CN102756139B - 岩心钻机、钻机工具组合以及相关工具组合的用途 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种钻机，具体涉及一种手持岩心钻机，以及一种钻机工具组合，其具有带有电机(38)的驱动器(36)，其可耦接至工具主轴(64)以便驱动后者，其中，所述驱动器(36)实现了至少第一传动级(46)和第二传动级(48)，具有用于安装导向钻(24)的中心安装座(78)并具有用于安装钻头(18)的工具安装座(76)，其中，所述钻头(18)和所述导向钻(24)可彼此基本上同心安装，其中，所述导向钻(24)，特别是为了钻取导向孔，可借助于所述第一传动级(46)在第一转速范围内被驱动，且其中所述钻头(18)，特别是为了钻取岩心孔，可借助于所述第二传动级(48)在第二转速范围内被驱动。

Description

岩心钻机、钻机工具组合以及相关工具组合的用途
技术领域
本发明涉及一种钻机，特别是一种手持岩心钻机(hand-heldcoredrillingmachine)、钻机工具组合以及这类钻机的使用。
背景技术
岩心钻进(coredrilling)是众所周知的。在岩心钻进中，岩心钻(也称为钻头)绕待钻孔的材料的钻孔岩心而加工基本环形槽。特别是，在大的钻孔直径和钻孔深度的情况下，由于不是所有的钻孔横截面都必须加工，所以岩心钻进的生产率特别高。岩心钻进一般广泛地用于建筑工业，例如，在砖石、混凝土或岩石中钻孔。
为了钻取特别大的岩心孔，岩心钻进应用或岩心钻机通常耦接至固定于工件的立柱或框架。由于钻台的目的是确保钻取操作期间的充分导向，且还可设有手动或电机(马达)驱动的馈进驱动器。此外，钻台可吸收或支撑钻取期间产生的逆扭矩，所述逆扭矩处于与驱动扭矩相反的方向上。因此，可大大减轻操作员所承受的负担，且可显著降低岩心钻被堵塞的危险。
立式岩心钻机的缺点是，固定和设置立柱所需的时间长。因此，可能的是，例如，立柱必须通过多个螺钉连接固定到砖石中，然后须手动预先钻孔。
为了钻取岩心孔，特别是具有相对小尺寸的岩心孔，还可手动导向或手动握持岩心钻进工具。为了提高钻机操作期间的导向性，可提供工具，在这种情况下，用于钻取钻孔岩心的钻头耦接至中心钻，以钻取中心孔或导向孔。在这种情况下，与岩心钻头相比，中心钻通常朝向待钻取的工件偏移，并且因此其尖端可仅在钻取操作开始的时候穿过工件，无需钻头与工件之间的任何显著的接合。在这种情况下，中心钻的直径比钻头的直径小。以此方式，虽然在工件中引入两个同心孔，但是，中心钻取操作能够可用来提高在手握岩心钻进的情况下的导向性。
例如，从DE102009040513A1中已知一种岩心钻机。这是具有空心钻杆(hollowdrillingshaft)的岩心钻机，其可被设置为通过驱动单元进行转动。岩心钻机还被设计为保持钻头和中心钻。这已经示为，当用钻头钻取岩心孔时，中心钻可提高岩心钻机的导向性。
岩心钻进也用于金属加工。然而，例如，由于在金属中形成岩心孔通常须比在砖石中形成岩心孔具有更高的精度，最初使用在钻台导向的主要岩心钻进工具。在金属工件的情况下，这样的立柱例如可通过磁力或借助于负压力来固定。此外，最近，已经实现了在金属中进行的手持岩心钻进的工具。在这种情况下，给钻头的对中提出了特殊要求，以便防止钻头“跑偏”。“跑偏”孔会导致工具堵塞或甚至断裂的趋势增加。此外，由于其不符合必要的精度，所以所产生的不能使用的孔的可能性会增加。
发明内容
在这种背景下，本发明的目的是，公开一种钻机，其实现了快速且生产率高的岩心孔钻取(特别是在金属工件中)，同时具有高的精度。此外，钻机的操作将尽可能地容易。此外，还将公开用于钻取岩心孔的该类钻机的使用。
通过根据本发明的钻机(特别是手持岩心钻机)实现了该目的，所述钻机具有带有电机的驱动器，其可耦接至工具主轴以便驱动后者，其中，所述驱动器实现了至少第一传动级和第二传动级，所述钻机包括用于安装导向钻的中心安装座且具有用于安装钻头的工具安装座，其中，所述钻头和所述导向钻能够彼此基本同心地被安装，其中，具体地为了钻取导向孔，所述导向钻能够通过所述第一传动级在第一转速范围内被驱动，并且其中，具体地为了钻取岩心孔，所述钻头能够通过所述第二传动级在第二转速范围内被驱动。
以此方式实现本发明的目的。
具体地，根据本发明，当钻取岩心孔时，现在能够以第一工具转速预先钻取用于对中的导向孔，且能够以第二工具转速钻取实际的岩心孔。这确保了在钻取期间钻机的良好的导向性。此外，第一传动级使得以更高转速驱动导向钻，从而对中操作不会导致大幅延长钻取操作所花费的时间。
此类岩心钻机特别适合在金属中引入岩心孔。
第一传动级可为导向钻定期提供第一转速范围，原理上，实现了比第二传动级更高的工具转速，这为转头提供第二转速范围。在这种情况下，转速可例如分别与导向钻和钻头的直径匹配。因此可容易地实现适当的切割速度，这既适于导向钻(特别是在钻取导向孔时)，也与钻头匹配(例如当钻取岩心孔时)。
以适当的工具转速操作相应的(零件)工具，可有助于提高工具的使用寿命，有助于对钻取期间的热量产生具有有利的影响，且有助于减少摩擦。可整体提高钻机的性能。在钻取岩心孔时，钻机在导向孔上的导向性可以可靠地有助于防止工具“跑偏”或降低跑偏。能够以尺寸精确的方式产生岩心孔。
