专利名称：用于把锚栓锚固在锚固基材中的钻机的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于把锚栓锚固在锚固基材中的钻机。
背景技术：
本发明特别针对在作为锚固基材的混凝土、石头、类似于石头的 物质、墙和类似的材料中的锚固，即针对在建筑工程中的锚固。公开 的和常见的是，用冲击式钻机或凿岩机钻一个钻孔作为锚栓孔于锚固 基材中，并且随后把一个锚栓置入和锚固到锚栓孔中。概念上的锚栓 在本发明的意义上应较广范围地被理解，并且通常表示可在锚栓孔中 锚固的，即可固定的并借助其可把一个物体固定在锚固基材中的构件。 这样的、也可被称为(膨胀)螺钉的锚栓譬如是具有一个膨胀套筒和 一个膨胀锥的膨胀锚栓，其中，膨胀套筒通过套到膨胀锥上或相反通 过把膨胀锥拉入到膨胀套筒中是可张开的并据此是可锚固在一个钻孔 /锚栓孔中的。总之，在一个圓柱形的锚栓孔中的锚固主要是力锁合连 接的，通过孔壁的粗糙度或不规则性，附加地产生形状锁合连接。锚 固孔也可具有一个扩张部位，该扩张部位形成一个被沉割锚栓形状锁 合连接地撑紧的沉割。
发明内容
本发明的任务在于提供一种钻机。
按照本发明，以上任务通过一种钻机来完成，该钻机为具有高频 的振荡激励器的振荡钻机结构，所述钻机具有用于特别是有磨蚀的钻 孔辅料的钻孔流体的输送装置。
按照本发明，锚栓形成用于通过高频的振荡加工锚固基材的、在 锚固基材中至少部分地建立锚栓孔的工具，所述的锚栓具有为钻头结构的端部，其中，钻头具有非圆形的、侧突出的横截面。本发明的基 本思想是，通过对锚固基材的高频的振荡加工建立用于锚固锚栓的锚 栓孔并且在此把锚栓用作工具。其中，振荡优选地是纵向振荡，但是， 横向振荡和/或扭转振荡也是附加地或排它性地可能的。
在根据发明的方法中，至少部分地通过用高频的机械振荡，特别 是超声范围中的机械振荡加工锚固基材在锚固基材中建立锚栓孔。高
频是指约10千赫或10千赫以上的振动频率，超声范围可被定在约20 千赫和1000兆赫之间。待锚固的锚栓本身形成一个用于高频的、机械 的振荡加工锚固基材的工具，即用于建立锚栓孔的并可被称为声极的 工具。也可以仅仅是锚栓的一部分，即譬如膨胀锚栓的膨胀套筒或膨 胀锥形成工具。部分地建立锚栓孔可理解为，在譬如一个圆柱形的锚
栓孔事先以传统的方式用沖击式钻机或凿岩机被钻成之后，只有锚栓 孔的扩张部位譬如通过高频的振荡加工被建立，该扩张部位形成一个 用于形状锁合连接地锚固沉割膨胀锚栓的沉割。
本发明有若干优点，在这些优点中， 一个或多个优点与本发明的 实施有关。本发明的一个优点是，锚栓孔的建立和锚栓的锚固可在一 个工序中完成，其中，锚栓孔可在建立锚栓孔期间通过抽吸"钻屑" 被净化。锚栓在锚固基材中的锚固据此得以简化和加速。本发明的另 一优点是，只要求一个用于锚固的工具，即振荡钻机。总之，在锚栓 孔完全通过振荡加工被建立的情况下，上述两个优点是存在的。本发 明的另一优点是，通过高频的振荡加工建立锚栓孔不要求工具的旋转 运动，即被用作工具的锚栓的旋转运动。据此，锚栓孔无需具有圆形 的横截面，而锚栓孔的本来任意的横截面是可能的。本发明还使锚栓 孔的横截面沿锚栓孔的深度变化成为可能。本发明的另一优点是，对 形成工具的锚栓的振荡激励避免锚栓在打入和张开时卡在锚栓孔中。 锚栓通过振荡激励总是活动的。譬如被避免的是，膨胀锚栓的膨胀套 筒在套到膨胀锥上时卡在膨胀锥和孔壁之间的环形间隙中。传统的锚 固中存在卡住的危险，特别是在膨胀套筒被膨胀到锚栓孔的沉割，譬 如一个锥形的扩张中去的情况下。本发明的另一优点是，工具磨损变 得无关紧要。被用作工具的锚栓只一次性地被采用，该锚栓似乎形成 用于建立锚栓孔的一次性工具并作为锚栓保留在锚栓孔中。该锚栓的 耐用度足够建立该锚栓孔，该锚栓在需要的情况下可具有磨损余量。总之，在锚栓孔完全通过振荡加工被建立的情况下，不需要昂贵的和 耐磨损的钻孔工具。锚栓孔的尺寸精确度通过作为工具的锚栓的仅一 次性的应用与磨损的(被磨损的)钻头相比有所改善。
在根据发明的方法的一个实施形式中，至少近似地以锚栓的或者 一个包括该锚栓的振荡钻机的所有随同锚栓振荡的部件的一个固有振 动频率激励被用作工具的、用于建立锚栓孔的锚栓，即至少近似地与 振荡激励器谐振地激励被用作工具的、用于建立锚栓孔的锚栓。待切 除的材料在该谐振频率中冲击地并有时辅助地也切割地被去除。该在 固有振动频率中振荡的锚栓实施具有小的振幅和高的效果的振荡，其
