DE3003298A1

DE3003298A1 - Durch ein fluid kraftbetaetigtes werkzeug

Info

Publication number: DE3003298A1
Application number: DE19803003298
Authority: DE
Inventors: Renno W Budziak; Robert A Willoughby
Original assignee: Ingersoll Rand Co
Current assignee: Ingersoll Rand Co
Priority date: 1979-01-31
Filing date: 1980-01-30
Publication date: 1980-08-14
Also published as: CA1119904A; JPH0125668B2; US4243111A; JPS55106779A; DE3003298C2; SE8000445L; SE441990B; GB2040771A; GB2040771B

Description

Die Erfindung betrifft kraftbetätigte Werkzeuge und insbesondere ein fluidbetätigtes Absperrventil für ein durch Fluidkraft betätigtes Werkzeug, wie einen Schraubenschlüssel.

In US-PS 3 656 560 ist ein herkömmliches fluidbetätigtes Absperrventil für ein durch Fluid kraftbetätigtes Werkzeug beschrieben. Dieses Werkzeug arbeitet bei jedem vorgegebenen Einlaßdruck zufriedenstellend. Es können jedoch ohne Nachstellung des Werkzeugs keine größeren Veränderungen des Einlaßdruckes zugelassen werden.

Es ist ein hauptsächliches Ziel der Erfindung, einen neuartigen fluidbetätigten Ventilmechanismus der vorstehenden Art zu schaffen, der die Nachteile herkömmlicher Vorrichtungen im wesentlichen beseitigt oder auf ein Minimum bringt.

Wichtige Vorteile der Erfindung sind nachfolgend angegeben: Es wird ein neuartiges Absperrventil geschaffen, welches durch Fluid betätigt wird und welches auf die Drehmomentbelastung eines Werkzeugs anspricht; es wird ein Absperrventil geschaffen, das ohne Einschränkung bzw. Einschnürung in dem Fluideinlaßdurchgang des Werkzeugs arbeitet; es wird auch ein Absperrventil für ein Werkzeug geschaffen, das einen vereinfachten und wirtschaftlichen Aufbau hat, der eine Einrichtung zur Regulierung eines Steuerdruckes umfaßt, so daß ein weiterer Bereich eines zulässigen Einlaßdruckes und damit eine Veränderung des Ausgangsdrehmomentes ohne Werkzeugverstellung ermöglicht wird und dennoch bei Erreichen des Abreiß-Drehmomentes eine verlässliche Abschaltung erzielt wird.

Die Aufgabe wird unter Erzielung der genannten Vorteile dadurch gelöst, daß der Werkzeugaufbau einen Fluidmotor aufweist, einen Fluideinlaßdurchgang und einen Fluidauslaßdurchgang, ein fluidbetätigtes Ventil, welches in dem Einlaßdurchgang ange-

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ordnet und zwischen alternativen Positionen einschließlich einer offenen Position, in der das Bewegungsfluid zum Motor strömen kann, und einer geschlossenen Position, in der das Bewegungsfluid gehindert ist zum Motor zu strömen, bewegbar ist, eine Federeinrichtung, die das Ventil in seine offene Stellung drängt, eine erste Ventilbetätigungseinrichtung, die einem regulierten Druck und einer regulierten Anstiegsrate des Druckes ausgesetzt ist, und die das Ventil in seine geschlossene Position drängt, eine zweite Ventilbetätigungseinrichtung, die dem Druck im Auslaßdurchgang ausgesetzt ist und das Ventil in seine geöffnete Position mit der Pedereinrichtung drückt, wobei die erste und die zweite Ventilbetätigungseinrichtung derart angeordnet sind, daß sich das Ventil in Abhängigkeit von dem Abfall des Fluiddrucks im Auslaßdurchgang in seine geschlossene Position bewegt, wenn sich der Motor verlangsamt und unter Belastung zum Stillstand kommt.

Die Erfindung wird im folgenden beispielsweise unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert; es zeigts

Fig. 1 eine Teilschnitt-Seitenansicht eines kraftbetätigten Werkzeugs mit dem erfindungsgemäßen Absperrventil,wobei das Ventil in offener Stellung gezeigt ist; und

Fig. 2 eine Teilansicht der Fig. 1, wobei der Ventilsteuerschieber in geschlossener Stellung in Seitenansicht dargestellt ist.

