KR101668127B1

KR101668127B1 - 공압식 파워 툴 및 파워 툴 내에 있는 장치

Info

Publication number: KR101668127B1
Application number: KR1020117010142A
Authority: KR
Inventors: 앤더스 어반 넬슨
Original assignee: 아틀라스 콥코 인더스트리얼 테크니크 에이비
Priority date: 2008-10-03
Filing date: 2009-10-02
Publication date: 2016-10-28
Also published as: KR20110069139A; CN102171414B; US20110217909A1; EP2340359B1; SE0802094L; US8529317B2; CN102171414A; WO2010039080A1; EP2340359A1; EP2340359A4; SE532444C2

Abstract

본 발명은 공압식 파워 툴(1)용 속도 조절 장치에 관한 것으로서, 상기 공압식 파워 툴(1)은 압력 공기 유입구(7)를 갖는 하우징(2), 출력 스핀들, 상기 출력 스핀들에 구동가능하게 연결된 터빈 휠(19)을 갖는 공기 터빈을 포함하고, 움직이는 공기를 상기 터빈 휠 상으로 유도하기 위하여 복수의 노즐(11)들이 배열되고, 상기 속도 조절 장치는 속도 반응 조절 압력에 반응하여 노즐을 통하는 압력 공기 흐름을 조절하기 위하여 밸브 유닛(22)을 포함한다. 상기 복수의 노즐들은 개별 공기 공급 통로를 통하는 개별 공기 공급량을 갖는 각각의 노즐 그룹(12, 13, 14)들로 분리되고, n개의 노즐 그룹(12, 13, 14)들이 있으며(n은 n＞1인 정수), 상기 밸브 유닛(22)은 상기 n개의 노즐 그룹들에 공급되는 공기 공급량을 조절하기 위하여 n개의 상태에서 작동될 수 있고, 각각의 순차적인 상태에서, x개의 공기 공급 통로(15, 16, 17)들이 노즐 그룹(1-x)들이 공기로 공급되도록 상기 압력 공기 유입구에 연결된다(x는 1≤x≤n인 정수).

Description

공압식 파워 툴 및 파워 툴 내에 있는 장치{DEVICE IN A PNEUMATIC POWER TOOL AND POWER TOOL}

본 발명은 청구항 제 1항에 따른 공압식 파워 툴용 속도 조절 장치와 청구항 제 10항에 따른 공압식 파워 툴에 관한 것이다.

EP 0 575 301 B1호는 속도 반응 조절 압력에 응답하여 압력 공기 흐름을 조절하도록 배열되며 밸브 부재를 포함하는 조속기(speed governor)로 불리는 속도 조절 장치를 갖는 공압식 파워 툴을 기술하고 있다.

종래에 공지되어 있는 장치에서, 조속기는 움직이는 공기 흐름으로부터 야기된 조절 압력(control pressure)에 의해 작동되는 공기 유입 흐름 조절 밸브를 가진다. EP 0 575 301 B1호의 조속기 밸브 유닛으로부터 나온 배출 공기는 복수의 노즐에 도달할 수 있도록 공급 통로를 통해 파워 툴의 하우징 내부에 있는 통로를 따라간다(follow). 상기 밸브 부재는 상기 노즐들에 대한 공기 공급 흐름이 터빈 휠 회전 속도를 원하는 수준으로 유지시키기에 충분하도록 조절 압력과 유입구 공기 압력 사이에서 균형이 맞춰진다.

종래 기술에 따른 파워 툴도 잘 작동하지만, 최근에는 작동비용이 경제적이고 특히 상대적으로 높은 에너지 효율이 점점 더 요구된다.

본 발명의 목적은, 위에서 기술한 것과 같이, 종래 기술의 단점들을 해결하고 사용하기에 쉬우며 출력 스핀들(output spindle)에 구동가능하게 연결된 고속의 터빈 휠을 포함하는 공기 터빈을 가지는 고효율의 공압식 파워 툴과 함께 사용될 수 있는 속도 조절 장치를 제공하는 데 있다.

이 목적은 청구항 제 1항의 특징들에 따른 속도 조절 장치에 의해 구현된다.