中，为了激励该振荡，由于谐振效应只需很小的、譬如20 nm(微米) 的激励振幅。高频的、具有小的振幅的激励导致对环境的少的、机械 的和声的负荷。 一台振荡钻机可用于安静地被操纵。具有不同的轮廓 的锚栓孔可灵敏地和精确地被加工。
被用作工具的锚栓留在了使用该锚栓建立的锚栓孔中。被激励到 谐振振动的锚栓精确地在其自己的圓周轮廓中去除锚固基材的材料。 形成一个紧密包围锚栓的锚栓孔，在该锚栓孔中，锚栓可施展高的夹 紧力。这一点也适用于在其中的传统的钻孔技术通过破裂形成太大的 孔的蜂窝砖或中空砖、浮石或类似的材料。在建立锚栓孔之后，锚栓 可首先重新被抽出，以便清除锚栓孔中的尘埃或类似物。锚栓在达到 被规定的钻孔深度后从振荡钻机中被松开并被留在锚栓孔中是有利 的。对软的、如由泡沫混凝土、石膏或类似物构成的锚固基材中的孔 壁的损坏得以避免。对于每个锚固都使用新的锚栓，使不存在锚栓孔 的磨损造成的尺寸公差。
在本发明的一个实施形式中，锚栓孔具有一个沉割，该沉割通过 用锚栓或锚栓的一部分，如膨胀套筒作为工具的振荡加工而被建立。 该沉割的形状在很大程度上是任意的，该沉割可譬如作为锚栓孔的锥 形扩张或阶梯状扩张被实施。没有该沉割的锚栓孔可事先以传统的方 式通过用冲击式钻机或凿岩机钻孔制成或同样通过振荡加工建立。本 发明的该实施形式具有如下优点，即精密配合的沉割通过锚栓或锚栓 的在锚固后形状锁合连接地撑住该沉割的部分作为振荡加工工具被建 立。该沉割的建立比传统的、通过一个专用钻头的或类似的钻具的侧 向偏转扩张锚栓孔形成一个沉割的扩孔更简单。譬如沉割膨胀锚栓的被用作用于通过高频的振荡加工建立沉割的工具的膨胀套筒的偏转简 单地通过在振荡激励膨胀套筒的同时把膨胀套筒套到膨胀锥上完成。 进给仅仅是直线地和轴向地进行的，省去了工具的摆动运动或其他的 侧向的偏转。另一优点是，被用作工具的锚栓在振荡加工时无需旋转 地被驱动，因此，沉割可以不同于圆形，特别可能的是，把在锚栓孔 的一个或多个圆周位置上的一个或多个膨胀片从侧方置入到锚固基材 中。所述的那个沉割或多个沉割精确配合地只在锚栓的撑住沉割的部 分所在的地方被建立。
本发明的另一应用场合是作为锚栓和工具的混凝土螺钉的应用， 通过它螺紋通过振荡加工被建立到锚固基材中的锚栓孔的孔壁中。对 混凝土螺钉的振荡激励可轴向地和/或旋转地(摆动地)进行。锚栓孔 可事先以传统的方式被钻成，原则上，在通过对作为工具的混凝土螺 钉的振荡激励建立螺紋的同时建立锚栓孔也是可能的。混凝土螺钉作 为这样的构件是公开的，即混凝土螺钉在以传统方式脉沖式地置上回 转冲击能量的情况下被拧入到事先被钻到锚固基材中的钻孔中，其中， 螺紋切入到孔壁中。其中，锚固基材通常是混凝土或石头。螺钉或类 似的构件是不需要的，混凝土螺钉直接地被旋入到混凝土中。但是， 一个重的和专用的、具有高的回转冲击能量的冲击式旋入器是需要的。 混凝土螺钉的内径小于钻孔的直径，在混凝土螺钉的杆和钻孔的孔壁 之间存在环形的空隙。根据发明通过对作为工具的混凝土螺钉的(旋 转)振荡激励建立螺紋，减少和大大简化了对混凝土螺钉的旋入和螺 紋的建立。
此外，本发明还针对一种适宜于实施发明的方法的锚栓。发明的 锚栓形成一个用于通过对锚栓的高频的、机械的振荡激励和对锚固基 材的振荡加工在一个由譬如混凝土或钢构成的锚固基材中建立锚栓孔 的工具(声极)。按照本发明，锚栓因此同时也形成用于建立为把锚 栓锚固在锚固基材中的锚栓孔的工具。也可以只有锚栓的一部分，如 膨胀锚栓的膨胀套筒或杆或膨胀锥形成工具。根据发明的锚栓也可以 是用于通过振荡加工建立部分锚栓孔的工具，譬如是建立事先以其它 方式建立了的、譬如钻出的锚栓孔的一个形成沉割的扩张的工具。
优选锚栓的至少一个固有振动频率与高频的振荡激励器的激励频
率是调谐的。据此，锚栓孔以小的、譬如仅为20 pin (微米)的激励振
7幅由于谐振效应能以高的效率被建立。
在本发明的一个实施形式中，形成工具的锚栓是一个沉割膨胀锚 栓，该沉割膨胀锚栓在被张开的和被锚定的状态中撑住锚栓孔的沉割。 本发明使具有不同于圆形的横截面的锚栓成为可能，这是因为形成工 具的锚栓为了建立锚栓孔无需旋转地被驱动，本发明譬如使多角形的 或椭圆形的、在锚栓孔中通过形状锁合连接抗扭转地得以固定的锚栓 成为可能。迄今，这在钻圆柱形的、又有沉割的锚栓孔时是不可能的。
在发明的一个优选的实施形式中，锚栓是一个形成工具的混凝土 螺钉。该混凝土螺钉通过高频的振荡激励自身在锚固基材中切割螺紋。 在这里也体现了下述优点，即对混凝土螺钉的振荡激励避免卡住，螺 紋的建立因此进展更容易，螺紋可更深地被切入到锚固基材中的锚栓 孔的孔壁中，混凝土螺钉的杆和孔壁之间的间隙可被缩小，混凝土螺 钉的与锚栓孔的孔径一致的杆直径是可能的。
