CN1792530A - 用于生成孔的方法和装置 - Google Patents

Abstract

公开了一种用于生成具有特定形状的孔(40)的方法和装置，该孔例如是不同于圆柱形形状的孔或具有底切(46)的孔。首先，使用被振动驱动的工具生成第一孔部分(42)，该第一孔部分(42)具有不同于圆柱形的形状，并具有至少一个从第一孔部分(42)的壁表面朝向孔中央伸出的凸起。随后，当要生成具有底切的孔时，使所述工具至少部分地绕其纵向轴线旋转，从而生成截面比第一孔部分(42)大的第二孔部分(44)。

Description

用于生成孔的方法和装置

技术领域

本发明涉及一种用于生成特定形状的孔(例如，非圆形孔和具有底切的孔)的工具，还涉及一种用于生成这些孔的成套工具、一种用于生成孔的装置以及一种用于生成孔的方法。

背景技术

钻孔通常涉及穿入实心材料中或者通过钻头而生成型芯孔的钻孔。在所有已知的钻孔方法中，所生成的孔具有大致圆柱形形状。

然而，在许多情况下，希望能够生成具有不同于圆柱形形状的孔。另外，希望能够生成具有底切的孔。也就是说，如果生成这样的孔，其中具有第一截面的第一孔部分邻接有具有较大截面的第二孔部分，则是有利的。在组装技术中，这种具有底切的孔在多种实施方案中极其有用。确切地说，可以在底切处结合例如张开销钉等的锚固元件。

迄今为止还不存在能够生成这种孔的简单而可靠的可能性。

发明内容

因此，本发明的目的是提供一种用于生成具有特定形状的孔的方法、以及提供适于该目的的工具或驱动器。

根据本发明，通过一种用于生成孔的方法来实现所述目的，就该方法而言，其包括以下步骤(a)：

通过被振动驱动的工具生成第一孔部分，该第一孔部分具有不同于圆柱形的形状，并具有至少一个从第一孔部分的壁表面朝向孔中央伸出的凸起。

由此完全实现了本发明的目的。

根据本发明，在步骤(a)中，借助于被振动驱动的工具生成第一孔部分，该第一孔部分具有不同于圆柱形的形状，并具有从第一孔部分的壁表面朝向孔中央伸出的凸起。

因此，通过被振动驱动的工具，可以生成不同于圆柱形状的孔形状。

在根据本发明方法的改进中，在第一孔部分已达到所希望的孔深之后，在步骤(a)之后进行第二步骤(b)，其中使得工具绕其纵向轴线至少部分地旋转，从而生成截面比第一孔部分大的第二孔部分。

通过在第二加工步骤(b)中使工具绕其纵向轴线至少部分地旋转，从而在邻接第一孔部分的孔区域中生成扩大的孔部分，并且该扩大的孔部分具有比第一孔部分大的截面。在工具已经进行完整的回转之后，第二孔部分通常具有大致圆柱形形状。这样在第一孔部分和第二孔部分之间的过渡处生成一个或多个底切，底切的形状取决于所使用工具的形状。

在本发明的一有利改进中，在步骤(b)中，用手使工具转动，或者该工具通过优选方向被转动或间歇地驱动。

具体地说，在以优选方向被间歇驱动的情况下，当对岩石进行钻孔时，可以以简单的方式逐渐在第二孔部分的区域中形成钻孔所希望的扩大。

根据本发明的另一改进，在步骤(a)之前首先生成预制孔。

这样由于可以通过附件等在该预制孔处引导所使用的工具，以防止其侧向运行偏离(run away)，因此使得生成第一孔部分较为简单。

根据本发明的另一改进，在步骤(a)中生成预制孔。

通过使用适当的组合工具，因此可以进一步简化孔的生成。

对于所述工具，本发明的目的是通过这样的工具而实现的，该工具具有杆部，该杆部具有第一端和第二端，该第一端设计成用于夹在振动驱动器上，并且在第二端设有切削头，该切削头具有至少一个相对于杆部沿径向方向伸出的凸起，并且所述凸起设有切削装置。

