SE515532C2

SE515532C2 - Pneumatic hand held nut tightening wrench, contains reverse valve for automatically switching motor between forwards and reverse operation

Info

Publication number: SE515532C2
Application number: SE9900871A
Authority: SE
Inventors: Erik Roland Rahm
Original assignee: Atlas Copco Tools Ab
Priority date: 1999-03-11
Filing date: 1999-03-11
Publication date: 2001-08-20
Also published as: SE9900871L; SE9900871D0

Abstract

The power tool housing (10) includes an air inlet channel, a reversible rotary motor with air intakes for forwards and reverse operation and an output shaft supporting a threaded work tool (19), a reverse valve for guiding compressed air into one of the air intakes in order to change the motor rotation direction, a coupling between the motor and output shaft for restricting rotation, and an activation mechanism for switching the reverse valve between forwards and reverse positions when the coupling is released. The reverse valve comprises a cylindrical valve chamber with a two side openings in communication with the forwards and reverse operation air intakes, and a valve body axially movable inside the chamber to block or expose the side openings in order to automatically switch the motor rotation direction between forwards and reverse operation.

Description

99701-000330 515 25 5 2 Ü - ~ ' och då en fullbordad expansion och fastlåsning av mutterstycket uppnåtts måste han stanna verktyget genom att stänga pådragsventilen, slå om reverseringsventilen till dess "back"-läge och återstarta verktyget för backdrift och urgängning av det gängade verktyget ur det installerade mutterstycket. Detta arbetssätt är ganska tidskrävande och resulterar i en låg produktionseffektivitet både i det korta perspektivet beroende på ett antal manuella verktygshanteringsoperationer och i det långa perspektivet beroende på stress hos operatören orsakad av dåliga ergonomiska förhållanden. 99701-000330 515 25 5 2 Ü - ~ 'and when a complete expansion and locking of the nut has been achieved, he must stop the tool by closing the tightening valve, switching the reversing valve back to its "back" position and restarting the tool for reverse operation and threading of the thread the tool from the installed nut. This approach is quite time consuming and results in a low production efficiency both in the short term due to a number of manual tool handling operations and in the long term due to stress on the operator caused by poor ergonomic conditions.

I GB 2 098 528 beskrivs en kraftmutterdragare avsedd för det ovan angivna ändamålet. Detta verktyg innefattar en automatisk reverseringsventil som via en aktiveringsmekanism styrs av en momentberoende utlösningskoppling på så sätt att då en önskad momentnivà uppnås under mutterstyckets installationsarbete reverseringsventilen ställs om av aktiveringsmekanism från "framåt"-läget till ”back”-läget.GB 2 098 528 describes a power nutrunner intended for the above purpose. This tool comprises an automatic reversing valve which is controlled via an actuating mechanism by a torque-dependent release coupling in such a way that when a desired torque level is reached during the nut piece installation work the reversing valve is switched by actuating mechanism from "forward" position to "back" position.

Reverseringsventilen består emellertid i detta kända verktyg av en dubbelverkande sätesventil som är mindre fördelaktig genom att dess täthet i ”framåt”-läget är mycket beroende på ett noggrant bestämt làsläge hos aktiveringsmekanismen. En mindre noggrann låsningsfunktion resulterar i ett läckage och ett luftflöde också i "back"- riktningen under ”framåt”-drift av verktyget och ett därav följande reducerat effektuttag från verktyget.However, in this known tool, the reversing valve consists of a double-acting seat valve which is less advantageous in that its density in the "forward" position is highly dependent on a precisely determined locking position of the actuating mechanism. A less accurate locking function results in a leakage and an air flow also in the "back" direction during "forward" operation of the tool and a consequent reduced power output from the tool.

Huvudändamàlet med uppfinningen är att åstadkomma en pneumatisk kraftmutterdragare som vid installation av uppstukbara mutterstycken inte bara kräver ett färre antal arbetsoperationer utan som innefattar en automatisk 99701-000330 ' 515 552 reverseringsventil som är mindre beroende av noggrannheten hos aktiveringsmekanismen.The main object of the invention is to provide a pneumatic power nutrunner which not only requires a smaller number of working operations when installing knurled nuts but which includes an automatic reversing valve which is less dependent on the accuracy of the actuating mechanism.