在发明的一个优选的实施形式中，锚栓具有用于抽吸在通过振荡 加工至少部分地建立锚栓孔时产生的岩石屑的抽吸通道。该抽吸通道 从锚栓的前端，即从产生岩石屑的部位一直延伸到锚栓的突出于锚固 基材的或至少为抽吸岩石屑可接近的后部。该抽吸通道可譬如是一个 槽或一个封闭的、内置的孔式的通道。也可被用于排放和/或用作于钻 孔用流体的输送通道的抽吸通道，在建立锚栓孔期间使净化锚栓孔成 为可能。其中优选地添加有磨蚀用钻孔用辅剂的钻孔用流体可以是液 态的或气态(如空气)的。
在一个优选的实施形式中，锚栓具有在钻孔时自动张开的钻头。 为此，锚栓特别是在其钻头的范围中具有纵向缝隙，其中，钻头的端 側具有凹陷，譬如为凹拱形结构。在钻孔时在钻头的端侧上产生的轴 向挤压力沿凹拱产生径向朝外的张开力，该张开力在纵向缝隙的范围 中径向向外张开锚栓。该张开是随着锚栓孔加工进度自动完成的。在 没有附加的措施的情况下，形成一个沿钻削方向呈锥形扩展的锚栓孔， 该锚栓孔的形状是精确地配合到沿钻削方向呈锥形张开的锚栓上。在 没有附加的、扩张的措施的情况下，锚栓以高的配合精度形状锁合连 接地固定在锚栓孔中。
在发明的一个优选的实施形式中，锚栓的本体具有一个杆和一个 为钻头结构的、自由的端部，其中，钻头具有一个非圆形的、沿径向
8突出于杆的横截面轮廓。棱形的、具有非圓形的横截面形状的锚栓孔 可简单地被建立，其中，非圓形的钻头的多个角在被夹入钻机中的锚 栓旋转一圈时可简单和效果显著地产生希望的沉割。锚栓在实施旋转 运动之后通过在沉割中的形状锁合连接附加于夹紧力可靠地得以可靠 固定。
为了建立钻孔，发明设置一个具有高频的振荡激励器的、为振荡 钻机结构的钻机。这优选地是一个手持式工具和/或电动钻机。其中， 钻孔工具是被夹入到钻机中的锚栓，该锚栓是至少在一个固有振动频 率中与高频的振荡激励器的激励频率是调谐的。激励频率和固有振动
频率相宜地处于io个赫兹以上并且特别是处在超声范围中。在振荡钻 孔机的运行中，振荡激励器和形成工具的锚栓至少近似地处于谐振中。 在优选的实施形式中，钻机具有可无需工具操作的、用于锚栓的 快速夹具。该快速夹具可为爪式卡盘并且相宜地是一个其中锚栓可精 确配合地被夹到其中的弹簧卡头。该快速夹具可以在振荡激励器和锚 栓之间良好地传递能量。在有许多个待建立的锚栓孔时，锚栓可不需 要太多操作和在没有附加的工具的情况下以简单的方式被夹入到手操 纵的钻机中。在建立锚栓孔之后，可以快速松开锚栓。在从钻床中松 开锚栓时对锚栓孔的损坏被避免。锚栓孔的建立和锚栓的嵌入能快速 进行。
锚栓有利地具有锚栓用其固定在钻机的夹具中的螺紋杆。其中， 锚栓本身或者其本体可在没有限制的情况下无障碍地通过夹具振荡。 高的钻孔能力是可达到的。具有一个或许被固定在其上的膨胀头的螺 紋杆在建立锚栓孔时与锚栓一起被嵌入到锚栓孔中。省去了附加的、 事后的装配工作量。
在一个优选的实施形式中，钻机的夹具为磁性夹持装置结构并且 锚栓为用于磁性固定在夹具上的结构。为此，锚栓特别是具有一种可 磁力吸引的材料，优选地一种软磁性的铁材料。在不用大力的情况下 实现夹，和松开锚栓是可能的。磁力足以固定锚栓，而把振荡能量从 振荡激励器传递到锚栓上则通过由于用手加上的压紧力造成的表面压 力实现。相应的情况也适用于在夹具上固定锚栓，在固定装置中，或 者是锚栓或者是夹具具有用于插上锚栓的辅助轴颈。
夹具相宜地是由一种具有声吸收少的材料，特别是由钛制成的。实践表明，振荡激励器的振荡能量届时可至少几乎无损失地被传递到 锚栓上。
在一个相宜的实施形式中，锚栓是静态固定地和特别是抗扭转地 固定在振荡钻机的夹具中的。静态固定地夹入被用作工具的锚栓使得 锚栓的对锚固基材的振荡加工有影响的振荡运动基本上仅仅是一个动 态的固有振荡。固定地夹入导致一个精确限定的固有振动频率，其简 化了振荡激励器的激励频率与整个系统的调谐。抗扭转地夹入用作建 立锚栓孔的工具的锚栓特别是在与一个非圓形的钻头相结合的情况下 允许建立具有不同于圆形的横截面的锚栓孔。在达到所希望的锚固深 度后，钻机与抗扭转地被夹入的锚栓一起可被旋转，其中，钻头的径 向突出于锚栓的杆的部分产生一个在形状上相对于非圆形的芯钻孔精 确限定的沉割。