Die Fig ο 1 zeigt den hinteren Teil des Gehäuses 1 eines kraftbetätigten Schraubenschlüssels. Das Gehäuse 1 weist ein Schlauchpaßstück 2 an seinem hinteren Ende auf, welches zur Verbindung mit einem (nicht gezeigten) Luftschlauch aus-

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gebildet ist und sich in einen Versorgungs- oder Einlaß-Durchgang 4 öffnet. Der Einlaßdurchgang 4 enthält ein herkömmliches Drosselventil 5 vom Hebeltyp, welches durch einen Drosselhebel 6 betätigt wird, der mit einem Stößel 7 im Eingriff steht, welcher seinerseits im Eingriff mit einer Kugeldichtung 3 steht. Das Drosselventil 5 wird durch eine Feder 8 in den geschlossenen Zustand gedrückt.

Das Gehäuse 1 enthält einen herkömmlichen Rotationsmotor 10 vom Flügeltyp, der einen Rotor 11 aufweist, welcher in einem hinteren Lager 12 montiert ist und in einem feststehenden Zylinder 13 rotiert. Der Rotor 11 steht überdies mit einer hinteren Endplatte 14 im Eingriff. Der Motor weist einen mit dem Einlaßdurchgang 4 verbundenen Einlaß 15 auf, sowie einen Auslaßdurchgang 16.

Ein neuartiger Absperrventil-Mechanismus ist in dem Gehäuse 1 in dem Einlaßdurchgang 4 zwischen dem Drosselventil 5 und dem Motor 10 angebracht. Dieser Ventilmechanismus weist ein Gehäuse mit geschlossenem Ende oder eine Hülse 18 auf, die in einer entsprechenden, im Gehäuse 1 vorgesehenen öffnung montiert ist und sich über den Einlaßdurchgang 4 hinweg erstreckt. Die Ventilhülse 18 ist durch einen Spannstift 19 im Gehäuse 1 festgelegt. Die Hülse 18 enthält eine zylindrische Bohrung 20, in der gleitend ein Steuerschieberventil aufgenommen ist und die Einlaß- und Auslaßöffnungen 22 und 23 aufweist, welche mit dem Durchgang 4 in Verbindung stehen.

Das Schieberventil 21 ist derart gestaltet und angeordnet, daß es bei Stellung in der linken Position, wie in der Fig. 1 gezeigt den Durchgang 4 öffnet und den Durchgang 4 blockiert, wenn es in der rechten Position steht, wie in der Fig. 2 dargestellt. Das linke Ende 24 des Ventils 21 enthält einen Hohlraum, der mit dem oberen Ende 25 der Ventilhülse 18 zur Bildung einer Kammer 26 zusammenwirkt. Ein kurzer Durchlaß 27

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M.

erstreckt sich von dem Durchgang 4 an der Versorgungsseite des Ventils 21 zu einer Öffnung, die sich in die zylindrische Bohrung 20 in kurzer Entfernung von dem Hülsenende 25 öffnet, wo sie von dem Ventil 21 in seiner offenen Stellung, wie in der Fig. 1 gezeigt, bedeckt ist. Zwischen dem Ventil 21 und der zylindrischen Bohrung 20 ist ein Spiel vorgesehen, das ausreicht, daß ein Fluiddruck von dem Einlaßdurchgang 4 in eingeschränkter Weise in die Kammer 26 strömen kann. Der Fluiddruck in der Kammer 26 drückt das Ventil 21 in seine geschlossene Position.

