SE441903B

SE441903B - FLUID DRIVE TIGHTENING TOOL WITH SPEED-DEPENDING SHUTTER VALVE

Info

Publication number: SE441903B
Application number: SE7909628A
Authority: SE
Inventors: Jr W Workman
Original assignee: Cooper Ind Inc
Priority date: 1979-02-21
Filing date: 1979-11-21
Publication date: 1985-11-18
Also published as: JPS5949874B2; DE3001731A1; JPS55112779A; CA1125593A; FR2449920A1; GB2040766A; SE7909628L; GB2040766B

Description

15 20 25 35 40 7309628-5 ' 2 ttryckluft vid start av motorn, så att de av centrifugalkraft be- roende mekanismerna förmås öppna motorns inloppsöppning vilken sedan äter stängs vid avtagande motorhastighet. 15 20 25 35 40 7309628-5 '2 compressed air at the start of the engine, so that the mechanisms due to centrifugal force are forced to open the inlet opening of the engine, which then eats closes when the engine speed decreases.

De tre sistnämnda patentskrifterna visar också tämligen kom- _plicerade mekanismer som kräver hastighetsberoende ventilanord~ ningar för att åstadkomma trycksignalen som manövrerar åtskilda avstängningsventiler för tryckfluid.The latter three patents also disclose rather complicated mechanisms requiring speed-dependent valve devices to provide the pressure signal which operates separate pressure fluid shut-off valves.

Föreliggande uppfinning anvisar en hastighotsberoende av- stängning för tryckfluid hos ett fluiddrivet verktyg, såsom en pneumatiskzmutterdragare eller liknande, vilken stänger av driv- fluidens utflöde från verktygsmotorn i beroende av sjunkande mo- torhastighet. Avstängningsanordningen kan användas till att styra det maximala vridmoment som verktyget utsätts för av ett fäst- element under åtdragningen. Avstängníngsmekanismen tjänar även till att indikera när motorns hastighet har sjunkit till ett för- utbestämt minimivärde när motorn är på väg att stanna. Dessutom är avstängningsmekanismen enligt uppfinningen utformad att mini- mera den vridmomentsreaktion handhavaren utsätts för när verktygs- motorn under stort vridmoment är på väg att stanna.The present invention provides a velocity-dependent pressure fluid shut-off of a fluid-driven tool, such as a pneumatic nutrunner or the like, which shuts off the flow of drive fluid from the tool motor as a function of decreasing motor speed. The shut-off device can be used to control the maximum torque to which the tool is subjected by a fastening element during tightening. The shut-off mechanism also serves to indicate when the engine speed has dropped to a predetermined minimum value when the engine is about to stop. In addition, the shut-off mechanism according to the invention is designed to minimize the torque reaction the operator is exposed to when the tool motor is about to stop during a large torque.

Den hastighetsbcroende avstängníngsventilen för motorns ut- loppsflöde år särskilt fördelaktig genom att en skiv- eller tall- riksventil år anordnad vid motorns utloppssida och huvudsakligen direkt påverkad av en hastighetsberoende eentrifugalregulator.The speed-busting shut-off valve for the engine outlet flow is particularly advantageous in that a disc or disc valve is arranged at the outlet side of the engine and is mainly directly actuated by a speed-dependent centrifugal regulator.

Dessutom behöver avstängningsventilen, till skillnad från förut kända mekanismer, ej någon shuntventil för att tillhandahålla drivfluid vid start av motorn.In addition, unlike prior art mechanisms, the shut-off valve does not need a shunt valve to provide drive fluid when starting the engine.

Den hastighetsberoende avstängningsmekanismen enligt före- liggande uppfinning är kompakt, mekaniskt enkel, mindre komplice- rad och billigare än förut kända hastighetsberoende avstängnings- anordningar för fluiddrivna verktyg.The speed-dependent shut-off mechanism according to the present invention is compact, mechanically simple, less complicated and cheaper than previously known speed-dependent shut-off devices for fluid-powered tools.

