还包括工作灯660和锁定开关670。

在示例性实施例中，工具600可以由单手的用户来操作。通过被配置为由用户的单手操作，用户可以使用他或她的空闲手来定位和/或稳定正在扩张的管。

有益地，根据本发明的工具相对于用于扩张管或管的端部的现有工具提供了示例性优点。例如，通过手柄的独特公开的定向，工具600为用户提供了以多个方位和紧凑空间以方便操作工具的能力。如上所述，技术人员可以使用工具600来修理管和/或安装管，并且这种修理或安装工作可能需要技术人员在狭小的空间中工作以及在不同的位置使用工具。作为特定示例，技术人员可能需要使用该工具来安装或修理位于地板上、侧壁上或顶部上的管。而且，这些管可以多个不同的方向排列。例如，要扩张的管端部可以以垂直向下、垂直向上、纵向向左、纵向向右或许多其他的角度。

在这种多个方向上使用现有的扩张工具可能是困难的或不可能的。然而，由于工具600被配置成允许用户以多种不同的和有用的方向操作工具600，所以用户可以在各种情况和地点使用该工具，在该情况和地点中操作现有的工具将是困难的或不可能的。例如，根据本公开的手柄取向有利地允许使用者相对于现有的扩张工具更容易地使用处于头顶位置的工具。另外，手柄的取向可以允许使用者在头顶位置更容易地支撑扩张工具。诸如重量为十吨之类的工具可能很重，因此不仅难以定位工具，而且在工作期间也难以保持和支撑工具。工具600有利地允许使用者在头顶方向上使用工具600，而不弯曲或基本弯曲使用者的手腕。这可以允许用户更舒适地支撑用于架空安装或修理工作的工具。

以上已经描述了示例性实施例。然而，本领域技术人员应当理解，在不脱离本发明的真实范围和主题的情况下，可以对这些实施例进行改变和修改。出于说明和描述的目的已经呈现了对不同有利实施例的描述，并且不旨在穷尽或限制在本发明中所公开的形式的实施例。对于本领域的普通技术人员来说，许多修改和变化将是显而易见的。此外，与其他有利实施例相比，不同的有利实施例可以提供不同的优点。所选择的一个或多个实施例被选择和描述以便最好地解释实施例的原理和实际应用，并且使本领域的其他普通技术人员能够理解具有适合于预期的特定用途的各种修改的各种实施例的公开内容。

因此，本发明公开的实施例可以涉及以下列举的示例性实施例(EEE)中的一个。

EEE 1是扩张工具，包括：致动器，该制动器包括限定致动器壳体腔的圆柱形壳体；设置在致动器壳体腔的主冲头，主冲头限定内部主冲头腔；设置在内部主冲头腔内的次级冲头；联接到次级冲头远端的凸轮滚子托架；定位在致动器壳体腔远端内的驱动轴环；滚柱离合器，滚柱离合器设置在由驱动轴环内表面限定的内部腔；往复式凸轮，其定位在滚柱离合器与主冲头的远端之间；联接到主冲头的扩张器锥体；以及可操作地联接到驱动轴环的扩张器头部。

EEE 2是EEE 1的扩张工具，其中主冲头包括近端和远端，主冲头还包括位于主冲头近端的主冲头凸缘。

EEE 3是EEE 2的扩张工具，其中致动器壳体腔包括主冲头硬止动轴环。

EEE 4是EEE 3的扩张工具，其中沿着主冲头凸缘和主冲头硬止动轴环的近侧面之间的主冲头的外表面设置有主冲头回位弹簧。

EEE5是EEE1至EEE4中任一项所述的扩张工具，其中次级冲头包括近端和远端，并且其中次级冲头包括位于次级冲头的近端处的次级冲头凸缘。

EEE 6是EEE 5的扩张工具，其中内部主冲头腔包括阶梯式腔体，并且其中次级冲头回位弹簧沿次级冲头凸缘与阶梯式腔体的阶梯表面之间的次级冲头的外表面设置。

EEE 7是EEE 6的扩张工具，其中次级冲头包括从次级冲头外表面向外突出的脊。

EEE 8是EEE 1至EEE 7中任一项所述的扩张工具，其中致动器壳体腔体包括主冲头硬止动轴环，并且其中往复式凸轮沿所述主冲头硬止动轴环的远侧面安置。

EEE 9是EEE 8的扩张工具，其中滚柱离合器被配置成允许驱动轴环在第一旋转方向上在往复式凸轮上自由旋转，并且允许往复式凸轮与驱动轴环接合并沿与第一旋转方向相反的第二旋转方向旋转驱动轴环。

EEE 10是EEE 9的扩张工具，其中往复式凸轮包括形成凸轮的倾斜凹槽，并且其中凸轮滚子被定位在凹槽的内表面中，并被配置成沿凹槽的内表面滚动。

EEE 11是EEE 1至EEE 10中任一项所述的扩张工具，其中当扩张工具被触发时，次级冲头向远侧方向移动，导致凸轮滚子移动，导致往复式凸轮和驱动轴环围绕主冲头旋转，并且其中当驱动轴环旋转时，扩张器头部旋转预定旋转量。

