SE468707B - Kraftverktyg foer tvaastegsdragning av skruvfoerband - Google Patents

Description

4 O\ CC) \-'I co sa 2 vanligt att använda momentgivare eller andra momentkännande signalorgan för att initiera avbrytande av det första åtdragningssteget.

Ett problem som föreligger vid kraftverktyg för tvåstegsdragning är att då de används vid mycket styva skruvförband, dvs skruvförband med en mycket brant momenttillväxt i förhållande till rotationsvinkeln eller tiden, förorsakar tröghetsmomentet hos verktygets roterande delar ett momentöverskott som t.o.m. överstiger den önskade slutliga momentnivån vilken ju är avsedd att uppnås med det andra åtdragningssteget. Detta beror på den höga rotationshastigheten under det första åtdragningssteget och den plötsliga och mycket branta momenttillväxten i skruvförbandet. Även vid verktyg där drivmotorn bromsas elektriskt då tröskelmomentnivån nås för att därigenom absorbera den återstående rörelseenergin hos de roterande delarna uppstår ändå ett momentöverskott, ty styrsystemet och motordrivningen reagerar inte tillräckligt snabbt för att undvika tröghetskrafternas inverkan på den momentnivå som åstadkommes vid det första åtdragningssteget.

En lösning på detta problem skulle kunna vara att införa en moment- och hastighetsberoende utlösningskoppling i verktygets krafttransmission, dvs. en koppling som är inställd för att utlösa och begränsa kraftöverföringen vid tröskelmomentnivån under det första, höghastighetssteget men att inte lösa ut under det andra, låghastighetssteget.

Ett verktyg som innefattar en koppling av denna typ beskrivs i US patent nr 4,88l,435. 468 707 Detta tidigare kända verktygskoncept medför emellertid ett annat problem nämligen införandet av mekaniska organ som är utsatta för mekaniskt slitage vilket har en negativ inverkan på momentnoggrannheten och verktygets livslängd. Detta koncept kräver också ett signalavgivande organ för att initiera kraftavstängning då kopplingen löser ut. Sådana signalprocuerande organ är mekaniskt kopplade till kopplingen och komplicerar verktyget på ett oönskat sätt.

Huvudändamålet med uppfinningen är att skapa ett kraftverktyg för tvåstegsdragning av skruvförband vilket verktyg innefattar organ för att initiera avstängning i förhållande till att en momentrelaterad signal når förutbestämda gränsvärden som representerar en momenttröskelnivå resp. en slutlig momentnivå och som innefattar säkerhetsorgan för att förhindra överdragning av mycket stumma förband.

Ett annat syfte med uppfinningen är att skapa ett kraftverktyg för tvåstegsdragning av skruvförband i vilket båda stegen styrs i förhållande till att en signal når förutbestämda gränsvärden som representerar en momenttröskelnivå resp. en önskad slutlig momentnivå och i vilket är anordnad en mekanisk säkerhetskoppling av utlösningstyp för att vid mycket stumma skruvförband begränsa det avgivna momentet under det första åtdragningssteget till en säkerhetsnivå som ligger klart under den slutliga momentnivån.

Detta ändamål uppnås genom uppfinningen såsom den definieras i patentkraven. -!> CO 4 En föredragen utföringsform av uppfinningen beskrivs nedan i detalj med hänvisning till bifogade ritning.

Ritningsförteckning: Fig 1 visar schematiskt ett kraftverktyg med kraftförsörjningsorgan enligt uppfinningen.

Fig 2 visar ett längdsnitt genom en koppling som ingår i verktygets krafttransmission. Kopplingen visas i sitt höghastighetsläge.

Fig 3 visar ett snitt liknande det i Fig 2 men visar kopplingen i sitt låghastighetsläge.

Fig 2 och 3 innefattar schematiska illustrationer av kopplingständerna.

Fig 4 visar ett diagram som illustrerar tvåstegsdragning utförd på ett vekt eller normalt skruvförband.

Fig 5 visar ett diagram av ett åtdragningsförlopp utfört med ett konventionellt verktyg på ett mycket stumt förband.

