CN102834211B

CN102834211B - 旋转式钻具

Info

Publication number: CN102834211B
Application number: CN201080062306.XA
Authority: CN
Inventors: 吉姆·鲍尔
Original assignee: BAUER DRILL I/S
Current assignee: BAUER DRILL I/S
Priority date: 2009-12-03
Filing date: 2010-11-24
Publication date: 2016-07-06
Anticipated expiration: 2030-11-24
Also published as: US9132571B2; EP2507002A2; WO2011066831A3; EP2507002B1; DK2507002T3; CN102834211A; DK177090B1; US20130025942A1; WO2011066831A2

Abstract

在旋转式钻具(10)中，钻具设有至少一个凹槽，该至少一个凹槽中的一个凹槽(17)具有位于钻具的旋转轴线(1)上的中心。凹槽(17)的两个端点(13、14)界定凹槽宽度，且钻具(10)设有两个或更多切割刃(11、12)。界定了两个切割角。凹槽(17)具有左侧和右侧。旋转式钻具(10)还可以用在旋转式钻机中。钻具可以设有钻头。

Description

旋转式钻具

引言

本发明涉及一种旋转式圬工钻具(rotarymasonrydrill)，其中钻具设有至少一个凹槽，该至少一个凹槽中的一个凹槽具有位于钻具的旋转轴线上的中心，每一个所述至少一个凹槽在界定凹槽宽度的两个端点之间延伸，该钻具包括至少两个切割刃，每一个切割刃界定相应的切割角，凹槽包括左侧和右侧，其中凹槽宽度在0.6mm和1.8mm之间且旋转式钻具具有2mm和45mm之间的直径，并且每一个切割角相对于旋转轴线在30度和-30度之间。

此外，本发明涉及一种包括钻头的旋转式圬工钻具，其中钻头设有至少一个凹槽，该至少一个凹槽中的一个凹槽具有位于钻具的旋转轴线上的中心，每一个所述至少一个凹槽在界定凹槽宽度的两个端点之间延伸，该钻头包括至少两个切割刃，每一个切割刃界定相应的切割角，凹槽包括左侧和右侧，其中凹槽宽度在0.6mm和1.8mm之间且旋转式钻头具有2mm和45mm之间的直径，并且每一个切割角相对于旋转轴线在30度和-30度之间。

发明背景

可利用许多不同的钻具在不同材料中钻进。取决于其目的，这些钻具以各种材料和形状的形式出现。一般来说，钻具被划分为三个主要的组——树木、金属和砖石——中的一个。例如在美国专利4,373,839和美国专利4,687,388中提出的用在金属中的钻具。

当在多孔材料例如混凝土、石头、砖、瓦、修补砂浆、或用在圬工结构中的任何其他材料包括大理石、花岗岩、石灰华、石灰岩、玻璃等中钻进时，通常使用锤式钻机(hammerdrillingmachine)。在英国申请GB832238A中描述了本领域中已知的钻头中的一种。GB832238A公开了一种末端成形为W的圬工钻具。在W的中心处是浅杯(shallowcup)。该杯的作用是，在钻具旋转时末端的最大长度的切割刃进行切割。通过在钻具的中心处设置切割刃，在钻进过程期间形成的圆锥的整个表面被切割或打碎，从而避免了对钻具的损害以及钻具的过热，并且能够使钻进的速率增加。根据附图，端点之间的距离似乎为钻具的直径的大约50％。

在美国专利4,671,710A中描述了另一种钻具。US4,671,710A描述了一种钻具，该钻具的钻头具有两个或更多的外切割刃且形成为具有V形凹口。如上，其看上去是W形的。该V形凹口具有位于钻具的旋转轴线上的中心，并沿着工具的进给方向打开。V形凹口界定终止在相应的外切割刃中的内切割刃。切割刃起到凿子的作用。打开的顶部V形凹口的边缘之间的距离更优选在0.5mm和10mm之间。根据附图，看上去凹槽宽度为直径的大约30％。该描述提出凹槽宽度应当为小于50％。现有领域公开的目的是减少推力载荷并延长钻具的寿命。

在德国专利申请DE10208820A中描述了另外的钻具。该文献描述了用于在砌砖和混凝土中钻进的锤式钻具(hammerdrill)。锤式钻具的末端包括杯形凹痕。杯的宽度为钻具直径的大约10-30％。根据附图，看上去凹槽宽度比凹槽深度宽。目的是减少钻具的末端上的磨损并从而延长钻具的寿命。

然而，在锤式钻具和用于仅通过或事实上仅通过旋转运动来钻进的钻具之间具有实质性的和基本性的差异。在锤式钻机中，锤式钻具或锤式钻头沿着顺时针方向旋转，但是也以极大的速度被向后和向前驱动到材料中。当钻具被“锤打”穿过材料时钻具振动，同时旋转式钻机通过其切割刃来切割材料。此外，锤式钻机可以设有SDS插座。这通常不会设在旋转式钻机上。

发明简述

本发明的目的是提供一种旋转式圬工钻具，在相同载荷时该旋转式圬工钻具具有比起常规钻具来说相当高的钻进速率。可选择地，使用较低载荷可以获得相似的钻进速率。另外的目的是钻具可以在用于钻入各种材料的无线式钻机(cordlessdrillingmachine)中使用，该钻具与采用锤式钻具相比使用较少的载荷和能量。此外，一个目的是提供一种从人体工程学的观点来看有所改进的钻具，以便可以避免锤式钻机的振动、白指(whitefinger)和噪声。

通过提供一种旋转式圬工钻具或一种旋转式圬工钻头来实现该目的，其中该钻具/钻头设有至少一个凹槽，该至少一个凹槽中的一个凹槽具有位于钻具的旋转轴线上的中心，每一个所述至少一个凹槽在界定凹槽宽度的两个端点之间延伸，该钻具包括至少两个切割刃，每一个切割刃界定相应的切割角，凹槽包括左侧和右侧，其中凹槽宽度在0.6mm和1.8mm之间且旋转式钻具具有2mm和45mm之间的直径，并且每一个切割角相对于旋转轴线在30度和-30度之间。凹槽宽度一般按照垂直于凹槽的左侧、右侧或两侧的假想线来测量。

通过将端点设置成相对于彼此成一定距离，可以在相同的压力下并且在相同的旋转速度即在相同的钻进速率下钻得更深。令人惊讶地，在本发明的某一实施方式中，尽管对较小的钻具实现最大的改进，但看上去凹槽宽度实质上不取决于钻具的直径，即对于相同的凹槽宽度获得最快的钻进速度而不管钻具的直径。此外，相对于旋转轴线的30度和-30度之间的切割角对钻具/钻头提供了最佳的切割特性。接近于0的角度将提供最锋利的切割；然而，在某些应用中，切割刃将被感受为“太锋利”且可能造成钻具被卡在材料中。正角将提供更加平稳的钻进体验，这是因为钻具被卡住的风险减小，且从新的钻具到切割刃被不可避免地稍微倒角的钻具的过渡不那么明显。认为，具有负切割角的钻具拥有与自动磨锐的另外优势相结合的可接受的钻进质量。通过具有接合在要被钻入的材料中的两个末端，减小了钻具或钻头在材料上移动的风险。因此，钻出更加轮廓清楚(clean-cut)的孔是可能的。不希望被理论所束缚，认为，在钻具/钻头被更深地移动到材料中时，垂直于旋转轴线的力的存在有助于将连续地形成在钻孔中心的柱形物拆毁。这与仅具有引起死点(deadcenter)的末端的传统钻具/钻头是大不相同的。

本发明还可应用于具有其他尺寸和角度的钻具和钻头，例如旋转式钻具或钻头，其中钻具设有至少一个凹槽，该至少一个凹槽中的一个凹槽具有位于钻具的旋转轴线上的中心，每一个所述至少一个凹槽在界定凹槽宽度的两个端点之间延伸，该钻具包括至少两个切割刃，每一个切割刃界定相应的切割角，凹槽包括左侧和右侧，其中凹槽宽度在1mm和20mm之间且旋转式钻具具有45mm和200mm之间的直径，并且每一个切割角相对于旋转轴线在30度和-30度之间。

在优选的实施方式中，凹槽宽度为1.4mm或更小。该量级的凹槽宽度更易于使钻具对中，即减少或防止在钻进开始时钻具或钻头的滑动。为了获得快的钻进速率，凹槽宽度合适地在0.7mm以上，例如在1.0mm以上，且合适地为1.1mm或以上。

在另一种实施方式中，旋转式圬工钻具/钻头设有一组至少三个凹槽，其中第一凹槽是具有位于钻具的旋转轴线上的中心的凹槽。在旋转轴线上的中心凹槽外部的凹槽的存在致使钻具或钻头起到匙头钻(spoonbit)的作用，其中外围凹槽，即在中心凹槽外部的凹槽，与要被钻进的材料相继地接合。

