CN112654462B - 包括液压脉冲单元的动力扳手 - Google Patents

Abstract

本申请说明书涉及一种包括液压脉冲单元的动力扳手，所述液压脉冲单元包括脉冲产生装置，其中分离结构设置成用于从油中抽出空气，分离结构包括圆盘形分离器元件和密封结构，所述密封结构布置成在圆盘形元件和与油室流体连通的容纳空间之间提供密封，圆盘形元件还布置成通过流体开口在油室和容纳空间之间提供通路，其中，分离结构还包括布置在容纳空间中的分隔元件，从而形成第一和第二部分体积，其中第一和第二体积部分流体连通，并且开口布置在第一侧上。本申请说明书还涉及用于这种动力扳手的分离结构。

Description

包括液压脉冲单元的动力扳手

技术领域

本发明总体上涉及用于紧固螺丝的动力工具，更具体地，涉及一种脉冲式动力工具，其具有液压脉冲单元和用于从油中抽出空气的分离结构。

背景技术

已知用于紧固的电动工具被用于各种行业。例如，包括液压脉冲单元的脉冲式动力扳手通常用于连续的大量生产。

这样的工具的液压单元充满了油。然而，这些单元需要设计为适应在操作期间由于油加热而引起油的热膨胀。已经提出了一种解决方案，其中将少量的空气引入油中以吸收这种热膨胀。但是在这种类型的动力扳手中，已知的问题包括向脉冲单元中注入精确的正确的数量的油，从而使脉冲单元内部留有足够的空气以吸收油的膨胀。

为了减缓其中一些问题，已经尝试使用弹性元件或蓄能器来补偿与热有关的膨胀，这允许脉冲单元可以被完全地填充而不会在油体积中留下任何空气。

然而，仍然存在问题，在扳手的操作期间将有一定的油不可避免地从脉冲单元泄漏(尽管最初这种泄漏很小)，这意味着空气将以相应的量渗入脉冲单元。结果是随着时间的流逝，脉冲单元内部的空气量将增加。相应地，油体积中空气的百分比将连续增加，并且在扳手操作一段时间后，脉冲单元中增加的空气量将导致效率降低。

提出的又一解决方案涉及提供与油室连通布置的空气体积，以适应热膨胀。例如，随着油膨胀，可以允许少量油逸入到这种空气空间中，从而导致所述空间中的空气压缩，并且随着脉冲单元冷却下来，油被吸回到油室中。然而，随着油被吸回，存在将空气从空气体积引入油室的风险，这再次导致效率降低。

因此，在包括液压脉冲单元的动力扳手的领域中存在改进的需要。

发明内容

因此，期望提供一种动力扳手，其中油体积中的空气百分比保持较低。具体地，期望提供这样一种动力扳手，其对泄漏具有低灵敏度，并且因此随着时间的流逝空气的百分比可以保持较低。为了更好地解决这些所关注的事情中的一个或更多个，提供了一种紧固工具，所述紧固工具包括如独立权利要求中限定的密封结构和圆盘形分离器元件。优选的实施方案在从属权利要求中限定。

根据本发明的第一方面，提供一种动力扳手，其包括电机、输出轴和液压脉冲单元，所述液压脉冲单元包括惯性驱动构件、油室和脉冲产生装置或机构，惯性驱动构件连接至电机并且可绕旋转轴线旋转，油室封闭在惯性驱动构件中，脉冲产生装置或机构布置成间歇地将动能传递到输出轴。其中，惯性驱动构件还包括具有横向壁的后部分或端部件，其中分离结构设置成用于从油中抽出空气，分离结构包括圆盘形分离器元件和密封结构，所述密封结构布置成在圆盘形分离器元件和横向端壁之间提供密封，从而部分地界定了与油室流体连通的容纳空间，圆盘形元件还布置为通过流体开口在油室和容纳空间之间提供通路，所述流体开口位于距旋转轴线的径向距离a1处，其中，分离结构还包括布置在容纳空间中的分隔元件，从而在分隔元件的一侧上形成第一部分体积，而在另一侧上形成第二部分体积，其中，第一和第二部分体积流体连通，并且其中开口布置在第一侧上。