为了提供所述至少一个第一传动级和至少第二传动级，驱动器可具有例如适当的齿轮机构。然而，驱动器同样可设有对电机的适当控制，所述控制影响电机的特性，使得工具主轴可在不同转速范围内被驱动。在这个意义上，驱动器也可具有例如“虚拟”齿轮机构。
这样的“虚拟”齿轮机构可使得例如电机的场绕组以定向方式被影响。在这种情况下，例如，可接通或断开场绕组，或选择性地反向该场绕组的部分的极性，以便影响电机的特性。因此，可出现实现齿轮机构功能的不同的转速-扭矩的特性曲线。这些特性曲线可例如彼此偏移，特别地，在转速-扭矩图中可平行移动，或具有不同梯度。特别的是，具有不同梯度的转速-扭矩特性曲线在其效果方面可对应于例如变速机构的不同级。此外或作为一种替代，电机的励磁电压可变化，以便影响驱动特性。原理上，励磁电压在频率、绝对量级的方面或在信号曲线方面可变化。此外，励磁电压的脉冲宽度调制是可能的。
应当补充的是，可将导向钻和钻头间接或直接地安装在工具主轴上。特别的是，例如，钻头本身可具有用于导向钻的中心安装座的至少一部分，或反之亦然，导向钻可提供用于钻头的工具安装座的一部分。原理上，钻头和导向钻可被理解为一体工具，其中导向钻和钻头耦接在一起。同样可能的是，导向钻和钻头设置为分离(部分)工具，并经由钻机间接地将它们耦接。
根据本发明的其它方面，钻机还具有切换装置，其与驱动器相互作用，并被构造为用于选择性地至少在中心钻构造或岩心钻构造中操作驱动器，其中，在中心钻构造中，至少导向钻能够以第一传动级被驱动，且其中，在岩心钻构造中，至少钻头能够以第二传动级被驱动。
以此方式，钻取操作可例如在中心钻构造中开始。例如，为了确保良好的导向性，当导向钻已经穿入工件足够深时，可将钻机转变为岩心钻构造。
原理上，可由操作员手动进行第一传动级和第二传动级之间的这样的驱动“切换”。可替换地或另外地，可自动发生“切换”。
切换装置还可有助于简化或加速钻进操作。可特别有效地操作钻机，特别地，甚至在没有其它手动控制动作的情况下。
根据其它改进，驱动器具有齿轮机构，特别是机械齿轮机构，其连接在电机和工具主轴之间，且其提供第一传动级中的第一传动比以及第二传动级中的第二传动比。
齿轮机构可被构造为例如机械齿轮机构，其具有至少一个齿轮组。然而，在原理上，同样也可设置摩擦齿轮机构、射流齿轮机构(fluidicgearmechanism)等。齿轮机构同样可被构造为虚拟齿轮机构，在这种情况下，特别地，能够以适当方式影响电机的特性。
齿轮机构的形式可以是例如变速齿轮机构、传动齿轮机构或其组合。变速齿轮机构可具有能够以不同传动比激励的至少一个输出。在其基本构造中，传动齿轮机构可具有多个输出，其在原理上可同时提供多个传动比。
进一步优选的是，齿轮机构具有至少第一输出和第二输出，所述输出可以选择性地耦接至工具主轴，以便被旋转地驱动，其中，第一输出分配至第一传动级，且其中，第二输出分配至第二传动级。
因此，齿轮机构可为导向钻提供第一传动级，并为钻头提供第二传动级。在原理上，这可以同时发生。
类似地，例如，可适当地打开或关闭第一输出或第二输，或例如，封锁(block)第一输出或第二输出，以便分别选择性地在第一转速范围或第二转速范围内驱动钻头或导向钻。
特别的是，当第一输出被第二输出封锁时，可以简单的方式封锁齿轮机构或驱动器。这样的“齿轮机构止挡件”可用于例如断开堵塞的钻孔工具。
根据该改进的发展，工具主轴具有可相对与彼此转动的第一主轴部分和第二主轴部分，其中，第一主轴部分可耦接至第一输出和导向钻，且其中，第二主轴部分可耦接至第二输出和钻头。
以此方式，原理上，可同时提供中心钻构造和岩心钻构造。因此，齿轮机构可作为例如传动齿轮机构，其在驱动输出上永久地提供两个转速。导向钻以高转速穿入工件。能够以适当低转速来驱动钻头。
在该构造中，原理上，齿轮机构无需在中心钻构造和岩心钻构造之间切换。钻机的操作可被大大简化。
然而，原理上也可能的是，将第一主轴部分或第二主轴部分选择性地分别连接至齿轮机构的第一输出或第二输出，或者将其断开。因此，对于钻机，可实现其它应用可能性和操作模式。
根据本发明的其它方面，切换装置具有至少一个联轴器，其被设计为将至少导向钻或钻头耦接至工具主轴，使得它们旋转地选择性地被驱动或将其断开。
切换装置可以是齿轮机构的结构部分，或至少间接或直接地被功能地耦接至其上。
联轴器可具有不同构造。其可理解为刹车、阻片(barrier)、飞轮等。联轴器可经由压配合(forcefit)、摩擦配合、形状配合与待耦接的元件相互作用，或与待耦接的元件适当组合。
根据本发明的其它改进，钻机具有控制装置，其被设计为根据钻机的操作状态将驱动器选择性地转换为中心钻构造或岩心钻构造。
为此，控制装置可例如以适当方式与切换装置相互作用。
根据该改进的发展，控制装置耦接至至少一个传感器，特别是力传感器、行程传感器或撞击检测器。
因此，在原理上，钻机可根据钻孔进程以自动化方式从中心钻构造转换为岩心钻构造。
力传感器可被设计为，例如，感测操作人员引入的进给力。力已经超过特定阈值或下降低于特定阈值的这个事实可用作转换操作的触发器。
行程传感器可被设计为感测导向钻在工件中的钻进深度。因此，例如，当导向钻的钻进深度足以使钻机被适当地引导时，钻机可转换为岩心钻构造。
撞击检测器可被设计为例如感测钻头何时与工件接触。该接触可触发用于切换驱动器的切换脉冲。