여기서 해당 단계에서 필요한 흐름을 터빈에 공급하는 것이 가능하며, 각각의 단계에 대해 퍼져가는(prevailing) 공기 흐름은 노즐 그룹 또는 작동 중인 그룹들에서 각각의 노즐의 가장 우수한 흐름 모드(flow mode)에 보다 적합하게 된다. 따라서, 전체 개수의 노즐에 상대적으로 낮은 흐름으로 공급되어 이에 따라 각각의 노즐 내의 흐름 속도가 비효율적으로 낮아서 그 결과 파워 툴이 우수하지 못하게 작동하고 불필요하게 높은 공기 소모율(air consumption)과 에너지 비용이 야기되는 것이 방지된다. 특히, 작동 중인 노즐 내의 흐름 속도가 음속에 도달하도록 본 발명을 사용하는 툴을 작동시키는 것이 유리하다.

일반적으로, 임의의 개수(n개)의 노즐 그룹(n은 n＞1인 정수)을 갖는 장치를 제공하는 것이 가능하지만, 공급 통로에 대한 공간 제약 등의 이유로 인해 노즐 그룹 개수를 합리적으로 제한하는 것이 실제적이다. 통상, 본 발명에 따른 휴대용 파워 툴에서 2-4개의 노즐 그룹이 고려된다. 일반적으로는, 각각의 노즐 그룹에서 1-4개의 노즐이 고려된다(이는 제한이 없음). n개의 노즐 그룹에 대해서, 밸브 유닛은 특정 작동 상태에 대한 필요조건에 따라 즉 실제로 우세 하중(prevailing load)에서 n개의 노즐 그룹의 x개에 공기를 공급할 수 있도록 조절된다(x는 1≤x≤n인 정수).

예로서, 노즐 그룹의 개수가 2개일 때:

- 밸브 유닛은, 제 1 상태에서, 노즐 그룹들 중 오직 첫 번째 노즐 그룹만이 공기로 공급되도록 오직 제 1 공기 공급 통로가 압력 공기 유입구에 연결되고, 제 2 상태에서, 노즐 그룹들 중 첫 번째 노즐 그룹과 두 번째 노즐 그룹이 공기로 공급되도록 제 1 공기 공급 통로와 제 2 공기 공급 통로가 압력 공기 유입구에 연결될 수 있도록 작동될 수 있다. 여기서, 용어 "상태(state)"는 본 장치의 작동 상태들을 가리킨다.

속도 반응 매개 변수(speed responsive parameter)는 속도 반응 조절 압력 특히 터빈 휠의 다운스트림에 있는 공기 흐름에 관한 것이 바람직하다. 하지만, 이 속도 반응 매개 변수는 터빈 중 어느 한 터빈 내에 있는 부재, 예를 들어 트랜스미션 또는 출력 샤프트의 회전 속도를 다소 직접적으로 나타내는 속도 신호에 대한 것일 수 있다.

밸브 유닛은 속도 반응 조절 압력에 의해 작동될 수 있도록 배열된 피스톤 수단에 결합된 밸브 부재를 포함하는 것이 바람직하다. 여기서, 밸브 부재 수치들을 고려할 필요없이 피스톤 영역과 영역 비율을 선택하는 것이 가능한데, 이는 상기 구성요소들을 서로에 대해 보다 독립적인 치수를 가지도록 하고 소형의 고효율 파워 툴 내에 용이하게 일체형으로 구성되는 컴팩트한 구성요소들을 생산하는 것을 가능하게 하기 때문에 유리하다.

조절 압력이, 고압의 유입구 공기 압력이 작용하는 제 2 피스톤 영역보다 실질적으로 더 넓을 수 있는 제 1 피스톤 영역에 작용하도록 배열된다. 바람직한 한 구체예에 따르면, 밸브 부재는 밸브 하우징 내에서 축방향으로 이동되거나 또는 상이하게 위치된 n개의 방사형 개구(radial opening)들과 협력하도록 배열된 하나 또는 그 이상의 방사형 구멍(radial aperture)들을 갖는 원통형의 스커트 부분을 가지며, 상기 밸브 부재는 밀봉방식으로 축방향으로 이동가능하고, 상기 방사형 개구들은 각각 공기를 각각의 노즐 그룹에 전달하기 위해 각각의 공기 공급 통로들에 연결된다.

툴의 초과 속도가 감지된 경우에 안전 밸브 슬리브가 밸브 부재의 방사형 구멍에 가깝도록 배열되는 것이 바람직하다.

