专利名称：钻孔工具的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种按权利要求1前序部分所述的钻孔工具。
除了已知的用于在岩石、混凝土、砖砌体等内制造钻孔的钻孔工具外，其中切下的钻屑借助于至少一个在制有钻刃的钻孔工具杆上螺旋形延伸的排屑槽从钻孔中输出，以往还建议了一些所谓抽吸式钻头。它们由配备有轴向孔的钻孔工具构成，此钻孔工具通过转接器和连接部分连接在一产生负压的设备尤其是吸尘器或类似设备上。抽吸式钻头应通过吸出在工作时产生的钻屑导致提高钻孔效率和更好地清洁钻孔。例如在DE-A-2756140中介绍了一种此类抽吸式钻头。此已知的抽吸式钻头有一根制有轴向抽吸孔的杆，杆的一端装在一转接器内，转接器被一旋转固定的连接部分围绕。在此杆的相对端旋入一个装有硬质合金刀片的头部并可拆卸。抽吸孔与头部内的孔连通，该头部内的孔通往刀片的两侧。此抽吸孔经由转接器和连接部分与吸尘器连接。工作中在钻刃处形成的钻屑通过钻头和抽吸孔输入吸尘器。
这种已知的抽吸式钻头有一可更换的旋入杆内的头部。当置入头部的硬质合金刀片过度磨损时或孔堵塞时应能更换头部。由于尤其在冲击钻机工作时产生巨大的轴向冲击的集中冲击能量，使杆内和头部的螺纹受到极大的负荷，因此可能出现螺纹被损和头部不再能可靠地固定的情况。另一方面则可能由于钻孔工具在工作时旋转导致在头部与杆之间的螺纹连接旋得如此之紧，以致在需要时要费很大的力气才能拆开或甚至根本不再能拆开。事实还证明，此已知抽吸式钻头的加工制作比较麻烦。其中尤其是在由较长的钢棒制的杆内加工轴向孔对加工技术提出了高的要求。
为了克服已知抽吸式钻头的缺点并简化抽吸孔的加工，在DE-U-7908923中建议，钻孔工具的杆用钢套管制造。套管状杆的一端与转接器连接，转接器被一旋转固定的连接件围绕，在连接件上例如可连接一吸尘器。转接器在杆的轴向加长段内配备一插入端，用于将钻孔工具连接在钻机上。在钢套管相对的前端制有一设计为十字形的槽。在此轴向槽内插入并固定整体烧结的硬质合金十字形钻头的钻刃。在这种情况下钻刃的造型和套管状杆的内径应选为，在钻刃与杆内壁之间留下孔道，它们与杆内的轴向通道连通。
由DE-U-7908923已知的这种钻孔工具，钻头的头部稳定性较差。用硬质合金整体烧结的十字形钻头只是支承在钢套管的轴向槽中。在旋转时冲击地挖掘地基所产生的剪力，几乎全部须由十字形钻头承受。在这种情况下，此十字形钻头可能从槽中脱落或甚至可能导致硬质合金损坏。十字形结构的钻头造型应选择为，在钻头与杆内壁之间留下孔道，它们延伸成为轴向通道的沿轴向继续的部分。因此，钻头被设计成板条式的并具有朝交叉区越来越大的高度。以此方式各钻刃在交叉区内构成一刃尖，它没有任何支承地跨接在轴向通道上。工作时此突出的刃尖因轴向冲击而承受巨大的负荷。由于所选用的十字形钻头的设计，尤其可能在与冲击钻机的连接装置中产生比较大的轴向冲击的集中冲击能量，从而损坏用硬质合金整体烧结的十字形钻头。由钻刃和套管内壁为边界的孔沿轴向定向。在工作时抽吸式钻头的头端有可能被切下的钻屑完全浸没。于是，多次的抽吸作用也不再足以迅速和充分地抽出钻屑，这些孔可能被堵塞。
本发明的目的是克服先有技术的钻孔工具的这些缺点。应当创造一种按此种类型的钻孔工具，它有一根管状的杆和一个完全由刀具材料最好是硬质合金烧结的钻头。此钻孔工具应设计为能减少钻头失效或断裂的危险。与此同时钻头的装配应能方便和可靠地完成。应防止在杆前端段中与杆内的贯穿通道连通的孔被工作中挖掘下来的钻屑堵塞。