凹槽的数目可以是5、7或9。更多的凹槽是可能的。第二凹槽和后续凹槽可以沿着切割刃设置在第一凹槽以及钻具或钻头的周边之间。

外围凹槽，即第一凹槽和后续凹槽，可以具有任何合适的形状。例如，凹槽可以是大体上笔直的，或者其可以是弯曲的，每一个凹槽具有预定曲率半径。每一个第二凹槽和后续凹槽的预定曲率半径可以例如对应于圆的半径。凹槽可以是漏斗状的，使得凹槽从切割刃成喇叭形，即在粉尘和/或所钻的材料进入凹槽时到粉尘和/或所钻的材料退出凹槽时所处的相对刃处。凹槽从而具有如平截头圆锥体的形状，在此处可以想象：平截头圆锥体形状可以定位在仅覆盖切割刃的大约10％的浅位置处；或定位在覆盖切割刃的大约50％的浅位置处，形生凹槽的半圆形横截面；或者定位在覆盖甚至高达切割刃的90％的浅位置处，使得平截头圆锥体的一部分在钻头的外部。漏斗形状实现使粉尘和/或所钻的材料更容易通过。

被凹槽覆盖的总区域可以例如介于10％和60％之间，优选在20％和50％之间。

如果第二凹槽和后续凹槽中的每一个凹槽具有成喇叭形的形状，使得切割刃处的凹槽宽度小于相对的刃处的凹槽宽度，则这也被认为是有利的，因为在钻进期间被切掉的材料更容易地被处理。

如果例如从制造的观点来看是有利的，则钻头可以包括两个或更多钻头部分。钻头部分可以连接到彼此。

旋转式圬工钻具或钻头适合于在多孔材料中钻进，该多孔材料诸如选自由瓦、砖、砖石、混凝土、花岗岩、修补砂浆、人造花岗岩、焦渣石(breezeblock)、压顶石、混凝土、硬化屋顶瓦(hardenedrooftile)、大理石和陶瓷材料所组成的组。钻具不被限制于用于在这些材料中钻进，且可以结合例如圬工结构中所使用的任何其它材料来使用，包括大理石、花岗岩、石灰华、石灰岩、或诸如玻璃的易碎材料等。凹槽可以设置在用于在各种各样的材料中钻进的钻具中；然而，由于较少的磨损和撕裂，其已经证明在其增加钻进速率的能力方面以及在延长钻具/钻头的使用寿命方面具有特殊的优势。在使用时，重要的是不把该钻具用作锤式钻具。否则，将不会获得本发明的效果，且可能对钻具/钻头自身具有有害影响。从而，钻机应该仅执行钻具的旋转而无其脉动式轴向运动。因此，已经证实在材料中钻进是可能的，现有技术中的在材料中的钻进至今仅通过利用锤功能而成为可能。通过避免锤功能，而避免了振动、白指和噪声的缺点。作为进一步的结果，已经证实在陶瓷材料中以及在玻璃材料中钻出轮廓清楚的孔是可能的。

在本发明的实施方式中，凹槽的左侧和右侧是彼此平行的，或相对于彼此形成小于30度的角。这样的角，例如小于20度或基本上平行于钻具的旋转轴线，并从而形成较尖锐的角，未发生切割的区域受到限制，并且因此需要减小的推力载荷来将材料从死点移除，且因此切割刃遭受较少地磨损。该角还可以小于0度，意味着凹槽在底部处比在两个端点之间宽。

钻具或钻头可以包括三个或四个切割刃。通过具有多于两个切割刃，磨损将被分布在更多的切割刃上且钻具将具有更长的寿命。该三个或四个切割刃可以是外切割刃或内切割刃或其组合。

两个端点之间的距离可以小于凹槽的底部的长度。这为钻具或钻头提供了对于断裂的较大抵抗。

旋转式钻具的直径还可以等于或小于9mm、8mm、6mm、5mm或4mm。特别地，对于9mm或更小的直径，看到比对于更大的钻具或钻头在钻进速率上相对较大的改进。旋转式钻具或钻头的直径也可以等于或大于5mm、6mm或8mm。从而，在本发明的某种实施方式中，钻具直径在5.0mm到9.0mm的范围内，且凹槽宽度在1.0mm到1.5mm的范围内。为了获得最快的钻进速率并同时使钻具容易对中，优选旋转式钻具的直径在6.0mm到9.0mm的范围内且凹槽宽度在1.1mm到1.4mm的范围内。

在本发明的另一种实施方式中，旋转式钻具的直径可以等于或大于15mm、16mm、18mm、20mm、22mm、24mm、26mm、28mm和30mm。凹槽宽度合适地在1.0mm到1.5mm的范围内，优选在1.1mm到1.4mm的范围内，以实现快速的钻进速率以及使旋转式钻具容易对中。凹槽可以比其宽度更深。通过具有凹槽深度和凹槽宽度之间的该关系，累积在死点中的钻屑或钻柱(drillcolumn)在被垂直于旋转轴线的力抵着底部压碎或变成粉尘或底材(ground)之前，钻屑或钻柱具有其可以工作的较大空间。因此，钻具满足较小的阻力和较小的推力载荷，或者需要垂直于轴线的力。

凹槽也可以是U形的。这意味着在可以积累钻屑的地方没有锐利的角。

此外，旋转式钻具可以安装在执行旋转运动且不具有显著的脉动式轴向运动的钻机中。因此，不会开启锤打和其它冲击功能。显著意味着沿着其轴向方向的运动将在钻孔时自然而然地发生，但是显著意味着由捶打或冲击功能提供的轴向运动与钻机上的相同，也就是说，不是由手做出的运动和在钻孔时可以自然而然地存在的振动。

通过不使用脉动式轴向运动，钻具或钻头将具有在一较长时期内较锐利的切割刃；而且，脉动式轴向运动的不存在使其更容易在瓦或铺路石中钻进，而不存在使瓦或石头破裂的风险。

此外，为了在两个端点上提供相同的磨损，两个端点还可以优选位于离旋转轴线相同的距离处。

另外，该钻具可以是可安装在电动钻机或工具中的。该钻具或钻头借助于无线钻进工具还可以用于在目前实际上不可实行钻进的材料中钻进，这样的材料例如混凝土、石头、砖修补砂浆等。

旋转式钻具或钻头可以包括两个端点，两个端点分别沿着凹槽的左侧和右侧的线并且在离切割刃一定距离处定位。通过切掉通常沿着切割刃定位的端点的顶部，端点被定位成更靠近旋转轴线，提供对钻具的更好控制并提供更像圆柱形且不太像椭圆形的孔。另外，被钻的材料将随后具有围绕孔的更平滑的表面，且围绕孔没有或有相当少的沟纹(corrugation)。

通常在钻较大孔时，必须首先钻出较小的孔，以保证该钻具不会滑动。然而，通过将端点定位，所述端点被定位在钻具最外端处更靠近旋转轴线，使得不再需要预钻进，因为钻具和待被钻进的材料之间所需的夹紧被立刻实现。

旋转式钻具或钻头的切割刃中的每一个切割刃可以另外地包括在凹槽和相应的切割刃之间延伸的倾斜表面。倾斜表面的角度分别相对于左侧和右侧可以在20-55度之间，优选在30-45度之间。

倾斜表面可以是三角形的。三角形的形状可以具有直线或拱形线。

倾斜表面的宽度可以构成为不超过切割刃的长度的1/3，优选不超过切割刃的长度的1/4且最优选不超过切割刃的长度的1/5。通过保持倾斜表面的范围受限制，确保其仍然具有足够的切割能力，同时更容易控制且围绕孔的边缘没有沟纹。

较小的倾斜表面可以被定位成与主倾斜表面或较大倾斜表面相对。这在图24中表示。这帮助增强钻具并从而减小了在使用钻具期间出现小碎片的风险。

此外，两个端点可以大体上定位在中心线上，或者大体上定位在距中心线一定距离内，该一定距离为钻具或钻头的直径的直到15％、优选10％或更少。中心线延伸穿过旋转轴线。当端点大体上定位在中心线上或定位在钻具直径的15％的距离内时，钻进被更多地改进，提供了围绕孔的更平滑的边缘以及更牢固地夹紧，减少了钻具滑动的风险。不需要通常用于仅具有一个死顶点(deadcenterpoint)的钻具的预钻进。凹槽可以垂直与中心线或平面。

凹槽还可以成一角度，例如相对于中心线或平面成45度，或者相对于中心线或平面在90度和45度之间的角度。

凹槽底部邻接凹槽侧部时所在的凹槽拐角可以是磨圆的。磨圆的拐角的优势是磨圆的拐角比正方形的或有角度的拐角更耐用。

再次，不希望被理论所束缚，认为，垂直于旋转轴线的力的存在有助于将连续地形成在钻孔中心的柱形物拆毁，从而避免在具有下述较小末端的钻具中存在死点，即该较小末端具有最大高度的凹槽深度。

该效果被认为在钻具或钻头设有一组三个或更多凹槽的实施方式中是更加显著的，所述一组三个或更多凹槽中的第一凹槽位于旋转轴线上。

旋转式或切割式钻机和锤式钻机之间存在某些差异。锤式钻机中的钻头沿着顺时针方向旋转，但是也被以极大的速度向后和向前驱动到材料中。钻具在其被“锤打”穿过材料时振动，同时旋转式或切割式钻机进行切割。此外，锤式钻机可以设有SDS插座。其通常不会设置在切割式或旋转式钻机上。