Fig 6 visar ett diagram som illustrerar en åtdragningsprocess utförd med ett kraftverktyg enligt uppfinningen på ett mycket stumt förband.

Såsom visas i Fig 4 påbörjas tvåstegsåtdragningen av ett vekt eller normalt skruvförband med ett höghastighets-/ lågmomentsteg avsett att föra skruvförbandsdelarna stadigt tillsammans och att åstadkomma en initial förspänning av förbandet. Detta åstadkommas genom 5 påförandet av ett moment upp till en tröskelnivå T1 varvid krafttillförseln till åtdragningsverktyget stängs av. Beroende på en viss mängd rörelseenergi som återstår i verktygets roterande delar uppstår emellertid ett mindre momentöverskott 61. Efter ett kort stillestånd återstartas verktyget för det andra låghastighet- /högmomentsteget. Verktyget börjar rotera då det avgivna momentet hos verktyget når nivån hos det initialt installerade momentet T1 + 61. Vid målmomentet T2 avbryts krafttillförseln till verktyget,men beroende på en viss återstående rörelseenergi i verktygets roterande delar uppstår ett momentöverskott 62. Detta överskott G2 är litet eftersom rotationshastigheten under det andra åtdragningssteget är låg.

Om samma åtdragningsverktyg med samma arbetskarakteristik emellertid används vid ett mycket stumt skruvförband, dvs. ett skruvförband som har en mycket brant momenttillväxt i förhållande till rotationsvinkeln, kommer den höga nedgängningshastigheten i kombination med en abrubt tillväxt av momentmotståndet i skruvförbandet att resultera i ett stort tröghetsmomentrelaterat momenttillskott 61 som sträcker sig bortom tröskelnivåns kraftavstängningspunkt T1. Se Fig 5. Detta ytterligare momenttillskott 61 är tillräckligt stort för att föra det installerade momentet t.o.m. bortom det önskade målmomentet T2 med ett överskott 62. Resultatet blir alltså ett oönskat momentöverskott 62 som uppstår redan under det första åtdragningssteget.

Verktyget som visas i Fig 1 är en elektrisk driven vinkelmutterdragare 10 som är ansluten till ett elnät via “s CK CI» CD \:1 6 en spänningsomvandlare 11. Mutterdragaren 10 innefattar en borstlös elektrisk rotationsmotor (icke visad) som förses med elektrisk energi från spänningsomvandlaren 11 via en manöverbrytare styrd av en på verktygshuset 28 lagrad tangent 12. Spänningsomvandlaren 11 är anordnad att avge en växelspänning av varierbar frekvens och spänning för åstadkommande av den önskade arbetskarakteristiken hos mutterdragaren 10.

Spänningsomvandlaren 11 innefattar en AC/DC likriktare 14 som är ansluten till en växelspänningsbildande transistorbrygga 15 via ett strömavkännande organ 16. Det senare är anordnat att avge en signal som återspeglar likspänningens strömstyrka och som är direkt proportionell mot det avgivna momentet från mutterdragarens motor och utgående axel 17.

Spänningsomvandlaren 11 innefattar också ett första momentinställningsorgan 18 genom vilket avges en referenssignal som motsvarar momenttröskelnivân. Ett kompareringsorgan 19 är anordnat att jämföra den momentåterspeglande signalen från det strömavkännande organet 16 med denna referenssignal och att avge en avstängningsinitierande signal till ett elektroniskt styrorgan 20 då den momentåterspeglande signalen är lika med referenssignal.

Ett andra momentinställningsorgan 22 är anordnat att avge en referenssignal som motsvarar den önskade slutliga momentnivån avsedd att uppnås genom det andra åtdragningssteget. Ett kompareringsorgan 23 är anordnat att jämföra den signal som återspeglar det avgivna momentet med den signal som motsvarar det slutliga momentet och har inställts på momentinställningsorganet JB- (YR (f) \'! CT) '\ J 7 22 samt att avge en avstängningssignal till styrorganet 20.