상기 피스톤 수단은 제 2 피스톤 영역(a)을 갖는 한 단면을 가지는 스템 부분(stem portion) 위에서 상기 밸브 부재에 결합되고 피스톤 챔버 내부에서 제 1 피스톤 영역(A)을 갖는 확대된 부분을 가지며, 상기 스템 부분은 밸브 챔버와 피스톤 챔버를 분리하는 벽을 밀봉방식으로 관통하는(sealingly penetrating) 것이 바람직하다. 특히 조절 압력에 의한 작동을 위해 상기 제 1 피스톤 영역(A)이 위치된 공간에 대해 맞은편에 있는 피스톤 챔버 내의 공간은 주변으로 환기된다(vented).

본 발명에 따른 속도 조절 장치를 포함하는 공압식 파워 툴을 사용하여 해당 이점들이 구현된다.

이제, 본 발명은 첨부된 도면들을 참조하여 구체예에 의해 상세하게 기술될 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 공압식 파워 툴을 도시한 투시도이다.
도 2는 명확하게 설명하기 위해 하우징의 일부분이 제거되어 도시된 상기 공압식 파워 툴의 투시도이다.
도 3은 도 1과 도 2에 있는 파워 툴의 터빈의 일부분을 도시한 투시도이다.
도 4는 상기 파워 툴용 밸브 유닛을 도시한 투시도이다.
도 5는 상기 밸브 유닛의 일부분 즉 밸브 하우징 외부를 도시한 측면도이며, 도 5a는 상기 하우징 내에 있는 개구부 내의 위치들을 도시한다.
도 6a-6c는 내부에 있는 흐름 통로를 도시하기 위하여 밸브 유닛의 서로 다른 단면도를 도시한 도면들이다.
도 7a-7d는 축방향 단면에서 밸브 부재의 서로 다른 위치들에 있는 밸브 유닛을 도시한 도면들이다.
도 8은 도 1과 도 2에 있는 파워 툴의 일부를 도시한 도면이다.
도 9는 공기 소모율에 따른 파워를 나타낸 다이어그램이다.

본 발명은 높은 파워/중량비를 갖는 선호되는 절삭기계 및 앵글 그라인더(angle grinder)와 같은 휴대용 연마 기계에 관한 것이다. 연마 디스크(5)를 갖는 이러한 파워 툴(1)은 도 1에 도시되어 있으며, 상기 툴은 하우징(2), 제 1 및 제 2 핸들(3 및 4), 안전 후드(6) 및 조절 레버(9)를 갖는다. 도면부호(7)는 압력 공기 유입구(pressure air inlet)이며 도면부호(8)는 유입구 연결 수단이다.

보통, 터빈 기계는 공기 흐름을 최대로 효율적으로 사용하기 위하여 고속의 터빈 휠에서 작동되어야 한다. 본 발명에 따른 툴에 대한 필요조건은 내구성이 있고 튼튼해야 한다는 점이다. 툴이 사용되는 환경에서는 종종 입자들이 가득하며 이에 따라 입자들이 툴의 주요 부분들 내로, 예를 들어 이동 구성요소들 사이에 유입되는 경우 툴의 기능을 저하시킬 위험성이 있다.

본 발명에 따른 툴에서, 공칭 속도(nominal speed)를 초과해서는 안 되는 데, 이는 예를 들어 연마 디스크(grinding disk)에 관해 초과 속도는 디스크를 해체시키고 상기 디스크로부터 고속으로 작동되는 부분들이 분리될 위험성이 있기 때문이다. 하지만, 작동 중에는 공칭 속도에 근접하는 것이 바람직한데, 이는 연마 공정이 상대적으로 높은 회전 툴 속도에서 향상되기 때문이다. 본 발명에 따른 해결방안에 따라, 주어진 공기 소모율(air consumption)에 대해 가용 효율(useful effect)이 향상되며, 이와 반대로, 주어진 효율 또는 파워에서, 본 발명은 상대적으로 낮은 공기 소모율을 제공한다.

도 2의 툴(1)은 하우징 부분이 제거된 채로 도시되어 있는데, 세 그룹 즉, 제 1 노즐 그룹(12), 제 2 노즐 그룹(13) 및 제 3 노즐 그룹(14)으로 분리된 복수의 노즐(11)을 갖는 노즐 유닛(10)이 도시된다. 이 노즐 그룹들은 각각 제 1 공급 통로(15), 제 2 공급 통로(16) 및 제 3 공급 통로(17) 상에서 밸브 유닛에 개별적으로 연결된다(하기에 기술됨).