其它传感器是容易可行的。因此，例如，驱动器的各种状态变量可用作其载荷的指示。对钻孔工具(例如导向钻或钻头)上的扭矩进行间接或直接测定是可能的，以便感测钻头或导向钻已经接触或已经接合。在此基础上，可随后触发切换操作。
也优选的是，可能的是，例如，在已经进行了钻取操作之后，将钻机从岩心钻构造转换为中心钻构造。以此方式，钻机可用于新的钻取操作，而无需任何其它准备。
不言而喻的是，相对于借助于控制装置的切换来说，此外或可替代的是，切换装置的手动启动也是可能的。此外，切换装置可被设计为选择性地以自动模式或手动模式被操作。
钻机的灵活性可进一步增加。特别的是，熟练的操作人员可手动操作切换装置。熟练的操作人员可将切换操作的触发留给控制装置。
根据本发明的其它方面，至少导向钻或钻头以相对于工具主轴的纵向可移动方式被安装。
然而，工具主轴可被构造为其选择性地旋转地驱动导向钻或钻头。
以纵向可移动方式安装钻头或导向钻，可将这些用作“传感器”，并例如根据其轴向位置来触发切换装置。
此外，可根据其轴向位置来启动(activate)或停止(deactivate)通过工具主轴对导向钻或钻头进行的旋转驱动。也可能使用例如钻头的轴向运动，以便选择性地开启(接通，switchon)或关闭(断开switchoff)导向钻。可替换地或另外地，可例如根据导向钻的轴向位置来开启或关闭钻头。
根据该改进的发展，钻头相对于工具主轴的相对运动切换导向钻的至少一个联轴器。
因此，特别地，钻头的接合可使导向钻停止。以此方式，钻机可从中心钻构造转换为岩心钻构造。
应注意，特别地，在特别深的岩心孔的情况下，导向孔无须与岩心孔一样深。然而浅得多的导向钻进深度可确保钻机的良好导向性。如果导向钻在达到足够导向深度之后停止，则可加速钻取操作，原因在于，基本上整个驱动力可用于钻头。同样，可增加特别是导向钻的使用寿命，因为现在导向钻的接合少得多。
“停止”可以理解为意味着使导向钻与通过工具主轴进行的旋转驱动断开。然而，导向钻相对钻头的轴向运动也可防止导向钻进一步穿入待钻孔的工件中。然而在这种情况下，导向钻仍然可被工具主轴旋转地驱动。
根据本发明的其它方面，用于导向钻的至少一个止挡元件被设置在中心钻构造中，所述止挡元件限制导向钻相对工具主轴的纵向移动。
因此，当进行钻取导向孔时，基本上整个进给力可作用于导向钻上。可避免导向钻的轴向位移。
根据该改进的发展，钻头相对于工具主轴的纵向移动选择性地断开或接合导向钻的至少一个止挡元件。
因此，钻头可容易地停止(deactivate，去激励)导向钻。“停止”可使得例如导向钻缩进该工具主轴中或可使导向钻断开，不被工具主轴旋转驱动。
止挡元件可以是例如球、辊、棘爪等的形式。至少一个止挡元件可至少以压配合或形状配合的方式与导向钻相互作用。
根据本发明的其它方面，提供了至少一个弹簧元件，其产生在中心钻构造的方向上作用在至少导向钻或钻头上的回复力。
弹簧元件可通常理解为预加载元件。弹簧元件可以使得，例如在已经进行了钻取操作之后，钻机自动从岩心钻构造转换为中心钻构造。
此外，弹簧元件在原理上也可有助于通过移动导向钻而将钻孔岩心从钻头中顶出。
特别优选的是，具有根据上述方面之一的钻机的钻机工具组合，所述钻机工具组合具有包括导向钻和钻头的工具，其中，导向钻和钻头可彼此同心安装，且其中，特别的是，导向钻安装在钻头上，其中，导向钻和钻头可被选择性地旋转地驱动，其中，特别是为了钻取导向孔，导向钻可在第一转速范围被驱动，其中，特别是为了钻取岩心孔，钻头可在第二转速范围内被驱动，且其中，特别地，至少导向钻或钻头以纵向可移动方式安装在工具主轴上。
根据本发明的其它实施方案，提供了适配器，其被设计为安装在工具主轴上且具有用于卡紧导向钻的第一钻安装座，并具有用于卡紧钻头的第二钻安装座，且在导向钻被卡紧时，适配器根据第一钻安装座的启动来启动第一传动级，且在钻头被卡紧时，适配器在第二钻安装座被启动时启动第二传动级。
在这种情况下，适配器可有利地具有用于卡紧导向钻的第一钻安装座的第一适配器块，以及具有用于卡紧钻头的第二钻安装座的第二适配器块，其中，根据紧固至工具主轴的适配器块是哪一个适配器块，来启动第一或第二传动级。
也可通过用于特别是在金属工件中钻取岩心孔的钻机工具组合来实现本发明的目的，其中，基本上在第一转速范围内钻取导向孔，且基本上在第二转速范围内钻取岩心孔，且其中，当钻取岩心孔时，导向钻保留在导向孔中。
最后，通过包括导向钻和钻头与上述类型的钻机的工具组合的使用来实现本发明的目的。
通过这样的使用，可特别在手持岩心钻机的情况下实现工具的良好导向性。特别是在钻机在此时无需停止的情况下，可随后继续进行钻取操作。
不言而喻的是，在不脱离本发明的范围的情况下，本发明的上述特征以及以下要解释的那些特征不仅可用于各个情况下给定的组合，而且也可用于其它组合或单独使用。
附图说明
可参照附图并通过以下多个优选示例性实施方案来集中本发明的其它特征和优点，其中:
图1示出根据本发明的具有用于岩心钻进的工具的钻机的侧视图；
图2示出根据图1的钻机的第一构造的简化示意图；
图3示出根据本发明的钻机的齿轮机构的截面；
图4示出根据图3的齿轮机构的透视图，其中省略了外壳；
图5示出相对于中心钻构造中的图3的改进的齿轮机构的截面；
图6示出根据岩心钻进构造中图5的齿轮机构；