Das Hülsenende 25 ist mit drei zur Atmosphäre führenden Durchlässen versehen. Die Signalöffnung 40 ist bei dem bevorzugten Ausführungsbeispiel mit einer Dichtungskappe 41 versehen dargestellt. Die Dichtungskappe 41 kann entfernt werden und die Signalöffnung zur Messung des Drucks für irgendeinen gewünschten Zweck verwendet werden, beispielsweise zur gesteuerten Druckprüfung oder zum Betrieb einer Bolzenmarkierungsvorrichtung. Eine Druckregelvorrichtung ist in einem Druckregelvorgang 42 angebracht. Die in dem Durchgang vorgesehene Druckregeleinrichtung besteht aus einem Kugelregler 43, der mittels einer Feder 45 gegen einen Regelventilsitz 44 gehalten ist, sowie aus e.^J .2r einstellbaren Endkappe 46, die in den Druckregeldurchgang 42 eingeschraubt ist. Die einstellbare Endkappe ist mit einem Entlüftungsloch 47 ausgestattet, damit das am Ventilsitz 44 im Nebenschluß vorbeigeführte Druckfluid zur Atmosphäre entweichen kann. Der einstellbare Entlüftungsdurchgang 48 ist auch in dem Hülsenende 25 vorgesehen und die Strömung durch den einstellbaren Durchgang wird mittels eines Gewinde-Meßventils 49 gesteuert.

Der Fachmann wird dabei erkennen, daß der Druck in der Kammer 26 durch die Federkrafteinstellung des Kugelreglers 4 3 gesteuert werden kann- Ein höherer Druck in der Kammer 26

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kann dadurch erzielt werden, daß die einstellbare Endkappe gedreht wird, um die Feder 45 weiter zusammenzudrücken. Ein geringerer Druck in der Kammer 26 kann dadurch erzielt werden, daß die einstellbare Endkappe 46 herausgeschraubt wird, so daß die Federkraft des Kugelreglers 43 vermindert wird. Allgemein besteht die Funktion der Druckregelvorrichtung darin, den maximal erzielbaren Druck in der Kammer 26 zu begrenzen.

Damit das Absperrventil richtig funktioniert, muß auch die Anstiegsgeschwindigkeit des Drucks in der Kammer 26 gesteuert werden. Herstellungstoleranzen ohne erhöhte kostentreibende Maßnahmen erlauben es nicht, daß radiale Spiel zwischen dem Steuerschieberventil 21 und seiner Bohrung 20 derart zu kontrollieren, daß die Geschwindigkeit des Druckanstiegs über einen weiten Bereich von Einlaßdrücken in geeigneter Weise gesteuert wird. Der einstellbare Entlüftungsdurchgang 48 wurde bei dem vorliegenden neuartigen Ausführungsbeispiel dazu vorgesehen, das Ventil in die Lage zu versetzen, die Anstiegsgeschwindigkeit des Drucks in der Kammer 26 zu steuern. Dies ist eine besonders wichtige Maßnahme, bei der Verhinderung eines vorzeitigen Absperrens, die während des Anlaufes des Motors, bis zu dem Zeitpunkt, an dem der Motor seine Laufgeschwindigkeit erreicht hat, auftreten kann. Wenn man zuläßt, daß sich der Druck in der Kammer 26 zu rasch aufbaut, kann die Ausgleichskraft in der Kammer 31 ungenügend sein, um zu verhindern, daß sich das Steuerschieberventil 21 in seine geschlossene Position verschiebt. Der Druck in der Kammer 31 ist abhängig von dem Auslaßdruck, der beim Start des Werkzeuges 0 beträgt, der sich jedoch ziemlich rasch aufbaut, während das Werkzeug beschleunigt.

Das untere Ende 29 des Ventils 21 enthält einen Hohlraum, der zur Bildung einer Kammer 31 mit dem Gehäuse 1 zusammenwirkt;

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eine Feder 32 ist in der Kammer 31 zwischen dem Gehäuse und dem Ventil 21 angeordnet, um das Ventil 21 in seine offene Stellung zu drängen. Eine Leitung 33 verbindet die Kammer 31 mit dem Auslaßdurchgang 16, so daß Fluiddruck von dem Auslaß in der Kammer 31 das Ventil 21 in seine offene Stellung drückt.

Bei der Beschreibung des Betriebs des Absperrventils wird angenommen, daß zu Beginn das Drosselventil geschlossen ist, ein Luftdruck in dem Zuführungsschlauch 3 herrscht, daß Absperrventil 21 in seiner offenen Stellung, wie in der Fig. 1 gezeigt, steht, und der Motor 11 nicht arbeitet.