通过使用这种工具，借助于振动驱动器，可以以上述方式生成第一孔部分，该第一孔部分具有不同于圆柱形的形状，并具有至少一个从该第一孔部分的壁表面朝向孔中央伸出的凸起。

如果希望的话，在第二加工步骤中，当第一孔部分已达到足够的深度时，可以使工具绕其纵向轴线旋转，从而生成截面比第一孔部分大的第二孔部分。

在本发明的一有利改进中，所述工具的切削头具有至少两个，优选为三个凸起，它们优选地相对于彼此地以相等的角度间隔布置，并且在相邻的凸起之间形成有凹口。

通过这种结构，可以使切削头具有旋转对称结构，因此抑制了后者在生成孔期间侧向运行偏离。

根据本发明的另一改进，在所述切削头的至少一个凸起上设有研磨切削装置和/或切削齿。

另外，在至少一个端面上也可以设置切削装置。

在这种情况下，所述切削装置可以包括金刚石切削装置、碳化硼切削装置、金刚砂切削装置等。

这使得通过振动驱动器可更容易地生成第一孔部分。

根据本发明的另一改进，凸起的至少一个外表面具有大致为圆弧形式的设计。

由此将颤动的生成保持在较低的水平。

根据本发明的另一改进，所述工具具有钻削附件(drillattachment)。

所述钻削附件优选地与杆部的纵向轴线对齐。

因此，通过单个操作，可以生成用于引导工具的预制孔，并同时可以通过切削头进行振动切钻操作。

根据本发明的另一改进，至少将所述切削装置或钻削附件设计成用于岩石钻孔或者用于钻入木材中。

为此，例如当使用金刚石切削装置或钻切装置时，可以通过金属层或塑料层适当地结合切削装置。

另外，根据本发明的另一方案，描述了一种用于生成具有底切的孔的成套工具，所述成套工具包括上述类型的工具以及适于该工具的钻机。

通过这种成套工具，在分开的操作中，首先生成预制孔，随后在另一加工步骤中，生成具有底切的孔。

另外，本发明的目的可以通过这样一种具有振动装置的振动驱动器来实现，通过该振动装置可以驱动一驱动轴使其绕其纵向轴线往复振动，并且上述类型的工具连接到该驱动轴上。

根据本方案的优选改进，所述振动驱动器包括用于生成角动量的装置。

通过这样设计的振动驱动器，可以在生成第一孔部分期间以及在生成第二孔部分期间，实现改进的推进(propulsion)。

根据本发明的另一改进，所述振动装置可以在绕驱动轴的纵向轴线往复振动与沿优选的旋转方向具有角动量的振动之间变换。

这样，利用往复旋转的振动，可以以尤为简单且有利的方式生成第一孔部分和具有扩大的孔截面的第二孔部分。

当然，在不脱离本发明的范围的情况下，上述以及下面待述的特征不仅可以以在任意情况下以指定的组合形式使用，也可以以其它组合形式或单独使用。

附图说明

本发明的其他特征和优点将集中体现在以下参照附图对优选的示例性实施例的描述中，在这些附图中：

图1以立体图的方式表示根据本发明的工具的第一方案；

图2表示根据本发明生成的孔的形状的示意图；

图3表示根据本发明的工具的另一实施例的侧视图；以及

图4表示可以有利地与根据本发明工具一起使用的振动驱动器的局部剖视侧视图。

具体实施方式

在图1中用附图标记10整体表示根据本发明的工具。

工具10包括具有第一端14和第二端16的圆柱形杆部12。可以通过使工具10的第一端14夹入到振动驱动器(参见图4)的夹盘中而将工具10夹住。在杆部12的第二端16设有切削头13，该切削头具有三个向外伸出的凸起22、24、26，这些凸起以120°的均匀角度间隔彼此相对地偏置。在任意情形下，在相邻的凸起22、24、26之间形成具有凹入形状的凹口28、30、32。凸起22、24、26在它们背离杆部12的表面34、36、38上具有大致圆弧形的设计形式，并且在任意情形中在该弯曲表面上设有为研磨金刚砂(其以适当的方式，优选地通过金属层而保持)形式的切削装置。优选地，另外，切削头13背离杆部12的端面47也设有合适的切削装置。这些切削装置也可以仍然是例如以适当的方式结合的研磨金刚石砂。

当然，也可以设置任何其它希望的切削装置，并且甚至可以在切削头上安装切削齿或其它形状的切削元件。

如图1中用双向箭头20所示，当将工具的第一端14紧固到振动驱动器上时，可以驱动该工具使其绕其纵向轴线18往复振动。在这种情况下，振动运动优选地以每分钟大约5000到25000次振动之间的高频发生，并具有在大约0.5°和5°之间的小摆角。

