CN109715325B - 取芯钻头 - Google Patents

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CN109715325B CN201780057578.2A CN201780057578A CN109715325B CN 109715325 B CN109715325 B CN 109715325B CN 201780057578 A CN201780057578 A CN 201780057578A CN 109715325 B CN109715325 B CN 109715325B
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Abstract

本发明的取芯钻头(1)包括管状轴(12)，设置于所述管状轴(12)的近端处、用于将所述取芯钻头安装在电动工具(26)上的安装平台(31)，以及设置有布置在所述管状轴(12)的远端处的磨蚀切割区段(3)的环形切割部(2)。在所述管状轴(12)的远端处提供了第一应答器(24)。提供了中继器(28)，该中继器(28)包括位于所述管状轴(12)的近端处的第二应答器(29)、面向所述第一应答器(24)的天线(33)，以及所述天线(33)与所述中继器(28)之间的有线连接(34)。

Description

取芯钻头
背景技术
本发明涉及取芯钻头，其具有环形切割部，该环形切割部带有磨蚀切割元件。
在US 7,210,878中描述了操作取芯钻头的机械工具。该取芯钻头在其靠近机械工具的一侧具有识别装置。该机械工具可以读取识别装置以便设定最佳扭矩/速度配对。
在EP 2 886 230 A1中描述了带有磨蚀切割区段的取芯钻头。该取芯钻头具有管状轴和带有磨蚀切割区段的可释放地安装的环形切割部。
发明内容
本发明的取芯钻头包括管状轴，设置于所述管状轴的近端处、用于将所述取芯钻头安装在电动工具上的安装平台，以及设置有布置在所述管状轴的远端处的磨蚀切割区段的环形切割部。在所述管状轴的远端处设置了第一应答器。设置了中继器，该中继器包括位于所述管状轴的近端处的第二应答器、面向所述第一应答器的天线，以及所述天线与所述中继器之间的有线连接。所述环形切割部可以是可替换的。位于所述可替换环形切割部的信息标签可以由钻机读取。
在优选实施方式中，所述应答器具有数据存储，该数据存储具有包括以下各项中的一个或多个的存储数据：所述环形切割部的唯一标识符、所述环形切割部的类型标识符、未经使用的磨蚀切割区段的高度、所述取芯钻头的操作参数。
在优选实施方式中，所述中继器的阻抗匹配于所述第一应答器的阻抗。
在优选实施方式中，所述第二应答器包含无源第二天线。所述取芯钻头不需要电源。由机械工具或读出单元经由询问信号提供电力。
在一个实施方式中，所述第二应答器具有电源。所述第二应答器可以设有放大器。所述第二应答器还可以包括信号转换器，该信号转换器用于将具有第一载波频率的无线电信号转换成具有第二载波频率的无线电信号，所述第二载波频率匹配于所述第一应答器的载波频率。低频率传输更适合于对所述环形切割部处的标签的读出。较高频率下的通信信道更适合于建立远距离无线电通信，以及用于传输数据。第一载波频率可以在3MHz至30MHz的范围内，而所述第二载波频率可以在2GHz至5.0GHz的范围内。
在优选实施方式中，所述环形切割部可释放地安装到所述管状轴。所述管状轴可以具有内套筒并且所述环形切割部具有周向覆盖所述内套筒的外套筒，所述应答器附接到所述外套筒并且面向所述内套筒，所述天线附接到所述内套筒并且面向所述应答器。
在一个实施方式中，所述安装平台具有进水口，该进水口向所述管状轴的接收室敞开。
附图说明
以下参考附图对本发明的示例性实施方式进行描述。附图并不一定按比例图示出示例性实施方式，而是相反，在对于解释有用时以示意和/或略微扭曲的形式绘制。关于对从附图中容易理解的教导的补充，对相关技术做出参考。在这方面，应当注意，可以做出关于特定实施方式的形式和细节的多种修改和变更，而不偏离本发明的总体概念。说明书、附图和权利要求书中所公开的本发明特征单独地以及在任何给定组合下对于本发明的改进可能都是重要的。