Die öffnung des Drosselventils 5 läßt den Luftdruck rasch den Motor 11 anlaufen. Es wird angenommen, daß das Werkzeug ein kraftbetätigter Schraubenschlüssel ist, wie ein Winkelschlüssel·, der beim Anlaufen des Motors eine Mutter antreibt. Der Druck wird in dem Auslaßdurchgang 16 und in der Kammer 31 ansteigen, um das Ventil 21 in die offene Stellung zu drücken. Ein Druck wird auch in die Kammer von dem Einlaßdurchgang 4 durch den vorgesehenen Spalt strömen, um das Ventil 21 in seine geschlossene Position zu drängen. Wie vorstehend erläutert wurde, besteht die Funktion der Druckregelvorrichtung und der einstellbaren Entlüftung darin, zur Steuerung des Maximaldrucks in der Kammer 26 und seiner Anstiegsgeschwindigkeit zu dienen. Durch Steuerung des in der Kammer 26 erzielten Maximaldrucks mittels des Kugelreglers 43, können weitere Bereiche von Einlaßdrücken durch den Absperrventil-Mechanismus zugelassen werden. Der Auslaßdruck beim Absperren ist bei einem normalen Luftmotor von dem Einlaßdruck verhältnismäßig unbeeinflußt. Durch Entlüften eines Teils der die Kammer 26 durch den einstellbaren Entlüftungsdurchgang 48 erreichenden Luft, kann die Anstiegsgeschwindigkeit des Drucks gesteuert werden. Eine geringere

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Anstiegsgeschwindigkeit wird dadurch erzielt, daß ein größerer Teil des Druckfluids durch das Meßventil 49 ausgelassen wird. Unter Verwendung der neuartigen Kombination der Druckregulierung und der Kammerentlüftung ist es möglich, eine verlässliche Absperrung über einen weiten Bereich von Einlaßdruck-Einstellungen zu erzielen. Das Problem der vorzeitigen Absperrung kann durch diese Kombination ohne ungebührliche Toleranzkontrolle zwischen dem Ventil 21 und dessen Bohrung 20 beseitigt werden. Während der Motor arbeitet, ist der_oDruck im Einlaßdurchgang 4 beträchtlich niedriger als der Versorgungsdruck, da der Motor 11 ein großes Luftvolumen benutzt. Auch der Auslaßdruck im Auslaßdurchgang 16 ist verhältnismäßig hoch, da große Luftvolumina durch den Motor 11 strömen.

Während die von dem Schraubenschlüssel angetriebene Mutter festgezogen wird, steigt die Drehmomentbelastung am Motor an und schließlich bleibt der Motor stehen. Während sich der Motor verlangsamt und zum Stillstand gelangt, wird sein Luftverbrauch vermindert. Der Luftdruck in der Ventilbetätigungskammer 26 bleibt durch den Druckregler verhältnismäßig konstant. Während die durch den Motor strömende Luft vermindert wird, wird auch der Auslaßdruck in der Ventilbetätigungskammer 31 vermindert.

Schließlich werden die Differentialkräfte an dem Ventil-Steuerschieber 31 verschoben, so daß das Ventil in seine geschlossene Position bewegt wird. Während sich das Ventil 21 seiner geschlossenen Stellung nähert, wie in der Fig. 2 gezeigt, öffnet es den kurzen Durchgang 27, so daß Luft frei von dem Einlaßdurchgang 4 in die Kammer 26 strömen kann. Dadurch wird die Fähigkeit des Druckreglers zur Regulierung des Drucks in der Kammer 26 überwunden und es entsteht ein rascher Druckanstieg, der die Bewegung des Ventils 21 in

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seine geschlossen=Stellung unterstützte

Das Ventil 21 verbleibt in seiner geschlossenen Stellung, wie in der Fig. 2 gezeigt, so daß der Motor 11 solange angehalten wird, als das Drosselventil 5 offen bleibt. Wenn das Drosselventil 5 in seine geschlossene Stellung zurückgeführt wird, fällt der Druck in der Kammer 26 rasch ab, und zwar aufgrund der Leckage am einstellbaren Entlüftungsdurchgang 48. Während der Druck in der Kammer 26 abfällt, wird das Ventil 21 durch seine Feder 32 in seine offene Stellung zurückgeführt, in der es nunmehr für einen weiteren Betriebszyklus bereit ist.