在锤打功能可以被开启或关闭的情况下，常常可以发现旋转锤式钻具。

附图简述

现在，将在下面参考附图来解释本发明的实施例。相同的数字在整个申请中适用于相同的特征。尽管全部的附图仅显示钻头，但是应理解，钻头是具有在轴上延伸的螺纹的钻具的一部分。

图1示出了本发明的第一实施方式的透视图。

图2示出了沿着本发明的第一实施方式的旋转轴线的视图。

图3示出了本发明的第一实施方式的侧视图。

图4示出了本发明的第二实施方式的侧视图。

图5示出了本发明的第三实施方式的侧视图。

图6示出了本发明的第四实施方式的侧视图。

图7示出了本发明的第五实施方式的侧视图。

图8a和8b分别以透视图和侧视图示出本发明的第六实施方式，其中切割刃具有相对于旋转轴线成0度的角。

图8c和8d分别以透视图和侧视图示出本发明的另外的实施方式，其中具有四个切割刃且每一个切割刃具有相对于旋转轴线成0度的角。

图9a和9b分别以透视图和侧视图示出本发明的第七实施方式，其中切割刃具有相对于旋转轴线成18度的角。

图9c和9d分别以透视图和侧视图示出本发明的又一实施方式，其中切割刃具有相对于旋转轴线成30度的角。

图10a和10b分别以透视图和侧视图示出了本发明的第八实施方式，其中切割刃具有相对于旋转轴线成-30度的角。

图11到15示出了实施方式三到七的替代性实施方式。

图16a和16b分别以透视图和侧视图示出本发明的第九实施方式。

图17a和17b分别以透视图和侧视图示出本发明的第十实施方式。

图18a和18b分别以透视图和侧视图示出本发明的第十一实施方式。

图19a和19b分别以透视图和侧视图示出本发明的第十二实施方式。

图20a和20b分别以透视图和侧视图示出本发明的第十三实施方式，其中具有四个切割刃且每一个切割刃具有相对于旋转轴线成0度的角。

图21a和21b分别是沿着在图17a-17b和图18a-18b中示出的实施方式的旋转轴线的平面图。

图22-24分别以侧视图、透视图和俯视图示出本发明的第十四实施方式。

图25a-d分别以钻具的俯视图、透视图、侧视图和缩小视图示出本发明的第十五实施方式。

图26揭示了类似于在图2中示出的实施方式的实施方式，然而，在凹槽中设置了倾斜表面。

发明详述

图1示出了具有钻头10的钻具，钻头10包括左切割刃11和右切割刃12以及定位在相应的切割刃的端部处的左端点13和右端点14，凹槽17的左侧15平行于凹槽17的右侧16，左侧15和右侧16与底部18一起界定凹槽17。底部18是拱形的或U形的。底部垂直于旋转轴线。底部还可以倾斜于每一侧，在死点中形成峰部。这可以帮助引导钻屑远离凹槽17。图1还示出了钻具主体19的大体结构，然而该结构根据品牌、目的等而改变。该特定的实施方式为适合于在多孔材料中钻进的圬工钻具。然而，也可以使用其他类型的钻具。

在本申请中，术语“钻具”用于表示一般而言的钻具。当钻具设有通过任何合适的连接工艺而连接到钻具的元件时，使用术语“钻头”

根据多个因素，凹槽深度可以取决于钻具的直径24和凹槽宽度23。凹槽深度优选大于凹槽宽度23。凹槽宽度可以在直径24的2-30％之间，其在端点处被测量。作为特别有利的比率，可以提到10-30％或13-20％。凹槽深度可以在直径24的3-75％之间。凹槽深度可以在凹槽宽度23的100-300％之间，更优选在凹槽宽度23的150-250％之间。凹槽深度被沿着旋转轴线从底部18到凹槽宽度23被表示为虚线的所在位置处进行测量。直径24、凹槽宽度23和凹槽深度之间的关系也适用于随后的实施方式。

可以大于或者可以不大于钻具其余部分的头部21可以由碳化钨通过在金刚石基质(diamondground)中混合而制成。也可以使用其它合适的组分，例如钢、高速钢、涂钛钻头(titaniumcoatedbit)或钴。这同样适用于随后的实施方式。

尽管在该实施方式上设置了两个切割刃11、12，但是也可以设置三个或更多的切割刃。这些切割刃可以优选设置成外切割刃。随后的实施方式也可以设有三个或四个切割刃。

图2示出了沿着本发明的第一实施方式的旋转轴线的视图。在这里，凹槽17在其每一端处连接左切割刃11和右切割刃12。然而，切割刃11、12也可以被定位成彼此面对，或者被定位成相对于半径成一角度且不沿着半径。无论如何，切割刃都不穿过旋转轴线。头部的直径24可以比主体19的直径宽。然而，头部的直径24是钻具的直径24，即使主体的直径可能较小。底部的长度22比界定两个端点之间的凹槽宽度23的距离长。在凹槽的底部处测量凹槽的长度。

图3示出了本发明的第一实施方式的侧视图。距离23在端点13、14之间进行测量。距离23在端点之间以及沿着左侧15和右侧16是相同的。仅有当到达U形底部18时，距离才减小。凹槽17也可以是V形或∏形的；如可以在图4和图7中看到的，∏形意味着平坦的底部。

图4示出了钻头40的第二实施方式的侧视图。该实施方式包括与第一实施方式相同的特征，然而凹槽47具有不同的形状。钻具的底部48是平坦的。拐角41、42是锐利的，但是可以是磨圆的。端点13、14可以是磨圆的。在图6中可以看到磨圆的端点的示例。

图5示出了钻头50的第三实施方式的侧视图。该实施方式包括与第一实施方式相同的特征，然而在这里左侧55和右侧56被稍微倾斜地定位，使得左侧和右侧相对于彼此形成角59。该角优选小于30度，更优选小于20度。角59的起始点位于钻具内且理论上关系到实际的凹槽57，实际的凹槽57终止于角59的起始点。端点53、54被定位成距离旋转轴线1相同的距离。然而，从例如端点53到旋转轴线1的距离可以与从端点54到旋转轴线1的距离不同。端点53、54在切割刃11、12与侧部55、56之间具有与图1-3中的端点相比稍微不同的角，此外其可以是磨圆的，如同图6中的情况。底部58是拱形的，但是其也可以是平坦的。

图6示出了钻头60的第四实施方式的侧视图。该实施方式类似于第一实施方式，唯一的区别是锐利的端点被分别的左磨圆的端点63和右磨圆的端点64所替换。然而，这可能危及(compromise)本发明的功能，因为两个相对的刃更倾向于沿着表面移动。

图7示出了钻头70的第五实施方式的侧视图。除了在这里侧部75、76与相对的侧部成角度而形成梯形形状的凹槽77之外，该实施方式包括与第一实施方式相同的特征。这相对于图5中的角形成负角。角79的起始点现在被设置在钻具的外部。该角可以适当地大于图5中的角，因为随着角变得较大，角79不会有损于钻具的对中能力。这是因为端点13、14的位置且还有凹槽宽度保持一致。角可以在-1度和-110度之间，优选在-80度以上。

与其他实施方式相比，底部78被扩展，留下更多的空间用于钻柱和钻屑工作。额外的空间帮助从聚集在凹槽77中的钻屑移除作用在要被钻进的材料上的压力，并且因为这个原因，在钻孔时需要较少的沿着轴向方向或垂直于轴线的推力载荷或者压力。

仍然在端点13和14之间测量凹槽宽度23。为了避免钻屑积聚，拐角71、72可以是磨圆的。底部78也可以是磨圆的或U形的。

图8a和8b示出了本发明的优选实施方式，其中钻头的切割刃11、12平行于旋转轴线。因此，切割刃和旋转轴线之间的角是0度。

认为根据本发明的钻具或钻头的功能如下：两个切割刃11、12沿着距离彼此一定距离而定位的两条线与要被钻进的材料相接合。当钻具移动到材料中时，柱架(pillar)在由凹槽所界定的区域中连续地形成。由于在相对于纵向轴线的垂直方向上产生的力，柱架被连续地毁坏。也就是说，其基于下述认识：许多材料能够承受大的压缩力，但是对拉伸载荷的抵抗相当地小。

图8c和8d分别以透视图和侧视图示出本发明的另外的实施方式，其中具有四个切割刃且每一个切割刃具有相对于旋转轴线成0度的角。凹槽从而是二维的，且类似于具有U形横截面的深杯。然而，四刃钻具的功能对应于具有两个切割刃的钻具的功能。

图9a和9b示出了其中切割刃11、12具有相对于旋转轴线成正角α的钻头。这适用于切割刃中的任一个或全部。该角可以是18度。该角可以在0和18度之间。该角可以在9和18度之间。如可以在下面的图9c和9d中所看到的，该角可以大于18度，甚至高达30度。

图10a和10b示出了其中切割刃11、12具有相对于旋转轴线成负角β的钻头。这适用于切割刃中的任一个或全部。该角可以是-30度。该角可以在0和-30度之间。该角可以在-15和-30度之间。该角可以小于-30度。