借助于一种具有权利要求1特征部分所述特征的钻孔工具来达到上述目的。用于在岩石、混凝土、砖砌体等中加工钻孔的钻孔工具有一套管状杆，此杆有一个在杆的两个端段与一些孔口连通的沿轴向延伸的通孔。在套管状杆的一个纵向端配备有用于连接在钻机上的插入端。在处于相对位置的前自由端上，杆装有一个具有钻刃的用刀具材料制造的钻头，钻头在至少一个最好大体沿径向延伸的槽内导引。钻头埋入杆中的部分沿其周缘的绝大部分与杆的材料面接触并与此杆的材料固定连接。
通过将钻头固定在至少一个最好沿径向定向的槽内并采用按本发明的钻头埋入杆中部分的设计，使钻头通过其周缘的大部分由杆导引和支承。因此，在工作中产生的剪力不必基本上仅仅由钻头来承受。由于至少钻头的一部分与杆的材料面接触以及由于这一部分与杆的材料例如借助于钎焊或熔焊固定连接，使工作中在钻孔工具上施加的轴向冲击也能更好地经由杆传出，其结果是降低了钻头的负荷。
钻头埋入杆内部分外轮廓的大部分与杆内壁轮廓一致，尤其能导致在中央的钻刃区增厚钻头。因此，恰好将钻头在工作中必须吸收最大轴向冲击能量的那一区域设计为增强的。尽管中央钻刃区沿轴向通常没有任何支承，但由于这种增强故而减少了由于轴向冲击造成钻头断裂的危险。钻头实际上通过其全部周缘由杆支承，并能将工作中作用在钻头上的剪力尽可能好地进一步传递给杆。钻头在杆前端至少一个槽内导引以及采用所选择的钻头几何参数，还简化了钻头的装配。由于钻头埋入区的大部分外轮廓与杆内轮廓一致，还可将钻头沿其周缘的一大部分与杆钎焊或熔焊，由此减少了在工作中钻头松脱的危险。
用钢制的套管状杆其刚度绝不次于普通结构类型的钻杆。钢套管的生产成本低廉，尤其是它只要制成光壁。而且它也不再需要通过昂贵的加工过程在钢棒中制造一个轴向孔。确切地说，按所要求的外径和有所期望的孔径的钢套管可以在一种连续生产过程中非常方便地制成。钢套管可按照需要切成所要求的长度。
在杆的前段通孔与至少一个孔口连通，此孔口相对于钻头的钻刃后置。因此，防止了孔口例如在钻孔过程一开始尚无足够的抽吸功率时被堵塞。此孔口最好也朝杆外周缘方向定向。这就更进一步地减少孔被堵塞的危险。由于加工技术方面的原因，孔口的横截面形状选择为圆形、椭圆形或卵形是有利的。孔口弯曲的外轮廓同样是有规则的，不规则性可能造成被吸出的钻屑的积存点。
在本发明的一种方案中，杆的通孔与至少一个孔口连通，后者由设在钻头内的一个相对于通孔最好成10°至70°角倾斜延伸的头部通道的口构成。在钻头内的孔口相对于钻头上的钻刃沿轴向和侧向错移。其中，侧向错移量最好这样选择，即，孔口走在沿旋转方向滞后的钻刃前有一个小于90°的角向距离。至少一个的孔口所选择的这种沿轴和侧向错移的布局，防止它被完全浸没在钻孔底部挖下的材料中。以此方式保持通过在套管状杆内的通孔获得抽吸功率。相对于钻头滞后的钻刃有这样的角向距离，保证将挖下的材料尽可能在其产生后便立即吸走。
在本发明的一种有利的方案中，套管状杆的通孔至少与一个孔口相通，此孔口以钻头和杆的内壁为边界。在这种情况下，最好相对于杆的轴线倾斜的孔口，通过在杆的前部纵向端和/或在钻头处的材料留空构成。此孔口布置在杆与钻头的接合区内。它通过例如钻头外轮廓在一侧面区内朝与钻刃相对的一端收缩或例如通过在杆的端部周缘区内设材料空缺，当装配钻头时自动形成。也可以通过任意组合在钻头和在杆前端的材料空缺制成一个或多个孔口。
在本发明另一种实施方案中，通孔的孔口设计为在杆前段周缘区内的孔。在这种情况下，钻头的外轮廓可设计成这样，即，钻头沿其全部周边与套管状杆面接触。在杆周缘区内的孔可以在钻头装配之前或之后加工。