Uppfinningen förklaras närmare nedan med hänvisning till bi- fogade ritningar. §ig¿_l visar en sidovy av ett bärbart pneuma- tiskt verktyg med den hastighetsberoende avstängningsmekanismen enligt uppfinningen. Pig. 2 visar ett centralt längdsnitt av den hastighetsberoende avstängningsmekanismen hos verktyget enligt fig. 1. Pig. 3 visar ett tvärsnitt längs linjen 3-5 i Eíg. Z.The invention is explained in more detail below with reference to the accompanying drawings. Fig. 1 shows a side view of a portable pneumatic tool with the speed-dependent shut-off mechanism according to the invention. Pig. Fig. 2 shows a central longitudinal section of the speed-dependent shut-off mechanism of the tool according to Fig. 1. 3 shows a cross section along the line 3-5 in Eíg. Z.

Den hastighetsberoendc avstängningsmekanismen är enligt fig. 1 anordnad att användas i ett bärbart pneumutískt verktyg 10 i form av en muttcrdragnre. Verktyget 10 innefattar en husdel Il i Vilken är anordnad en konventionell vingmotor 14. Drivfluid såsom 10 15 20 25 30 35 40 7909628-5 komprimerad luft tillförs verktyget genom en böjlig ledning 16 som är förbunden med verktygets handtag 18. En i fig. 1 schema- tiskt framställd, manuellt påverkbar avstängningsvvntil 20, kan manövreras att styra tillförsel av trycksatt fluid till motorn genom en ledning 22. Ventilen 20 är visad schematiskt i fig. 1 för större tydlighet och är anordnad i verktygets hus för att omställas av en lämplig manöverarm 24} Verktyget 10 innefattar även en husdel 26 i vilket en drivaxel 28 pâ lämpligt sätt är förbunden med en hylsa 30 för âtdragning av gängade fästelement eller liknande på känt sätt.According to Fig. 1, the speed-dependent shut-off mechanism is arranged to be used in a portable pneumatic tool 10 in the form of a nut carrier. The tool 10 comprises a housing part II in which a conventional wing motor 14 is arranged. Driving fluid such as compressed air is supplied to the tool through a flexible conduit 16 which is connected to the handle 18 of the tool. Manually actuated, manually actuable shut-off valve 20, can be operated to control the supply of pressurized fluid to the engine through a line 22. The valve 20 is shown schematically in Fig. 1 for greater clarity and is arranged in the tool housing to be adjusted by a suitable control arm 24. The tool 10 also comprises a housing part 26 in which a drive shaft 28 is suitably connected to a sleeve 30 for tightening threaded fastening elements or the like in a known manner.

Verktyget 10 innefattar vidare en husdel 32 mellan husdelar- na 12 och 26 och är fäst vid dessa med hjälp av respektive gänga- de hylsor 34 och 36. Enligt fig. Z är husdelen 32 försedd med in- re kammare 38 och 40 vilka kan förbíndas med varandra så att en passage bildas för motorns 14 utloppsflöde. Utloppsfluiden från motorn I4 leds till kammaren 38 genom motorns utloppsöppning 42 i motorns ändplatta 44. Utloppsfluiden strömmar fran kammaren 40 genom husdelens 26 ihåliga insida och lämnar verktyget genom på lämpligt sätt anordnade ribbor 46, visade i fíg. l.The tool 10 further comprises a housing part 32 between the housing parts 12 and 26 and is fastened thereto by means of respective threaded sleeves 34 and 36. According to Fig. Z, the housing part 32 is provided with inner chambers 38 and 40 which can be connected with each other so that a passage is formed for the outlet flow of the motor 14. The outlet fluid from the engine I4 is led to the chamber 38 through the engine outlet opening 42 in the engine end plate 44. The outlet fluid flows from the chamber 40 through the hollow inside of the housing part 26 and leaves the tool through suitably arranged ribs 46, shown in fig. l.