图11-15分别包括与根据图3-7所描述的相同的特征。钻头还包括塞子(tap)101。塞子101定位在凹槽的底部处。塞子101具有凹槽深度的20-60％的高度。塞子101可以定位在钻头的相对侧上。塞子101可以定位在钻头的两侧上。塞子101使得更易于将可能积累在凹槽中的材料摧毁。

在图16a到21b中示出的实施方式中，在钻具或钻头中设置了一组凹槽。相对于上述实施方式的仅有的差异将被详细描述。

在图16a-16b的实施方式中，钻头160设有一组至少三个凹槽，其中第一凹槽17是具有位于钻具的旋转轴线上的中心的凹槽。在中心凹槽17的每一侧上，具有径向地位于中心凹槽外部的两个外围凹槽107。外围凹槽107被沿着切割刃设置在第一凹槽17和钻头周边之间，钻头周边也就是沿着与切割刃平行的方向所测量的外型尺寸。

外围凹槽，即第二凹槽和后续凹槽，可以具有任何合适的形状。例如，如在图18a-18b、19a-19b和21b中所示出的，凹槽可以是大体上平直的。可选择地，如在图16a-16b、17a-17b和20a-20b中所示出的，凹槽可以是弯曲的。在凹槽是弯曲的情况下，每一个凹槽具有预定曲率半径。每一个第二凹槽和后续凹槽的预定曲率半径可以例如对应于圆的半径。

凹槽所覆盖的总区域可以例如介于10％和60％之间，优选在20％和50％之间。

如果第二凹槽和后续凹槽中的每一个凹槽具有成喇叭形的形状，使得切割刃处的凹槽宽度小于相对的刃处的凹槽宽度，那么也被认为是有利的，这是由于在钻进期间所切掉的材料更容易被处理。

如果例如从制造的观点来看是有利的，则钻头可以包括两个或更多钻头部分。钻头部分可以彼此连接。

在图16a-21b的全部实施方式中，比较图19a-19b的实施方式的钻头190相对于例如图17a-17b的钻头170的实施方式之间的差异，从侧部看上去钻头可以具有近似矩形或大体上梯形的形状。切割角可以如在具有沿着纵向轴线的中心凹槽的上述实施方式中那样地变化。这在图18a-18b中举例说明，其中钻头180具有-30度的角。

图22-24示出了本发明的另一种实施方式。

图22-24中的实施方式稍微不同于其它实施方式，但是该实施方式的特征——倾斜表面——可以与其它实施方式的任何特征组合。

图22是钻头213的侧视图，钻头213包括两个切割刃11、12以及沿着旋转轴线的凹槽47。凹槽具有磨圆的底部。在该实施方式中，凹槽的宽度是0.8mm，凹槽可以具有不同的尺寸。钻头213还包括倾斜表面201。倾斜表面201设置在凹槽47的两个侧部上。倾斜表面201具有三角形的形状。倾斜表面201邻接凹槽47的侧部。在该实施方式中，从端点202延伸到点206的倾斜表面201的长度为1.24mm，但是该长度可以在0.5mm和诸如3mm的凹槽深度之间变化。这依赖于钻具的尺寸。该实施方式中的钻具是8mm钻具。更大的钻具可能需要更长的倾斜表面。三角形和钻头的端点202被定位成比在某些其他实施方式中的实例更靠近于旋转轴线。倾斜表面的相对于凹槽侧部的角可以在20-55度之间，优选在30-45度之间。更小的倾斜表面203可以被定位成与倾斜表面201相对。每一个倾斜表面201将构成不超过切割刃的1/3，优选不超过切割刃的长度的1/4且最优选不超过切割刃11、12的长度的1/5。

图23示出了钻头的顶部的透视图。端点202被清楚地定位成比如果端点被沿着切割刃定位则将发生的情况更靠近于旋转轴线。

图24示出了钻头213的俯视图。在这里，更清楚地示出了端点202如何被定位成更靠近于旋转轴线、并被定位在垂直于旋转轴线延伸穿过头部的实际中心线205上，且端点202不再被定位在切割刃11的线上。中心线205在钻具上可以是不可见的，意味着中心线也可以是假想线。图25a-d示出了钻具或钻头214的另一种实施方式。其是根据本发明的钻头的稍微不同的形式，其中钻具204的头部是平的，然而在图22-24中示出的实施方式中，头部设有倾斜表面。图22-24上表明的特征也呈现在图25a-d上。应用相同的参考数字。

图26示出了沿着本发明的实施方式的旋转轴线的视图。凹槽17在其每一个端部处连接左切割刃11和右切割刃12。然而，切割刃11、12也可以被定位成在彼此对面，或者被定位成相对于半径成一定角度且不沿着半径。在本实施方式中，在任何情况下，切割刃不经过旋转轴线。头部的直径24可以比主体19的直径宽。然而，尽管主体的直径可能较小，但是头部的直径24是钻具的直径24。凹槽的方向相对于切割刃11和12具有一定角度。在该实施方式中，该角度小于90°，例如在60°和89°之间。切割刃中的每一个设有倾斜表面201，倾斜表面201在凹槽的底部和相应的切割刃之间延伸。倾斜表面的角度优选分别相对于左侧和右侧在30°和45°之间。

在大多数图上，凹槽显示为垂直于中心线或平面。凹槽还可以取决于旋转的方向而相对于中心线或平面成一角度例如+/-45度，或者相对于中心线或平面在90度和+/-45度之间。

来自于上述实施方式中的任何实施方式的任何特征，例如磨圆的端点、平坦底部、凹槽的有角度的或倾斜的侧部，都可以应用于其他实施方式中的一个或多个实施方式。此外，不同的实施方式可以设有三个、四个或更多的切割刃。

以上不同的实施方式可以由结合到螺旋钢轴的碳化钨或durium(耐用的硅青铜合金)制成。其它的硬质材料，例如金刚石或金刚石底材(diamondground)，也可以在成分中。

不同的实施方式可以包括具有以下直径的钻具：在2mm和45mm之间、在2mm和40mm之间、在2mm和35mm之间、在2mm和30mm之间、在2mm和25mm之间、在2mm和20mm之间、在2mm和16mm之间或者在4mm和12mm之间。

在提及包括具有螺纹的主体的整个钻具时使用单词钻具，并且在提及钻具的末端时使用单词钻头。在某些情况下，两个单词可能都是合适的，例如在提及钻具/钻头的对中或者钻具或钻头的直径时。

当提及钻头的对中时，所意味的是有时在开始钻孔时，钻具可能在接通电源时略微滑动。但是在钻头更容易对中时，其意味着该滑动被减少或不存在。

对于根据本发明的钻具/钻头，已经证明，当使用仅执行钻具/钻头的旋转且不具有其脉动式轴向运动的钻机来钻进时，实现多个结果是可行的。

当在砖中钻进时，已经证明，当分别使用具有1.2mm或1.5mm凹槽宽度的8mm钻具/钻头以10kg的恒定压力钻20秒的预定时间周期时，可以钻出31mm和29mm的孔。这对应于在使用诸如根据本发明的改良式钻具/钻头例如10501934钻具时，在钻进速率上的分别121％和107％的增加。

当使用根据本发明的钻具/钻头例如具有1.2mm凹槽的10501867钻具在砖中钻进时，可以在40秒的预定时间周期期间以10kg的恒定压力钻出9.2mm的孔。相对于使用不具有凹槽的钻具的钻进深度，这对应于16％的增加。

当在砖中钻进时，已经证明，当分别使用具有1.0mm或1.2mm凹槽宽度的6mm钻具/钻头以10kg的恒定压力钻20秒的预定时间周期时，可以钻出33.4mm和37.8mm的孔。同不具有凹槽的相同钻具相比，这对应于在使用具有凹槽的钻具/钻头诸如6mm的钻具时，在钻进速率上的分别61％和82％的增加。

当在砖中钻进时，已经证明，使用设有1.5mm凹槽的16mm钻具/钻头以20kg的恒定压力可以钻出具有4.6mm平均钻进深度的孔。这对应于21％的平均钻进深度的改进。

当使用具有6mm直径、直径的15％的凹槽宽度以及100％的深/宽比的钻具/钻头钻进时，已经证明使用8kg的载荷以400rpm在4秒内可以在诸如普通红砖的砖中钻出具有15mm深度的孔。

当使用具有10mm直径、直径的13％的凹槽宽度以及138％的深/宽比的钻具/钻头钻进时，已经证明使用8kg的载荷以400rpm在5.2秒内可以在诸如普通红砖的砖中钻出具有15mm深度的孔。

当使用具有4mm直径、直径的16％的凹槽宽度以及108％的深/宽比的钻具/钻头钻进时，已经证明使用8kg的载荷以400rpm在29.8秒内可以在修补砂浆诸如抗压强度为45MPa、夸脱骨料(quartsaggregate)、d_max＝1mm的MarlonReparationsbetonFT中钻出具有15mm深度的孔。

当使用具有7mm直径、直径的15％的凹槽宽度以及105％的深/宽比的钻具/钻头钻进时，已经证明使用8kg的载荷以400rpm在10.3秒内可以在修补砂浆诸如抗压强度为45MPa、夸脱骨料、d_max＝1mm的MarlonReparationsbetonFT中钻出具有15mm深度的孔。