因此，通过切削头13，例如可以在砖砌体中生成第一孔部分，由于具有小摆角的振动，因此该第一孔部分的形状基本上与切削头13的形状相对应。

这在图2中示意地示出。因此，通过工具10，使用振动驱动器，可以生成第一孔部分42，该第一孔部分具有不同于圆柱形形状的表面，并且在圆柱形部分面之间，该表面的形状大致与工具10的凸起22、24、26的形状相对应，从而再次生成了大致与工具10的凹口28、30、32的相反(negative)形状相对应的相应凸起。这导致如图2中所示的第一孔部分42的形状。

当该孔达到希望深度时，如果要生成具有底切的孔，则使整个机器绕纵向轴线18逐渐转动。因此，在切削头13位于其中的端部区域中，切削头13的、由先前振动步骤预定的相反形状逐渐扩大为圆柱形孔部分(在图2中用虚线表示)，以作为第二孔部分44。对于进行至少360°的旋转而言，这导致在第二孔部分44中，孔的截面扩大为完整的圆柱形状。

结果，因而生成了具有第一孔部分42和第二孔部分44的孔40，在第一孔部分42和第二孔部分44之间的过渡处可形成底切46。

在图3中，以侧视图显示了根据本发明工具的替换形式，并且整体用附图标记10’表示。工具10’仍然具有杆部12和在其第二端处的切削头13。在切削头13与杆部12相对的侧上设有钻削附件48，其与杆部12的纵向轴线18对齐。钻削附件48可以设计成例如凿岩机，从而可以在通过工具10’进行的一次操作中，首先生成预制孔，同时在达到特定深度之后，进行振动操作以生成第一孔部分。在这种情况下，工具10’位于由钻削附件48生成的孔的中心，并因此不能侧向蠕动(creep out)。

当然，也可以只使用根据图1的工具而不使用钻削附件与工具的组合，并且首先在另一操作中通过传统的钻机生成预制孔。在这种情况下，优选地在切削头13背离杆部12的侧上设有对中附件，从而可以通过该对中附件在先前生成的孔处引导该工具。

当然，另外参照图1所述的切削头13的形状仅仅是示例。因此可以按希望设置多个相对于杆部12径向向外伸出的凸起。另外，可以以多种方式来改变凸起的形状。同样，可以以多种方式根据相应的情况调节外表面34、36、38的形状。最后，凹口28、30、32可以具有各种可能的形状和尺寸。

然而，多种方案的共同点在于，切削头必须具有至少一个相对于杆部径向向外伸出的凸起，从而当生成第一孔部分时，通过振动辅助可以生成不同于圆柱形的孔形状。

在图4中示出了可以有利地与根据本发明的工具结合使用的振动驱动器，并且整体用附图标记50示出。

该振动驱动器是基本上从WO 95/17991 A2已知类型的振动驱动器。基于此，可以将驱动器(其输出轴执行间歇旋转运动)通过超越离合器而连接到用于工具的驱动轴上。由此将该间歇旋转运动转换为具有优选旋转方向的类似动量的旋转运动。

然而，在从WO 95/17991 A2已知的驱动器的变型中，可以将超越离合器设置为使得振动驱动器50具有两个操作模式，具体为第一操作模式(其中，将夹在该驱动器中的工具设定为绕其纵向轴线进行往复旋转振动运动)和第二操作模式(其中，通过角动量沿优选的旋转方向驱动所述工具)。

图4中所示的振动驱动器50具有容纳电动机54的壳体52。电动机54的电机轴56驱动振动装置58，该振动装置例如具有与偏心轮配合的枢转叉件。通过振动装置58，电机轴56的旋转运动被转换成轴60的旋转枢转运动。轴60驱动自由轮62。该自由轮在输出侧与驱动轴66相连，在该驱动轴上设置有工具保持夹具64(例如，夹盘)，用于接收工具10或10’。自由轮62可以在刚性冲孔驱动与空刀行程动作(overrunaction)之间切换。因此，在第一位置(刚性冲孔驱动)，轴60的振动运动直接被传送给驱动轴66。该操作模式可以通过往复振动的旋转运动而生成第一孔部分42。当随后要生成第二孔部分44时，切换自由轮62从而使轴60的振动运动转换为具有优选方向(右手旋转或左手旋转)的角动量。因此可以借助于振动驱动器50以尤为简单的方式生成第二孔部分。