Det elektroniska styrorganet 20 innefattar en programerbar mikrodator genom vilken operationsdata hos skruvdragarmotorn bestäms, exempelvis rotationshastighet, avgivet moment, start- och stoppkarakteristika mm.

Den ovan givna beskrivningen av spänningsomvandlaren 11 är endast schematisk, och eftersom uppfinningen inte är speciellt relaterad till spänningsomvandlaren själv anser vi en mer detaljerad beskrivning därav onödig. Tvärtom är spänningsomvandlaren som är lämplig för detta ändamål av en typ som är kommersiellt tillgänglig under typbeteckningen Tensor CC och som marknadsförs av Atlas Copco.

Mutterdragaren 10 innefattar en mekanisk krafttransmission för sammankoppling av motorn med den utgående axeln 17. Denna krafttransmission innefattar en koppling 30 som är anordnad att fungera enligt två skilda arbetssätt beroende på den aktuella rotationshastigheten.

Såsom framgår av Fig 2 och 3 innefattar kopplingen 30 en ingående axel 31 ansluten till motorn, en planetreduktionsväxel 32, och en utgående axel 33. Den senare är utformad som en planethjulshållare och uppbär ett antal planethjul 34. Solhjulet hos planetväxeln 32 bildas av tänder 36 skurna på den ingående axeln 31, under det att den yttre kuggkransen 37 är ett separat ringelement som är roterbart lagrat i verktygshuset 28 medelst ett kullager 38.

På sin ena ände är kuggkransen 37 försedd med ett antal snedställda tänder 39 vilka samverkar med kulor 40 som är ms Ch Co CD \J 8 axiellt fjäderbelastade av fjädrar 41 mot kuggkransen 37.

På sin motsatta sida är kuggkransen 37 försedd med ett antal rektangulära tänder 43 vilka är anordnade att samverka med motsvarande utformade rektangulära tänder 44 på en låsring 45. Den senare är axiellt rörlig men rotationslåst i huset 28 via splines 46. En tryckfjäder 47 belastar låsringen 45 mot ett ingreppsläge med kuggkransen 37. Två centrifugalvikter 48, 49 är svängbart monterade på öron 50, 51 på den ingående axeln 31 för att utöva en axiell omställningskraft på låsringen 45 mot tryckkraften hos fjädern 47. För detta ändamål är centrifugalvikterna 48, 49 utformade med fingrar 52, 53 för överföring av den hastighetsrelaterade kraften som verkar på vikterna 48, 49 till låsringen 45 via ett trycklager 54 av nåltyp monterat på låsringen 45.

I kopplingens 30 höghastighetsläge, illustrerat i Fig 2, är centrifugalverkan på vikterna 48, 49 tillräckligt stor för att övervinna tryckkraften från fjädern 47 och åstadkomma en axiell förskjutning av låsringen 45. Därvid förskjuts de raka rektangulära tänderna 44 hos den senare ut ur ingrepp med tänderna 43 hos kuggkransen 37, vilket innebär att den senare inte längre är formbundet låst mot rotation relativt verktygshuset 28. Se Fig 2. Kuggkransen är nu förhindrad att rotera endast genom ingreppet mellan de snedställda tänderna 39 och de fjäderbelastade kulorna 40. Detta förhållande råder tills det överförda momentet och därmed reaktionsmomentet på kuggkransen 37 uppnår en nivå där fjädrarna 41 inte längre kan motstå den kraft som utövas av de lutande tänderna 39 på kulorna 40. över denna nivå förskjuts tänderna 39 hos kuggkransen förbi kulorna 40 och det överförda momentet begränsas därigenom till säkerhetsnivån Ty -!>~ C,~\ OO Q CÜ *<1 I kopplingens låghastighetsläge, illustrerat i Fig 3, överstiger inte centrifugalverkan på vikterna 48, 49 fjäderns 47 tryckkraft, vilket innebär att låsringen 45 förblir i sitt kuggkransen 37 låsande läge. I detta arbetsläge är kopplingen inte i stånd att lösa ut och begränsa det överförda momentet eftersom kuggkransen 37 är formbundet låst relativt huset 28 genom de rektangulära tänderna 44, 43 och splines 46.