发明的钻机的振荡激励器优选地为压电激励器结构。经由电源电 缆或蓄电池被提供的电能借助发生器被转换成高频的交流电压并借助 高的效率的压电激励器被转换成机械的振荡能。与高的激励频率和固 有频率相结合，高的钻孔能力能以较少的驱动能量而达到。作为电动 工具，振荡钻机可为小的、轻的和便于操作的结构。
在锚栓的范围中设置用于钻屑的抽吸装置是有利的。在现有技术 中钻头中的通常的、螺旋形的钻屑槽与钻头的旋转运动相结合造成的 缺少对钻屑的排除，这可通过上述抽吸装置简单地被补偿。
在发明的一个相宜的实施形式中，在形成工具的锚栓的范围中设 置有用于特别是具有磨蚀的钻孔辅剂的钻孔流体(优选地为液态，也 可能为气态)的输送装置。具有多种型式也没有刀刃的钻头的锚栓也 可以被置入。譬如具有平的端面的钻头的切除的振荡运动通过磨蚀的 钻孔辅剂，如金刚砂或类似的物质效果显著地被支持。届时，钻孔流 体在避免起尘的情况下排出被钻出的材料。
抽吸装置及输送装置相宜地包括与设在锚栓上的抽吸通道/冲洗 冲道相通的联箱。抽吸通道/冲洗通道可设置在锚栓的内侧上或外面 上。联箱与锚栓中的抽吸通道/冲洗通道相通允许万能的可使用性。譬 如，空气可通过联箱和抽吸通道/冲洗通道被吸入，其中，在钻头的范 围中被切除的钻屑在避免起尘的情况下直接在切除处被抽走。相同的 布局也可是沿相反的方向被流通。在流过空气时，钻屑可效果显著地从钻孔中被吸出。同样，譬如以含有金刚粉的水的形式的液体可通过 联箱和抽吸通道/冲洗通道被泵往钻头。有针对性的计量是可能的。一 个封闭的、空气或钻孔液体可被输送和也可再被抽吸的系统可譬如用 两个联箱被形成。
用上述的钻机与上述的、作为工具设计的锚栓相结合，可以在石 头或类似石头的材料，如混凝土或墙或类似的材料中精确地建立锚栓 孔。留在锚栓孔中的锚栓精确配合地处在在被该锚栓本身建立的锚栓 孔中。特别是非圆形的、具有沉割和高的形状精度的锚栓孔可被建立，
钉,
下面，发明借助在附图中示出的实施例详细被说明。附图示出 图l 按照本发明的一个锚栓，
图2a至图2c 按照本发明的另一个在不同的锚固步骤中的锚栓， 图3 按照本发明的一个混凝土螺钉， 图4按照本发明的另一个锚栓，
图5 —个具有压电振荡激励器和一个抗扭转地被夹入的、作为工
具的锚栓的手持钻机的示意透视图，
图6图5所示的锚栓的具有一个径向突出的钻头的变型结构， 图7 其中具有一个按照本发明的圓形的沉割的三角形锚栓孔的
锚固基材的示意俯视图，
图8 具有关于锚栓孔的沉割的细节并具有被置入的、图6所示的
锚栓的图7所示的锚固基材的示意剖视图，
图9图5所示的、具有另一包围锚栓的联箱的一个变型结构， 图10 具有根据发明的、自动扩张的钻头的图9所示的锚栓的放
大细节视图，
图11 设计为弹簧卡头的按照本发明的、图9所示的夹具的细节， 图12 图11所示的夹具的、以磁性固定装置的形式出现的变型结
构，
图13 根据发明的、具有一个为插上锚栓而设置的辅助轴颈的夹 具的另一变型结构。
ii
具体实施例方式
在图1中示出的、根据发明的锚栓10是一个沉割一膨胀锚栓。该 锚栓10具有一个锚栓杆12和一个膨胀套筒14。锚栓杆12在其后端上 具有螺紋16，锚栓杆12在其前端上以一个膨胀锥18扩大并终止在一 个短的圆柱形区段20中。
膨胀套筒14是管形的，该膨胀套筒14可在柄12上移动。膨胀套 筒14在一个前部的、朝向膨胀锥18的范围中具有在前面敞开的、把 膨胀套筒14分成膨胀片24的缝隙22。
为了在一个譬如由混凝土构成的锚固基材26中进行锚固，锚栓10如 在图中所示被置入到锚固基材26中的一个预钻的、圆柱形的锚栓孔28 中。膨胀套筒14借助一个没示出的高频钻机被套到膨胀锥18上。该 高频钻机是或包括一个产生机械的、在高频范围中的振荡的振荡器。 高频是指一个约10千赫兹或更高的频率。钻机优选地以超声范围中的、 即在约20个赫兹和1000兆赫兹之间的范围中的振荡工作。这样的、 也被称作振荡变换器、转换器或超声变换器的振荡器本来是公开的并 因此无需在此赘述。该振荡器可以是一个譬如以手持式钻机的形式出 现的、手操作的器械。高频钻机具有一个管形的振子30，该振子30的 在图1中可见的前端被置于膨胀套筒14的朝向振子30的后端。振子 30被高频钻机激励成轴向的、机械的、超声范围中的振荡。该振荡也 可以理解为摆动，其在图中用双箭头32表示。振子30把超声振荡传 递到锚栓10的膨胀套筒14上。按这种方式被激励成超声振荡的膨胀 套筒14形成一个也被称为声极的、用于超声加工锚固基材26的工具。 超声加工可理解成用机械的、超声范围中的振荡加工锚固基材26。用 低于超声范围的，即次声范围的振荡频率加工锚固基材26也是可行的。 膨胀套筒14的膨胀片24被膨胀锥18沿箭头34斜向外偏转并如在图1 中用虚线所示，成形在锚栓孔28的孔壁中。通过用膨胀套筒14作为 工具的超声加工， 一个锥形的、被膨胀片24撑住的沉割在锚栓孔28 中被建立。膨胀锚栓10据此锚固在锚固基材26中。