此至少一个的孔口最好有比通孔横截面积小的横截面积。例如，孔口的横截面积大约为通孔横截面积的30％至70％。在有多个孔口的情况下，在杆前段的所有孔口总的横截面积最好小于通孔的横截面积。通过使通孔有较大的横截面积，防止抽入比通孔直径大的钻屑。因此基本上避免堵塞通孔。最不利的情况无非是孔口可能短时堵塞。不过由于所选择的这种横截面关系，这种堵塞始终只是发生在孔口附近的区域内，并可以很简单地通过将材料捅入较大的通孔内而得以解除。为了捅走材料可例如使用钉子或爪子。采用所选择的这种一个或多个孔口相对于通孔的横截面关系，还在钻孔内产生足够高的负压，此负压保证将通过孔口吸入的钻屑始终立即经杆抽走。由此防止通孔被过多地吸入而又未能足够迅速地排走的钻屑所堵塞。
通过使通孔至少在钻头的埋入区内具有不同于圆形的横截面，可使杆与钻头的尺寸相匹配，并能改善钻头在通孔内壁处的面接触。例如，此横截面可以是椭圆或卵形的。在另一种实施方案中，此横截面也可以由两个通过圆弧互相连接的平行侧面构成。以此方式使内壁的轮廓能极好地适配钻头通常为平的侧面。但通孔也可以具有多边形的横截面。
通孔不同于圆形的横截面特别便于实现，只要套管状杆至少在钻头的埋入区有不同于圆形的外轮廓。在这种情况下，此外轮廓也可以设计为椭圆形、卵形、平面-圆形或多边形。在通孔横截面与杆的外轮廓形状一致时，杆至少在钻头的埋入区有恒定的壁厚。由此避免杆材料的局部削弱。
在本发明的一种方案中，套管状杆的前段，尤其在钻头的埋入区，基本上设计为实心的，并最好有比杆在后面的相邻段为小的横截面积。这例如可以这样来获得，即，将起先具有均匀横截面的管状杆在以后成为钻头埋入区部分的直径减小。此直径可以减小到这样的程度，即直至在杆的前段内通孔基本或完全封闭为止。然后，此直径已减小的前段从其前自由端那里开槽并置入钻头，通过熔焊或钎焊将钻头固定在槽中。钻头的置入段至少沿其最好为平的侧面被实心的材料所围绕并与之固定连接。因此在受剪力时钻头借助于杆的材料获得极好的侧面支承。由于减小通孔直径或由于通孔完全封闭，所以在板状钻头中部的下面也存在杆的材料，它起轴向支承钻头的作用。因此在工作中作用在钻头上的轴向冲击可以更好地传给杆。
与通孔连通的孔口可例如由设在钻头内的一个头部通道的口构成。但此孔口也可以设在管状杆的周缘内。不言而喻，用于钻头的埋入区也可以在杆外径不变的情况下设计为基本上实心的。这例如可以这样达到，即，在制造钻孔工具时从一根有通孔的管状杆出发，它的前段有一个比杆在其后面的相邻段为大的直径。在进一步的加工过程中，此直径较大的前段被校准到其余杆的直径。在这种情况下，在前段中的通孔几乎或完全被封闭。然后如前面所叙述的那样将钻头埋入此实心材料中。
为了在杆内更好地支承钻头，使钻头在至少两个最好大体沿径向延伸的槽内导引，它们互相有一个为90°至180°的最小角向距离。在所选择的这种角向距离的情况下，在槽之间留有足够的杆材料用于支承置入的钻头。在本发明的一种有利的方案中，钻头在三个大体沿径向延伸的槽内导引。此杆至少在钻头的埋入区具有基本上多边形的外轮廓。这些槽的布局设计为，它们相对于前段的外表面成一个约90°±10°的角度延伸。在这种钻孔工具的方案中，钻头最好设计为有三个钻刃，其中，这些钻刃位于槽的上方并大体平行于槽延伸。钻刃的角向距离最好约为120°。如此设计的钻孔工具的特点在于能非常均匀地作用在要挖掘的地基材料上，并有良好的钻进速度。
下面参见在附图中示意表示的实施例详细说明本发明。其中