Vid skruvförbandsåtdragning ansluts mutterdragaren 10 å ena sidan till ett skruvförband genom en mutterhylsa monterad på den utgående axeln 17 och å andra sidan till en elektrisk kraftkälla via spänningsomvandlaren 11. Ãtdragningsoperationen börjar då manövertangenten 12 pressas in av operatören och en startsignal sänds till styrenheten 20. Enligt det program som finns i styrorganet påbörjas nu det första, höghastighetssteget.

Då skruvförbandet gängats ned och de delar som avses sammanpressade av förbandet förts tillsammans till stadig kontakt med varandra börjar momentmotståndet i förbandet att öka och når mycket snabbt momenttröskelnivån T1. Detta indikeras av kompareringsorganet 19 som avger en avstängningssignal till styrorganet 20 då den momentåterspeglande signalen som produceras i strömavkänningsorganet 16 är lika med den förinställda referenssignalen som av avges av det första momentinställningsorganet 18. Det första åtdragningssteget är därmed avslutat. Är emellertid det för åtdragning avsedda skruvförbandet mycket stumt, dvs. har en mycket brant momenttillväxt i förhållandet till tiden eller rotationsvinkeln, uppnås momentröskelnivån T, mycket plötsligt utan att de .Läs Cj\ C723 (I) ~<| 10 roterande delarna hos mutterdragaren 10 har hunnit bromsas ned från deras höga hastighet under nedgängningsfasen. Detta innebär att de roterande delarnas tröghetsmoment tenderar att förlänga åtdragningsrörelsen hos förbandet inte bara förbi tröskelnivåns avstängningspunkt T1 men också förbi den avsedda slutliga momentnivån T2 med ett överskott 62. Se Fig 5.

I sådana fall förhindras mutterdragarens 10 roterande delar av kopplingen 30 från att förorsaka oönskade överskott på det slutliga momentet, ty i kopplingens 30 höghastighetsläge, illustrerat i Fig 2, har centrifugalvikterna 48, 49 förskjutit låsringen 45 till dess kuggkransen 37 frikopplande läge. I detta läge hos låsringen 45 kan kuggkransen 37 sålunda rotera i huset 28 när den förinställda ingreppskraften mellan de lutande tänderna 39 och kulorna 40 överskrids. Denna ingreppskraft är inställd att motsvara mutterdragarens avgivna momentnivå ca. 20 % under den avsedda slutliga momentnivån Ta, vilket innebär att om den kinetiska energin hos mutterdragarens roterande delar är tillräckligt stor för att förorsaka en förlängd rotation förbi tröskelnivån T1 kommer kopplingen 30 att lösa ut och begränsa det avgivna momentet till en säkerhetsnivå TS som gott och väl understiger den önskade slutliga momentnivån. Å andra sidan är säkerhetsmomentnivån TS inställd gott och väl ovanför tröskelnivån T1 för att tillförsäkra att kopplingen 30 inte löser ut i andra fall än då ett mycket stumt förband föreligger.

Kopplingen 30 fungerar alltså som ett säkerhetsorgan som träder i kraft endast i de fall då de för åtdragning avsedda skruvförbanden har en mycket brant moment- -F> ON OO \~3 '3 ”<1 ll /rotationskarakteristik. I alla andra fall förblir kopplingen inaktiv, vilket innebär att utlösningsorganen, dvs. de lutande tänderna 39 och kulorna 40, inte utsätts för något mekaniskt slitage.

Efter ett avslutat första åtdragningssteg, oavsett om det inbegriper utlösning av kopplingen 30 eller inte, påbörjas det andra åtdragningssteget. Se Fig 4.

Rotationshastigheten överstiger nu inte den nivå vid vilken centrifugalvikterna 48, 49 kan förskjuta låsringen 45 mot fjäderns 47 verkan och därigenom möjliggöra utlösning av kuggkransen 37. Detta innebär att kopplingen 30 förblir i sitt fastlåsta låghastighetsläge såsom illustreras i Fig 3 för att möjliggöra åtdragning till den önskade slutliga momentnivân T2.

