SE469604B - Hastighetsregulator foer ett pneumatiskt kraftverktyg - Google Patents

Description

469 604 2 åstadkomma en god dynamisk rotorbalansering vid användning av dessa tidigare kända turbiner och regulatorkonstruktioner.

I ett annat tidigare känt patent GB 727,649 beskrivs en luftturbin av aktíonstyp vilken är försedd med ett övervarvsskydd som istället för mekaniska hastighetsberoende organ kopplade till turbinhjulet använder en styrtrycksaktiverad inloppsventil för att reducera inloppsflödet vid en viss hastighetsnivå. I denna kända anordning utvinns styrtrycket emellertid från ett andra medium som transporteras av en pump kopplad till turbinen, vilket arrangemang drastiskt reducerar möjliga tillämpningar av turbinens styrorgan till just pumpdrivningar. Ändamålet med föreliggande uppfinning är att åstadkomma en förbättrad hastighetsregulator för ett luftturbindrivet kraftverktyg där ovannämnda problem vid tidigare känd teknik undvikes. Uppfinningen avser i synnnerhet att åstadkomma en hastighetsregulator för en luftturbin där en ventil för styrning av luftinloppsflödet aktiveras av ett styrtryck som härrör från drivluftflödet utan att omfatta några medroterande mekaniska organ vilka skulle kunne omintetgöra turbinhjulets dynamiska balansering.

Andra karaktäristiska särdrag och fördelar framgår av patentkraven.

En föredragen utföringsform av uppfinningen beskrivs nedan i detalj.

Ritningförteckning: 469 604 Fig 1 visar en delvis skuren sidovy av ett luftturbindrivet verktyg innefattande en hastighetsregulator enligt uppfinningen.

Fig 2 visar schematiskt hastighetsregulatorn enligt uppfinningen innefattande en illustration av tryckluftflödet genom turbinmunstyckena och regulatorventilen.

Fig 3 visar ett axialsnitt genom hastighetsregulatorventilen enligt uppfinningen. Ventilen visas i sitt stängda läge.

Fig 4 visar samma snitt som Fig 3 men åskådliggör ventilen i sitt fullt öppna läge.

Fig 5 visar ett diagram som illustrerar förändringen i styrtrycket vid förändrad rotationshastighet.

Fig 6 visar ett diagram som illustrerar sambandet mellan lufttrycket uppströms regulatorventilen och det styrtryck som verkar på den senare vid en viss hastighetsnivå.

I Fig 1 visas en pneumatisk vinkelslipmaskin vilken innefattar ett hus 10 försett med två handtag 11, 12, en utgående axel (icke visad) som uppbär en slipskiva 13 i form av en navrondell samt ett sprängskydd 14 för slipskivan.

Ett av handtagen 11 innefattar verktygets tryckluftinloppskanal 16, en inloppsventil (icke visad) styrd medelst en tangent 17 samt en ledningsanslutning 18 för en trycklufttillförselledning. 469 694 Verktyget innefattar vidare en motor i form av en luftturbin 20 av aktionstyp, en regulatorventilenhet 21 och reduktionsväxel (icke visad) som förbinder turbinen 20 med den utgående axeln.

Turbinen 20 består av ett turbinhjul 22 monterat på en axel 23 och försedd med en periferiell rad av blad 24, samt ett antal munstycken 25 för riktning av drivtryckluft mot turbinhjulets blad 24 för att därigenom rotera turbinhjulet 22 runt en axel 26. En luftmatníngskanal 27 sträcker sig mellan regulatorventilen 21 och munstyckena 25, och ett separat tomgångsmunstycke 28 kommunicerar direkt med inloppskanalen 16 uppströms regulatorventilen 21 via en kanal 29. Se Fig 2. En avloppsluftkanal 30 sträcker sig från turbinhjulet 22 till en utlopps- och ljuddämparkammare 31 som kommunicerar med atmosfären genom ett antal öppningar 32.

Motsatt tomgångsmunstycke 28 och nedströms turbinhjulet 22 är anordnat en tryckavkänningsöppning 34 som genom en styrtryckskanal 35 kommunicerar med regulatorventilenheten 21.

Regulatorventilenheten 21 innefattar ett hus 36 som är tätande monterat i huset 20 och ett lock 37 försett med inloppsöppningar 38 och ett trådnätsgaller 39.