图7示出根据图6的齿轮机构的沿线Ⅶ-Ⅶ的剖视图；
图8示出根据图6的齿轮机构沿线Ⅷ-Ⅷ的截面；
图9a、9b示出在钻取导向孔期间的根据图1的钻机的另一个构造的一个高度简化的示意图。
图10a-10c示出在钻取导向孔期间的根据图1的钻机的另一个构造的另一个高度简化的示意图。
图11a-11d示出在钻取导向孔和岩心孔期间根据图1的钻机的另一个构造的另一个高度简化的示意图。
图12示出在岩心钻进操作之后根据图11a-11d的钻机的简化示意剖面图。
图13示出用于紧固在工具主轴上的适配器，其具有用于卡紧导向钻的第一适配器块(图13a)和用于卡紧钻头的第二适配器块(图13b)，并且用于根据所使用的适配器块控制传动比。
具体实施方式
钻机示于图1并以10总体表示。钻机10是手持岩心钻机形式。可由操作员使用手持岩心钻机，钻取岩心孔等，无需单独的导向装置，例如框架、立柱或钻台。因此，可在短时间内以高生产率来产生岩心孔。
钻机10具有外壳12，其容纳例如电机和齿轮机构(未在图1中示出)。设于外壳12的工具端部的是工具安装座14，其在目前的情况下具有套管16。例如，可通过移位、转动或组合移动的方式，在脱离位置和卡紧位置之间移动套管16。在卡紧位置处，工具安装座14被设计为将工具17安装至钻机10并将其固定至钻机10。在脱离位置处，可将工具17从工具安装座14上移除。此外，例如，可将其它工具17提供至工具安装座14。
在目前的情况下，工具17形成为岩心钻进工具。工具17具有钻头18，其设有基本转动对称的支撑物20和切割区22。支撑物20被构造为例如杯状形式，并在其工件侧圆周边缘具有切割区22。切割区22可具有例如锯齿。切割区22可设有切割装置，特别是磨蚀(abrasive，砂轮)切割装置。可替换地或另外地，切割区22的片形崩刃(segment-liketipping)是可能的。锯齿、尖端或切割装置可特别设计为用于加工或分割金属。
与钻头18同心，工具17具有导向钻24。导向钻24被设计为钻取中心孔或导向孔，以便在钻取岩心孔期间导向钻机10。可基本上由钻头18的切割区22的直径Dk和钻头18的支撑物20的自由深度T减去端面的壁厚来获取岩心孔的尺寸。导向钻24具有直径Dp。导向钻24可以例如螺旋钻的形式。导向钻24可以金属钻的形式，特别是当在金属工件中钻取岩心孔时。
在钻取期间，特别是在金属中进行钻取期间，已知的是切割速度，即，工具和工件之间的相对速度对于切割能力、工具使用寿命、热量产生等非常重要。切割速度对于特别是在切割钻取时的切屑的形成具有相当大的影响。用于选择适当切割速度的标准可以具体是工具材料或待钻孔的工件的材料。在给定的切割速度下，可根据工具直径确定适当的工具转速。然而，在用钻头18和导向钻24进行岩心钻进期间，有两个直径DK、DP，其通常彼此相差很大。钻头18的直径DK例如相对于导向钻24的直径DP的比例可为2:1、3:1、5:1或甚至是10:1。因此，可有利的是，使钻头18的转速和导向钻24的转速之间的比例以相同方式彼此成反比。以此方式，能够以至少类似的切割速度来操作导向钻24和钻头18。
例如，当钻头18和导向钻24的切割区22的材料(特别是其切割材料)彼此不同时，可偏离钻头18和导向钻24的直径和转速或切割速度的比例之间的“刚性”反比例关系。然而，可通常优选的是，在钻取期间，以高于钻头18的转速来驱动导向钻24。为此目的，原理上，以下更加详细地描述的不同构造是合适的。
图1中的钻机10还具有手柄区26a、26b，借助于此，操作人员可安全地握住钻机10，且其可在钻取(例如在岩心钻进期间)导向它。双手柄握持和导向可在手持岩心钻机的情况下特别有利，例如为了吸收在钻取期间产生的任何逆扭矩。
安装在后手柄区26a上的是开关28，经由此开关，可以选择性地启动或关闭钻机10。也在图1中示出的是线30，其可连接至例如电源接头，以便供应电能。钻机10原理上可具有电驱动器。气动或液压驱动器也是可能的。
在外壳12上还设置有开关32，其可耦接至例如齿轮机构。通过启动开关32，操作人员可为工具17预选不同的传动比，且具体地，能够以第一传动级操作导向钻24并以第二传动级操作钻头18。
在图2中，以高度简化的示意和符号的方式示出钻机10。钻机10的外部结构可对应于例如图1中的构造。
钻机10被设计为在工件34中钻取岩心孔。在这种情况下，其可具体为金属工件。钻机10具有驱动器36，其可容纳在例如参见图1的外壳12中。
驱动器36可包括电机38，其可提供旋转驱动运动，参见标记40指示的箭头。驱动器36还具有齿轮机构42，其可被电机38驱动。齿轮机构42具有驱动小齿轮44，电机38可耦接至驱动小齿轮。
驱动小齿轮44可耦接至第一传动级46和第二传动级48。在这种情况下，第一传动级46用于驱动导向钻24，参见虚线箭头46、46’。第二传动级48耦接至钻头18，以驱动钻头18，参见箭头48和空心(框形，block)箭头48’。图2也示意地示出，第二传动级48可使电机38的驱动运动40降得更多(相比于第一传动级46)。
换言之，齿轮机构42被设计为将电机38的驱动运动40选择性地转换为导向钻24以第一转速绕纵轴50的转动，参见52指示的箭头。此外，齿轮机构42被设计为，将电机38的驱动运动40选择性地转换钻头18以第二转速绕纵轴50的转动，参见54指示的箭头。在这种情况下，第一转速52原理上大于第二转速54。导向钻24可“更快速地”转动，因此以有利的切割速度操作，尽管其直径DP较小。钻头18在原理上以与电机38相同的转速“更慢速地”转动。