当使用具有10mm直径、直径的13％的凹槽宽度以及138％的深/宽比的钻具/钻头钻进时，已经证明使用10kg的载荷以400rpm在5.4秒内可以在修补砂浆诸如抗压强度为45MPa、夸脱骨料、d_max＝1mm的MarlonReparationsbetonFT中钻出具有15mm深度的孔。

当使用具有5mm直径、直径的15％的凹槽宽度以及107％的深/宽比的钻具/钻头钻进时，已经证明使用19kg的载荷以200rpm在9.8秒内可以在混凝土诸如具有50MPa的抗压强度、w/c比为0.4、花岗岩骨料(graniteaggregate)、d_max＝16mm的混凝土中钻出具有15mm深度的孔。

当使用具有10mm直径、直径的13％的凹槽宽度以及138％的深/宽比的钻具/钻头钻进时，已经证明使用20kg的载荷以200rpm在15.8秒内可以在混凝土诸如具有50MPa的抗压强度、w/c比为0.4、花岗岩骨料、d_max＝16mm的混凝土中钻出具有15mm深度的孔。

当使用具有5mm直径、直径的15％的凹槽宽度以及107％的深/宽比的钻具/钻头钻进时，已经证明使用9kg的载荷以400rpm在4.2秒内可以在诸如厚度为5mm的普通釉面墙瓦的瓦中钻出具有15mm深度的孔。

当使用具有5mm直径、直径的15％的凹槽宽度以及107％的深/宽比的钻具/钻头钻进时，已经证明使用8kg的载荷以400rpm在12秒内可以在诸如普通红砖的砖中钻出具有15mm深度的孔。

当使用具有12mm直径、直径的11％的凹槽宽度以及138％的深/宽比的钻具/钻头钻进时，已经证明使用15kg的载荷以200rpm在14.6秒内可以在修补砂浆诸如抗压强度为45MPa、夸脱骨料、d_max＝1mm的MarlonReparationsbetonFT中钻出具有15mm深度的孔。

当使用具有10mm直径、直径的13％的凹槽宽度以及138％的深/宽比的钻具/钻头钻进时，已经证明使用21kg的载荷以200rpm在13.2秒内可以在混凝土诸如具有50MPa的抗压强度、w/c比为0.4、花岗岩骨料、d_max＝16mm的混凝土中钻出具有15mm深度的孔。

当使用具有5mm直径、直径的15％的凹槽宽度以及107％的深/宽比的钻具/钻头钻进时，已经证明使用9kg的载荷以400rpm在5.6秒内可以在诸如厚度为5mm的普通釉面墙瓦的瓦中钻出具有15mm深度的孔。

当使用具有10mm直径并设有凹槽的钻具/钻头钻进时，已经证明使用13kg的载荷以400rpm可以在修补砂浆诸如抗压强度为45MPa、夸脱骨料、d_max＝1mm的MarlonReparationsbetonFT中重复地钻出具有15mm深度的孔，使得第1-10号孔需要4到5秒、第11-20号孔需要5到6秒、第21-30号孔需要6到7秒、第31-40号孔需要6到7秒、第41-50号孔需要7到8秒、第51-60号孔需要7到11秒、第61-70号孔需要11到15秒、第71-80号孔需要14到16秒、第81-90号孔需要15到17秒、第91-100号孔需要16到20秒、第101-110号孔需要18到20秒、第111-120号孔需要20到22秒、第121-127号孔需要23到25秒。

当使用具有10mm直径并设有凹槽的钻具/钻头钻进时，已经证明使用13kg的载荷以400rpm可以在修补砂浆诸如抗压强度为45MPa、夸脱骨料、d_max＝1mm的MarlonReparationsbetonFT中重复地钻出具有15mm深度的孔，使得第1-10号孔需要4到6秒、第11-20号孔需要6到8秒、第21-30号孔需要8到10秒、第31-40号孔需要10到12秒、第41-50号孔需要12到15秒、第51-60号孔需要16到20秒、第61-70号孔需要20到22秒、第71-80号孔需要23到28秒、第81-86号孔需要29到35秒。

当使用具有10mm直径并设有凹槽的钻具/钻头钻进时，已经证明使用8kg的载荷以400rpm在20秒内可以在修补砂浆诸如抗压强度为45MPa、夸脱骨料、d_max＝1mm的MarlonReparationsbetonFT中钻出具有15mm深度的孔。

当使用具有8mm直径并设有凹槽的钻具/钻头钻进时，已经证明使用5kg的载荷以2000rpm在10秒内可以在混凝土诸如混凝土瓦中钻出具有49mm深度的孔，

虽然本发明可操作用于各种直径的钻具/钻头，但是在具有至少4.0mm到至多14.0mm或至少4.0mm到至多10.0mm的直径的钻具/钻头中，本发明是特别有利的。

根据本发明的钻具具有非常高的耐用性。尽管钻具以不同的直径出现，但是耐用性可以通过参考具有10mm直径的钻具来表示，其中钻具在安装于被设置成400rpm的固定钻具速度以及钻具上的钻具载荷为13kg的柱架钻机中时，并且已在“MarlonReparationsbetonFT”(抗压强度为45MPa且d_max＝1mm的夸脱骨料最大直径)类型的材料修补砂浆中钻出40个深度为15mm的孔之后，钻具能够在相同材料中平均以每孔少于15秒、优选以每孔少于12秒且甚至更优选以每孔少于10秒钻出深度为15mm的三个孔。此外，已经证明，锤式钻具的改良即为钻具设置凹槽，与采用涉及本质上脉动式轴向运动的锤式钻机来钻进，没有观察到标准锤式钻具和改良锤式钻具之间在钻进深度方面有显著的差异。

在下文中，将描述利用本发明各种实施方式的具体实施例。

实施例

已经实施了多个实施例，其中钻具的直径和凹槽宽度已被改变。全部的钻进实施例都在多孔材料中实施，并且都具有两个侧部彼此平行的凹槽。在钻具的每一个尺寸内的相同钻具被用于全部的实施例，只是增加了凹槽的宽度。

实施例1

8mm的10501934钻具安装在柱架钻具(pillardrill)中。柱架钻具被加载有10kg的恒定压力并停靠在砖上。钻机被启动并被允许在砖中钻进达到表中所显示的时间周期。

表1：

凹槽宽度/mm	钻进深度/mm	时间/秒
			0(无凹槽)	14	20
0.7	23	20
			1.2	31	20
1.5	29	20

实施例1示出了，与不设置凹槽的情况相比，当设置1.2mm或1.5mm的凹槽宽度时，由于钻进深度超过两倍因而显著改进了钻进速率。在设置0.7mm的凹槽宽度的情况下，显著地改进了钻进速率。对于8mm的钻头，最佳结果在设置1.2mm的凹槽宽度的情况下实现，对应于钻进速率的121％的增加。

实施例2

16mm的10501867钻具安装在柱架钻具中。柱架钻具被加载有10kg的恒定压力并停靠在砖上。钻机被启动并被允许在砖中钻进达到表中所显示的时间周期。

表2：

凹槽宽度/mm	钻进深度/mm	时间/秒
			0(无凹槽)	7.9	40

1.2

9.2

40

实施例2示出了钻进深度增加了1.3mm，这是对于不具有凹槽的钻头的超过16.5％的改进。因此，1.2mm的凹槽宽度胜过无凹槽。

实施例3

6mm的钻具安装在柱架钻具中。柱架钻具被加载有10kg的恒定压力并停靠在砖上。钻机被启动并被允许在砖中钻进达到表中所显示的时间周期。

表3：

凹槽宽度/mm	钻进深度/mm	时间/秒
			0(无凹槽)	20.8	20
1.0	33.4	20
			1.2	37.9	20

实施例3示出了，与不设置凹槽的情况相比，当钻头设置有1.0mm或1.2mm的凹槽宽度时，在钻进速率方面的显著改进。

实施例4

16mm的10501867钻具安装在柱架钻具中。柱架钻具被加载有20kg的恒定压力并停靠在砖上。钻机被启动并被允许在砖中钻进达到在表中所显示的时间周期。

表4：

凹槽宽度/mm	钻进深度/mm	时间/秒
			0(无凹槽)	5.6	20
0(无凹槽)	4.6	20
			0(无凹槽)	4.0	20
0(无凹槽)	4.1	20
			0(无凹槽)	3.8	20
0(无凹槽)	3.8	20
			0(无凹槽)	3.3	20
0(无凹槽)	3.5	20
			0(无凹槽)	2.8	20
0(无凹槽)	3.0	20
			1.5	6.0	20
1.5	4.9	20
			1.5	5.1	20
1.5	5.4	20
			1.5	4.7	20
1.5	3.5	20
			1.5	6.4	20
1.5	3.9	20
			1.5	3.6	20
1.5	2.9	20

尽管在以同一钻头实施多个实施例时发生了变化，但是趋势是清楚的。在从3.8mm到4.6mm的平均钻进深度中的改进构成了21％的改进。因此，当需要较高的钻进速率时，1.5mm的凹槽宽度胜过无凹槽。