有关振动驱动器50的设计，可详细地参考WO 95/17991 A2，在此全文引入其公开作为参考。然而，在已知设计的变型中，自由轮62可被设计成能够如上所述进行切换。

当然，也可以只使用仅使得工具作往复振动运动的简单的振动驱动器，而不使用能够切换的振动驱动器。例如，从而可以在振动驱动器运转的同时，通过机器的逐渐旋转而生成第二孔部分。

Claims (20)

1、一种用于生成孔的工具，该孔具有不同于圆柱形的形状，所述工具包括杆部(12)，该杆部具有第一端(14)和第二端(16)，第一端(14)设计成用于夹在振动驱动器上，并且所述工具在第二端(16)还包括切削头(13)，该切削头具有至少一个相对于所述杆部(12)沿径向方向伸出的凸起(22、24、26)，并且所述凸起设有切削装置。

2、根据权利要求1所述的工具，其特征在于，所述切削头(13)具有至少两个，优选为三个凸起(22、24、26)，它们优选地相对于彼此以相等的角度间隔布置，并且在相邻凸起(22、24、26)之间形成有凹口(28、30、32)。

3、根据权利要求1或2所述的工具，其特征在于，在所述至少一个凸起(22、24、26)上设有研磨切削装置和/或切削齿。

4、根据权利要求1、2或3所述的工具，其特征在于，在凸起(22、24、26)的至少一个端面(47)上设置有研磨切削装置和/或切削齿。

5、根据权利要求3或4所述的工具，其特征在于，所述切削装置包括金刚石切削装置、碳化硼切削装置、金刚砂切削装置等。

6、根据前述权利要求中任一项所述的工具，其特征在于，凸起(22、24、26)的至少一个外表面(34、36、38)具有大致圆弧形式的设计。

7、根据前述权利要求中任一项所述的工具，其特征在于，所述工具具有钻削附件(48)。

8、根据权利要求7所述的工具，其特征在于，所述钻削附件(48)与所述杆部(12)的纵向轴线(18)对齐。

9、根据前述权利要求中任一项所述的工具，其特征在于，至少所述切削装置或钻削附件(48)被设计成用于岩石钻孔或者用于钻入木材中。

10、一种用于生成孔(40)的成套工具，其包括根据前述权利要求中任一项所述的工具(10)以及至少一个钻机。

11、一种振动驱动器，其包括振动装置(58)，通过该振动装置一驱动轴(66)被驱动成绕其纵向轴线往复振动，该振动驱动器还包括根据权利要求1至9中任一项所述的工具(10、10’)。

12、根据权利要求11所述的振动驱动器，其特征在于，具有用于将振动运动转换为角动量的装置。

13、根据权利要求11或12所述的振动驱动器，其特征在于，所述振动驱动器可以在绕驱动轴(66)纵向轴线的往复振动与沿优选的旋转方向具有角动量的振动之间切换。

14、根据权利要求13所述的振动驱动器，其特征在于，所述振动装置(58)的输出轴(60)执行间歇旋转运动，并可以连接到超越离合器(62)上用于生成具有角动量的振动。

15、一种用于生成孔(40)的方法，该方法包括以下步骤：

(a)使用被振动驱动的工具(10、10’)生成第一孔部分(42)，该第一孔部分(42)具有不同于圆柱形的形状，并具有至少一个从第一孔部分(42)的壁表面朝向孔中央伸出的凸起。

16、根据权利要求15所述的方法，其特征在于，在达到希望的孔深度之后，进行下面的第二步骤：

(b)使所述工具(10、10’)绕其纵向轴线(18)至少部分地旋转，从而生成截面比第一孔部分(42)大的第二孔部分(44)。

17、根据权利要求16所述的方法，其特征在于，在步骤(b)中，用手使所述工具(10、10’)转动，或者该工具通过优选方向被转动或间歇地驱动。

18、根据权利要求16或17所述的方法，其特征在于，在步骤(a)之前首先生成预制孔。

19、根据权利要求15或16所述的方法，其特征在于，在步骤(a)中生成预制孔。

20、根据权利要求15至19中任一项所述的方法，其特征在于，使用根据权利要求1至9中任一项所述的工具(10、10’)或者根据权利要求10所述的成套工具来生成孔(40)。