不同的装置可耦接至驱动器36或齿轮机构42，以便例如在钻取操作的不同部分期间使得驱动器36选择性地启动或停用例如第一传动级46或第二传动级48。例如，开关32可用于该目的，也参见图1。图2中的开关32具有例如三个切换位置。例如，在第一切换位置I处，可借助于第一传动级46确保导向钻24的驱动。在该切换位置(级)I，具体地，可通过优选地还没有与工件34接合的钻头18来设定导向孔。相反，在第二切换位置(级)II，可借助于第二传动级48启动或驱动钻头18。这可在切换级I中以比导向钻24的驱动基本较低的转速和较高的扭矩而发生。
此外，开关32具有第三切换级Ⅲ。切换级Ⅲ可被构造为实现齿轮机构42的自动控制。为此，可提供控制装置56，其可耦接至传感器，例如力传感器58或行程传感器60。传感器58、60可被设计为感测钻机10的状态变量，并将它们传达至控制装置56。行程传感器60可被设计为例如感测导向钻24的穿入深度。力传感器58可被设计为例如感测操作员所施加的馈进力，并将其传达至控制装置56。导向钻24或钻头18的其它传感器(其感测例如电机38的转速)是可能的。也可监测齿轮机构42的转速。此外，电机38、导向钻24或钻头18上的扭矩的感测是可能的。此外，可监测例如导向钻24相对于钻头18的相对位置。
根据钻机10的感测的状态变量，控制装置56可使齿轮机构42自动切换。在这种情况下，特别地，第一传动级46或第二传动级48可选择性地开启、关闭或被封锁(block)。
图3以截面形式示出例如根据图2的钻机的齿轮机构42。图4示出相关的透视图，其中省略了外壳12。
齿轮机构42耦接至工具主轴64，工具17安装在其上。工具主轴64具有第一主轴部分66和第二主轴部分68。经由钻机10的外壳12中的主轴轴承70a、70b安装工具主轴64。此外，经由第一主轴部分66中的主轴轴承72a、72b以可转动的方式安装第二主轴部分68。
导向钻24的柄部(shank)80安装在工具主轴64内的凹槽74中。导向钻24也安装在中心安装座78上，其被分配至钻头18。钻头18安装在工具主轴64的第二主轴部分68的工具安装座76上。第一主轴部分66被设计为旋转地驱动导向钻24。第二主轴部分68被设计为旋转地驱动钻头18。主轴部分66、68可彼此相对转动，并能够以不同转速同时运行。因此，导向钻24也可相对于钻头18转动。
导向钻24是螺旋钻形式的，且具有切割刃82，其可具有中心点。导向钻24经由其柄部80以纵向可移动方式设置，克服第二主轴部分68中的凹槽74中的弹簧元件84的力。导向钻24上的力是在工件34的方向上被弹簧元件84施加的所述力，可用于例如移动所述导向钻24，以便在已经进行了钻取之后，将钻孔岩心顶出工具17，到达至参见例如图12的该端部。
齿轮机构42具有输入轴86，其可被驱动小齿轮44被驱动，该驱动小齿轮44耦接至轮88a。驱动小齿轮44也可耦接至电机38，参见图2。输入轴86具有参见图4的小齿轮90a。小齿轮90a耦接至中间轴92的轮88b。中间轴92也具有小齿轮90b和其它小齿轮90c。小齿轮90b耦接至安装在第二主轴部分68上的轮88c。小齿轮90c耦接至安装在第一主轴部分66上的轮88d。小齿轮90c和轮88d分配至第一传动级46，其主要用于驱动导向钻24。小齿轮90b和轮88c分配至第二传动级48，其主要用于驱动钻头18。钻头18在原理上能够以低于导向钻24的转速被驱动。
图3和4中示出的齿轮机构42可理解为传动齿轮机构。齿轮机构42被设计为借助于第一传动级46在第一主轴部分66上提供第一转速，并同时借助于第二传动级48在第二主轴部分68上提供第二转速。因此，原理上，可在相应的适当转速范围内同时驱动导向钻24和钻头18。
此外，原理上还可以的是，可设计这样的元件，其选择性地至少抑制导向钻24或钻头18的驱动或给进。
一起观看时，图5至图8示出齿轮机构42a的其它构造，其可在原理上同样地安装在根据图1的岩心钻机10上。
齿轮机构42a具有类似于根据图3的齿轮机构42的构造的基础结构。然而，在齿轮机构42a的情况下提供改进的功能。
齿轮机构42a是可切换的。原理上，可经由开关32手动切换齿轮机构42ac，参见图1和2。此外，通过控制装置56的自动切换可以根据钻机10的运行状态进行，参见例如图2。
为了实现切换功能，钻头18被设计为可相对于工具主轴64进行纵向移动，参见94指示的箭头。在图5至图8中，与图3中的设计相反，工具主轴64被设计成基本一体的。因此，工具主轴64在原理上被设计成，以相同转速共同地驱动钻头18和导向钻24。
然而，齿轮机构42a是可切换的，因此例如，在岩心钻进操作期间，可提供第一转速范围(导向钻24可在该范围内穿入工件34中)。在此之后，可发生切换操作，且随后钻头18可在第二转速范围内被驱动，并穿入工件34中。导向钻24在原理上可在相同转速范围内平行同步转动。然而，也可能的是，通过主轴64抑制对导向钻24的旋转驱动，或防止导向钻24进一步穿入工件34中。为此目的，当钻头18与工件34接合时，可使导向钻24能够缩入工具主轴64的凹槽74中。以下将根据图11a-11d通过实例方式更详细地解释这样的构造。