圓柱形的锚栓孔28可用一个冲击式钻机或一个凿岩机钻好。另一 种根据发明的可能性是，同样通过以锚栓杆12作为工具的振荡加工建 立锚栓孔28。为此，锚栓杆12用没示出的高频振荡钻机被施加以高频振荡，特别是超声振荡并被打入到没被预钻孔的锚固基材26中。锚栓 杆12能以其螺紋16拧入或夹入到没示出的高频钻机的工具夹持装置 中，以便能良好地传递振荡。按照本发明，锚栓孔28包括锥形的沉割 也能以锚栓10的杆12和膨胀套筒14作为工具通过振荡加工，特别是 超声加工被建立，或者在锚栓孔28预先以其它方式净皮建成之后，只有 锚栓孔28的沉割以锚栓10的膨胀套筒14作为工具通过振荡加工被建 立。
图2a示出了一个根据发明的、也为膨胀锚栓结构的另一个锚栓36。 该锚栓36具有一个有圆柱形外圆周的膨胀套筒38和一个轴向的通孔。 该通孔在大于锚栓36的一半长度的后部区域是圆柱形的并且有内螺紋 40。该通孔以一个空心锥42朝向前端逐渐收缩。缝隙44把膨胀套筒 38的前部分成膨胀边46。为了在锚固基材26中建立一个锚栓，锚栓 36被夹入到没示出的高频钻机中或以其内螺紋40被拧到没示出的高 频钻机中或以其它的方式，如双箭头32所示，被施加以处于次声范围 或超声范围中的机械振荡并被打入到没被预钻孔的锚固基材26中。在 振荡加工锚固基材26时出现的钻屑可通过膨胀套筒38被抽吸出，如 用箭头48所示。因此，膨胀套筒38的轴向通孔形成用于抽吸钻屑的 抽吸通道。
在把膨胀套筒38打入到锚固基材26中之后，如在图2b中所示， 膨胀锥48被打入到膨胀套筒38中并张开膨胀边46,并且据此把膨胀 锚栓36锚固在锚固基材26中的锚栓孔中。 一个没示出的螺紋件或螺 栓可被柠入到内螺紋40中，用于固定未示出的物件。锚栓36在这里 也形成用于通过超声加工或者振荡加工锚固基材26建立锚栓孔的工 具。
在图2c中示出了发明的一种变型。在这里，在把锚栓36的膨胀 套筒38打入到锚固基材26中之后， 一个圆柱形的膨胀体50被打入到 膨胀套筒38中。即膨胀体50被打入到膨胀套筒38的空心锥42中。 该打入也用一个没示出的振荡钻机进行，振荡钻机的振子30是作用到 膨胀体50上并对膨胀体50施加特别以超声振荡。超声振荡被传递到 锚栓36的膨胀边46上，据此，膨胀边46沿箭头52的方向被向外挤 压并成形到锚固基材26中。据此，锚栓孔的一个锥形的、被锚栓36 的膨胀边46撑住的沉割被建立。届时，空心锥42被扩张并且在锚固结束时可以是圆柱形的。
图3示出了一个根据发明的、也为用附图标记54表示的作为混凝 土螺钉设计的锚栓54。该混凝土螺钉54形成一个工具，就是说，该混 凝土螺钉54譬如在螺钉头56处被夹入到一个没被示出的高频钻机的
工具夹持装置中并被该高频钻机施加以高频振荡或者超声振荡。超声 振荡特别是作为摆动的扭转振荡沿双箭头58的方向进行的。据此，被 用作锚栓和被用作工具的混凝土螺钉54的螺紋60切入到譬如由混凝 土构成的锚固基材26中。振荡可附加地，或许也单独地沿轴向^皮施加 到混凝土螺钉54上。可设置一个用于混凝土螺钉54的芯孔，如在图3 中用虚线62所示，预钻到锚固基材26中，其中，芯孔62能以传统的 方法被钻出或也能通过超声加工被建立。当然也可以把作为工具的混 凝土螺钉54在没有预钻的情况下通过施加超声被拧入到锚固基材26 中。为了抽吸钻屑，混凝土螺钉54具有一个作为纵向槽成形到混凝土 螺钉54的杆中的抽吸通道64。该形成抽吸通道64的槽中断了螺紋60, 据此，螺紋导程上的端面刀刃得以构成，这些端面刀刃使通过超声扭 转振荡在锚固基材26中建立螺紋得到改善。
图4示出了另一根据发明的、以膨胀锚栓的形式设计的锚栓66， 该膨胀锚栓具有一个杆68，该杆68具有位于后端的螺紋70和一个位 于前端的膨胀锥72。 一个具有贯通的纵向缝隙的膨胀套筒74处在杆 68上。按照本发明，图4中的锚栓66也形成用于振荡加工的工具。该 锚栓66能以其具有螺紋70的后端被夹入到没示出的高频钻机中，以 便通过振荡加工在锚固基材中建立锚栓孔。在建立锚栓孔之后，杆68 被抽回并且据此膨胀锥72被拉入到膨胀套筒74中并将膨胀套筒74扩 张。据此锚栓66锚固在通过振荡加工被建立的锚栓孔中。