图1已装入冲击钻机工具安装座内的按本发明的钻孔工具；图2按本发明的已置有钻头的钻孔工具第二种实施例前端局部轴向剖面；图3按图2的钻孔工具在钻头上方的俯视图；图4具有与图3相比经修改的钻头的按本发明的钻孔工具第三种实施例俯视图；图5按本发明的钻孔工具第四种实施例按图2的视图；图6按本发明的钻孔工具第五种实施例局部轴向剖面；以及图7具有三个钻刃的钻头的另一种经修改的钻孔工具俯视图。
图1表示其总体用符号1标示的按本发明设计的钻孔工具，图中表示它已装入一种示意为钻机M例如冲击钻机的工具安装座R中。此钻孔工具1有一根具有通孔3的套管状杆2。套管状杆2在其一端与连接部分4连接，例如通过钎焊，连接部分有一插入端5，用于连接在钻机M的工具安装座R中。通孔3与连接部分4中的孔6连通，后者通入在连接部分4周缘处的一个孔7。在工具安装座R的轴向加长段内，在钻机M上设有一传扭的接合部分C，它配设有一环腔S，环腔S与连接部分4中孔6的出口孔7连通。环腔S通入接管N，抽吸软管H便连接在此接管N上。在套管状杆2与连接部分4相对的那一端，钻孔工具配备有钻头8，钻头有钻刃9并整个地用硬质合金制造。钻头8有至少一个抽吸通道，它相对于在钻孔工具1杆2中的通孔3倾斜延伸，并通入钻刃9侧面的孔10。
钻机M的接合部分C经抽吸软管H与图中没有进一步表示的抽吸设备例如吸尘器连接。当接通吸尘器时，经抽吸软管H、环腔S、连接部分4中的孔6、通孔3和在钻头8中倾斜的抽吸通道，在钻刃9侧面的孔10处产生负压。由于此负压，在钻孔时被钻刃9切下的钻屑经钻头8、套管状杆内的通孔3和连接部分4中的孔6抽往抽吸软管H并向吸尘器输送。
图2-7所画的仅限于钻孔工具中对本发明为重要的组成部分。在按图2和3所示其总体用11标示的钻孔工具实施例中可以看出，钻头15有对角延伸的钻刃16。钻头15上有钻刃的部分从套管状杆12的外径伸出并装在两个槽19中，槽19彼此对置地设在杆12的前端。钻刃16之间的区域设计成向两侧扩展成半圆形。在这种情况下扩展部分的外轮廓17与套管状杆12通孔13内壁18的轮廓协调一致。钻头15在扩展部分上测量的直径与通孔13的直径相等。采取这一措施保证钻头15沿其周缘的绝大部分与杆12的内壁18面接触。钻头15埋入杆12内的部分通过钎焊或通过熔焊与杆的材料牢固连接。以此方式将钻头15设计成沿其全部周缘在杆12前端的槽19中和由杆12的内壁18导引和固定。在杆12前端部分的周缘区内制有孔14它与通孔13连通。
图4表示具有经修改的钻头25的钻孔工具21与图3类似的俯视图。钻头25有三个钻刃，它们彼此最好按大约120°的角向距离延伸。钻头25上有钻刃26的部分超出套管状杆22的周缘并装在杆22前端的三个相应的槽29中。在钻头25上有钻刃26的部分之间的区域中的两个具有扩展部分，它们的外轮廓27与杆22内壁28的轮廓一致，以便获得面接触。在两个钻刃26之间的第三个区域中，钻头25处设有材料留空，由于此材料留空形成了通孔23的孔口24，它以钻头25的壁和套管状杆22的内表面28为边界。
图5表示按本发明的钻孔工具31另一种方案。钻头35有对角延伸的钻刃36，它们布置在钻头35从套管状杆32的外径伸出的部分上，并装入杆32前端相应的槽中。在钻头35的一侧有一增厚区，它的外轮廓37与杆32内壁的轮廓一致。钻头35在相对侧朝它的处于杆32内部的部分收缩并形成一个孔口34，孔口34以钻头的壁和套管状杆32的内壁38为边界。在这种情况下孔口34可向杆内扩展，它从杆32的端面起倾斜地向内延伸。