在图5中，钻头18在其机器侧端耦接至柱塞96a、96b，且在齿轮机构42a的方向上进行纵向移动的时候，钻头18可相对于主轴64移动所述柱塞96a、96b。柱塞96a、96b耦接至垫圈98，并且可经由所述垫圈98作用于压块100。在工具17的方向上由弹簧元件102对压块100进行预加载。
压块100被设计为启动具有联轴器104的切换装置103。为此目的，压块100耦接至开关元件106，其可以是例如滑动开关的形式。联轴器104具有驱动器元件110a、110b，其可为例如球的形式。驱动器元件110a、110b可以通过开关元件106选择性地接合在轮88d、88c中的凹槽112a、112b中。因此，切换装置103可以借助于第一传动级46或第二传动级48而选择性地引起工具主轴64的至少一个驱动，也参照图6。
为此目的，开关元件106具有封锁点(latchpoint)108a、108b，其可以根据开关元件106的位置而选择性地接收驱动器元件110a、110b，以使所述驱动器元件110a、110b可与凹槽112a、112b断开。
在图5中，齿轮机构42a示于例如中心钻构造中。钻头18没有在齿轮机构42a的方向上沿工具主轴64移动。具体地，在这种情况下，弹簧元件102可经由开关元件106、压块100、垫圈98和柱塞96a、96b作用在钻头18上。换言之，弹簧元件102能够有助于在中心钻构造的方向上移动钻头18。在该构造中，相对于工具主轴64设置开关元件106，其方式使得驱动器元件110a可脱离封锁点108a并接合在轮88d中的凹槽112a中。驱动器元件110b与轮88c中的凹槽112b脱开，并被接收于封锁位置108b中。
因此，在图5示出的构造中，从输入轴86传输至中间轴92的旋转运动经由轮88d作用于工具主轴64上，其与第一传动级46关联。轮88c(其分配至第二传动级48)与工具主轴64分开。在中心钻构造中，可在高转速范围内驱动导向钻24，以便钻取导向孔。
在图6至图8中，例如，示出齿轮机构42a在岩心钻构造中。可通过相对于工具主轴64移动的钻头18而开启切换装置103，也参见箭头94。例如，可通过进入与工件34的抵靠状态的钻头18来引起运动，也参照图9a和9b。
钻头18上的纵向导向114(其与驱动器元件116相互作用)使得钻头18相对工具主轴64而特定纵向移动，但是，钻头18仍然可被旋转地驱动。驱动器元件116安装在工具主轴64上。在图6中，钻头18的纵向移动可在齿轮机构42a的方向上同样引起柱塞96a、96b、垫圈98、压块100和开关元件106的纵向移动。与图5中示出的中心钻构造相比，在岩心钻构造中，驱动器元件110a与凹槽112a脱开其被封锁点108a接收，也参见图8。另一方面，驱动器元件110b接合在凹槽112b中并从封锁点108b脱离，也参见图7。因此，轮88c(其分配至第二传动级48)连接至工具主轴64，以被旋转地驱动。轮88d(其分配至第一传动级46)与工具主轴64分开。在岩心钻构造中，工具主轴64和钻头18在适合于它们的转速范围内被驱动，所述转速范围在原理上实现了比中心钻构造更低的转速。
在原理上可能的是，将切换装置103耦接至用于手动启动的开关，例如开关32。因此，操作人员可受益于自动切换操作(通过钻头18的移动)，且也可手动将齿轮机构42a转至合适设置。
图9a和9b示出在岩心钻取操作的实例中导向孔的设置。在这种情况下，以高度简化的方式示意地示出钻机10a。驱动器36a具有电机38和齿轮机构42。齿轮机构42具有第一输出47和第二输出49。第一输出47与第一传动级46关联。第二输出49分配至第二传动级48。切换装置103a设有联轴器104a，其具有零件联轴器(partcoupling)118a、118b。零件联轴器118a分配至第二传动级48。零件联轴器118b分配至第一传动级46。开关元件106a被设计为选择性地交替打开或关闭零件联轴器118a或零件联轴器118b。根据开关元件106a的位置，可借助于第一传动级46、46’或借助于第二传动级48来驱动工具17。
在图9a中，钻机10a示于中心钻构造中。联轴器118a打开，联轴器118b关闭。在该构造中，可在高转速范围内驱动导向钻24，以便设置导向孔，参见箭头52。可以第一传动级46、46’驱动导向钻。在这种情况下，钻头18可在原理上与旋转驱动脱离或与导向钻24一起转动。
在图9b中，导向钻24已经穿入工件34中，且此，外钻头18与工件34抵靠。在这种情况下，钻头18已经相对于导向钻24运动，参照94指示的箭头。在止挡件120方向上的该运动可被检测到，且可产生转换脉冲122，其例如通过控制装置56来评估，参照例如图2，以便因此启动开关元件106a。在图9b中，在零件联轴器118a的方向，开关元件106a已经被零件联轴器118b移动。零件联轴器118a关闭，零件联轴器118b打开。工具17可借助于第二传动级48、48’在低转速范围内被驱动，参照例如箭头54，该转速范围特别适用于岩心钻进。
在岩心钻构造中，第二转速范围内操作至少钻头18。然而，导向钻24可同样在第二转速范围被驱动，或选择性地与旋转驱动脱离。