Lösningen av ovannämnda problem àstadkommes genom uppfinningen såsom den återges i patentkraven.The solution of the above problems is achieved by the invention as set out in the claims.

En föredragen utföringsform av uppfinningen beskrivs nedan i detalj under hänvisning till bifogade ritningar.A preferred embodiment of the invention is described below in detail with reference to the accompanying drawings.

Ritningsförteckning: Fig. 1 visar en sidovy av en kraftmutterdragare enligt uppfinningen.List of drawings: Fig. 1 shows a side view of a power nutrunner according to the invention.

Fig. 2a visar ett uppstukbart mutterstycke som är insatt i ett hål genom en tunn vägg men som ännu inte deformerats till sitt expanderade fastinstallerade läge.Fig. 2a shows a pluggable nut piece which is inserted into a hole through a thin wall but which has not yet been deformed to its expanded fixed-position.

Fig. 2b visar samma mutterstycke som i Fig. 2a men illustrerar mutterstycket i dess deformerade expanderade installerade läge.Fig. 2b shows the same nut piece as in Fig. 2a but illustrates the nut piece in its deformed expanded installed position.

Fig. 3 visar ett längdssnitt genom en del av mutterdragaren i Fig. 1 och illustrerar ”framåt”-läget hos reverseringsventilen.Fig. 3 shows a longitudinal section through a part of the nutrunner in Fig. 1 and illustrates the "forward" position of the reversing valve.

Fig. 4 visar samma snitt som Fig. 3 men illustrerar "back"- läget hos reverseringsventilen.Fig. 4 shows the same section as Fig. 3 but illustrates the "back" position of the reversing valve.

Kraftmutterdragaren som visas på ritningarna innefattar ett hus 10 med ett pistolhandtag 11, en anslutning 12 för en tryckluftledning samt en pàdragsventil manövrerad av en tryckknapp 13 pà handtaget 11. I huset 10 återfinns en pneumatisk reversibel rotationsmotor 15, en utgående axel 16 förbunden med motorn 15 via a reduktionsväxel (icke visad), samt en momentberoende utlösningskoppling 17. Den utgående axeln 16 är försedd med en chuck 18 för uppbärande av ett gängat verktyg 19.The power nutrunner shown in the drawings comprises a housing 10 with a gun handle 11, a connection 12 for a compressed air line and a tightening valve operated by a push button 13 on the handle 11. In the housing 10 there is a pneumatic reversible rotary motor 15, an output shaft 16 connected to the motor 15 via a reduction gear (not shown), and a torque-dependent release coupling 17. The output shaft 16 is provided with a chuck 18 for supporting a threaded tool 19.

Den beskrivna mutterdragaren är speciellt avsedd för installation av uppstukbara mutterstycken i tunnväggiga 99701-000330 515 552 konstruktioner, exempelvis paneler i flygplanskroppar.The described nutrunner is specially intended for installation of pluggable nut pieces in thin-walled 99701-000330 515 552 constructions, for example panels in aircraft fuselages.

Denna typ av mutterstycke, som illustreras i Fig. 2a och 2b, installeras genom deformation av en axiell kraft som appliceras med ett gängat verktyg 19 anslutet till en kraftmutterdragare. I Fig. 2a visas ett odeformerat mutterstycke 22 som är insatt genom ett häl 23 i en vägg 24. Mutterstycket 22 innefattar en gängad inre del 25, en tunnväggig rörformig och ihopstukbar mellandel 26, samt en yttre krage 27 för anliggning mot väggens 24 ytteryta och bestämning av det korrekta monteringsläget hos mutterstycket 22.This type of nut piece, illustrated in Figs. 2a and 2b, is installed by deforming an axial force applied with a threaded tool 19 connected to a power nutrunner. Fig. 2a shows an undeformed nut piece 22 which is inserted through a heel 23 in a wall 24. The nut piece 22 comprises a threaded inner part 25, a thin-walled tubular and collapsible intermediate part 26, and an outer collar 27 for abutment against the outer surface of the wall 24 and determining the correct mounting position of the nut 22.