따라서, 본 발명에 따른 툴에서, n=3인 3개의 노즐 그룹이 있으며 각각의 그룹 안에는 2개의 노즐이 있다. 이는 노즐 유닛(10)이 터빈 휠(19)과 협력하는 위치에 배열되어 도시된 도 3에 더욱 명확하게 예시되어 있다. 제 1 노즐 그룹(12)은 두 개의 노즐(12' 및 12")을 포함하며, 제 2 노즐 그룹(13)은 두 개의 노즐(13' 및 13"), 제 3 노즐 그룹(14)은 두 개의 노즐(14' 및 14")을 포함한다. 각각의 노즐은 상기 장치를 통과하는 유리한 공기 흐름을 제공하고 터빈 휠(19)의 터빈 휠 블레이드(21)에 대해 적절한 흐름 방향을 제공하기 위해 굽어져 있는 각각의 베인(vane) 사이에 있는 통로로서 형성된다. 각각의 노즐(12', 12", 13', 13", 14', 14") 위에 있는 공간들은 상기 장치가 조립된 상태에서 각각의 공기 흐름 통로들에 밀봉방식으로 연결(sealingly connected)되는 것은 자명하다. 이 노즐 유닛은 반경방향에서 본 것과 같이 노즐 유닛의 반경방향 외부 상에서 노즐 그룹들을 가리는 하우징 벽 없이 도시되어 있다. 입자 배출 슬롯(20)들이 노즐 유닛 내에서 주변방향으로 배열되어 있다(상기 입자 배출 슬롯은 본 출원인의 제US 5 383 762호에 공지되어 있음).

또한, 노즐 유닛(10)은, 노즐 그룹(12, 13, 14)으로의 공기 흐름을 조절하기 위해, 유입구에 직접 연결되며 이에 따라 공기가 밸브 유닛을 통과하는 공전 주행 노즐(idle running nozzle, 18)을 포함한다.

도 4는 툴 하우징 내부에 있는 그 외의 다른 구성요소들과 밀봉방식으로 접촉(sealing contact)하기 위해 밀봉 링용 외부 홈(23)들을 갖는 밸브 유닛(22)의 외부를 보여준다. 도면부호(25)는 조립 상태에서 제 1 공급 통로에 연결된 제 1 밸브 배출구를 나타낸다. 도면부호(26)는 제 2 공급 통로에 연결되도록 배열된 제 2 밸브 배출구를 나타내며 도면부호(27)는 제 3 공급 통로에 연결되도록 배열된 제 3 밸브 배출구를 나타낸다. 도 4에는 도면부호(24)로 도시된 압력 공기 유입구, 및 안전 릴리스 와셔 유닛(28)과 협력하고 상기 압력 공기 유입구를 둘러싸고 있는 안전 밸브 슬리브가 도시되는데, 상기 안전 릴리스 와셔 유닛(28)은 두 개의 와셔 절반부(washer halve)와 릴리스 스프링(28')으로 구성되며, 상기 릴리스 스프링(28')은 와셔 절반부들이 분리되게 한다. 상기 장치의 정상 작동에서, 와셔 절반부는, 도시된 위치에서, 도면부호(49)로 표시된 영역에 위치된 고정 부재(도시되지 않음)에 의해 함께 고정되고 안전 밸브 슬리브(24)와 맞물려 있다.

도 5에 도시된 구성요소는 밸브 유닛(22)의 일부분인 밸브 하우징(29)이다. 도면에서 볼 수 있듯이, 상기 밸브 하우징(29)은 세 방사형 개구 그룹 즉 도면에서 도면부호(25')로 도시된 제 1 방사형 개구, 도면에서 도면부호(26')로 도시된 제 2 방사형 개구 및 도면에서 도면부호(27')로 도시된 제 3 방사형 개구를 갖는다. 이 개구들은 컨트롤 에지(25", 26" 및 27")에 대해 축방향으로 이동되어(displaceed), 밸브 부재(아래에서 기술됨) 상에서 해당 컨트롤 에지(도 6c에서 34")와 협력할 때 방사형 개구들 중 연속 개구들은 압력 공기 유입구에 유입되는 공기의 밸브 유닛의 외부에 연통(communication)하기 위해 개방될 것이다.