Det andra åtdragningssteget avbryts då den momentåterspeglande signalen från strömavkänningsorganet 16 är lika med referenssignalen som avges av det andra momentinställningsorganet 22, varvid en kraftavstängningssignal sänds från jämförelseorganet 23 till styrorganet 20.

I det ovan beskrivna exemplet avkänns den aktuella utgående momentnivån hos mutterdragaren av ett strömavkänningsorgan 16 anordnat i likspänningskretsen hos spänningsomvandlaren ll. Det kan emellertid påpekas att uppfinningen är lika väl tillämpbar då spänningsomvandlaren är ansluten till ett externt momentavkänningsorgan, exempelvis en momentgivare monterad på mutterdragaren.

Det är också viktigt att notera att baskonceptet hos uppfinningen inte är begränsat till utföringsformer med 12 kopplingar med två arbetssätt och med en centrifugalviktsmanövrerad låsring. Låsringen kan lika väl manövreras av en elektromagnet ansluten till styrenheten på så sätt att låsringen hålls upplyft i sitt kopplingsutlösande läge så länge motorhastigheten överstiger en viss nivå. Hastighetsavkänning øch solenoid-aktivering utförs då helt i spänningsomvandlaren.

Claims (3)

13 Patentkrav

1. Kraftverktyg för tvåstegsdragning av skruvförband genom ett första höghastighetssteg för åtdragning av skruvförbandet till en förutbestämd momenttröskelnivå (T1) och ett andra låghastighetssteg för åtdragning av skruvförbandet till en önskad slutmomentnivå (T2), kraftverktyget (10) innefattar en rotationsmotor, en utgående axel (17), en mekanisk krafttransmission för sammankoppling av motorn med utgående axeln (17), och krafttillförselorgan (11) anslutna till motorn, signalproducerande organ (16) för avgivande av en signal som återspeglar verktygets (10) avgivna moment, samt organ (19, 23) för jämförelse av nämnda momentåterspeglande signal med förutbestämda gränsvärden motsvarande nämnda momenttröskelvärde (T1) och nämnda slutliga momentnivå (Ta) och för att avge kraftavstängningssignaler då nämnda momentåterspeglande signal uppnår nämnda gränsvärden,å k ä n n e t e c k n a d a v att nämnda krafttransmission innefattar en moment- och hastighetsberoende utlösningskoppling (30) anordnad å ena sidan att begränsa det avgivna momentet hos verktyget under nämnda första höghastighetssteg till en säkerhetsmomentnivå (TS) belägen under nämnda slutmomentnivå (T2) i de fall då tröghetsrelaterade momentöverskott väsentligen överstiger nämnda momenttröskelnivå (T1) och å andra sidan att överföra ett obegränsat moment under det andra låghastighetssteget.

2. Kraftverktyg enligt kravet 1, k ä n n e t e c k n a d a v att kopplingen (30) innefattar en kuggkrans (37) ingående i en planetreduktionsväxel (32), vilken kuggkrans (37) är \1 cv \1 14 roterbart anordnad i verktygshuset (28), ett fjäderbelastad kamorgan (39, 40) för överföring till verktygshuset (28) av det på kuggkransen verkande reaktionsmomentet för att därigenom utlösbart förhindra rotation av kuggkransen (37) vid momentnivåer under nämnda säkerhetsmomentnivå (TS), samt ett hastighetsberoende lâsorgan (45) anordnat att formbundet låsa kuggkransen (37) mot rotation i verktygshuset (28) vid rotationshastigheter under en viss nivå.

3. Kraftverktyg enligt kravet 2, k ä n n e t e c k n a d a v att nämnda lâsorgan (45) innefattar ett centrifugalkraftstyrd aktíveringsorgan (48, 49) och en fjäderbelastad låsring (45) som är förskjutbar av nämnda aktiveringsorgan (48, 49) mot verkan av nämnda fjäderkraft från ett kuggkransen (37) läsande läge till ett kuggkransen (37) frigivande läge.