EEE 12是EEE 11的扩张工具，其中次级冲头包括从次级冲头的外表面向外突出的脊，其中内部主冲头腔包括阶梯式腔体，并且其中扩张器头部旋转直到次级冲头的脊到达阶梯式腔体的阶梯表面。

EEE 13是EEE 12的扩张工具，其中扩张器头部包括多个扩张器头部段，当次级冲头的脊到达阶梯式腔体的阶梯表面时，扩张器头部的旋转停止，次级冲头和主冲头沿远端方向一起移动，将扩张器锥体朝向扩张器头部推入，使多个扩张器头部段径向扩张。

EEE 14是EEE 1至EEE 13中任一项所述的扩张工具，其中，凸轮滚子托架是圆柱形的并且包括位于凸轮滚子支架远端处的凸轮滚子。

EEE 15是EEE 1至EEE 14中任一项所述的扩张工具，还包括：可操作地联接到致动器的圆柱形壳体的圆柱形本体，其中圆柱形本体限定缸体腔。

EEE 16是EEE 15的扩张工具，其中致动器壳体腔和缸体腔体一起容纳主冲头头和次级冲头，以及适应主冲头和次级冲头的移动。

EEE 17是EEE 1至EEE 16中任一项所述的扩张工具，其中驱动轴环包括具有多个突块的接合面。

EEE 18是EEE 17的扩张工具，扩张器头部的近侧表面包括多个凹槽，凹槽在几何配置上匹配驱动轴环的接合面的多个突块，使得：当扩张工具被触发时，次级冲头向远端方向移动，导致凸轮滚子移动，导致往复式凸轮和驱动轴环围绕主冲头旋转，以及当驱动轴环旋转时，扩张器头部旋转预定旋转量。

EEE 19是EEE 18的扩张工具，多个突块包括梯形几何配置，并且扩张器头部的多个凹槽是梯形的以匹配多个突块的梯形几何配置。

EEE 20是EEE 1至EEE 19中任一项所述的扩张工具，扩张器头部包括扩张器头部段，并且其中多个扩张器头部段的外表面包括设置在所述扩张头部的截头圆锥形端部附近的多个挡边。

EEE 21是EEE 1至EEE 20中任一项所述的扩张工具，还包括：电动机和泵，电动机的启动导致泵向致动器壳体腔提供加压的液压流体，从而使得次级冲头在远侧方向上移动。

EEE 22是EEE 21的扩张工具，压力传感器被配置成提供指示致动器壳体腔中的液压流体压力的压力传感器信息，其中当压力传感器感测到致动器壳体腔中的液压流体的压力已经达到预定压力水平时，电动机被停用。

EEE 23是EEE 22的扩张工具，放泄阀将致动器壳体腔连接到储液罐，其中在电动机被停用之后，放泄阀被激活，以便为致动器壳体腔中的液压流体提供流动到储液罐的路径。

EEE 24是EEE 1至EEE 23中任一项所述的扩张工具，还包括：沿主冲头的外表面设置的磁性环；以及设置在圆柱形壳体近端处的位置传感器，位置传感器被配置成检测磁性环，从而确定主冲头在致动器壳体腔内的位置。

Claims (24)