상기 개구들은 원통형의 밸브 하우징 엔벌로프(envelop) 표면 부분의 내부가 평평한 단계로 도시된 도 5a에 더욱 상세하게 나타나며, 상기 각각의 개구(25', 26', 27')들은 실제로 상호 간의 거리(Δ1 및 Δ2)로 대체된 각각의 컨트롤 에지(25", 26", 27")들로 도시된다.

도 6b에서, x=n=3개의 노즐 그룹들이 압력 공기 유입구와 연통되는 상태에 있는 위치인 단계에서의 제 1 축방향 단면이 도시된다. 도 6a에 도시된 밸브 유닛(22)은 밸브 부재(30)가 밸브 하우징(29) 내의 밸브 챔버(41) 내부에서 축방향으로 이동가능한 한 부분에 도시된다. 밸브 부재(30)는 방사형 개구(25', 26' 및 27')들과 협력하며 방사형 구멍(34)을 포함하는 원통형의 스커트 부분(31)을 가진다. 상기 밸브 부재(30)는 밸브 챔버(41) 내부에서 반경방향으로 연장되는 바닥 부분을 가지며 피스톤 수단(32)에 연결시키기 위한 구멍을 가진다.

상기 피스톤 수단(32)은 피스톤 챔버(40) 내에 위치된 작동 영역(actuation area, A)을 포함하는 확대된 피스톤 부분(35)을 가지는데, 본 장치의 작동 동안 조절 압력이 퍼지도록(prevail) 배열된다. 상기 확대된 피스톤 부분은 밸브 부재(30)에 단단하게 연결된, 밸브 챔버(41)와 피스톤 챔버(40) 사이에서 벽(39)을 밀봉방식으로 관통하고(sealingly penetrate) 원통형인 스템 부분(36) 위에 있다. 상기 스템 부분은 스템 부분의 자유 단부에서 밸브 부재(30)를 피스톤 수단(32)에 결합시키는 나사(38)를 포함한다. 상기 스템 부분(36)은 상기 작동 영역(A)보다 더 작은 단면적을 가진다.

상기 확대된 피스톤 부분(35)과 벽(39) 사이의 공간은 환기 통로(42)를 통해 주변으로 환기된다(vented). 상기 나사(38)는 입자들이 밸브 유닛의 기능을 손상시키지 않도록 입자들을 가능한 상기 방사형 구멍(34) 내로 편향시켜 공기 흐름을 방사형 구멍(34)으로 향하게 하는 디플렉터 부재(43)를 추가로 포함한다.

도 6a-6c에서, 밸브 부재는 가능한 최대로 우측으로 이동된다. 이는 피스톤 챔버(40) 내부의 조절 압력이 최대 수준에 있기 때문이며, 이때 압력 공기가 노즐의 모든 세 그룹으로 공급된다. 도 6a에서, 방사형 구멍(34)으로 인해 제 1 방사형 개구(25')와 제 1 밸브 배출구(25)와 연통할 수 있는 것이 도시된다. 도시된 도 6b에서, 제 2 축방향 단면을 통해, 방사형 구멍(34)으로 인해 제 2 방사형 개구(26')와 제 2 밸브 배출구(26)와 연통할 수 있는 것이 도시된다. 도 6c에서 방사형 구멍(34)으로 인해 제 3 방사형 개구(27')와 제 3 밸브 배출구(27)와 연통할 수 있는 것이 도시된다.

도 6b에서, 유입구 공기 압력이 밸브 부재(30)의 후면에 퍼지게 하기 위한 공기 통로(37)들이 도시된다.

방사형 구멍들 및, 가능하다면, 방사형 개구들은 상기 부분들의 반경방향으로 힘의 균형을 이루기 위해 상기 밸브 부분들의 외주(circumference) 주위로 균일하게 분포되어 위치되는 것이 바람직하다는 점을 이해해야 한다. 이런 방식으로, 밸브 부재는 측면 힘(side force)들로부터 자유로와(relieved)질 것이며, 그 외의 경우 실린더의 벽에 대해 가압하여 이에 따라 본 장치의 작동 수명을 줄이고 기능을 손상시킬 수 있는 마찰 힘들을 생성할 것이다. 한 구체예에서, 방사형 구멍들과 방사형 개구들은 상기 부분들의 외주 주위에서 대각선 방향으로 위치되는 쌍들로 배열된다. 그 외의 다른 해결방안에 따르면, 서로로부터 유사한 각도로 분리되어 분포된 세 개 또는 그 이상의 구멍들이 있다.