为了清理锚栓孔，锚栓66具有一个为纵向槽结构的抽吸通道76。 该抽吸通道76只是部分地在那些锚栓66的具有其最大直径的区段中 构成。膨胀套筒74的贯通的纵向缝隙也形成抽吸通道76的一段。
膨胀锥72在前端具有一个短的、圓柱形的区段78.该圆柱形的段 78为形成工具的锚栓66在通过振荡加工建立锚栓孔时的磨损提供磨 损余量。这也适用于图1所示的锚栓10的膨胀锥18的前端上的圆柱 形的区段20。
图5以示意透视图示出了一个根据发明的电动钻机l，该电动钻机具有一个振荡器3和一个所谓的、作为振荡钻机的、用于以机械的振 荡施加于工具的升压器82。该钻机具有一个手柄80和一个连接电缆 21。也可被称作振幅转换块的升压器82把被振荡器3产生的机械振荡 传递到工具上并影响，特别是可能把机械振荡的振幅放大多倍。在钻 机1的工具侧的端部23上设置有夹具5，在该夹具5中静止固定地和 特别是相对于钻机不旋转地夹持有作为工具2的锚栓。前面说明的锚 栓10、 36、 54、 66之一可被用作工具。在所示的实施例中，手柄80 是减振地固定在振荡器3上的，但也譬如可相应地固定在升压器82上。 振荡器3在图示的实施例中为压电激励器4，该压电激励器4经由连接 电缆21被一个没示出的电振荡器供以电能。为此，可规定有电网运作 或也有蓄电池运作。通过电激励由压电激励器4产生的机械振荡借助 升压器82在振幅方面被放大并被传递到夹持在夹具5中的钻孔工具2 上。
压电激励器4的激励频率在所示的实施例中处于约20千赫兹的超 声范围中。作为工具2 —侧固定地被夹持的锚栓在其固有振荡频率中 是如此设计的，即该锚栓至少以一个固有模态与压电激励器4的激励 频率谐振。其中，工具2的几何结构是有利地如此选择的，即多个固 有模态在其频率方面是相互接近的，其中，相应地被调谐的压电激励 器4产生对不同的固有模态的谐振激励。其中，考虑纵向振荡、横向 振荡和扭转振荡。
工具2设计为具有本体31和在本体31上的螺紋杆19的、圆柱形 的钢制锚栓17。其中，锚栓17借助螺紋杆19固定在钻机1的夹具5 上。振荡器3的振荡能量被夹具5经由螺紋杆19传递到锚栓17的本 体31上。螺紋杆19和本体31的外部和内部及据此也在其相互的接触 面上是全面地涂敷的。锚栓17是作为用于夹紧地锚固在涉及图8被详 细说明的锚固基材13中的膨胀锚栓或膨胀螺钉设计的。用于形成石膏
的"构也^是有利的。锚栓17的自由端25设计为钻头9 ^结构，该 钻头9和锚栓17的与钻头9相接的杆8—样具有相同的圆柱形的外轮 廓。
设在被用作工具2的锚栓的杆8上的钻头9可在待建立的锚栓孔 中经由相应的振荡沿轴向、径向和圆周方向切除材料。
15在工具2的设备側一端的范围中设置有一个联箱6,该联箱6的内 腔通流连接地与一个在内侧穿过工具2的同轴地延伸的抽吸通道/冲洗 通道7相通。为了形成抽吸通道/冲洗通道7，螺紋杆19和本体31均 为管形结构。抽吸通道/冲洗通道7也可作为外侧的槽设在锚栓17上。 联箱6具有一个侧方的连接口 80。出自钻头9的范围的钻屑可从抽吸 通道/冲洗通道7的端侧的口径由该侧方的连接口 80被抽走。相反， 空气也可通过该连接口 80和抽吸通道/沖洗通道7被鼓入到待建立的 锚栓孔中。同样，譬如以添加有磨蚀的钻孔辅料，如含有金刚粉或类 似的物质的水的形式的钻孔流体可通过连接口 80和抽吸通道/冲洗通 道7被导入到锚栓孔中并直接被导入到钻头9的范围中。
图6示出了工具2的或者说图5所示的锚栓17的一个与图l所示 的锚栓IO相似的变型结构。螺紋杆19沿纵向穿过锚栓17并且在自由 端25的范围中具有一个锥形的膨胀头86。锚栓17的数个被斜向张开 的膨胀片27是绕膨胀头86的圆周分布地设置的并以角12径向突出于 圆柱形的杆8。膨胀片27与膨胀头86—起形成一个非圓形的钻头9。
图7以示意的俯视图的形式示出了譬如由泡沫混凝土构成的锚固 基材13。也可能是天然石、混凝土、墙或类似的物质以及细木料、金 属或塑料。工具2的或者锚栓17 (图6 )的杆8具有一个圆形的横截 面11，该横截面11在内侧邻接到钻头9的譬如三角的、通过膨胀片 27 (图6)被形成的横截面轮廓15上。其中，钻头9的横截面轮廓15 在倒圆的角12的范围中径向突出于杆8的横截面11。为了建立图8所 示的锚栓孔14，谐振振荡的锚栓17 (图6)沿轴向顶着锚固基材13被 导向，其中，其横截面形状与钻头9的横截面形状10—致的锚栓孔14 (图8)通过振荡的钻头9的磨蚀效应形成。在所示的实施例中，形成 一个具有倒圆的三角的横截面的锚栓孔14。