根据第一个方面，动力扳手(或动力工具或紧固工具，这些术语在整个本申请的说明书中可交换使用)通过结合分离结构的设计为上述问题提供了创造性的解决方案，所述分离结构包括圆盘形分离器元件和开口，圆盘形分离器元件将油室与容纳空间分开，油可以通过开口在油室与容纳空间之间流动，从而当加热膨胀时，油可以通过所述开口从油室流到容纳空间，并随着工具停止，油冷却下来，又返回油室，并且进一步通过分隔元件将容纳空间部分地分隔成流体连通的第一和第二部分流体体积部分。

更具体地，第一和第二部分体积(也可以称为第一和第二体积部分，这些术语在整个本申请的说明书中可交换使用)部分分隔但仍流体连通的设计允许存在于容纳空间中的流体在其间移动。因此，每个体积部分中的流体可以是空气、油或混合物。

进一步地，这种设计巧妙地解决了如下问题：即，利用空气和油之间的密度差异通过有效的“空气收集器”确保旋转分离结构的适当功能，确保随着油冷却下来少量或者没有空气进入油室，如下所述。

由于分离结构与惯性驱动构件一起旋转，因此由分隔元件形成的第一和第二体积部分的相对定向在旋转期间交替。进一步地，(也许)更重要的是，由于开口的旋转位置也发生变化，因此当工具停止时，旋转位置是任意的，因此圆盘形元件中的开口的旋转位置是任意的。但是由于空气和油之间的密度差异，存在的空气将聚集在容纳空间的上部，而较重的油则聚集在空间的底部(在输出轴平行于工件的水平面延伸的示例性使用情况下(即圆盘形分离器元件基本上垂直地放置))。然而，这引起了其他的问题，由于工具可以随时停止，因此如上所述的流动开口的位置是任意的。因此，假设在没有本发明的分隔元件的情况下当开口定位在空间的上部时工具停止，则可能出现如下情况：当工具冷却下来因此油也冷却下来时，仅空气会随着油冷却下来而被吸回到油室中，从而显著地损害了工具的功能。

因此，引入本发明的分隔元件以确保始终提供用于油到开口的流体连接。在某种意义上，分隔元件可以描述为适配为使油在存在的空气和圆盘形分离器元件中的开口之间形成油屏障，而与停止时的旋转位置无关。这是可能的，通过分隔元件的创造性设计，利用油和空气之间的密度差的影响，并且设置在第一和第二体积部分之间的流体连接确保了无论旋转方向如何，流体开口始终保持与油流体连接。

因此，确保了随着油冷却下来仅油被吸回到油室中，并且相应地可以显著地改善动力工具的性能。

圆盘形元件和/或分隔元件可以有利地设计为使分隔元件的至少一端始终在容纳空间中的油的表面下方，而无论旋转方向如何。因此，在一些实施方案中，圆盘形元件可以包括第一半部H1和第二半部H2，其中第一体积部分布置在第一半部中。分隔元件可以进一步延伸，从而使分隔元件的第一端和第二端中的至少一个布置在另一半部处。

所指的动力扳手可以是气动扳手或电动扳手。进一步地，通过圆盘形应当理解为这样一种结构，所述结构具有基本上圆形的圆周并且其厚度大大小于直径，但不一定是完全平坦的表面。容纳空间可以被称为空气室，而流体开口可以被描述为用于压力平衡的开口。关于圆盘形分离器元件的定向，该元件可以布置成在垂直于输出轴的平面中延伸。圆盘形元件可以还布置成在使用时在基本上竖直的平面中延伸。进一步地，通常，在整个本申请的说明书中，如果没有其他说明，则所指的距离是中心-中心的距离，即，例如，旋转轴线与开口中心之间的距离、旋转轴线与所提及的分离器元件、密封元件之间的平均距离等(即轴线与位于元件沿径向方向测量的中间的点之间的距离)。