도 7a-7d에서, 밸브 유닛은 닫힌 상태(7a)와 세 개의 서로 다른 작동 상태(7b-7d)로 도시된다. 각각의 상태는 밸브 부재의 축방향으로의 특정 이동에 해당한다.

도 7에서, 밸브 유닛은 리턴 스프링(33)으로 인해 닫히는데, 이 리턴 스프링(33)은 피스톤 수단(32)을 상기 피스톤 수단(32)이 이동될 수 있는 조절 압력이 없는 극한 위치(extreme position)로 가게 한다. 밸브 하우징 내의 모든 방사형 개구(25', 26' 및 27')는 상기 밸브 부재에 의해 닫힌다.

도 7b에서, 조절 압력은 조절 장치가 개방되기 시작하여, 방사형 구멍(34)들이 제 1 방사형 개구(25') 위에서 제 1 공급 통로와 연통할 수 있게 하는 크기에 도달된다.

도 7c에서, 조절 압력은 밸브 부재와 밸브 부재의 방사형 구멍(34)들이 제 2 방사형 개구(26'), 제 2 밸브 배출구(26) 및 제 2 공급 통로와 연통할 수 있게 하도록 증가된다. 제 1 방사형 개구(25')는 압력 공기 유입구와의 연통을 위해 여전히 개방되어 있다.

도 7d에서, 압력은 추가로 증가되고 또한 제 3 방사형 개구(27')는 제 1 및 제 2 방사형 개구(25' 및 26')가 여전히 개방되어 있을 때 동시에 개방된다.

도 7a-7d에서, 안전 밸브 슬리브(24)가 도시되는데, 이 안전 밸브 슬리브(24)는 릴리스 와셔(28)에 의해 제자리에 고정된다. 도면에서 외부를 향하는 반경방향으로 볼 수 있듯이, 와셔(28)가 풀리고 난 뒤(release), 상기 안전 밸브 슬리브(24)는 자유로이 이동되고, 스프링에 의해 밸브 부재(30)의 바닥을 향하는 방향으로 편향되기 때문에 밸브 부재들 내에 있는 방사형 구멍(34)들은 닫히고 또한 터빈에 유입되는 공급 흐름도 완전히 닫혀 파워 툴이 정지된다. 이는 툴의 감지된 초과 회전 속도에 대한 응답에 따른 것으로서, 종래에 공지되어 있어 본 명세서에서는 추가로 기술되지 않는다. 슬리브의 내부가 스커트 부분과 중첩되기 때문에 밸브 부재 및 이와 연관된 부분들이 압력 공기 내에 혼입된(entrained) 입자들에 의해 야기되는 마모 등으로부터 보호된다.

따라서, 밸브 부재는 스프링(33)으로부터 스프링 힘과 함께 상기 영역에 작용하는 유입구 공기 압력으로부터 나온 힘에 의해 닫히는 방향으로 영향을 받는다. 상기 밸브 부재는 영역(A)에 작용하는 조절 압력으로부터 나온 힘에 의해 개방 방향으로도 추가로 영향을 받는다. 이 힘들은 상이한 하중이 가해지는 동안 툴에 대한 원하는 작동 특성들을 얻을 수 있게 하기 위하여 서로 균형을 맞추도록 배열된다. 하중이 크면 클수록, 조절 압력은 피스톤 수단과 밸브 부재를 개방 방향으로 더 많이 가압할 것이다. 스템 부분은 상대적으로 얇고, 이에 따라 벽(39) 내에 홀에 대해 특정 유극(play)이 있음에도 불구하고 누출이 작은 것이 유리하다. 상대적으로 큰 피스톤 수단의 영역(A)은 필요한 설정 힘을 감소시킨다. 조절 압력이 상대적으로 낮은 레벨에 설치될 수 있을 때, 공전 주행 노즐은 더 효율적이 될 수 있도록 설계될 수 있어서 공전 공기 소모율을 감소시킬 수 있다. 또한 낮은 압력 누출을 감소시킨다.