图6中表示的按本发明的钻孔工具实施例其总体用符号41标示。杆用42标示并有一个直径缩小的用作具有钻刃46设计为钻板的钻头45的埋入段40。杆42直径较小的埋入段40设计为实心的。这例如这样来实现，即，起先具有均匀直径的管状杆42在以后用于钻头45的埋入段40内将直径减小。直径的减小可以到这样的程度，即一直减小到使管状杆42前段40内通孔43基本上或完全封闭为止。然后，此直径减小了的前段40从其前自由端那里开槽并将钻头45插入槽49中再通过熔焊或钎焊固定。钻头45基本上平的侧面47与用于钻头45的安装槽49侧壁48面接触，并通过钎焊或熔焊与之牢固连接。通孔43通入孔44，孔44布置在钻头45用的埋入段40的下方。
图7表示按本发明的其总体用符号51标示的钻孔工具另一种实施例俯视图。此钻孔工具51有一根杆52，它的横截面不是圆形。杆52用作钻头55埋入段的前段50有一些凹入处。这些凹入设计为使设有三个钻刃56的钻头55有尽可能大的钎焊面。因此对于埋入段50形成一种基本上呈多边形的外轮廓。用于安装钻头55的槽59布置为使它们相对于埋入段50的外表面成大约90°±10°的角度延伸。在杆52周缘区内的孔口54与通孔53连通。其中，为钻头55的每一个钻刃56配设一个孔口54。孔口布置成使沿旋转方向滞后的钻刃56与在前面的孔口之间有小于90°的角向距离。
尤其由图3、4和7中的俯视图可见，钻头15、25、55带有钻刃16、26、56的部分装在槽19、29、59中，这些槽彼此各有一个最好90°至180°角向距离地布设在杆12、22、52的前端。由所有的图可见，孔口10、14、24、34、44、54分别有比通孔3、13、23、33、43、53小的横截面积。有利的是孔口10、14、24、34、44、54的横截面积大约为通孔3、13、23、33、43、53横截面积的30％至70％。在有多个孔口的情况下，它们的横截面积的总和最好小于通孔的横截面积。在附图所示的这些实施例中各表示为大体圆形的通孔3、13、23、33、43、53。不言而喻，在另一种可供选择的实施方案中，如果为了更好地埋入钻头而提出要求的话，套管状杆的通孔横截面也可以不同于圆形。例如它可以是椭圆形的，或也可以具有多边形的形状。对于实施本发明并非关键的还有，此套管状杆具有圆形的外轮廓。杆例如也可以是椭圆形的，或如图7表示的那样可以是曲边三角形的形状，或也可以具有正六角形的形状。
在图1中借助于一个与杆钎焊在一起具有插入端5的连接部分4阐明了按本发明的钻孔工具1。连接部分4例如也可以通过摩擦焊与杆2连接。显然，插入端例如也可以直接设计在套管状杆上。在这种情况下需要一种加以修改的工具安装座和整体组合的抽吸设备。按本发明的钻孔工具介绍了其作为抽吸式钻头的应用。不言而喻，所描述的钻孔工具也可按相反的工作方式使用。例如，带有其出口的通孔也可以应用来借助于空气或一种冲洗液冲洗钻孔。
权利要求
1．在岩石、混凝土、砖砌体和类似物内制造钻孔的钻孔工具，它有一套管状杆(2；12；22；32；42；52)，此杆有一沿轴向延伸的通孔(3；13；23；33；43；53)，通孔在杆的端段处通入孔(7、10；14；24；34；44；54)，在杆的一个纵向端配备有用于连接在钻机(M)上的插入端(5)，以及在处于相对位置的前自由端上装有一个具有钻刃(9；16；26；36；46；56)的用刀具材料制的钻头(8；15；25；35；45；55)，钻头在杆(2；12；22；32；42；52)前自由端内的至少一个最好大体沿径向延伸的槽(19；29；49；59)中被导引，其特征为钻头(8；15；25；35；45；55)埋入杆(2；12；22；32；42；52)内的部分沿其周缘的绝大部分与杆的材料面接触，并与杆的材料牢固连接。