根据一个实施方案，通过至少部分地由所述分隔元件形成的流体通路来提供流体连通。相应地，在这样的实施方案中，第一流体体积部分可以部分地由分隔元件限定。例如，流体通路可以形成在形成容纳空间的边界的密封元件与分隔元件之间。进一步地，在这种情况下，流体开口可以形成在其间。根据一个实施方案，流体通路构成所述第一体积部分。即，第一体积由流体通路形成，而流体通路又由分隔元件形成。

例如，根据一个实施方案，分隔元件可以是拱形的并且部分地包围所述第二体积。这样的实施方案是有利的，因为所述部分包围可以形成袋状物或收集器，空气可以被收集在其中。更具体地，随着工具在开口位于顶部位置的旋转位置停止，空气可以被这样的袋状物收集，而油可以通过由这种分隔元件形成的流体通道被引导到开口，从而绕开了所收集的空气。技术人员应理解，任何其他类似的形状，例如V形，U形或三边的正方形或矩形，在理论上都可以提供等效的效果。

根据一个实施方案，流体通路在距旋转轴线(A-A)的径向距离a2处沿着由所述圆盘形分离器元件的圆周的一部分的形状所限定的路径(路径长度)延伸。换句话说，这种的流体通路可以描述为由环状扇形限定并且沿着圆周延伸。优选地，通路的宽度，即，在某种意义上，径向距离a1和a2之间的差保持较小，例如在范围0.1-5mm内。

根据一个实施方案，流体通路在距旋转轴线(A-A)的径向距离a2处沿着由所述圆盘形分离器元件的所述圆周的一半的形状所限定的路径延伸。换句话说，这样的流体通路可以描述为具有半圆形的形状并且沿着圆周延伸。

根据一个实施方案，开口大约在所述流体连接的中间布置，沿长度方向测量。即，从而使流体连接的长度的一半存在于开口的一侧，而另一半存在于另一侧。例如，在上述实施方案中，流体通路可以沿着圆盘的圆周的一半延伸，而流体开口可以布置在中间，在每一侧沿圆周的1/4留下部分流体通路。

根据一个实施方案，密封结构包括外部密封和内部密封，其中内部密封形成分隔装置(或形成分隔装置的部分)，从而使流体通路路径通过由外部密封和内部密封界定的通道来提供。因此，外部密封和内部密封中的每个可以在圆盘形分离器元件和横向壁之间延伸。每个密封既可以形成圆盘元件的部分，也可以形成横向壁的部分，或者设置为布置在其间的单独的单元。因此，通道可以还由圆盘形分离器元件的表面和横向壁界定。

根据一个实施方案，外部密封在距旋转轴线的径向距离a2处沿着圆盘的圆周的曲率延伸，并适配为抵靠横向壁并在其之间形成流体密封，其中径向距离a2大于径向距离a1，内部密封在距旋转轴线的径向距离a3处沿着圆周的一部分的曲率延伸，并适配为抵靠横向壁并在其间形成流体密封，其中径向距离a3小于径向距离a1，从而在第一和第二密封之间形成流体连接。换句话说，在密封之间形成具有部分径向形状的通道，其中内部密封可以包括所述分隔元件或被所述分隔元件所包括，并且流体开口布置在所述通道中。距离a2可以是这样的距离，从而使外部密封沿着圆盘形元件的边缘(或在外部密封是单独的密封或由横向壁包括的密封的情况下，盘形元件的形状)。即，外部密封可以是圆形的，以沿圆周密封，内部密封的形状是稍小的圆的一部分，从而使通道具有环状扇形的形状。如果内部密封具有半圆的形状，从而使形成的通道沿着周缘(圆周)的一半延伸，则可以获得一种特别有利的形状。