도 8에서 간결성을 위해 여러 구성요소들이 제거되고 일부분이 절단된 파워 툴(1)이 도시된다. 밸브 유닛(22)과 세 개의 공급 통로(15, 16 및 17)들이 도시된다. 안전 밸브 슬리브(24)는 위에서 기술된 스프링(44)와 함께 도시된다. 또한 도 8에는 조절 압력 통로(45)의 일부분도 도시되는데, 이 조절 압력 통로(45)는 위에서 기술한 것과 같이 터빈 다운스트림에 있는 조절 압력을 피스톤 챔버로 이끈다(lead). 언급할 수 있는 또 다른 특징에 따르면, 조절 압력 통로(45) 내의 조절 압력은 예를 들어 툴의 외부로 빼낼 수 있게 하는 조절식 설치 나사에 의해 터빈의 다운스트림에서 직접 통로 내에 퍼져있는 압력에 대해 조절될 수 있다.

도 9에서 파워 툴용 압력 공기 소모율에 따른 파워를 나타내는 2개의 곡선이 도식적으로 도시된다. 곡선(50)은 본 발명에 따른 파워 툴을 나타내는데, 훨씬 우수한 파워-공기 소모율 비율 및 우수한 낮은 파워, 낮은 공기 소모율 성질을 보여준다. 이는, 작동중인(active) 노즐에서 더 효율적인 내부 흐름으로 인해, 여러 단계들에서, 상이한 노즐 그룹들이 분포되기 때문인데, 그 결과 특히 낮은 하중과 부분 하중(part load)에 대해 곡선의 전체 범위에서 상대적으로 가파른 곡선으로 보일 수 있다. 이에 비해 곡선(51)은 종래 기술에 따른 파워 툴용 압력 공기 소모율에 따른 파워를 나타내는데, 여기서 공기 소모율은 현저하게 높으며, 이 곡선은 낮은 파워/낮은 공기 소모율 영역에서 훨씬 더 평평하다.

본 발명은 다음의 청구항들의 범위 내에서 변형될 수 있다. 노즐 그룹들의 개수는 3개와 다를 수도 있으며 각각의 그룹 내에 있는 노즐 개수도 2개와 다를 수 있고 노즐의 개수 또한 한 단일 툴 내에서 서로 다른 그룹 내에서 다를 수 있다. 노즐은 선택된 디자인이 효율적이며 제작하기에 편리하다 하더라도 그 외에 달리 구성될 수 있다.

압력 공기를 노즐 그룹들에 분포시키기 위하여 또 다른 밸브 장치들과 또 다른 컨트롤 원리들을 사용하는 것이 가능하다. 한 제안방안에 따르면, 밸브 작동을 조절하기 위하여 원심분리식 조정 밸브(centrigufally regulated valve)를 사용하는 것이다. 밸브 장치를 선택할 때, 위에서 기술된 밸브 해결방안이 현존하는 종류의 툴에 대한 높은 필요조건들을 완전히 충족시키는 것으로 입증되었지만, 다소 변형된 임의의 종류의 파일럿 조절 n-배출 밸브도 사용될 수 있다.

본 발명은 터빈 모터를 사용하는 다양한 공압식 툴 용도로 사용될 수 있으며 본 명세서에서 기술된 툴에만 제한되지 않는다.