Enligt fia. Z innefattar motorn 14 en rotor 48 med en utga- ende axeldel S0 som är drivbart förbunden med en mellanliggande drivaxel 52. Drivaxeln 52 är roterbart uppburen i husdelen 32 och omfattar en del som bildar ett solhjul 51 hos en planetväxel.According to fia. Z, the motor 14 comprises a rotor 48 with an output shaft part S0 which is drivably connected to an intermediate drive shaft 52. The drive shaft 52 is rotatably supported in the housing part 32 and comprises a part which forms a sun gear 51 of a planetary gear.

Planetväxeln är försedd med en planethjulsbärare 56 som är driv- bart förbunden med den utgående drivaxcln 28.Den hastighetsbere- ende avstängningsmekanismen är försedd med en del 58 som är anord- nad pâ drivaxeln 52 för rotation med denna. Delen 58 är utformad med ett flertal huvudsakligen radiella spår 60 (se även fig. 3).The planetary gear is provided with a planetary gear carrier 56 which is drivably connected to the output drive shaft 28. The speed-adjusting shut-off mechanism is provided with a part 58 which is arranged on the drive shaft 52 for rotation therewith. The part 58 is formed with a plurality of substantially radial grooves 60 (see also Fig. 3).

Spåren 60 är utformade med lutande bottenytor 62 och varje spår innehåller en rörlig centrifugalvikt eller sfärisk kula 64, som beroende av centrifugalkraften kan röra sig radiellt utåt i spa- ret i förhållande till drivaxeln S2. Avstängningsmekanismcn inne- fattar vídare en axiellt förskjutbar del 66 i form av en avstäng- ningsdel för att avbryta utloppsflödet från kammaren 38 till kam- maren 40. Avstängníngsdelen 66 uppbärs axiellt förskjutbart av en navdel 68 på motorns ändplatta 44 och av den mellanliggande drivaxeln 52. Avstängningsdelcn 66 är manövrerhar till att ligga mot ett säte 70 som är utformat på en tvärgående väggyta vänd mot kammarens 38 insida. Avstängningsdelen 66 trycks mot sätet 70 av en skruvfjäder 72 som är anordnad mellan en fläns 74 på av- 10 15 zo 25 30 40 '7999623-5 gstängningsdelen och motorns ändplatta 44.The grooves 60 are formed with inclined bottom surfaces 62 and each groove contains a movable centrifugal weight or spherical ball 64, which depending on the centrifugal force can move radially outwards in the groove relative to the drive shaft S2. The shut-off mechanism further comprises an axially displaceable part 66 in the form of a shut-off part for interrupting the outlet flow from the chamber 38 to the chamber 40. The shut-off part 66 is supported axially displaceably by a hub part 68 on the engine end plate 44 and by the intermediate drive shaft 52. The shut-off part 66 is operated to lie against a seat 70 formed on a transverse wall surface facing the inside of the chamber 38. The shut-off part 66 is pressed against the seat 70 by a coil spring 72 which is arranged between a flange 74 on the shut-off part 40 and the end plate 44 of the motor.

Avstängningsdelen 66 är i sin ena ände försedd med en urtag- ning 76 i vilken delen S8 är delvis placerad. I urtagningen 76 finns även en ringformig platta 78 som påverkas av kulorna 64 även när dessa befinner sig i sina innersta lägen i spåren 60.The shut-off part 66 is provided at its one end with a recess 76 in which the part S8 is partially placed. In the recess 76 there is also an annular plate 78 which is actuated by the balls 64 even when these are in their innermost positions in the grooves 60.