2．按照权利要求1所述的钻孔工具，其特征为钻头(8；15；25；35)埋入杆(2；12；22；32)内的部分沿其周缘的大部分有一种基本上与套管状杆(2；12；22；32)内壁(18；28；38)的轮廓一致的外轮廓(17；27；37)，并与此内壁(18；28；38)面接触。
3．按照权利要求1或2所述的钻孔工具，其特征为通孔(3；13；23；33；43；53)至少一个的孔口(10；14；24；34；44；54)相对于钻头(8；15；25；35；45；55)的钻刃(9；16；26；36；46；56)后置，并最好基本上朝杆(2；12；22；32；42；52)外周缘方向定向。
4．按照权利要求3所述的钻孔工具，其特征为杆(2)的通孔(3)与至少一个孔口(10)连通，后者由设在钻头(8)内的一个相对于通孔(3)最好成10°至70°角倾斜延伸的头部通道的口构成。
5．按照权利要求3所述的钻孔工具，其特征为套管状杆(22；32)的通孔(23；33)通入至少一个孔口(24；34)内，后者以钻头(25；35)和杆(22；32)的内壁(28；38)为边界，并通过在杆(22；32)的前部纵向端和/或在钻头(25；35)处的材料留空构成。
6．按照权利要求3所述的钻孔工具，其特征为通孔(13；43；53)的至少一个孔口(14；44；54)设计为在杆前段周缘区内的孔。
7．按照前列诸权利要求之一所述的钻孔工具，其特征为通孔(3；13；23；33；43；53)至少一个的孔口(10；14；24；34；44；54)有一个横截面积，它小于通孔(3；13；23；33；43；53)的横截面积并最好等于通孔(3；13；23；33；43；53)横截面积的30％至70％。
8．按照前列诸权利要求之一所述的钻孔工具，其特征为通孔(53)至少在用于钻头(55)的埋入区(50)具有不同于圆形的横截面。
9．按照前列诸权利要求之一所述的钻孔工具，其特征为套管状杆(52)至少在用于钻头(55)的埋入区(50)具有不同于圆形的外轮廓。
10．按照前列诸权利要求之一所述的钻孔工具，其特征为套管状杆(42)的前段，尤其在用于钻头(45)的埋入区内，设计为基本上实心的，并最好具有比杆(42)的相邻部分小的横截面积。
11．按照前列诸权利要求之一所述的钻孔工具，其特征为钻头(8；15；25；35；55)在至少两个最好大体沿径向延伸的槽(19；29；59)中导引，它们彼此有一个为90°至180°的最小角向距离(α)。
12．按照权利要求11所述的钻孔工具，其特征为钻头(55)在三个大体沿径向延伸的槽(59)中导引，它们在杆前段(50)基本上为多边形外轮廓的情况下相对于此前段(50)的外表面成一个约90°±10°的角延伸。
全文摘要
本发明涉及一种在岩石、混凝土、砖砌体等中制造钻孔的钻孔工具,它有一套管状的杆(12),杆有一个在杆的两个端部与孔口(14)连通的沿轴向延伸的通孔。在杆的一个纵向端,此套管状杆(12)配备有一个用于连接在钻机上的插入端。在其处于相对位置的前自由端上装有一个具有钻刃(16)用刀具材料制的钻头(15),钻头在至少一个最好大体沿径向延伸的槽中导引。钻头(15)埋入杆(12)内的部分沿其周缘的绝大部分与杆的材料面接触,并与杆的材料牢固连接。
文档编号E21B21/00GK1232741SQ9910393
公开日1999年10月27日 申请日期1999年3月9日 优先权日1998年3月10日
发明者卡雷纳·韦尔纳, 邦格斯-艾姆布罗修斯·汉斯-维尔纳 申请人:希尔蒂股份公司