Claims

압력 공기 유입구(7)를 갖는 하우징(2), 출력 스핀들, 상기 출력 스핀들에 구동가능하게 연결된 터빈 휠(19)을 갖는 공기 터빈을 포함하는 휴대용 공압식 파워 툴(1)용 속도 조절 장치로서,
움직이는 공기를 상기 터빈 휠 상으로 유도하기 위하여 복수의 노즐(11)이 배열되고, 상기 속도 조절 장치는 속도 반응 조절 압력에 응답하여 노즐을 통하는 압력 공기 흐름을 조절하기 위한 밸브 유닛(22)을 포함하고,
상기 복수의 노즐은 개별 공기 공급 통로(15, 16, 17)를 통하는 개별 공급 공기를 갖는 각각의 노즐 그룹(12, 13, 14)으로 분리되고,
n개의 노즐 그룹(12, 13, 14)들이 있으며(n은 n＞1인 정수), 밸브 유닛(22)은 n개의 노즐 그룹들에 공급되는 공기를 조절하기 위하여 n개의 상태에서 작동될 수 있고, 각각의 순차적인 상태에서, x개의 공기 공급 통로(15, 16, 17)들이 노즐 그룹(1-x)에 공기가 공급되도록 상기 압력 공기 유입구에 연결되며(x는 1≤x≤n인 정수),
밸브 유닛(22)은 원통형의 스커트 부분(31)을 갖는 밸브 부재(30)를 포함하는데, 상기 원통형의 스커트 부분(31)은 밸브 하우징(29) 내에서 n개의 축방향으로 배향된 방사형 개구(25', 26', 27')들과 협력하도록 배열된 하나 이상의 방사형 구멍(34)들을 가지고, 밸브 부재(30)는 밀봉방식으로 축방향으로 이동가능하며, 상기 방사형 개구들은 각각 상기 공기 공급 통로(15, 16, 17)들에 연결되고,
방사형 구멍(34)들과 방사형 개구(25', 26', 27')들은 밸브 부분들의 반경 방향으로 힘의 균형을 얻기 위하여 상기 밸브 부분들의 주변 주위로 균일하게 분포되고,
밸브 부재(30)는 속도 반응 조절 압력에 의해 작동될 수 있도록 배열된 피스톤 수단(32)에 결합되고,
피스톤 수단의 제 1 피스톤 영역(A)에 압력을 제공하기 위해 조절 압력을 전달하는 채널(45)이 제공되며, 유입구 공기 압력을 전달하기 위한 수단이 피스톤 수단의 제 1 피스톤 영역(A)에서의 압력과 피스톤 수단의 제 2 피스톤 영역(a)에서의 압력들 사이에서 밸브 부재(30)와 피스톤 수단(32)의 균형을 맞추기 위하여 피스톤 수단의 제 2 피스톤 영역(a)에 압력을 제공하는 휴대용 공압식 파워 툴(1)용 속도 조절 장치.
제1항에 있어서, 밸브 부재(30)를 비작동 위치(inactive position)를 향해 편향시키기 위해 스프링 수단(33)이 배열되는 휴대용 공압식 파워 툴(1)용 속도 조절 장치.
제2항에 있어서, 압력 공기 유입구(7) 영역에 안전 밸브 슬리브(24)가 배열되고, 안전 밸브 슬리브(24)가 릴리스 와셔 유닛(28)에 의해 고정되는 제 1 위치로부터 방사형 구멍(34)들을 닫는 제 2 위치를 향해 스프링(44)에 의해 편향되는 휴대용 공압식 파워 툴(1)용 속도 조절 장치.
제1항에 있어서, 피스톤 수단은 제 2 피스톤 영역(a)을 갖는 한 단면을 가지는 스템 부분(36) 위에서 밸브 부재(30)에 결합되고 피스톤 챔버(40) 내부에서 제 1 피스톤 영역(A)을 갖는 확대된 부분(35)을 가지며, 상기 스템 부분은 원통형의 밸브 하우징(29)에 의해 형성된 밸브 챔버(41)로부터 피스톤 챔버를 분리하는 벽(39)을 밀봉방식으로 관통하는(sealingly penetrating) 휴대용 공압식 파워 툴(1)용 속도 조절 장치.
제4항에 있어서, 제 1 피스톤 영역(A)이 위치된 공간의 맞은편에 있는 피스톤 챔버(40) 내의 공간은 환기 통로(42)를 통해 주변으로 환기되는 휴대용 공압식 파워 툴(1)용 속도 조절 장치.
제4항에 있어서, 스템 부분(36)은 유입 공기와 원하지 않는 고형 입자들을 방사형 구멍(34) 방향으로 유도하기 위하여 디플렉터 부재(43)를 포함하는 휴대용 공압식 파워 툴(1)용 속도 조절 장치.
압력 공기 유입구(7)를 갖는 하우징(2), 출력 스핀들, 상기 출력 스핀들에 구동가능하게 연결된 터빈 휠(19)을 갖는 공기 터빈 및 움직이는 공기를 터빈 휠 상으로 유도하기 위한 복수의 노즐(11)을 포함하는 휴대용 공압식 파워 툴(1)로서,
제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 따른 속도 조절 장치를 포함하는 휴대용 공압식 파워 툴(1).
제7항에 있어서, 공전 주행 노즐(idle running nozzle, 18) 및 상기 공전 주행 노즐을 압력 공기 유입구(7)에 연결하기 위한 공전 흐름 공기 통로를 포함하는 휴대용 공압식 파워 툴(1).
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