在图10a至10c中，以高度简化的方式示意地示出岩心钻进操作期间的其它岩心钻机10b。
岩心钻机10b具有相对于图9a、9b修改的驱动器36b。齿轮机构42的第一输出47和第二输出49可彼此独立地选择性地耦接至工具17，以便被旋转驱动。第一输出47与第一传动级46关联且经由零件联轴器118b耦接至导向钻24以便旋转驱动。第二输出49被分配至第二传动级48且经由零件联轴器118a耦接至钻头18以便旋转驱动。
开关元件106b、106c可彼此独立地打开或关闭零件联轴器118a、118b。在图10a中，零件联轴器118a、118b关闭。导向钻24在第一转速范围内被驱动，参照箭头52。钻头18同时在第二转速范围内被驱动，参照箭头54。
在图10b中，零件联轴器118a的开关元件106b断开，钻头18与齿轮机构42的第二输出49脱离。开关元件106c接合，使得导向钻24以第一传动级46被旋转驱动。钻机10b处于中心钻构造中。所有的驱动力可基本上供应至导向钻24。
在图10c中，已经在工件34中产生了导向孔。钻机10b已经转移至岩心钻构造。为此，脱离开关元件106c，并接合开关元件106b。防止导向钻24被旋转驱动。钻头18在第二低转速范围内借助于第二传动级48被驱动,参照箭头54。所有的驱动力可基本上供应至岩心钻进。当钻头18穿入工件34时，可相对于导向钻24移动后者，其不再穿入工件34。
图10a至10c中示出的设计可理解为，例如，图3和4中示出的齿轮机构42的改进。
图11a至11d示出钻机1Oc中的其它驱动器36c。驱动器36c的基本结构对应于例如根据图9a、9b的驱动器36a。
然而，此外，还提供了工具主轴64a，其被设计为使得导向钻24选择性地缩回，以便防止后者进一步穿入工件34。工具主轴64a具有止挡元件124，例如以球或辊的形式。止挡元件124通过套管126被固定在一位置处，其使得导向钻24相对于工具主轴64a的位置被轴向界定。在图11a中所示的构造中，导向钻24不能克服沿齿轮机构42方向的弹簧元件84a的力而移动超过止挡元件124，参照94b指示的箭头。
在中心钻构造中，在不能沿工具主轴64a移动超出止挡元件124的情况下，导向钻24可利用大进给力而穿入工件34。在这种情况下，导向钻24可在第一转速范围内被驱动，例如类似于图9a、9b中示出的设计，也参见箭头52。
在图11b中，导向钻24已一定程度地穿入工件34。钻头18与工件34抵靠。钻头18安装在工具主轴64a上，以使其在原理上可独立于导向钻24沿工具主轴纵向移动，参见图11a指示的箭头94a。钻头18能够经由柱塞96a、96b等作用于套管126。钻头18的在齿轮机构42方向上的纵向移动会同样引起套管126的纵向移动。或者，钻头18可被构造为例如与套管126一体。
在图11c中，与图11b中示出的位置相比较，导向钻24已经甚至进一步穿入构件34。钻头18已经在止挡件120a的方向沿工具主轴64a移动一定距离。同样地，套管126已经移动。然而，止挡元件124继续通过图11c中的套管126被固定，且因此仍然会防止导向钻24在止挡元件124之上轴向移动。图11C中示出的位置也可引起切换脉冲122c，其引起例如开关元件106d的位移，从而转换切换装置103c或齿轮机构42。
在图11d，已经推断出切换操作。钻机10c处于岩心钻构造中。齿轮机构42提供了第二传动级48，参见箭头54。
钻头18已经顶着止挡件120a移动了套管126。因此进给力可被传输至钻头18，且钻头18可穿入工件34中。套管126的移动已经释放了止挡元件124。这些已经断开，且导向钻24可缩回超过止挡元件124(克服弹簧元件84a的力)，在齿轮机构42的方向上缩入工具主轴64a中，参见94d指示的箭头。在这种情况下，基本上防止了导向钻24进一步穿入工件34中。因此，所有的驱动力可基本上传输至钻头18。
通过图12中的实例所示出的状态是，已经推断出岩心钻进。钻头18已经完全通过了工件34。导向钻24已经设置了初始导向孔130，但是没有超出了该导向孔130的对于工件34的任何进一步穿入。钻取已经产生了钻孔岩心128。钻孔岩心128已经例如通过导向钻24(相对于工具主轴64a和钻头18轴向移动)从钻头18中顶出。可通过弹簧元件84a开始移动，也参照图11d。同时，钻机10c可在过程中被从岩心钻构造再次转移至中心钻构造。
最后，图13示出适配器，其具有分别用于卡紧导向钻24和用于卡紧钻头18的两个适配器块。
图13a示出具有用于卡紧所述导向钻24的第一钻安装座142的第一适配器块140，而图13b示出具有用于卡紧所述钻头18的第二钻安装座148的第二适配器块146。根据具有导向钻的第一适配器块140或具有钻头18的第二适配器块146是否紧固至工具主轴64来启动第一传动级46或第二传动级48。为此，可在工具主轴64上设置检测器，经由与第一适配器块140上的形状配合元件144或与第二适配器块146上的形状配合元件150、152的形状配合而控制所述检测器。

Claims (16)