此外，由说明书、附图和/或权利要求书中公开的特征中的至少两个组成的任何组合均属于本发明的范围内。本发明的总体概念不限于以下图示和描述的优选特定实施方式的确切形式或细节，也不限于以权利要求书中所要求保护的主题为界划定的主题。对于给定的尺寸范围，处于规定范围内的值也旨在被公开为极限值，并且可以根据需要使用和提出。为了简单起见，下文针对相同或相似部件或者具有相同或相似功能的部件使用相同参考标号。
术语近端和远端用于表示相对于作为参考点的工具机沿着轴线的相对位置。近端表示更靠近工具机；远端表示更远离工具机。
图1具有可更换切割部的钻头
图2底视图
图3俯视图
图4 IV-IV平面中的截面
图5 V-V平面中的截面
图6侧视图，其中部分地移除了环形切割部
图7示意图
图8示意图
图9安装到机械工具的钻头
具体实施方式
参考附图，并且首先参考图1，图中示出了根据本发明制造的取芯钻头1。取芯钻头1的目的是在墙壁、天花板或者由混凝土或其他矿物材料制成的类似结构中形成圆形孔。取芯钻头1通过磨削环形孔，而留下完整的内圆柱芯，来破坏所述结构。
取芯钻头1具有环形切割部2，该环形切割部2带有一个或若干个磨蚀切割区段3，所述磨蚀切割区段3固定到支撑体5的远端抵接面4。支撑体5优选地是短而薄壁的圆柱形管。支撑体5的壁厚显著小于支撑体5的内径6和外径7。壁厚8在数毫米的范围内；所述直径大于2cm，例如，大于5cm。远端抵接面4是圆环，其尺寸对应于所述壁厚和所述直径。磨蚀切割区段3固定到支撑体5的远端抵接面4。因此，磨蚀切割区段3沿着圆环的圆周布置。
位于支撑体5的远端处的刻面是主动刻面9，该主动刻面9对矿物结构进行磨削。主动刻面9是平坦的。由刻面9限定的平面垂直于取芯钻头1的纵轴线10。所有磨蚀切割区段3的主动刻面9布置在同一平面E中。主动刻面9在平面E内可以是弯曲的，以匹配于圆环的曲率，或者被成形以便优化磨削过程。磨蚀切割区段3可以具有棱柱体形状。磨蚀切割区段3的厚度11，即，径向尺寸优选地有大于支撑体5的壁厚8的裕度。支撑体5可以出现到由磨蚀切割区段3磨削出的环形孔内，而不触碰该孔的壁。所述裕度可以小于5mm，例如，小于2mm。
磨蚀切割区段3优选地由复合材料制成，该复合材料包含嵌入在由金属或陶瓷制成的支撑基质中的金刚石、合成金刚石和多晶金刚石等非常硬的颗粒。硬颗粒具有在亚毫米范围内可达数毫米的直径。硬颗粒可以在支撑基质中随机布置，或者分层布置。在取芯钻头1的使用期间，支撑基质的连续暴露的新鲜硬颗粒被磨损。因此，可以使用环形切割部2，直到磨蚀切割区段3被完全磨损。
环形切割部2优选地可释放地安装到管状轴12。管状轴12具有圆柱形接收室13，该圆柱形接收室13具有高度14。管状轴12的径向尺寸与环形切割部2的径向尺寸相同或几乎相同。管状轴12基本上只是沿着纵轴线10延长环形切割部2，并允许切割像管状轴12的高度14一样深的孔。管状轴12需要是坚固的，并且因此优选地由钢制成。选择管状轴12的壁16的厚度15以维持沿着纵轴线10的压力和围绕纵轴线10的扭矩。管状轴12的壁厚15可以与环形切割部2的壁厚15相同或几乎相同。环形切割部2和管状轴12的内径6和外径7可以相同或几乎相同。壁厚15有小于磨蚀切割区段3的厚度11的裕度。环形切割部2可以优选地安装在管状轴12上和从其卸下，从而由新的环形切割部2替换。机械紧固件机构17以形状配合的方式将环形切割部2与管状轴12接合起来。示例性机械紧固件机构17基于凸缘衬套。环形切割部2在其近端处设有外套筒18。管状轴12在其远端处设有内套筒19。内套筒19紧密配合到外套筒18中。图1仅出于说明的目的示出了部分切去的外套筒18，从而使下面的内套筒19可见。内套筒和外套筒优选地是圆柱形的。内套筒19的外径大约等于外套筒18的内径。外套筒18沿着纵轴线10抵靠由管状轴12的壁16形成的凸缘或肩部20。相应地，内套筒19同样可以抵靠由支撑体5形成的肩部。内套筒19可以通过使外径凹进而由壁16形成。内套筒19和壁16的内径可以相同，并且优选地与环形切割部2的内径相同。外套筒18可以通过使支撑体5凹进以增大内径而形成。外径可保持不变并且与支撑体5相同，且优选地与管状轴12相同。
机械紧固件机构17可以具备卡口状锁。卡口状锁基于弯曲或倾斜的凸轮21，所述凸轮21向接合有销钉22的一端敞开。在靠近敞开端的一个部分中，凸轮21主要沿着纵轴线10引导销钉22。在较远的部分中，凸轮21主要围绕纵轴线10引导销钉22。初始纵向引导与分段旋转引导的变动确保环形切割部2不会沿着纵轴线10断开。凸轮21可以实现为狭缝或凹槽。所图示的示例具有位于外套筒18上的凸轮21和位于内套筒19上的销钉22。不同的机械紧固件机构例如从EP 2 886 230 A1已知，其可以用于锁定环形切割部2。