实施例5

16mm的10501867钻具安装在柱架钻具中。柱架钻具被加载有20kg的恒定压力且钻具停靠在砖上。钻机被启动并被允许在砖中钻进达到表中所显示的时间周期。

表5：

凹槽宽度/mm	钻进深度/mm	时间/秒
			0(无凹槽)	0.84	20
0(无凹槽)	0.70	20
			1.2	0.99	20
1.2	1.00	20
			1.5	1.00	20
1.5	1.10	20

表5示出了，在16mm钻头中1.5mm的凹槽宽度在钻进深度方面达到了与1.2mm的凹槽宽度类似的结果。

在实验期间，当凹槽为1.5mm时，实验者遇到了钻具的对中问题。对于6mm和8mm的钻具来说，钻进速率的最大改进是在设置1.2mm凹槽宽度的情况下。对于直径为6mm、8mm和16mm的钻具来说，优选的凹槽宽度因此为1.2mm。1.2mm的凹槽宽度相比于不具有凹槽或具有0.7mm到1.0mm范围内凹槽的钻具实现了改进的钻进速率，并且因此较小的凹槽使钻具更容易对中。当钻进速率和对中能力被权衡时，得到优选的凹槽宽度。

实施例6

两种类型的标准钻具被改良：直径为4mm到12mm的IRWINCordless以及直径为4mm到12mm的BOSCHUniversal。

IRWIN和BOSCH钻具通过使用金刚石圆盘锯在钻具中切割小的凹槽而被改良。凹槽垂直于如在图1中所图示的钻具的头部而被切割。

凹槽的尺寸随着根据表6的钻具的尺寸而变化：

表6：

凹槽在制造标准钻具的工厂中被切割且不使用冷却，从而钻具在制备期间变得非常热。此外，凹槽是在工厂对钻具头部硬化之后被切割，且不进行随后的硬化。可以预料到，如果切割凹槽时使用水来冷却且如果对钻具进行随后的硬化，则可以改进改良式钻具的耐用性。

在四种不同的建筑材料上测试钻具的效率：

1.普通红砖；

2.修补砂浆(MarlonReparationsbetonFT，抗压强度：45MPa，夸脱骨料，d_max＝1mm)；

3.混凝土(抗压强度：50MPa、w/c比＝0.4、花岗岩骨料、d_max＝16mm)；

4.釉面瓦(厚度为5mm的普通釉面墙瓦)。

测试装置

柱架钻机：具有可调节的钻进速度和可读的钻进深度的柱架钻具。柱架钻具的使用确保了测试可以在相同的条件即相同的钻具角(angleofdrill)、钻具上的载荷、钻进深度和钻进速度下被重复。

钻具的速度(r)：根据材料在200rpm和400rpm之间变化。

钻具上的载荷(L)：根据材料在8kg和21kg之间变化。

测试程序

通过测量和比较具有相同直径的标准钻具和改良式钻具的钻进时间来测试钻具的效率。测试在四种不同的建筑材料——砖、修补砂浆、混凝土和釉面瓦——中的钻进时间。测试步骤如下：

对于每一对钻具(具有相等的直径并属于同一品牌的标准钻具和改良式钻具)：

-将标准钻具安装在钻机中。

-将重物(weight)安装在钻机的手柄上，并确定钻具上产生的载荷L。

-调节钻机的速度，使得其适合于要被钻入的材料。

-把要被钻入的材料(砖、修补砂浆、混凝土或瓦)紧固在柱架钻机的平面上。

-测量钻具到达深度d的时间t_st。对于每一个钻具尺寸和每一种材料，测量五次t_st。

-对于具有相等直径的改良式钻具，重复该步骤。

IRWIN钻具的结果在下面的表7中示出：

表7：

可以得出结论，相比于标准钻具的相应时间，当使用改良式钻具时，减少了到达特定的钻进深度的钻进时间。这适用于(accountfor)全部的测试材料以及钻具的全部测试直径。对于IRWIN钻具，钻进时间的减少依赖于钻具的直径和测试材料而在15％和69％之间变化。

对于施加在钻具上的给定载荷来说，钻具的直径越大，钻进时间的减少就越显著。而且看上去，像砖、修补砂浆和瓦一样的较均匀多孔材料的钻进速度比像混凝土一样的较不均匀多孔材料的钻进速度快。

BOSCH钻具的结果在下面的表8中示出：

表8：

可推知，甚至对于具有的较低直径的钻具来说，钻进速度是高的。从而，对于小的钻具直径来说，与Irwin钻具相比，BOSCH钻具在砖和瓦中具有增加的钻进速度。可以得出结论，相比于标准钻具的相应时间，当使用改良式钻具时，减少了到达特定的钻进深度的钻进时间。这适用于全部的测试材料以及钻具的全部测试直径。

对于施加在钻具上的给定载荷来说，钻具的直径越大，钻进时间的减少就越显著。而且看上去，像砖、修补砂浆和瓦一样的较均匀多孔材料的钻进速度比像混凝土一样的较不均匀多孔材料的钻进速度快。对于BOSCH钻具，钻进时间的减少依赖于钻具的直径和测试材料而在35％和77％之间变化。

实施例7

与标准钻具相比的改良式钻具的耐用性。

对来自于两个钻具制造商的钻具进行了检测：来自于IRWIN的钻具以及来自于BOSCH的钻具。根据本发明对来自于每一个钻具制造商的钻具进行了改良，并且对改良式钻具的耐用性进行了测试并与标准形式的钻具相比较。

测试并比较标准的和改良的IRWIN钻具和BOSCH钻具的耐用性：

·标准钻具：IRWINCordless，

·改良式钻具：改良的IRWINCordless，

·标准钻具：BOSCHUniversal，

·改良式钻具：改良的BOSCHUniversal，

在修补砂浆(“MarlonReparationsbetonFT”，抗压强度：45MPa，夸脱骨料，d_max＝1mm)上测试钻具的耐用性。

测试装置

柱架钻机：具有可调节的钻进速度和可读的钻进深度的柱架钻具。柱架钻具的使用确保了测试可以在相同的条件下重复。

钻具的速度，r：固定速度，400rpm。

钻具上的载荷，L：固定载荷，13kg。

每次重复的钻进深度，d：15mm

钻具的直径，

每个钻具重复的数目：n

测试程序

通过测量和比较具有相同直径的标准钻具和改良式钻具的钻进时间来测试钻具的耐用性。测试步骤如下：

-将标准钻具安装在钻机中。

-将重物安装在钻机的手柄上，并确定钻具上产生的载荷L。

-调节钻机的速度，使得其适合于要被钻入的材料。

-把要被钻入的材料(修补砂浆)紧固在柱架钻具的平面上。

-测量钻具到达深度d的时间t_st，1(标准钻具的初始钻进时间)。

-重复该步骤，直到标准钻具的钻进时间加倍，即直到t_st＝2t_st，1。

-将改良式钻具安装在钻机中(改良式钻具的初始钻进时间)。

-测量钻具到达深度d的时间t_mod，1。

-重复该步骤，直到改良式钻具的钻进时间达到与标准钻具的初始钻进时间的两倍相等的钻进时间，即直到t_mod＝2t_st，1。

IRWIN钻具的结果在表9中示出，且Bosch钻具的结果在表10中示出。

表9：

标记：

t_st：标准钻具达到深度d的时间(秒)

t_mod：改良式钻具达到深度d的时间(秒)

d：钻进深度(mm)

r：钻机的速度(rpm)

L：由测试装置施加在钻具上的载荷(kg)

钻具的直径

t_st，rel＝t_{st，n/tst，1}：相对的钻进时间，标准钻具

t_mod，rel＝t_{mod，n/mod，1}：相对的钻进时间，改良式钻具。

可以得出结论：

标准钻具的初始钻进时间为t_st，1，＝15秒。50次重复后，钻进时间已近似地加倍到25-30秒。对于标准钻具来说，在钻进时间被加倍之前所达到的总钻进深度因此为750mm。50次重复后，改良式钻具的钻进时间也加倍；然而钻进时间非常短。改良式钻具的钻进时间从4秒增加到8秒，仅有4秒的差异。

对于标准钻具来说，50次重复的总钻进时间近似为1100秒，且对于改良式钻具来说近似为300秒。

也就是说，使用改良式钻具达到50次重复的钻进时间减少至为使用标准钻具达到50次重复的钻进时间的大约30％。

对于改良式钻具来说，为了达到与标准钻具的初始钻进时间(即25秒到30秒)对应的钻进时间，需要总共127次重复，即1900mm的总钻进深度、或者标准钻具的总钻进深度的2.5倍。

BOSCH钻具的结果在下面的表10中示出：

表10：

可以得出结论，对于Bosch钻具来说，标准钻具的初始钻进时间为t_st，1，＝16秒。25次重复后，钻进时间已近似地加倍到32-34秒。对于标准钻具来说，在钻进时间被加倍之前所达到的总钻进深度因此为375mm。