Es wurde überdies gefunden, daß die Ansprechzeit des Absperrventils beträchtlich dadurch verbessert werden kann, daß für die Kammer 31 eine Entlüftung 50 vorgesehen wird. Diese Entlüftung verhindert, daß ein Luftpolster durch das Steuerschieberventil 21 eingesperrt wird, während sich dieses beim Absperren durch den Differentialdruck in seine geschlossene Position bewegt.

Leerseite

Claims

t-AT ENT ANWALTF

HELMUTSCHROPTEK KLAUS LEHMANN

DIPL.-PHYS. DIPL.-ING.

Ingersoll-Rand Company ir-78

U/fr»

28. I» 1980

Durch ein Fluid kraftbetätigtes Werkzeug

Patentansprüche

Φ ■

.J Durch ein Fluid kraftgetriebenes Werkzeug, g e k e η η zeichnet durch ein Gehäuse (1), das einen Motor (10) enthält, einen Einlaßdurchgang (4, 15, 22, 23) zur Zuführung von Bewegungsfluid zum Motor und einen Auslaßdurchgang (33) zum Auslaß des Fluids von dem Motor, ein fluidbetätigtes Ventil, welches in dem Sinlaßdurchgang angeordnet ist und welches zwischen alternativen Stellungen bewegbar ist, mit einer offenen Stellung _t in welcher das Bewegungsfluid zu dem Motor strömen kann, und einer geschlossenen Stellung, in der verhindert wird, daß das

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D-7070 SCHWABISCH CMCJND . GEMEINSAME KONTEN: D-βΟΟΟ MÖNCHEN 70

TeMon: (07171) 56 90 Deutsche Bank AG _f"V* .'-'■Püstschttkkonto Telefon: (089) 725 20

H. SCHROETER Telegramme: Schrcwpat München 70/37 369 München K.LEHMANN Telegramme: Schroepat

Bodwgasse 49 Telex: 7248 868 pagdd (BLZ 700 70010) 1679 41.804 üpuwskyatraßc 10 Telex: 5 212 248 pawe d

Bewegungsfluid zum dem Motor strömt, eine erste Ventilbetätigungseinrichtung (21) mit einer Einrichtung (42, 43, 47) zur Errichtung eines verhältnismäßig konstanten Druckes, und einer Einrichtung (48) zur einstellbaren Steuerung der Anstiegsgeschwindigkeit des Druckes, der das Ventil in seine geschlossene Stellung drängt, zweite Ventilbetätigungseinrichtungen (31,32), die mit dem Auslaßdurchgang in Verbindung stehen, und die, wenn sie einem Fluiddruck ausgesetzt sind, das Ventil gegen die Kraft der ersten Ventilbetätigungseinrichtung in seine offene Stellung drängen, und dadurch, daß die erste und die zweite Ventilbetätigungseinrichtung derart angeordnet sind, daß sich das Ventil in Abhängigkeit von dem Abfall des Fluiddrucks in dem Auslaßdurchgang beim Verlangsamen des Motors in seine geschlossene Stellung bewegt.
2. Werkzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Einrichtung zur Errichtung eines verhältnismäßig konstanten Drucks in der ersten Ventilbetätigungseinrichtung einen Druckregler mit einstellbarer Feder (45,46) umfaßt.
3. Werkzeug nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet , daß der Druckregler eine federbelastete Kugel (43) und eine damit zusammenwirkenden ringförmigen Sitz (44) umfaßt.
4. Werkzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Einrichtung zur Steuerung der Anstiegsrate des Druckes überdies eine einstellbare Entlüftung (48,49) aufweist.

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5. Werkzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß eine Druckfluid-Entlüftung (50) in der zweiten Ventilbetätigungseinrichtung des fluidbetätigten Ventils vorgesehen ist, um dessen Ansprechzeit in geschlossener Stellung zu verbessern«

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