根据一个实施方案，分隔装置包括管状元件，从而在其中设置所述流体通路。例如包括管子、管道、软管或类似物。

根据一个实施方案，分隔元件形成所述圆盘形分离器元件的部分，而根据另一实施方案，分隔元件形成所述横向壁的部分。在该范围内，也可以想到包括单独的分隔元件的实施方案。根据一个实施方案，分隔元件包括突出的肩部。这样的肩部可以相应地布置在所述圆盘形元件或所述横向壁上，或形成所述圆盘形元件或所述横向壁的部分。

根据本发明的第二方面，圆盘形分离器元件适配为布置在根据上述任一实施方案的动力扳手中，圆盘形分离器元件包括密封结构和分隔元件。通过前面针对本发明的第一方面的讨论，可以容易地理解在本发明的第二方面的范围内可想到的圆盘形分离器元件的目的、优点和特征。

根据本发明的又一方面，一种用于在包括如以上示例性实施方案描述的液压脉冲单元的动力扳手中使用的分离结构，其用于从油中抽出空气，并且包括圆盘形分离器元件、密封结构和位于距旋转轴线径向距离a1处的流体开口，其中所述分离结构还包括分隔元件。

当研究以下详细披露内容、附图和所附权利要求时，本发明的进一步目的、特征和优点将变得显而易见。本领域技术人员应理解，可以组合本发明的不同特征以创造除了以下描述的那些实施方案以外的实施方案。

附图说明

将参考附图在以下示例性实施方案的说明性和非限制性详细描述中描述本发明，其中

图1是根据一个实施方案的示例性的动力扳手的立体图。

图2是根据一个实施方案的液压脉冲单元的横截面图。

图3a是根据一个实施方案的示例性的圆盘形分离器元件的立体图。

图3b是根据一个实施方案的示例性的圆盘形分离器元件的前视图。

图4a-d示出了在不同旋转位置分离结构的功能。

所有附图都是示意性的，不一定按比例绘制，并且通常仅示出了阐明本发明所必需的部分，其中，可以省略其他部件或者仅提及其他部件。

具体实施方式

在附图中作为示例示出的动力扳手是手枪式扳手，其包括具有手柄110的壳体100。为了进行动力控制，扳手设有触发按钮140。在壳体中还设置有未示出的电机和具有方形末端输出轴10的液压脉冲单元20。

如图2所示，脉冲单元包括惯性驱动构件21，惯性驱动构件21包括圆筒形的前部件25和端部件24，并封闭油室22。后部分24或端部件24形成有用于连接至电机的联接部。输出轴10具有延伸到油室22中的脉冲接收部分，并且经由脉冲产生机构23间歇地联接到驱动构件21。脉冲机构本身的操作在现有技术中是已知的，因此不再赘述。先前已经在例如美国专利6,110,045和美国专利13,697,107中描述了类似的机构。

分离结构30设置在油室22和容纳空间27或空气室27之间，并包括圆盘形分离器元件31、密封结构32，密封结构32布置成在圆盘与端部件24(或后部分24)的横向壁24a之间提供密封，从而在其之间形成容纳空间27。在室温下，这个容纳空间27包含大约60％的油和40％的空气的混合物，并且可以描述为当发生热膨胀时油可能从油室22流入的室，由此相应地压缩容纳空间中的空气，以便容纳所述油体积。为了允许这种流动，圆盘形分离器元件31包括在距轴线A-A距离a1处的出油口33，如图3所示。

现在将参照图3a和3b更详细地描述圆盘形元件31。从图3中可以看出，在所示的实施方案中，圆盘形元件的面对容纳空间27的表面31a具有略微圆锥形的形状。圆盘形元件还包括外部密封32a和呈突出的肩部34形式的分隔元件34。外部密封32a沿着圆盘形元件的圆周在距旋转轴线A-A的径向距离a2处延伸，并适配为抵靠后部分的横向壁24a。在示出的实施方案中，分隔元件34由内部密封形成，并且在距旋转轴线A-A的径向距离a3处沿着圆周的一部分的曲率延伸，并且也适配为抵靠横向壁24a。相应地，内部和外部密封具有相同的形状，因此在其之间形成等宽的通道C，在所示实施方案中，所述通道C具有半圆的形状。