I Fig. 2b visas ett mutterstycke 22 i sitt installerade uppstukade läge, varvid den rörformiga delen 26 har utsatts för en axiell kraft och stukats till en radiellt expanderad form. Genom denna deformering bildar den rörformiga delen 26 en ringformig skuldra som ingriper med den bakre eller inre ytan hos väggen 24 och åstadkommer tillsammans med kragen 27 en klämkraft pà väggen 24.Fig. 2b shows a nut piece 22 in its installed sprained position, the tubular part 26 being subjected to an axial force and sprained to a radially expanded shape. Due to this deformation, the tubular part 26 forms an annular shoulder which engages with the rear or inner surface of the wall 24 and together with the collar 27 provides a clamping force on the wall 24.

Denna installation av mutterstycket 22 àstadkommes genom följande steg: I) insättning av mutterstycket 22 i ett hál 23 i ett väggelement 24. Se Fig. 2a.This installation of the nut piece 22 is accomplished by the following steps: I) insertion of the nut piece 22 into a slider 23 in a wall element 24. See Fig. 2a.

II) Ingängning av ett gängat verktyg 19 i den gängade delen 25 med hjälp av en mutterdragare och applicering av ett àtdragningsmoment via verktyget 19 tills den rörformiga delen 26 kollapsar och bildar en klämvulst mot den bakre sidan hos väggen 24.II) Threading a threaded tool 19 into the threaded part 25 by means of a nutrunner and applying a tightening torque via the tool 19 until the tubular part 26 collapses and forms a clamping bead against the rear side of the wall 24.

III) Reversering av rotationen hos mutterdragaren för att fä det gängade verktyget 19 att gå ur mutterstycket 22 och därigenom lämna mutterstycket 22 i sitt fast installerade läge relativt väggen 24. 99701-000330 5 1 5 2 För att undvika rotation av mutterstycket 22 under momentpàläggningen innefattar chucken 18 en yttre icke- roterande hylsa 20 som är försedd med en ringformig kontaktyta 28 för friktionsanliggning mot kragen 27 hos mutterstycket 22. Friktionsingreppet förstärks lämpligen med tänder 29 utskurna i kontaktytan 28. Se Fig. 1.III) Reversing the rotation of the nutrunner to cause the threaded tool 19 to exit the nut 22 and thereby leave the nut 22 in its fixed position relative to the wall 24. 99701-000330 5 1 5 2 To avoid rotation of the nut 22 during torque application includes the chuck 18 has an outer non-rotating sleeve 20 which is provided with an annular contact surface 28 for friction abutment against the collar 27 of the nut piece 22. The friction engagement is suitably reinforced with teeth 29 cut out in the contact surface 28. See Fig. 1.

För anpassning av mutterdragaren till denna specifika arbetsuppgift har den försetts med en reverseringsventil 30 som är automatiskt omställbar mellan ett ”framàt”-läge och ett ”back”-läge. I sitt ”framàt”-läge riktar reverseringsventilen 30 tryckluft fràn en inloppskanal 31 i huset 10 till en första inloppsport 32 hos motorn 15, och i sitt ”back”-läge riktar reverseringsventilen 30 tryckluft fràn inloppskanalen 31 till en andra luftinloppsport 33 hos motorn 15. Genom omställning av reverseringsventilen 30 fràn sitt ”framàt”-läge till sitt ”back”-läge ändrar motorn 15 rotationsriktning från ”framåt” till "back".To adapt the nutrunner to this specific task, it has been fitted with a reversing valve 30 which is automatically switchable between a "forward" position and a "back" position. In its "forward" position, the reversing valve 30 directs compressed air from an inlet duct 31 in the housing 10 to a first inlet port 32 of the motor 15, and in its "back" position the reversing valve 30 directs compressed air from the inlet duct 31 to a second air inlet port 33 of the motor 15 By switching the reversing valve 30 from its "forward" position to its "back" position, the motor 15 changes the direction of rotation from "forward" to "back".