En skivfjäderbricka 80 är anordnad mellan plattan 78 och urtag- níngens 76 botten. Fjäderbrickans 80 styvhet är större än styv- heten hos fjädern 72 och fjäderbrickan utövar en tryckkraft i riktning mot tryckkraften hos fjädern 72. När i enlighet härmed trycket i kamrarna 38 och 40 är huvudsakligen lika; håller fjäder-_ brickan 80 avstängningsdelen 66 ett kort stycke från sätet 70 enligt fig. 2. När tryckfluid tillförs motorn 14 vid start av denna, tillåts en del utloppsfluid att passera genom kamrarna 38 och 40 så att motorn startar. När motorn 14 har börjat att snabbt rotera axeln 52, tvingas kulorna 64 radiellt utåt i spåren 60, och tack vare de lutande bottenytorna 62 tvingar kulorna plattan 78 och avstängningsdelen 66 till höger i fig. 2, så att öppningen mellan avstängningsdelen och sätet 70 vidgas. Härigenom hejdas inte utloppsflödet när motorn 14 arbetar med högre hastighet än tomgångshastigheten eller med en hastighet högre än ungefär 10 % av sin högsta hastighet.A disc spring washer 80 is disposed between the plate 78 and the bottom of the recess 76. The stiffness of the spring washer 80 is greater than the stiffness of the spring 72 and the spring wasch exerts a compressive force in the direction of the compressive force of the spring 72. Accordingly, when the pressure in the chambers 38 and 40 is substantially equal; the spring washer 80 holds the shut-off member 66 a short distance from the seat 70 of Fig. 2. When pressure fluid is supplied to the engine 14 at the start thereof, some outlet fluid is allowed to pass through the chambers 38 and 40 so that the engine starts. When the motor 14 has begun to rapidly rotate the shaft 52, the balls 64 are forced radially outward in the grooves 60, and thanks to the inclined bottom surfaces 62, the balls force the plate 78 and the shut-off part 66 to the right in Fig. 2, so that the opening between the shut-off part and the seat 70 widens . As a result, the outlet flow is not stopped when the engine 14 operates at a speed higher than the idle speed or at a speed higher than approximately 10% of its maximum speed.

*Vid normal drift av verktyget 10, när motorn 14 är i vila ,och ventilen 20 är stängd, intar avstängníngsdelen 66 läget en- ligt fig. 2. När ventilen 20 förflyttas till det läge då den le- der tryckfluid genom passagen 22 till motorn 14, är initialflödet som medges av den lilla öppningen mellan avstängningsdolen 66 och sätet 70 tillräckligt för att motorn skall accelerera tillräck- 'ligt för att kulorna 64 skall tvinga avstängningsdelen till det helt öppna läget. Avstängningsdelen 66 kvarstannnr i det huvud- sakligen helt öppna läget med fjädern 72 sammanpressad, tills motorns 14 och drivaxelns S2 rotationshastighet sjunker till unge- fär 10 % av motorns fria eller obelastade hastighet. Denna redu- cerade hastighet sammanfaller normalt med det önskade högsta vrid- moment som av motorn kan avges till fästelementet som skall åt- dragas. När motorhastigheten sjunker till det ovannämnda tillstàn- det, tvingar fjäderns 72 förspänning kulorna 64 radiellt inåt i spåren 60 och övervinner de reducerade contrxfugalkrafter som ver- kar på kulorna, så att avstängningsdelcn rör sig mot sätet 70.* During normal operation of the tool 10, when the motor 14 is at rest, and the valve 20 is closed, the shut-off part 66 assumes the position according to Fig. 2. When the valve 20 is moved to the position where it conducts pressure fluid through the passage 22 to the motor 14, the initial flow allowed by the small opening between the shut-off dummy 66 and the seat 70 is sufficient for the motor to accelerate sufficiently for the balls 64 to force the shut-off member to the fully open position. The shut-off part 66 remains in the substantially completely open position with the spring 72 compressed, until the rotational speed of the motor 14 and the drive shaft S2 drops to about 10% of the free or unloaded speed of the motor. This reduced speed normally coincides with the desired maximum torque that can be delivered by the motor to the fastener to be tightened. As the engine speed drops to the above condition, the bias of the spring 72 forces the balls 64 radially inwardly into the grooves 60 and overcomes the reduced contrugugal forces acting on the balls, so that the shut-off member moves towards the seat 70.