由于圆盘形元件34布置在油室22与容纳空间27之间，因此第一体积部分V1和第二体积部分V2形成为由分隔元件34彼此部分地界定，圆盘形元件31的相应区域在图3中示出。然而，分隔元件34设计成使得第一和第二体积部分保持流体连通。在图3中出油口33示出为在圆盘的上部，在所示的实施方案中，距离a1略小于圆盘形元件31的半径R。更具体地，a1大约等于圆盘的半径减去外部密封32a的径向厚度。由外部和内部密封界定的所述流体通道C也提供了从第二体积到第一体积并且因此到流体开口33的流体通路，流体开口布置在第一体积部分中。

在脉冲单元的操作期间，惯性驱动构件通过电机旋转，并且在输出轴10中实现转矩脉冲。分离结构与惯性驱动构件共同旋转。

随着油加热并发生膨胀，一些油将从油室22经由开口33进入容纳空间27，导致所述空间中的空气体积压缩。然而，随着工具停止，油再次冷却下来并且油被吸回到油室22中。

然而，由于空气和油之间的密度差异，在输出轴10平行于水平面延伸并且圆盘形的分离元件31基本上垂直地定位的示例性使用情况下，空气移动到容纳空间27的上部，而较重的油聚集在所述空间的底部。另一方面，流动开口33的位置随着分离结构的旋转而改变，并且由于工具可以随时停止，因此开口33的位置是任意的。

转至图4a-d，将描述分隔元件34的功能。在图4a中，开口33位于将被称为顶部位置的位置。在此，分隔元件34用作防止空气到达开口33的屏障，在某种意义上，将空气收集在由(拱形)分隔元件形成的容器中，而且还与外部密封32a一起形成流体通道C，油可以通过流体通道C流入开口33。在图4b中，示出了旋转45°的相同的圆盘，空气仍然被收集在由分隔元件34形成的容器或“空气收集器”中，并且油流过相同的通道C。在图4c中，示出了进一步旋转45°的圆盘形元件31，即与图4a相比总共旋转了90°，油位仍远高于开口33，并且空气保留在上部，由于油形成屏障而不允许空气通过开口33进入油室22。最后，在图4d中，由于开口33处于最低位置，油位在通道C的两端上方，因此在此位置也只有油进入通道。

因此，元件34设计成使得油被引导以在圆盘形分离器元件31中的空气和开口33之间形成屏障，而无论停止时的旋转位置如何。或者，换句话说，由此通道的至少一端始终在油位以下，因此始终提供用于油至开口的流体连接并且因此流体连接至室。

尽管已经在附图和前面的描述中详细示出和描述了本发明，但是这种示出和描述应被认为是说明性或示例性的，而不是限制性的；本发明不限于所披露的实施方案。本领域技术人员理解，在所附权利要求所限定的范围内，可以想到许多修改、变化和改变。此外，在实践所要求保护的发明时，本领域技术人员对附图、披露内容和所附权利要求书进行研究后，可以理解和实现所披露的实施方案的变型。在权利要求中，词语“包括”不排除其他元件或步骤，并且不定冠词“一”或“一个”不排除多个。在互不相同的从属权利要求中记载某些措施的事实并不表示不能有利地使用这些措施的组合。权利要求中的任何附图标记都不应被解释为限制权利要求的范围。

Claims (13)

1.一种动力扳手，其包括电机、输出轴(10)和液压脉冲单元(20)，所述液压脉冲单元(20)包括惯性驱动构件(21)、油室(22)和脉冲产生装置(23)，所述惯性驱动构件(21)连接至电机并且能够绕旋转轴线(A-A)旋转，所述油室(22)封闭在惯性驱动构件(21)中，所述脉冲产生装置(23)布置成间歇地将动能传递到输出轴(10)，其中，惯性驱动构件(21)还包括具有横向壁(24a)的端部件(24)，