Reverseringsventilen 30 innefattar i stort ett koppformigt ventilelement 35 uppvisande en öppen ände 36 riktad mot luftinloppskanalen 31 och en tvärstàende vägg 37 försedd med ett antal genomgående öppningar 38. Ventilelementet 35 är tätande styrt i en cylindrisk ventilkammare 34 som uppvisar en radiell öppning 39 för kommunikation med den första inloppsporten 32, och en andra radiell öppning 40 för kommunikation med den andra luftinloppsporten 33.The reversing valve 30 generally comprises a cup-shaped valve element 35 having an open end 36 directed towards the air inlet duct 31 and a transverse wall 37 provided with a number of through openings 38. The valve element 35 is sealingly guided in a cylindrical valve chamber 34 having a radial opening 39 for communication with the first inlet port 32, and a second radial opening 40 for communication with the second air inlet port 33.

För att få reverseringsventilen 30 att ställa om fràn sitt ”framàt”-läge till sitt ”back”-läge är Ventilelementet 35 axiellt uppstött av en axiell förskjutbar aktiveringsstàng 42 som sträcker sig på ett tidigare känt sätt genom motorn 15 och reduktionsväxeln hos mutterdragaren till samverkan med kopplingen 17. Ventilelementet 35 är belastat av 99701-000330 515 2 šf-fïzf: tryckluften i inloppskanalen 31 till anliggning mot aktiveringsstàngen 42.To cause the reversing valve 30 to switch from its "forward" position to its "back" position, the valve element 35 is axially supported by an axially displaceable actuating rod 42 which extends in a previously known manner through the motor 15 and the reduction gear of the nutrunner for cooperation. with the coupling 17. The valve element 35 is loaded by 99701-000330 515 2 šf-fïzf: the compressed air in the inlet duct 31 to abut against the actuating rod 42.

Utlösningskopplingen 17 som är av en tidigare känd typ och beskriven i exempelvis US-patentet 5,201,374, innefattar en drivande kamring 44 ansluten till reduktionsväxeln, ett antal momentöverförande kulor 45 samt en tryckring 46 axiellt belastad av en fjäder 48. Kopplingen 17 innefattar dessutom ett tvärgàende förskjutbart spärrelement 49 som är försett med en axiellt riktad öppning 50 och som samverkar med ett antal aktiveringskulor 51 för att förskjutas radiellt vid utlösning av kopplingen 17. Aktiveringsstàngen 42 har pà känt sätt en skuldra 43 med vilken den är axiellt uppstödd pä spärrelementet 49 före urkopplingen av kopplingen 17, men dä urkopplingsmomentnivàn uppnäs i kopplingen 17 förskjuts spärrelementet 49 radiellt och ansatsen 43 förlorar sitt stöd pà spärrelementet 49 och aktiveringsstàngen 42 faller ner i öppningen 50 mot verkan av en àterställningsfjäder 51. Detta medför i sin tur att ventilelementet 35 förlorar sitt axiella stöd av aktiveringsstàngen 42 och ställs om till sitt "back"-läge genom verkan av tryckluften i inloppskanalen 31.The release clutch 17, which is of a prior art type and described in, for example, U.S. Patent 5,201,374, includes a driving cam ring 44 connected to the reduction gear, a plurality of torque transmitting balls 45 and a thrust ring 46 axially loaded by a spring 48. The clutch 17 further includes a transverse displaceable locking element 49 which is provided with an axially directed opening 50 and which cooperates with a number of actuating balls 51 to be displaced radially upon release of the coupling 17. The actuating rod 42 has in a known manner a shoulder 43 with which it is axially supported on the locking element 49 before disengagement of the coupling 17, but when the disengagement torque level is reached in the coupling 17, the locking element 49 is displaced radially and the shoulder 43 loses its support on the locking element 49 and the actuating rod 42 falls into the opening 50 against the action of a reset spring 51. This in turn causes the valve element 35 to lose its axial support of the actuating rod 42 and set to ti ll its "back" position by the action of the compressed air in the inlet duct 31.