在达到所希望的锚固深度后，钻机1以抗扭转地被夹入的工具2 (图6 )绕工具2的纵轴线緩慢地旋转，直至角12譬如达到了图7所 示的虚线所示的并用12标示的位置为止。通过钻机l的继续旋转，角 12通过切除锚固基材13的材料，与钻孔14的三角的横截面轮廓15相 比产生一个大致圆形的沉割16。
图8示出了锚固基材13的沿图7所示的线VII-VI1的示意截面图。 据此，在锚栓孔14的底部上形成了径向和锥向被扩张的沉割16，在该
16沉割16中形状锁合连接地和夹紧地锚固有图6所示的锚栓17。
锚栓17容纳螺紋杆19。在螺紋杆19上固定有一个被示意的工件 55，其中，通过拧紧螺栓，在沉割16处除有形状锁合连接外，还通过 膨胀头86扩张膨胀片27出现夹紧作用。
钻孔14是用振荡激励的锚栓17钻成的。在达到希望的钻孔深度 和实现图7所示的、卡口式的旋转运动后，锚栓17从钻机1 (图5) 的夹具5中被松开，届时，锚栓17留在锚栓孔14中。对图5所示的 锚栓17的圆柱形的结构而言，也得出可比拟的建立锚栓孔14和置入 锚17，其中，只是没有沉割16被构成。
图9示出了图5所示的钻机的一个变型结构，在该变型结构中， 除了在夹具5的范围中的联箱6，还设置有另一个包围锚栓17的本体 31的联箱6。锚栓17具有一个在内侧延伸的抽吸通道/冲洗通道7，该 抽吸通道/沖洗通道7从自由端25出发纵向通过锚栓17延伸并且与设 备侧的联箱6相通。本体31的外侧设置有另一个在这里是螺旋形延伸 的抽吸通道/沖洗通道7，该抽吸通道/冲洗通道7是与包围本体31的 联箱6的连联孔84通流地相通的。
锚栓侧的、其中为更一目了然起见在截面图中只示出了一半的联 箱6在其朝钻孔方向的端面35上有一个环形地包围锚栓17的密封圈 96。在实施钻孔时，该密封圈96被压向锚固基材13 (图8)，据此， 两个联箱6之间经由锚栓17的两个抽吸通道/冲洗通道7形成封闭的、 通流的连通。其中，空气或钻孔液体可选择地从外向内，即从锚栓测 的联箱6向设备侧的联箱6或也可沿相反的方向被抽入和/或被吸出。 在锚栓17的自由端25的范围中， 一个封闭的、通流的系统得以形成，
变得游离的钻屑或类似物可至少近乎完全地从该系统中被排出。
锚栓17在其朝向钻机1的側上具有一个辅助轴颈92 (图9 )，锚 栓17是用该辅助轴颈92固定在夹具5上的。夹具5在其锚栓侧的端 上构成为无需工具可操作的快速夹具，该快速夹具在所示的实施例中 为弹簧卡头29结构。其中，夹具5是由一种具有声吸收少的材料制作 的。为此，在所示的实施例中选择了钛或者钛合金作为材料。
图10以放大的详细视图的形式示出了图9所示的具有位于其外 的、沿轴向螺旋延伸的、槽结构的抽吸通道/冲洗通道7的锚栓17的 本体31。本体31是未变形地示出的，并且此时具有一个基本上圆柱形的形状，该圆柱形的形状是包括处在自由端25 (图9)上的钻头9在 内的本体31的整个长度。本体31在钻头9的范围中具有譬如四个与 本体31的纵轴线平行地大致沿本体31的一半长度伸展的纵向缝隙33。 其中，这四个缝隙把管形的本体31的壁分成四个相互分离的膨胀片 27。
钻头9的端侧94为凹拱结构，其中，在所示的实施例中形成了一 个凹的锥面37。也可以简单地将膨胀片27设置为具有斜向向内的平 面、球形面或类似的面。在锥形面37过渡到圆柱形的本体的外表面时 形成了一个环形的切削边38。
从切边38与锥形面37和纵向缝隙33的功能协同作用中得出其钻 头9在钻孔时自动扩张的本体的结构。在钻孔时被施加到锥形面37上 的压紧力经由锥形面37的相对于本体31的纵轴线的斜置以一个径向 的、朝向外的分力作用到膨胀片27上，届时，膨胀片27随钻孔深度 的加深进行径向的扩张，其中，特别是扩张的切边38造成一个锥形的、 沿钻削方向扩大的钻孔形状。膨胀片27在被变形的状态中是向外扩张锚固。
锚栓17的本体31是由一种软磁性的铁材料制作的并据此可在需 要时在有或没有辅助轴颈92 (图9)的情况下由于磁的吸持力被夹入 在一个涉及图12被详细描述的磁性夹持装置30上。
图11以一个放大的示图的形式示出了图9所示的具有锚栓侧的弹 簧卡头29的夹具5的细节。弹簧卡头29包括数个被一个其内侧为锥 形结构的锁紧环98所包围的夹紧片39。夹片39和锁紧环98围成一个 开口 41，譬如具有图5所示的螺紋杆19的或图9所示的辅助轴颈92 的锚栓17可无间隙地被引入到该开口 41中。拧紧或卡口式地旋紧锁紧 环98经由其内侧的锥形面造成夹片39的径向向内相互挤压，其结果使 锚栓17被固定地夹入。无需工具的松开可通过反向旋转锁紧环98完成。