其中，分离结构(30)设置成用于从油中抽出空气，所述分离结构(30)包括圆盘形分离器元件(31)和密封结构(32)，所述密封结构(32)布置成在所述圆盘形分离器元件(31)和所述横向壁(24a)之间提供密封，由此在所述圆盘形分离器元件(31)和所述横向壁(24a)之间部分地界定了与所述油室(22)流体连通的容纳空间(27)，所述圆盘形分离器元件(31)还布置为通过流体开口(33)在所述油室和所述容纳空间(27)之间提供通路，所述流体开口(33)位于距旋转轴线(A-A)第一径向距离(a1)处，

其中，所述分离结构(30)还包括布置在所述容纳空间(27)中的分隔元件(34)，从而在所述分隔元件(34)的第一侧上形成第一部分体积，而在另一侧上形成第二部分体积，其中，所述第一部分体积和第二部分体积流体连通，并且所述流体开口(33)布置在所述第一侧上，

其中，通过至少部分地由所述分隔元件(34)形成的流体通路来提供所述流体连通，并且所述密封结构(32)包括外部密封(32a)和内部密封(32b)，并且所述内部密封(32b)形成所述分隔元件(34)，从而通过由所述外部密封(32a)和所述内部密封(32b)界定的通道(C)来提供所述流体通路。

2.根据权利要求1所述的动力扳手，其中，所述流体通路构成所述第一部分体积。

3.根据权利要求2所述的动力扳手，其中，所述流体通路在距旋转轴线(A-A)的第一径向距离(a1)处沿着由所述圆盘形分离器元件(31)的圆周的一部分的形状所限定的路径延伸。

4.根据权利要求1所述的动力扳手，其中，所述流体通路在距旋转轴线(A-A)的第一径向距离(a1)处沿着由所述圆盘形分离器元件(31)的圆周的一半的形状所限定的路径延伸。

5.根据权利要求1-3中任一项所述的动力扳手，其中，所述流体开口(33)大约在沿长度方向测量的所述流体通路的中间布置。

6.根据权利要求1所述的动力扳手，

其中，所述外部密封(32a)沿着所述圆盘形分离器元件(31)的圆周的曲率在距旋转轴线(A-A)的径向距离(a2)处延伸，并适配为抵靠所述横向壁(24a)并在其之间形成流体密封，其中，所述径向距离(a2)大于所述径向距离(a1)，

以及，所述内部密封(32b)沿着所述圆周的一部分的曲率在距旋转轴线(A-A)的径向距离(a3)处延伸，并适配为抵靠横向壁(24a)并在其之间形成流体密封，其中，所述径向距离(a3)小于所述径向距离(a1)，从而所述流体通路形成在所述外部密封和内部密封之间。

7.根据权利要求1所述的动力扳手，其中，所述分隔元件(34)包括突出的肩部。

8.根据权利要求1所述的动力扳手，其中，所述分隔元件(34)包括管状元件，从而所述流体通路设置在其中。

9.根据权利要求1所述的动力扳手，其中，所述分隔元件(34)形成所述圆盘形分离器元件(31)的部分。

10.根据权利要求1所述的动力扳手，其中，所述分隔元件(34)形成所述横向壁(24a)的部分。

11.根据权利要求1所述的动力扳手，其中，所述扳手是电动扳手。

12.根据权利要求1所述的动力扳手，其中，所述扳手是气动扳手。

13.一种圆盘形分离器元件(31)，其用于在根据前述权利要求中任一项所述的动力扳手中的分离结构(30)中使用，所述圆盘形分离器元件包括：

流体开口(33)，其位于距旋转轴线(A-A)的第一径向距离(a1)处，以及

分隔元件(34)配置为使得在所述分隔元件(34)的第一侧上形成第一部分体积，而在另一侧上形成第二部分体积，其中，所述第一部分体积和第二部分体积流体连通，并且所述流体开口(33)布置在所述第一侧上，密封结构(32)包括外部密封(32a)和内部密封(32b)，并且所述内部密封(32b)形成所述分隔元件(34)，从而通过由所述外部密封(32a)和所述内部密封(32b)界定的通道(C)来提供所述流体通路。

Images