环形切割部2配备有可读数据存储23。可读数据存储23可以是只读的。只读数据包含关于切割部2的信息。数据可以关于切割部是描述性的，例如，磨蚀切割区段在首次使用之前的高度、磨蚀切割区段的数目和尺寸、磨蚀切割区段的材料组成，以及切割部的直径。数据可以包含最佳操作条件或限制操作条件，或者对其是描述性的，例如，最佳压力、最佳旋转速度、最佳水冲洗、最大压力、最大旋转速度、最小水冲洗。数据可以包含环形切割部的类型标识符。该类型标识符是足以用来在单独的查找列表中查找关于切割部2的数据描述或关于切割部的操作条件的数据描述的指针。该数据可以包含针对每个切割部2的唯一标识符。该唯一标识符允许确定切割部2是否已由任何其他切割部所替换，即使是由同一类型的切割部所替换。可读数据存储23可以是只读的，或者允许写入数据。可写数据可以包括关于最后一次使用的数据，例如，使用持续时间、所施加的扭矩和压力、所使用的工具机。
环形切割部2具有与数据存储23相连的应答器24。应答器24可以从数据存储读取数据，并且可以经由无线电信号传输数据。询问单元25经由无线电信号向应答器24发送请求。应答器24通过从数据存储读取数据并且经由无线电信号传输数据而对请求作出响应。询问单元25优选地是机械工具26的一部分。无线电信号具有优选地高于3MHz并小于30MHz，例如13.6MHz的载波频率。
应答器24附接到环形切割部2。优选地，应答器24安装在外套筒18的内侧27，使得应答器24至少部分地封装在内套筒19与外套筒18之间。内侧27可以凹进以形成用于应答器24的袋。取芯钻头1的金属主体屏蔽应答器24免受机械损坏，然而，也屏蔽其直接接收来自询问单元25的无线电信号。
应答器24优选地是无源应答器。环形切割部2不具有用于向应答器24和数据存储23供电的电源。应答器24由询问无线电信号供电。应答器24可以具有电容式电源缓冲器，该电容式电源缓冲器从无线电信号收集足以用于读取数据和传输数据的一些能量。应答器24和数据存储23可以是集成单元。该集成单元例如可以是RFID装置(射频识别)。具体地，RFID装置响应于工业、科学和医学(ISM)无线电频带中之一的无线电信号。
管状轴12具有用于无线电信号的中继器28。中继器28接收来自询问单元25的询问无线电信号，将无线电信号传递给应答器24，并将应答器24的响应返回给询问单元25。中继器28不仅经由无线电信号传输信息，而且还向应答器24供电。
中继器28布置在管状轴12上。中继器28具有单独的应答器29，在此称为预应答器29，以便言辞上区别于伴有数据存储23的应答器24。预应答器29位于取芯钻头1的近端处。优选地，预应答器29布置在管状轴12的平坦顶部30上，或者安装平台31上。预应答器29可从取芯钻头1的外部看到。预应答器29在一个实施方式中可以是由简单天线32构成的无源应答器。天线32可由若干个导体线圈制成。线圈的有效长度匹配于无线电信号的载波频率的波长。所述导体可以是电线，印刷在聚合物箔、纸板等上的条形导线。
中继器28具有拾取天线33。拾取天线33布置在应答器24附近。优选地，拾取天线33附接到管状轴12的内套筒18。拾取天线33面向应答器24。内套筒18可以凹进以提供定位拾取天线33的袋。拾取天线由若干个导体线圈制成。线圈的有效长度匹配于无线电信号的载波频率的波长。所述导体可以是电线、印刷在聚合物箔、纸板等上的条形导线。拾取天线33可以与应答器24的一体化天线相同。
中继器28具有将预应答器29与拾取天线33相连的有线连接34。有线连接34可以是双绞线。该线从预应答器29延伸到拾取天线33。该线从取芯钻头1的近端延伸到取芯钻头1的远端。例如，该线在顶部30上起始，并在环形切割部2处终止。该线可以嵌入形成于管状轴12外部的凹槽35内。
中继器28的阻抗匹配于应答器24的阻抗，以供功率高效的无线电耦合。无源预应答器29从接收自询问单元25的无线电信号拾取功率。该功率被转发以激励拾取天线33，从而发射中继无线电信号。应答器24最终由拾取天线33所发射的这一无线电信号来供电。
在一个实施方式(图7)中，预应答器29可以是有源的，并且包括电源36。电源36可以是电池。有源预应答器29具有内部天线37。天线33所接收到的信号可由预应答器29的内部放大器38进行放大。放大器38可以经由有线连接34而直接连接到拾取天线33，即，在放大器38与拾取天线33之间不布置其他有源电子元件。放大器38增大无线电信号的信号强度，并且间接地为应答器24供电。