När passage mellan avstängningsdelen 66 och sätet minskar med av- stängningsdelens rörelse, ökas trycket hos utloppsflniden i kam- 10 796962$~5 maren 38 jämfört med trycket í kammaren 40 och en tryckkraft pa flänsen 74 förmår avstängningsdelen att snabbt förflytta sig till anliggning med sätet under övervinnande av kraften frân fjäderbrickan 80. När utloppsflödet är helt avstängt stannar mo- torn 14 och tryckskíllnaden över motorn minskar snabbt, så att motorns utgående vridmoment reduceras väsentligen vare sig ven- tilen 20 är öppen eller stängd.As the passage between the shut-off member 66 and the seat decreases with the movement of the shut-off member, the pressure of the outlet face in the chamber 38 increases compared to the pressure in the chamber 40 and a compressive force on the flange 74 causes the shut-off member to move quickly into abutment with the seat. overcoming the force from the spring washer 80. When the outlet flow is completely shut off, the motor 14 stops and the pressure difference across the motor decreases rapidly, so that the output torque of the motor is substantially reduced whether the valve 20 is open or closed.

När ventilen 20 frigörs av handhavaren minskas trycket i sa- i utloppskammaren 38 på grund av läckflöde och ventílering genom den stängda ventilen 20. När trycket i kammaren 38 har sjunkit tillräckligt mycket, förflyttar fjäderbrickan 80 avstängningsdelen 66 bort från sätet 70 till det i fíg. 2 visade läget och avstängningsmekanismen är redo för ytterligare en ar- väl motorn 14 som betscykel hos verktyget TO.When the valve 20 is released by the operator, the pressure in the outlet chamber 38 is reduced due to leakage flow and ventilation through the closed valve 20. When the pressure in the chamber 38 has dropped sufficiently, the spring washer 80 moves the shut-off member 66 away from the seat 70 to the fig. 2 and the shut-off mechanism is ready for another ar- well motor 14 as the pick-up cycle of the tool TO.

Claims

t “§» v§e¿: -s Patentkrav

Fluid-driven tool (10) for pulling out threaded fasteners, comprising a housing (12, 26, 32), a fluid-driven motor (14) arranged in the housing, an outlet passage (38, 40) arranged in the housing for discharging outlet fluid from the engine to the outside of the housing and a valve body (66) which can be actuated partly to an open position for diverting outlet fluid through the outlet passage, partly to a closed position for blocking the flow of outlet fluid through the outlet passage so that the engine is stopped, rotatably driven part (58) of the motor (14), with the part (58) engaging centrifugal weights (64), which at the start of the motor move the valve body (66) to a completely open position to allow the outlet fluid to flow through the outlet passage (38 , 40), a first spring (72) arranged to move the valve body (66) towards the closed position, due to decreasing centrifugal force on the weights (64), due to the speed of the motor (14) falling below a predetermined minimum value, and a second spring (80) arranged to hold the valve body (66) in a partially open position to allow an initial flow of outlet fluid from the engine (14) at the start thereof.

2. A tool according to claim 1, characterized in that a control valve (20) arranged in a supply line (22) to the motor (14), which in a closed position ventilates pressurized fluid from the motor and that between the motor and the valve body (66 ) located outlet passage (38).

Tool according to claim 1 or 2, characterized in that the part (S8) comprises a plurality of substantially radial grooves (60) with inclined bottom surfaces (62), and that the centrifugal weights (64) consist of a plurality of spherical balls, which were and one is located in a groove (69) and, depending on the centrifugal force, moves radially outwards in the grooves so that the valve body (66) is moved to a completely open position.

A tool according to claim 3, characterized by a plate (78) which can be actuated between the valve body (66) and the balls (64), the second spring (80) having the shape of a spring washer which is arranged between s and in contact with the plate (78) and the valve body (66).

Tool according to any one of the preceding claims, characterized in that the housing (12, 26, 32) is formed with first and second smaller chambers (38, 40), which form part of the outlet passage, and a transverse wall surface (70) which in the first chamber (30) forms a valve seat, which in contact with the valve body (66) shuts off the outlet flow from the first chamber to the second chamber.

Tool according to claim 5, characterized in that the valve body (66) is provided with a pressure surface (74), which with increasing pressure in the first chamber (38) assists the first spring (72) with pressing the valve body. (66) for abutment against the valve seat (70).