1.一种扩张工具包括：

致动器，所述致动器包括限定致动器壳体腔的圆柱形壳体；

主冲头，所述主冲头设置在所述致动器壳体腔内，所述主冲头限定内部主冲头腔；

次级冲头，所述次级冲头设置在所述内部主冲头腔内；

凸轮滚子托架，所述凸轮滚子托架联接到所述次级冲头的远端；

驱动轴环，所述驱动轴环定位在所述致动器壳体腔的远端内；

滚柱离合器，所述滚柱离合器设置在由所述驱动轴环内表面限定的内部腔中；

往复式凸轮，所述往复式凸轮定位在所述滚柱离合器与所述主冲头的远端之间；

扩张器锥体，所述扩张器锥体联接到所述主冲头；以及

扩张器头部，所述扩张器头部可操作地联接到所述驱动轴环。

2.如权利要求1所述的扩张工具，

其特征在于，所述主冲头包括近端和远端，所述主冲头还包括在所述主冲头的所述近端处的主冲头凸缘。

3.如权利要求2所述的扩张工具，

其特征在于，所述致动器壳体腔包括主冲头硬止动轴环。

4.如权利要求3所述的扩张工具，

其特征在于，主冲头回位弹簧沿所述主冲头凸缘与所述主冲头硬止动轴环近侧面之间的所述主冲头的外表面设置。

5.如权利要求1所述的扩张工具，

其特征在于，所述次级冲头包括近端和远端，以及

其中，所述次级冲头包括在所述次级冲头的所述近端处的次级冲头凸缘。

6.如权利要求5所述的扩张工具，

其特征在于，所述内部主冲头腔包括阶梯式腔体，以及

其中，次级冲头回位弹簧沿所述次级冲头凸缘与所述阶梯式腔体的阶梯表面之间的所述次级冲头的外表面设置。

7.如权利要求6所述的扩张工具，

其特征在于，所述次级冲头包括从所述次级冲头外表面向外突出的脊。

8.如权利要求1所述的扩张工具，

其特征在于，所述致动器壳体腔包括主冲头硬止动轴环，并且其中所述往复式凸轮沿着所述主冲头硬止动轴环的远侧面安置。

9.如权利要求8所述的扩张工具，

其特征在于，所述滚柱离合器被配置成允许所述驱动轴环在第一旋转方向上在所述往复式凸轮上自由旋转，并且允许所述往复式凸轮与所述驱动轴环接合并沿与所述第一旋转方向相反的第二旋转方向旋转所述驱动轴环。

10.如权利要求9所述的扩张工具，

其特征在于，所述往复式凸轮包括形成凸轮的倾斜凹槽，以及

其中，所述凸轮滚子被定位在所述凹槽内表面中，并被配置成沿着所述凹槽的内表面滚动。

11.如权利要求1所述的扩张工具，其特征在于，

当所述扩张工具被触发时，所述次级冲头向远端方向移动，导致所述凸轮滚子移动，导致所述往复式凸轮和所述驱动轴环围绕所述主冲头旋转，以及

当所述驱动轴环旋转时，所述扩张器头部旋转预定旋转量。

12.如权利要求11所述的扩张工具，

其特征在于，所述次级冲头包括从所述次级冲头外表面向外突出的脊，

其中所述内部主冲头腔包括阶梯式腔体，并且其中所述扩张器头部旋转直到所述次级冲头的脊到达所述阶梯式腔体的阶梯表面。

13.如权利要求12所述的扩张工具，

其特征在于，所述扩张器头部包括多个扩张器头部段，

其中当所述次级冲头的脊到达所述阶梯式腔体的所述阶梯表面时，

停止所述扩张器头部的旋转，以及

所述次级冲头和所述主冲头在所述远端方向上一起移动，将所述扩张器锥体朝向所述扩张器头部推入，使得所述多个扩张器头部段径向扩张。

14.如权利要求1所述的扩张工具，

其特征在于，所述凸轮滚子托架是圆柱形并且包括位于所述凸轮滚子托架远端处的凸轮滚子。

15.如权利要求1所述的扩张工具，还包括：

可操作地联接到所述致动器的所述圆柱形壳体的圆柱形本体，其特征在于，所述圆柱形本体限定缸体腔。

16.如权利要求15所述的扩张工具，

其特征在于，所述致动器壳体腔和所述缸体腔一起容纳所述主冲头和所述次级冲头，以及适应所述主冲头和所述次级冲头的移动。

17.如权利要求1所述的扩张工具，

其特征在于，所述驱动轴环包括具有多个突块的接合面。

18.如权利要求17所述的扩张工具，其特征在于，所述扩张器头部的近侧表面包括多个凹槽，所述凹槽在几何配置上匹配所述驱动轴环的所述接合面的所述多个突块，使得：

当所述扩张工具被触发时，所述次级冲头向远端方向移动，导致所述凸轮滚子移动，导致所述往复式凸轮和所述驱动轴环围绕所述主冲头旋转，以及

当所述驱动轴环旋转时，所述扩张器头部旋转预定旋转量。

19.如权利要求18所述的扩张工具，

其特征在于，所述多个突块包括梯形几何配置，并且所述扩张器头部的所述多个凹槽是梯形的以匹配所述多个突块的梯形几何配置。

20.如权利要求1所述的扩张工具，

其特征在于，所述扩张器头部包括多个扩张器头部段，并且其中，所述多个扩张器头部段的外表面包括设置在所述扩张器头部的截头圆锥形端部附近的多个挡边。

21.如权利要求1所述的扩张工具，还包括：

电动机和泵，

其特征在于，所述电动机的启动导致所述泵向所述致动器壳体腔提供加压的液压流体，从而使得所述次级冲头在所述远侧方向上移动。

22.如权利要求21所述的扩张工具，还包括：

压力传感器，所述压力传感器被配置成提供指示所述致动器壳体腔中的所述液压流体压力的压力传感器信息，

其特征在于，当所述压力传感器感测到所述致动器壳体腔中的液压流体的压力已经达到预定压力水平时，所述电动机被停用。

23.如权利要求22述的扩张工具，还包括：

将所述致动器壳体腔连接到储液罐的放泄阀，

其特征在于，在所述电动机被停用之后，所述放泄阀被激活，以便为所述致动器壳体腔中的所述液压流体提供流动到所述储液罐的路径。

24.如权利要求1所述的扩张工具，还包括：

磁性环，所述磁性环沿所述主冲头的外表面设置；以及

设置在所述圆柱形壳体近端处的位置传感器，所述位置传感器被配置成检测所述磁性环，从而确定所述主冲头在所述致动器壳体腔内的位置。