在一个实施方式(图8)中，预应答器29可以是有源的，并且包括电源36。有源预应答器29具有信号转换器39。上文所述的实施方式传递询问无线电信号而除了信号强度之外不改变或处理无线电信号。信号转换器39使用第一无线电信号来与应答器24通信，并且使用第二无线电信号来与机械工具26的询问单元25通信。第一无线电信号可以使用约2.5GHz的载波频率。通信例如可以基于IEEE 802.15.1标准，通常称为商标蓝牙。第二无线电信号可例如在低频率范围内选取。
取芯钻头1具有用于安装到机械工具26的安装平台31。安装平台31可以包括齿轮，用于向取芯钻头1传递扭矩。机械工具26提供围绕纵轴线10的扭矩和沿着纵轴线10的压力。说明性的机械工具26具有旋转驱动单元40，该旋转驱动单元40驱动主轴41。安装平台31可以可释放地安装到主轴41。虽然较小的取芯钻头1可通过手助机械工具26操作，但较大的取芯钻头1需要钻探设备42来维持扭矩和压力。钻探设备42具有举升结构43，用于沿着纵轴线10升高和降低取芯钻头1。例如，举升结构43基于对旋转驱动单元40的壳体44和主轴41进行举升的齿条-齿轮。举升结构43可以手动操作或自动操作。机械工具26的操作单元45可以监测或控制沿着纵轴线10施加到取芯钻头1的压力。
安装平台31具有进水口46，用于利用水来冲洗磨蚀切割区段3。进水口46优选地布置在纵轴线10上，并且延伸到接收室13中。水源47可以连接到进水口46。水源47可由操作单元45控制。

Claims (12)

1.一种取芯钻头(1)，其包括：
管状轴(12)，
安装平台(31)，其被设置于所述管状轴(12)的近端处，用于将所述取芯钻头安装在电动工具(26)上，
环形切割部(2)，其设置有布置在所述管状轴(12)的远端处的磨蚀切割区段(3)，
第一应答器(24)，其位于所述管状轴(12)的所述远端处，
中继器(28)，其包括位于所述管状轴(12)的所述近端处的第二应答器(29)、面向所述第一应答器(24)的天线(33)，以及所述天线(33)与所述中继器(28)之间的有线连接(34)。
2.根据权利要求1所述的取芯钻头，其特征在于，所述中继器(28)的阻抗匹配于所述第一应答器(24)的阻抗。
3.根据权利要求1或2所述的取芯钻头，其特征在于，所述管状轴(12)由钢制成。
4.根据权利要求1或2所述的取芯钻头，其特征在于，所述第二应答器(29)包含无源第二天线(32)。
5.根据权利要求1或2所述的取芯钻头，其特征在于，所述第二应答器(29)设置有电源(36)。
6.根据权利要求1或2所述的取芯钻头，其特征在于，所述第二应答器(29)设置有放大器(38)。
7.根据权利要求5所述的取芯钻头，其特征在于，所述第二应答器(29)包括信号转换器(39)，该信号转换器(39)用于将具有第一载波频率的无线电信号转换成具有第二载波频率的无线电信号，所述第二载波频率匹配于所述第一应答器(24)的载波频率。
8.根据权利要求7所述的取芯钻头，其特征在于，所述第一载波频率在3MHz至30MHz的范围内，而所述第二载波频率在2GHz至5.0GHz的范围内。
9.根据权利要求1或2所述的取芯钻头，其特征在于，所述环形切割部(2)可释放地安装到所述管状轴(12)。
10.根据权利要求9所述的取芯钻头，其特征在于，所述管状轴(12)具有内套筒(18)并且所述环形切割部(2)具有周向覆盖所述内套筒(18)的外套筒(19)，所述第一应答器(24)附接到所述外套筒(19)并且面向所述内套筒(18)，所述天线(33)附接到所述内套筒(18)并且面向所述第一应答器(24)。
11.根据权利要求1或2所述的取芯钻头，其特征在于，所述安装平台(31)具有进水口(46)，该进水口(46)向所述管状轴(12)的接收室(13)敞开。
12.根据权利要求1或2所述的取芯钻头，其特征在于，所述第一应答器(24)具有数据存储(23)，该数据存储(23)具有包括以下各项中的一个或多个的存储数据：所述环形切割部(2)的唯一标识符、所述环形切割部(2)的类型标识符、未经使用的磨蚀切割区段(3)的高度、所述取芯钻头(1)的操作参数。
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