Regulatorhuset 36 är utformat med två cylindriska borrningar 41, 42 av olika diametrar i vilka är styrda ett ventilelement 43 respektive en aktiveringskolv 44. En tryckfjäder 45 verkar mellan regulatorhuset 36 och en tryckring 46 som stöder mot aktiveringskolven 44 via en O-ring 47. Den senare täcker en tryckavlastningsöppning 469 604 5 48 som sträcker sig genom kolven 44 och fungerar som en säkerhetsventil i händelse av brott på fjädern 45.

Volymen mellan kolven 44 och regulatorhuset 36 står i förbindelse med atmosfären genom en öppning 40.

Borrningen 41 i regulatorhuset 36 har ett antal sidoöppningar 49 som bildar del av luftmatningskanalen 27 och som styrs av ett rörformigt kjolparti 50 på ventilelementet 43. Detta kjolparti har ett antal radiella öppningar 51 som är placerade på ett avstånd från kjolpartiets 50 ände som är större än öppningarnas 49 axiella utsträckning. Detta tillförsäkrar att öppningarna 49 är helt täckta av kjolpartiet 50 då ventilelementet 43 intar sitt stängda läge såsom visas i Fig 3.

I verktygets driftläge tillförs tryckluft genom inloppskanalen 16 genom öppning av inloppsventilen medelst tangenten 17. Då luftflödet har passerat gallret 39 och öppningarna 38 delas luftflödet i två separata flöden av vilka ett inträder i kjolpartiet 50 hos regulatorns ventilelement 43 medan det andra fortsätter genom kanalen 29 förbi regulatorventilen 21 och vidare fram till tomgångsstycket 28. Se Fig 2. Beroende på fjäderns 45 verkan på ventilelementet 43 intar detta sitt stängda läge under startmomentet. Det luftflöde som lämnar tomgångsmunstycket 28 passerar emellertid genom turbinhjulets blad 24 och får turbinhjulet 22 att börja rotera. Till följd av en initialt låg rotationshastighet kommer tomgångsflödet att träffa tryckavkänningsöppningen 34 och generera ett styrtryck i kanalen 35. Se Fig 2.

Detta resulterar i en kraft som byggs upp på aktiveringskolven 44, vilken kraft är tillräckligt stor för att förflytta ventilelementet 43 till öppet läge mot 469 604 6 som verkar på ventilelementet 43. Huvudflödet som nu inträder i ventilelementets kjolparti 50 passerar igenom de radiella öppningarna 51 som nu är placerade i linje med öppningarna 49 i regulatorhuset 36 fortsätter genom matningskanalen 27 och når huvudmunstyckena 25. Detta får turbinhjulet 22 att accelerera och mycket snabbt nå den avsedda arbetshastigheten.

Då rotationshastigheten hos turbinhjulet 22 ökar kommer tomgångsflödet genom turbinhjulsbladen 24 att ändra riktning så att större delen av det träffar avloppskanalen 30 direkt och trycket i tryckavkänningsöppningen 34 minskar. Detta innebär att det styrtryck som verkar på kolven 44 inte längre förmår att hålla ventilelementet 43 i fullt öppet läge mot den sammanlagda kraften av fjädern 45 och inloppstrycket utan tillåter ventilelementet 45 att röra sig i stängningsriktningen. Öppningarna 51 hos ventilelementet 43 kommer därigenom att förflytta sig från full överensstämmelse med öppningarna 49 i regulatorhuset 36 så att flödet genom luftmatningskanalen 27 stryps.

Det skall emellertid förstås att för den avsedda hastighetsnivån uppnås ett balansläge hos ventilelementet 43 som innebär att luftmatningsflödet till huvudmunstyckena 25 är tillräckligt stort för att just upprätthålla turbinhjulets rotationshastighet vid den avsedda nivån.

Då turbinhastigheten tenderar att sjunka beroende på en ökad momentbelastning på den utgående axeln hos verktyget kommer flödet från tomgångsmunstycket 28 att ändra riktning och förorsaka ett ökat tryck i tryckavkänningsöppningen 34 vilket genererar en ökad "x 469 604 7 styrtrycksbelastning på aktiveringskolven 44 liksom på ventilelementet 43. Resultatet blir en mindre rörelse av ventilelementet i dettas öppningsriktning och en påföljande ökning av flödet till huvudmunstyckena 25.

I Fig 5 illustreras förhållandet mellan rotationshastigheten n och det åstadkomna styrtrycket Pc i tryckavkänningsöppningen 34.

Det önskade arbetsvarvtalet nnmotsvarar ett styrtryck Pc = P,.

I Fig 6 illustreras funktionen hos ventilbelastningsfjädern 45. Det är av yttersta vikt för åstadkommande en tillfredställande funktion hos regulatorventilen 21 att det är en direkt proportionalitet mellan den kraft som utövas på ventilelementet 43 av inloppstrycket Pi och den kraft som åstadkommas av stryrtrycket Pc som verkar på kolven 44.