Mutterdragaren startas genom intryckning av pàdragsventilens knapp 13, varigenom tryckluft släpps in i inloppskanalen 31. Det förutsätts här att det inte är nàgon belastning pà den utgående axeln 16 och att aktiveringsstàngen 42 och spärrelementet 49 är àterställda sà att ansatsen 43 pà aktiveringsstàngen 42 vilar mot spärrelementet 49. I detta läge är ventilelementet 35 uppstött via sin tvärstàende vägg 37 pà aktiveringsstàngen 42 och intar sitt yttre läge sàsom illustreras i Fig. 3. I detta läge riktas den tryckluft som strömmar in genom inloppskanalen 31 via öppningarna 38 i den tvärstàende väggen 37 till motorns 15 ”framåt”-port 32 via öppningen 39. Luftflödet illustreras med pilar i Fig. 3 och 4. .99701-000330 För den fortsatta beskrivningen av mutterdragarens arbetssätt förutsätts att ett gängat verktyg 19 är anslutet till den utgående axeln 16 och är infört i mutterstycket 22 för samverkan med den gängade delen 25 hos mutterstycket 22. Då mutterdragaren startas som beskrivs ovan, àtdrages mutterstycket 22 successivt under plastisk deformation av den rörformiga delen 26 och utbildande av en klämvulst på baksidan av väggen 24. När den rörformiga delen 26 är helt deformerad och åtdragningsmomentet ökar under uppbyggnaden av klämkraften på väggen 24 når kopplingen 17 sin utlösningsmomentnivà. Detta innebär att det uppstår en relativrotation mellan de drivna och drivande delarna hos kopplingen 17, varvid spärrelementet 49 aktiveras av en av aktiveringskulorna 51 och förskjuts radiellt. Detta resulterar i att ansatsen 43 på aktiveringsstången 42 förlorar sitt stöd på spärrelementet 49 och faller ner genom öppningen 50. Denna axialrörelse hos aktiveringsstàngen 42 resulterar i en framåtrörelse hos reverseringsventilens element 35 under verkan av lufttrycket i inloppskanalen 31. Detta resulterar i sin tur i att den radiella öppningen 39 övertäcks av ventilelementet 35 och att luftflödet genom öppningarna 38 till motorns 15 ”framåt”-port 32 blockeras. Istället avtäcker ventilelementet 35 öppningen 40 för att därigenom låta tryckluft strömma in till motorns 15 ”back”-port 33.The nutrunner is started by depressing the tightening valve button 13, whereby compressed air is let into the inlet duct 31. It is assumed here that there is no load on the output shaft 16 and that the actuating rod 42 and the locking element 49 are reset so that the shoulder 43 on the actuating rod 42 49. In this position, the valve member 35 is abutted via its transverse wall 37 on the actuating rod 42 and assumes its outer position as illustrated in Fig. 3. In this position, the compressed air flowing in through the inlet duct 31 through the openings 38 in the transverse wall 37 is directed to the motor "forward" port 32 via the opening 39. The air flow is illustrated by arrows in Figs. 3 and 4. .99701-000330 For the further description of the operation of the nutrunner, it is assumed that a threaded tool 19 is connected to the output shaft 16 and is inserted in the nut piece 22 for co-operation with the threaded part 25 of the nut piece 22. When the nut puller is started as described above , the nut piece 22 is gradually tightened during plastic deformation of the tubular part 26 and formation of a clamping bead on the back of the wall 24. When the tubular part 26 is completely deformed and the tightening torque increases during the build-up of the clamping force on the wall 24 This means that a relative rotation occurs between the driven and driving parts of the coupling 17, whereby the locking element 49 is activated by one of the activating balls 51 and displaced radially. This results in the shoulder 43 on the actuating rod 42 losing its support on the locking element 49 and falling down through the opening 50. This axial movement of the actuating rod 42 results in a forward movement of the reversing valve element 35 under the action of the air pressure in the inlet duct 31. This in turn results in the radial opening 39 is covered by the valve element 35 and that the air flow through the openings 38 to the "forward" port 32 of the engine 15 is blocked. Instead, the valve element 35 covers the opening 40 to thereby allow compressed air to flow into the "back" port 33 of the engine 15.

Motorn 15 växlar nu rotationsriktning och börjar rotera i backriktningen. Se Fig 4. Vid denna automatiska ventilomställning och växling av rotationsriktningen hos motorn 15 lossgängas verktyget 19 och utdrages från mutterstycket 22 varvid mutterdragaren frikopplas från mutterstycket 22.The motor 15 now changes direction of rotation and begins to rotate in the reverse direction. See Fig. 4. In this automatic valve changeover and change of the direction of rotation of the motor 15, the tool 19 is loosened and pulled out of the nut piece 22, whereby the nut puller is disengaged from the nut piece 22.