在图12所示的夹具5的实施例中，在锚栓侧的端上设置有一个杯 形结构的并且包围开口 41的磁性夹持装置30。图10所示的本体31或 图9所示的锚栓17的辅助轴颈92可无间隙地被插到该开口 41中。磁 性夹持装置30为永久磁铁并且在此由于在永久磁铁和由软磁性的铁材 料构成的锚栓17之间形成的磁力保持，其中，引入和松开锚栓可在克服磁力的情况下无需工具地用手完成。
图13示出了基本体为与图12所示的结构一致的夹具5的另一变 型结构。在其端侧的端上设置有一个在所示的实施例中具有正方形的 横截面的辅助轴颈43。具有一个相应的容纳开口的、譬如具有图10所 示的本体31的锚栓17可被套到该辅助轴颈43上。容纳开口具有相应 的、多角的结构时与辅助轴颈43的同样的角的横截面相结合，得出锚 栓17与夹具5的一种抗扭转的连接。该连接能是沿纵向可自由抽出的 或具有一个限定的夹紧力的结构。替代辅助轴颈43的示出的正方形的 结构，与圓形不同的、适于传递扭矩的横截面形状也能是相宜的。然 而，需要时也可设置圆形的横截面，据此提供夹具5和锚栓17(图10) 之间的无扭矩的力传递。
权利要求
1.钻机，其中，钻机(1)为具有高频的振荡激励器(3)的振荡钻机结构，所述钻机(1)具有用于特别是有磨蚀的钻孔辅料的钻孔流体的输送装置(6)。
2. 按照权利要求1所述的钻机，其特征在于，所述的钻机(l) 为手持式工具结构。
3. 按照权利要求1所述的钻机，其特征在于，钻机(1 )具有一 个可松开地被夹入的锚栓(10; 17; 36; 54; 66)，该锚栓形 成一个用于通过高频的振荡加工锚固基材(13; 26)建立锚栓 孔的工具。
4. 按照权利要求3所述的钻机，其特征在于，所述的锚栓(10; 17; 36; 54; 66 )在至少一个固有振动频率中与钻机(1 )的高 频的振荡激励器(3)的激励频率是调谐的。
5. 按照权利要求1所述的钻机，其特征在于，所述的钻机(l) 具有可无需工具可操作的、用于所述的锚栓(17)的快速夹具m
6. 按照权利要求5所述的钻机，其特征在于，所述的钻机(l) 具有作为快速夹具(5)的磁性夹持装置。
7. 按照权利要求10所述的钻机，其特征在于，所述的钻机(1 ) 具有夹具(5 )，其具有用于插上所述的锚栓(17 )的辅助轴颈(43)。
8. 按照权利要求1所述的钻机，其特征在于，所述的钻机(l) 具有由一种声吸收少的材料制作的夹具(5)。
9. 按照权利要求1所述的钻机，其特征在于，所述的钻机(l) 具有高于10千赫兹的激励频率和固有振动频率。
10. 按照权利要求1所述的钻机，其特征在于，所述的钻机(l) 具有作为振荡激励器(3)的压电激励器。
11. 按照权利要求1所述的钻机，其特征在于，所述的钻机(l) 具有用于钻屑的抽吸装置(6)。
12. 按照权利要求11所述的钻机，其特征在于，所述的抽吸装置 (6 )具有联箱(6 )，该联箱(6 )在有被夹入的锚栓(10; 17;36; 54; 66)时是与设在该锚栓(10; 17; 36; 54; 66)上的抽吸通道/冲洗通道(7; 64; 76)相通的。
13. 按照权利要求1所述的钻机，其特征在于，所述的输送装置 (6 )具有联箱(6 )，该联箱(6 )在有被夹入的锚栓(10; 17;36; 54; 66 )时是与设在该锚栓(10; 17; 36; 54; 66)上的 抽吸通道/冲洗通道(7; 64; 76)相通的。
14. 按照权利要求8所述的钻机，其特征在于，所述的钻机(l) 具有由钛制成的夹具(5)。
15. 按照权利要求9所述的钻机，其特征在于，所述的钻机(l) 具有在超声范围中的激励频率和固有振动频率。
全文摘要
本发明涉及一种用于把锚栓(10)锚固在一个譬如由混凝土构成的锚固基材(26)中的钻机。根据本发明，所述钻机(1)为具有高频的振荡激励器(3)的振荡钻机结构，所述钻机(1)具有用于特别是有磨蚀的钻孔辅料的钻孔流体的输送装置(6)。
文档编号B23B47/28GK101579751SQ20091000590
公开日2009年11月18日 申请日期2005年6月1日 优先权日2004年6月3日
发明者A·赫斯, D·福哈尔, M·沙弗, O·赫克 申请人:费希尔厂有限责任两合公司;Aeg电气工具有限责任公司