Den övre kurvan i diagrammet visar en situation då fjäder saknas, under det att den undre kurvan visar en situation med en fjäder monterad. Det framgår av diagrammet att huvuddelen av den lägre kurvan illustrerar en direkt proportionalitet eftersom kurvan kan extrapoleras genom origo hos diagrammet. Skillnaden mellan de två kurvorna illustrerar kraften F som utövas av fjädern 45 på aktiveringskolven 44.

För att öka säkerheten mot felfunktion hos regulatorventilen 21 i händelse av brott på fjädern 45 är 0-ringen 47 anordnad att frilägga tryckavlastningsöppningen 48 som ett resultat av ett avbrutet anliggningstryck av tryckringen 46. Då öppningen 48 friläggs kommer styrtrycket från kanalen 35 att 469 604 8 evakueras genom öppningen 40 och kolven 44 förblir P inaktiv. Ventilelementet 43 kommer då att kvarhållas i sitt fullt stängda läge av kraften hos inloppstrycket som = råder i kanalen 16, varvid turbinen 20 kommer att roteras endast av flödet genom tomgångsmunstycket.

Rotationshastigheten kommer då inte att nå upp till den avsedda driftnivån.

Claims (5)

469 604 Patentkrav

1. Hastighetsregulator för ett pneumatiskt kraftverktyg innefattande ett hus (10) med en tryckluftinloppskanal (16), en roterande utgående axel, en luftturbin (20) innefattande ett turbinhjul (22) som är drivkopplat till nämnda utgående axel samt ett eller flera luftmunstycken (25) i huset (10) för riktning av drivluft mot nämnda turbinhjul (22), varvid varvtalsregulatorn innefattar ett ventilelement (43) anordnat att styra tryckluftflödet genom inloppskanalen (16) samt ett ventilelementet (43) aktiverande kolvorgan (44) påverkat av ett hastighetsberoende styrtryck, k ä n n e t e c k n a d a v ett separat tomgångsmunstycke (28), en kanal (29) för ett tomgångsluftflöde vilket sträcker sig från nämnda inloppskanal (16) till nämnda tomgångsmunstycke (28), en styrtryckskanal (35) samt en tryckavkänningsöppning (34) vilken är placerad i huvudsak motsatt nämnda tomgångsmunstycke (28) nedströms turbinhjulet (22), varvid nämnda styrtryckskanal (35) förbinder nämnda tryckavkänningsöppning (34) med nämnda kolvorgan (44) för att förmå nämnda kolvorgan (44) att aktivera nämnda ventilelement (43) i beroende av det hastighetsberoende styrtrycket som råder i nämnda tryckavkänningsöppning (34).

2. Regulator enligt kravet 1, k ä n n e t e c k n a d a v att nämnda kolvorgan (44) är belastat mot sitt inaktiva läge av ett fjäderorgan (45), och att nämnda ventilelement (43) under verktygets drift är balanserat mellan inloppstrycket uppströms om regulatorn och en av styrtrycket genererad kraft som verkar på kolvorganet (44) minus den tryckkraft som 469 604 10 utövas av fjäderorganet (45).

3. Regulator enligt kravet 2, k ä n n e t e c k n a d a v att nämnda inloppskanal 16 innefattar ett cylindriskt parti (41) med en eller flera sidoöppningar (49), att nämnda ventilelement (43) är förskjutbart styrt i nämnda parti (41) för styrning av luftflödet genom nämnda en eller flera sidoöppningar (49) i förhållande till det hastighetsberoende styrtrycket.

4. Regulator enligt kravet 3, k ä n n e t e c k n a d a v att nämnda ventilelement (43) innefattar ett kjolparti (50) försett med en eller flera radiella öppningar (51) vilka är anordnade att sammanfalla med nämnda sidoöppningar (49) då ventilelementet (43) intar sitt fullt öppna läge, varvid öppningarna (51) är placerade på ett avstånd från nämnda kjolpartis (50) fria ände som är större än sidoöppningarnas (49) axiella utsträckning.

5. Regulator enligt kravet 2, k ä n n e t e c k n a d a v att nämnda kolvorgan (44) innefattar en säkerhetsventil (46-48) som är fjäderbelastad mot ett normalt stängt läge av nämnda fjäderorgan (45) men är anordnad att automatiskt öppna för avlastning av nämnda styrtryck som verkar på nämnda kolvorgan (44) i händelse av brott på nämnda fjäderorgan (45).