Så länge pådragsventilen hålls öppen och tryckluft tillföres inloppskanalen 31 dominerar tryckluften som verkar på ventilelementet 35 över kraften hos .99701-000330 515 53?- àterställningsfjädern 51 så att ventilelementet 35 och aktiveringsstàngen 42 hålls i sina främre lägen. Se Fig. 4.As long as the actuating valve is kept open and compressed air is supplied to the inlet duct 31, the compressed air acting on the valve element 35 dominates over the force of the reset spring 51 so that the valve element 35 and the actuating rod 42 are kept in their forward positions. See Fig. 4.

Då pàdragsventilen stängs och lufttrycket på ventilelementet 35 upphör trycker emellertid àterställningsfjädern 51 aktiveringsstången 42 och ventilelementet 35 bakåt så att dessa återintar sina ”framåt”-lägen såsom illustreras i Fig. 3. Spärrelementet 49 är därmed i stånd att återinta sitt uppstödningsläge för aktiveringsstången 42. Mutterdragaren är nu återställd för ytterligare installationsarbete av mutterstycken.However, when the actuating valve closes and the air pressure on the valve member 35 ceases, the reset spring 51 pushes the actuating rod 42 and the valve member 35 backward so that they reintroduce their "forward" positions as illustrated in Fig. 3. The locking member 49 is thus able to reintroduce its actuating rod support position 42. The nutrunner is now restored for further installation work of nut pieces.

Genom den automatiska reverseringsfunktionen hos mutterdragaren enligt uppfinningen är installationsproceduren för mutterstycken förenklad ur operatörens synvinkel eftersom det inte krävs någon speciell verktygshantering t.ex en tröttsam manövrering av pàdragsventilen och en separat reverseringsventil för att uppnå losskoppling av mutterdragaren från det installerade mutterstycket. Detta innebär ett snabbare installationsarbete och mindre operatörsinsats.Due to the automatic reversing function of the nutrunner according to the invention, the installation procedure for nuts is simplified from the operator's point of view as no special tool handling is required such as a tedious actuation of the tightening valve and a separate reversing valve to disconnect the nutrunner from the installed nut. This means faster installation work and less operator effort.

Claims

99701-000330 515 532 É-ï * Éfïí ° -t, »~ 'l' * Batentkrayi

Pneumatic power nutrunner with automatic reversing for installation of blind nuts, comprising a housing (10) with an air inlet duct (31), a reversible rotary motor (15) having a first inlet port (32) for "forward" operation, a second inlet port (33 ) for "back" operation, a reversing valve (30) for alternative connection of the air inlet duct (31) to said first inlet port (32) and said second inlet port (33), a torque limiting coupling (17), and one with the coupling (17) connected actuating mechanism (42,43,49,50,5l) for switching the reversing valve (30) between a "forward" position and a "backward" position, characterized in that the reversing valve (30) comprises a cylindrical valve chamber (34 ) with a first side opening (39) connected to said first inlet port (32) and a second side opening (40) connected to said second inlet port (33), and a valve element (35) sealingly controlled in the valve chamber (34) and functionally connected to mentioned actuating mechanism (42,43,49,50,51), the valve element (35) being arranged to cover said first side opening (39) and cover said second side opening (40) during adjustment by means of the activating mechanism (42,43,49,50, 51) from said "forward" position to said "back" position in case of overload of the clutch (17).

Power nutrunner according to claim 1, characterized in that the valve element (35) is substantially cup-shaped and has a transverse wall (37), and that said transverse wall (37) is provided with one or more through-openings (38) whereby connection between the air inlet duct (31) and said first side opening (39) .99701-000339 515 532 §§ = §ff§ ° -._, - '"10 is present when the valve element (35) assumes said" forward "position.

Power nutrunner according to claim 2, characterized in that the actuating mechanism (42,43,49,50,51) comprises a release latch (49, 50, 51), and one coaxially extending with the motor (15) and the clutch (17) actuating rod (42) which with one end abuts against said release latch (49, 50, 51) and which with its other end cooperates with the transverse wall (39) of the valve element (35).