25次重复后，改良式钻具的钻进时间也加倍；然而钻进时间非常短。改良式钻具的钻进时间从4秒增加到8秒，仅有4秒的差异。

对于标准钻具来说，25次重复的总钻进时间近似为600秒，且对于改良式钻具来说近似为160秒。

也就是说，使用改良式钻具达到25次重复的钻进时间减少至为使用标准钻具达到25次重复的钻进时间的大约25％。

对于改良式钻具来说，为了达到与标准钻具的初始钻进时间(即32-34秒)对应的钻进时间，需要总共86次重复，即1300mm的总钻进深度、或者标准钻具的总钻进深度的3.5倍。

大体上可以得出结论，改良式钻具更耐用，且在超过可接受的钻进次数之前，改良式钻具可以比标准钻具用于更多次的重复(更大的总钻进深度)。

而且，使用改良式钻具将减少钻进时间。对于相同的总钻进深度来说，钻进时间显著地减少，且此外，改良式钻具可以用于更长的时期，并因此减少了更换钻具的时间和费用。

实施例8

对两种类型的锤式钻具进行了检测：标准形式的和改良形式的IRWINJoran，和12mm。根据本发明对改良形式进行改良，并且对改良式钻具的效率进行了测试并与标准形式的钻具相比较。

来自于IRWIN的锤式钻具被改良，并且对改良式钻具的效率进行了测试并与标准形式的钻具相比较。

测试并比较标准的和改良的IRWIN锤式钻具的效率：

·标准锤式钻具：IRWINJoran，和12mm

·改良锤式钻具：改良的IRWINJoran，和12mm

在混凝土(抗压强度：50MPa，w/c比为0.4，花岗岩骨料，d_max＝16mm)上测试钻具的效率。

测试装置

锤式钻机：HiltiTE6-S(重量为3.5kg)。钻机通过手来保持且除了来自于钻机其自身的重量外没有附加的载荷被施加在钻具上。

钻具的速度，r：锤式钻具的全速。

钻具上的载荷，L：钻机的重量，3.5kg。

测试程序

通过测量和比较具有相同直径的标准锤式钻具和改良锤式钻具在15秒内所达到的钻进深度来测试锤式钻具的效率。测试步骤如下：

对于每一对钻具(具有相等的直径的标准锤式钻具和改良锤式钻具)：

标准锤式钻具：

-将标准锤式钻具安装在钻机中。

-钻具被保持成垂直于混凝土表面。

-将钻机设置成最大速度并同时启动秒表。

-除了由钻机的重量产生的压力之外，没有压力施加在钻机上。

-15秒的钻进时间之后，使钻具停止并测量钻进深度d_15，st。

-对于每一个钻具尺寸，测量三次d_st。

改良锤式钻具：

使用改良锤式钻具重复与使用标准锤式钻具所执行的相同步骤。

结果在表11中示出：

表11：

标记：

d_st：标准钻具在t＝15秒内要达到的钻进深度(mm)

d_mod：改良式钻具在t＝15秒内要达到的钻进深度(mm)

t：钻进时间(秒)

r：钻机的速度

L：由与钻机的重量相等的测试装置施加在钻具上的载荷(kg)

钻具的直径(mm)

Δd_abs：与标准钻具相比，改良式钻具在钻进深度方面的绝对增加(mm)

Δd_rel：与标准钻具相比，改良式钻具在钻进深度方面的相对增加(％)

可以得出结论：

不能观察到标准锤式钻具和改良锤式钻具之间在钻进深度方面的显著差异。

实施例9

对来自于钻具制造商IRWIN的钻具进行了检测。来自于该制造商的钻具被改良，并且对改良式钻具的效率进行了测试并与标准形式的钻具相比较。

分别地实施测试以阐明在标准形式的钻具和改良形式的钻具上所需的必需载荷。

测试并比较标准的和改良的IRWIN钻具的效率：

·标准钻具：IRWINCordless，

·改良式钻具：改良的IRWINCordless，

在修补砂浆(“MarlonReparationsbetonFT”，抗压强度：45MPa，夸脱骨料，d_max＝1mm)上测试钻具的效率。

测试装置

钻具的速度，r：固定速度，400rpm。

钻具上的载荷，L：从8kg(在标准钻具上)变化到11kg(在改良式钻具上)的载荷。

每次重复的钻进深度，d：15mm

钻具的直径，

测试程序

调节标准钻具和改良式钻具上的载荷，以便实现近似相同的钻进时间。测试步骤如下：

标准钻具：

-将标准钻具安装在钻机中。

-将重物安装在钻机的手柄上，并确定钻具上产生的载荷L1。

-调节钻机的速度，使得其适合于要被钻入的材料。

-把要被钻入的材料(修补砂浆)紧固在柱架钻具的平面上。

-测量钻具到达深度d的时间t_st(具有载荷L1的标准钻具的钻进时间)。

-将该步骤重复三次。

改良式钻具：

-将改良式钻具安装在钻机中。

-调节载荷L2，以便实现与对于标准钻具所测量的钻进时间近似相同的钻进时间(即t_st≈t_mod)。

-测量钻具到达深度d的时间t_mod(具有载荷L2的改良式钻具的钻进时间)。

-将该步骤重复三次。

结果在下面的表12中示出：

表12：

标记：

t_st：标准钻具达到深度d的时间(秒)

t_mod：改良式钻具达到深度d的时间(秒)

d：钻进深度(mm)

r：钻机的速度(rpm)

L：由测试装置施加在钻具上的载荷(kg)

钻具的直径

该表显示出，对于大约22秒的钻进时间，在标准钻具上需要11kg的载荷。

为了使用改良式钻具达到相同的钻进时间，仅需要8kg。因此，在给定的实施例中，与标准钻具相比，要施加在改良式钻具上的必需载荷减少了几乎30％。

可以得出结论：

使用改良式钻具可以减小钻进压力。对于相同的总钻进深度和相同的钻进时间来说，要施加在改良式钻具上的载荷显著地减小。因此，预期在使用改良式钻具时，对于钻具的使用者来说减小了人体工程学应变。

实施例10

对来自于制造商的锤式钻具进行了检测，并与来自于制造商IRWIN的钻具的改良(非锤式)形式相比较。

分别地实施测试，以阐明在钻进达到相同的时间周期时锤式钻具和改良形式的钻具之间在钻进深度方面的差异。测试并比较钻具的效率：

·标准锤式钻具：(Wu-515008.0-Tun.Nr.3902789)

·改良式钻具：IRWIN，(105001932)

在混凝土瓦上测试钻具的效率。

测试装置

-Dewalt钻机DC92518V，

-钻具的速度，r：0-450rpm；0-1500rpm；0-2000rpm。

测试程序

调节标准锤式钻具和改良式钻具上的载荷，以便实现相同的钻进时间。测试步骤如下：

对于每一对钻具(具有相等的直径的标准锤式钻具和改良式钻具)：

标准锤式钻具：

-将标准钻具安装在钻机中。

-将重物安装在钻机的手柄上，并确定钻具上产生的载荷(5kg)。

-激活钻机的锤功能。

-调节钻机的速度，使得其适合于要被钻入的材料。

-把要被钻入的材料(混凝土瓦)紧固在柱架钻具的平面上。

-测量在特定时间内所达到的深度d。

-将该步骤重复两次。

改良式钻具：

-将改良式(非锤式)钻具安装在钻机中。

-调节载荷，以便实现与对于标准钻具所测量的钻进时间近似相同的钻进时间。

-测量在特定时间到达的深度d。

-将该步骤重复两次。

结果在下面的表13中示出：

表13：

标记：

t：钻进时间(秒)

d：钻进深度(mm)

r：钻机的速度(rpm)

L：由测试装置施加在钻具上的载荷(kg)

钻具的直径

该表显示出，对于大约10秒的钻进时间，使用锤式钻具分别达到27mm和18mm的钻进深度。

使用改良式钻具以相同的钻进时间相应的钻进深度分别为49mm和40.8mm。因此，在给定的实施例中，当在相同的时间周期期间钻进时，与锤式钻具相比，改良式钻具的效率分别增加80％和127％。

可以得出结论：

与锤式钻具相比，使用改良式钻具可以增加钻进深度和钻进速率。

Claims

1.一种旋转式圬工钻具，其中所述钻具设有至少一个凹槽，所述至少一个凹槽中的一个凹槽具有位于所述钻具的旋转轴线上的中心，每一个所述至少一个凹槽在界定凹槽宽度的两个端点之间延伸，所述钻具包括至少两个切割刃，每一个切割刃界定相应的切割角，所述凹槽包括左侧和右侧，其中所述凹槽宽度在0.6mm和1.8mm之间且所述钻具具有在2mm和45mm之间的直径，并且每一个切割角相对于所述旋转轴线在30度和-30度之间。