1.一种岩心钻机，包括带有电机(38)的驱动器(36)，所述驱动器能够耦接至工具主轴(64)以用于驱动所述工具主轴，其中，所述驱动器(36)实现了至少第一传动级(46)和第二传动级(48)，所述岩心钻机进一步包括用于安装导向钻(24)的中心安装座(78)和用于安装杯形的钻头(18)的工具安装座(76)，其中，所述钻头(18)和所述导向钻(24)能够彼此基本同心地被安装，其中，所述导向钻(24)能够通过所述第一传动级(46)在第一转速范围内被驱动，并且其中，所述钻头(18)能够通过所述第二传动级(48)在第二转速范围内被驱动，并且所述岩心钻机进一步包括切换装置(103)，其与所述驱动器(36)相互作用并被构造为选择性地至少以中心钻构造或岩心钻构造来操作所述驱动器(36)，其中，在所述中心钻构造中，能够以所述第一传动级(46)来驱动至少所述导向钻(24)，并且其中，在所述岩心钻构造中，能够以所述第二传动级(48)来驱动至少所述钻头(18)。
2.根据权利要求1所述的岩心钻机(10)，其中，所述驱动器(36)具有齿轮机构(42)，其连接在所述电机(38)与所述工具主轴(64)之间，并且其提供所述第一传动级(46)中的第一传动比以及所述第二传动级(48)中的第二传动比。
3.根据权利要求2所述的岩心钻机(10)，其中，所述齿轮机构(42)至少具有第一输出(47)和第二输出(49)，所述第一输出和所述第二输出选择性地耦接至所述工具主轴(64)以便被旋转地驱动，其中，所述第一输出(47)分配到所述第一传动级(46)，并且其中，所述第二输出(49)分配到所述第二传动级(48)。
4.根据权利要求3所述的岩心钻机(10)，其中，所述工具主轴(64)具有能够相对于彼此转动的第一主轴部分(66)和第二主轴部分(68)，其中，所述第一主轴部分(66)能够耦接至所述第一输出(47)和所述导向钻(24)，并且其中，所述第二主轴部分(68)能够耦接至所述第二输出(49)和所述钻头(18)。
5.根据权利要求1所述的岩心钻机(10)，其中，所述切换装置(103)具有至少一个联轴器(104)，所述至少一个联轴器被设计为至少将所述导向钻(24)或所述钻头(18)耦接至所述工具主轴(64)，使得所述导向钻或所述钻头被选择性地旋转地驱动，或使得所述导向钻或所述钻头脱离。
6.根据权利要求1所述的岩心钻机(10)，进一步包括控制装置(56)，所述控制装置被构造为用于根据所述岩心钻机(10)的操作状态而将所述驱动器(36)选择性地转换为所述中心钻构造或所述岩心钻构造。
7.根据权利要求6所述的岩心钻机(10)，其中，所述控制装置(56)耦接至至少一个传感器(58、60)。
8.根据权利要求1所述的岩心钻机(10)，其中，至少所述导向钻(24)或所述钻头(18)以相对于所述工具主轴(64)的纵向可移动方式被安装。
9.根据权利要求8所述的岩心钻机(10)，其中，所述钻头(18)相对于所述工具主轴(64)的相对移动切换所述导向钻(24)的至少一个联轴器(118b)。
10.根据权利要求8所述的岩心钻机(10)，进一步包括用于所述中心钻构造中的所述导向钻(24)的至少一个止挡元件(124)，所述止挡元件(124)限制所述导向钻(24)相对于所述工具主轴(64)的纵向移动。
11.根据权利要求10所述的岩心钻机(10)，其中，所述钻头(18)相对于所述工具主轴(64)的纵向移动选择性地脱离或接合所述导向钻(24)的所述至少一个止挡元件(124)。
12.根据权利要求8至11中任一项所述的岩心钻机(10)，进一步包括至少一个弹簧元件(84、102)，所述至少一个弹簧元件在所述中心钻构造的方向上产生至少作用在所述导向钻(24)或所述钻头(18)上的回复力。
13.根据权利要求1所述的岩心钻机，进一步包括适配器，所述适配器被构造为安装在所述工具主轴(64)上且具有用于卡紧所述导向钻(24)的第一钻安装座(142)并具有用于卡紧所述钻头(18)的第二钻安装座(148)，并且当所述导向钻(24)被卡紧时，所述适配器根据所述第一钻安装座(142)的启动来启动所述第一传动级(46)，且当所述钻头(18)被卡紧时，所述适配器在所述第二钻安装座(148)被启动时启动所述第二传动级(48)。
14.根据权利要求13所述的岩心钻机(10)，其中，所述适配器包括具有用于卡紧所述导向钻(24)的所述第一钻安装座(142)的第一适配器块(140)，且进一步包括具有用于卡紧所述钻头(18)的所述第二钻安装座(148)的第二适配器块(146)，其中，根据紧固至所述工具主轴(64)的适配器块是哪一个适配器块(140、146)来启动所述第一传动级(46)和所述第二传动级(48)。
15.一种钻机工具组合，包括根据权利要求1所述的岩心钻机(10)，进一步包括具有导向钻(24)和钻头(18)的工具(17)，其中，所述导向钻(24)和所述钻头(18)能够彼此同心安装，并且其中，所述导向钻(24)安装在所述钻头(18)上，其中，所述导向钻(24)和所述钻头(18)能够被选择性地旋转地驱动，其中，所述导向钻(24)能够在第一转速范围内被驱动，其中，所述钻头(18)能够在第二转速范围内被驱动，并且其中，至少所述导向钻(24)或所述钻头(18)以在所述工具主轴(64)上纵向可移动方式而被安装。
16.一种工具组合的用途，用于钻取岩心孔，所述工具组合包括根据权利要求1至11中任一项所述的岩心钻机并进一步包括导向钻(24)和钻头(18)。
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