2.根据权利要求1所述的旋转式圬工钻具，其中所述凹槽宽度在1.1mm到1.4mm的范围内。

3.根据权利要求1所述的旋转式圬工钻具，其中一组至少三个凹槽被设置，所述一组至少三个凹槽中的第一凹槽是具有位于所述钻具的所述旋转轴线上的中心的凹槽。

4.根据权利要求3所述的旋转式圬工钻具，其中所述凹槽的数目是5、7或9。

5.根据权利要求3所述的旋转式圬工钻具，其中第二凹槽和后续凹槽沿着所述切割刃设置在所述钻具的周边和所述第一凹槽之间。

6.根据权利要求5所述的旋转式圬工钻具，其中所述第二凹槽和所述后续凹槽是大体上笔直的。

7.根据权利要求5所述的旋转式圬工钻具，其中所述第二凹槽和所述后续凹槽是弯曲的，每一个凹槽具有预定曲率半径。

8.根据权利要求7所述的旋转式圬工钻具，其中每一个第二凹槽和后续凹槽的所述预定曲率半径对应于圆的半径。

9.根据权利要求3所述的旋转式圬工钻具，其中被所述凹槽覆盖的总区域介于10％和60％之间。

10.根据权利要求3所述的旋转式圬工钻具，其中第二凹槽和后续凹槽中的每一个凹槽具有成喇叭形的形状，使得所述切割刃处的凹槽宽度小于相对的刃处的凹槽宽度。

11.根据权利要求1所述的旋转式圬工钻具，其中所述钻具适合于钻入下述材料中，所述材料选自由瓦、砖、砖石、混凝土、花岗岩、修补砂浆、陶瓷材料所组成的组。

12.根据权利要求1所述的旋转式圬工钻具，其中所述左侧和所述右侧是彼此平行的，或者相对于彼此形成小于30度的角。

13.根据权利要求1所述的旋转式圬工钻具，其中所述钻具包括三个或四个切割刃。

14.根据权利要求1所述的旋转式圬工钻具，其中所述两个端点之间的距离小于所述凹槽的深度。

15.根据权利要求1所述的旋转式圬工钻具，其中所述凹槽的深度大于所述凹槽的宽度。

16.根据权利要求1所述的旋转式圬工钻具，其中所述凹槽的深度在凹槽宽度的100-300％之间。

17.根据权利要求1所述的旋转式圬工钻具，其中每一个切割角相对于所述旋转轴线在0度和-30度之间。

18.根据权利要求1所述的旋转式圬工钻具，其中每一个切割角相对于所述旋转轴线在18度和0度之间。

19.根据权利要求1所述的旋转式圬工钻具，其中每一个切割角相对于所述旋转轴线在30度和0度之间。

20.根据权利要求17、18或19中任何一项所述的旋转式圬工钻具，还包括钻头。

21.根据权利要求1-19中任一项所述的旋转式圬工钻具，包括两个端点，所述两个端点分别沿着所述凹槽的所述左侧和所述右侧的线定位，且位于距所述切割刃一定距离处。

22.根据权利要求1-19中任一项所述的旋转式圬工钻具，其中所述切割刃中的每一个切割刃包括在所述凹槽以及相应的切割刃之间延伸的倾斜表面。

23.根据权利要求22所述的旋转式圬工钻具，其中分别相对于所述凹槽的所述左侧或所述右侧，所述倾斜表面的角在20–55度之间。

24.根据权利要求22所述的旋转式圬工钻具，其中所述倾斜表面是三角形的。

25.根据权利要求22所述的旋转式圬工钻具，其中所述倾斜表面的宽度能够构成为不超过所述切割刃的长度的1/3。

26.根据权利要求1-19中任一项所述的旋转式圬工钻具，其中所述两个端点大体上定位在中心线上，或者大体上定位在距所述中心线一定距离内，该距离为所述钻具的直径的直到15％。

27.一种包括钻头的旋转式圬工钻具，其中所述钻头设有至少一个凹槽，所述至少一个凹槽中的一个凹槽具有位于所述钻具的旋转轴线上的中心，每一个所述至少一个凹槽在界定凹槽宽度的两个端点之间延伸，所述钻头包括至少两个切割刃，每一个切割刃界定相应的切割角，所述凹槽包括左侧和右侧，其中所述凹槽宽度在0.6mm和1.8mm之间且所述钻头具有在2mm和45mm之间的直径，并且每一个切割角相对于所述旋转轴线在30度和-30度之间。

28.根据权利要求27所述的包括钻头的旋转式圬工钻具，其中所述凹槽宽度在1.1mm到1.4mm的范围内。

29.根据权利要求27所述的包括钻头的旋转式圬工钻具，其中一组至少三个凹槽被设置，所述一组至少三个凹槽中的第一凹槽是具有位于所述钻具的所述旋转轴线上的中心的凹槽。

30.根据权利要求29所述的包括钻头的旋转式圬工钻具，其中所述凹槽的数目是5、7或9。

31.根据权利要求29所述的包括钻头的旋转式圬工钻具，其中第二凹槽和后续凹槽沿着所述切割刃设置在所述钻头的周边和所述第一凹槽之间。

32.根据权利要求31所述的包括钻头的旋转式圬工钻具，其中所述第二凹槽和所述后续凹槽是大体上笔直的。

33.根据权利要求31所述的包括钻头的旋转式圬工钻具，其中所述第二凹槽和所述后续凹槽是弯曲的，每一个凹槽具有预定曲率半径。

34.根据权利要求33所述的包括钻头的旋转式圬工钻具，其中每一个第二凹槽和后续凹槽的所述预定曲率半径对应于圆的半径。

35.根据权利要求29所述的包括钻头的旋转式圬工钻具，其中被所述凹槽覆盖的总区域介于10％和60％之间。

36.根据权利要求29所述的包括钻头的旋转式圬工钻具，其中第二凹槽和后续凹槽中的每一个凹槽具有成喇叭形的形状，使得所述切割刃处的凹槽宽度小于相对的刃处的凹槽宽度。

37.根据权利要求27所述的包括钻头的旋转式圬工钻具，其中所述钻头适合于钻入下述材料中，所述材料选自由瓦、砖、砖石、混凝土、花岗岩、修补砂浆、陶瓷材料所组成的组。

38.根据权利要求27所述的包括钻头的旋转式圬工钻具，其中所述左侧和所述右侧是彼此平行的，或者相对于彼此形成小于30度的角。

39.根据权利要求27所述的包括钻头的旋转式圬工钻具，其中所述钻头包括三个或四个切割刃。

40.根据权利要求27所述的包括钻头的旋转式圬工钻具，其中所述两个端点之间的距离小于所述凹槽的深度。

41.根据权利要求27所述的包括钻头的旋转式圬工钻具，其中所述凹槽的深度大于所述凹槽的宽度。

42.根据权利要求27所述的包括钻头的旋转式圬工钻具，其中所述凹槽的深度在凹槽宽度的100-300％之间。

43.根据权利要求27所述的包括钻头的旋转式圬工钻具，其中所述钻头包括两个或更多的钻头部分。

44.根据权利要求43所述的包括钻头的旋转式圬工钻具，其中所述钻头部分彼此连接。

45.根据权利要求27-44中任一项所述的包括钻头的旋转式圬工钻具，包括两个端点，所述两个端点分别沿着所述凹槽的所述左侧和所述右侧的线定位，且位于距所述切割刃一定距离处。

46.根据权利要求27-44中任一项所述的包括钻头的旋转式圬工钻具，其中所述切割刃中的每一个切割刃包括在所述凹槽以及相应的切割刃之间延伸的倾斜表面。

47.根据权利要求46所述的包括钻头的旋转式圬工钻具，其中分别相对于所述凹槽的所述左侧或所述右侧，所述倾斜表面的角在20–55度之间。

48.根据权利要求46所述的包括钻头的旋转式圬工钻具，其中所述倾斜表面是三角形的。

49.根据权利要求46所述的包括钻头的旋转式圬工钻具，其中所述倾斜表面的宽度能够构成为不超过所述切割刃的长度的1/3。

50.根据权利要求27-44中任一项所述的包括钻头的旋转式圬工钻具，其中所述两个端点大体上定位在中心线上，或者大体上定位在距所述中心线一定距离内，该距离为所述钻具的直径的直到15％。

51.根据权利要求1-26中任一项所述的旋转式圬工钻具的用途，用于安装在钻机中，其中所述钻机执行旋转运动而没有明显的脉动式轴向运动。

52.根据权利要求27-44中任一项所述的包括钻头的旋转式圬工钻具的用途，用于安装在钻机中，其中所述钻机执行旋转运动而没有明显的脉动式轴向运动。

53.根据权利要求1-26中任一项所述的旋转式圬工钻具的用途，用于钻入多孔材料中。

54.根据权利要求53所述的旋转式圬工钻具的用途，其中所述多孔材料选自由瓦、砖、砖石、混凝土、花岗岩、修补砂浆、人造花岗岩、焦渣石、压顶石、硬化屋顶瓦、大理石和陶瓷材料所组成的组。

55.一种旋转式圬工钻具，其中所述钻具设有至少一个凹槽，所述至少一个凹槽中的一个凹槽具有位于所述钻具的旋转轴线上的中心，每一个所述至少一个凹槽在界定凹槽宽度的两个端点之间延伸，所述钻具包括至少两个切割刃，每一个切割刃界定相应的切割角，所述凹槽包括左侧和右侧，其中所述凹槽宽度在10mm和20mm之间且所述钻具具有在45mm和200mm之间的直径，并且每一个切割角相对于所述旋转轴线在30度和-30度之间。

56.根据权利要求55所述的旋转式圬工钻具，其中所述钻具包括钻头。