带有切割元件的钻头的制作方法

带有切割元件的钻头的制作方法
【专利摘要】本发明涉及一种用于钻头的切割元件，该切割元件被设计用于围绕一旋转轴(R)转动并且包括至少一种第一类型的研磨颗粒(1)。为了提高该切割元件的尤其是在钻钢筋混凝土或者类似材料时的效率和使用寿命以及为了尤其是通过减小振动和噪音提高使用者舒适度，第一类型的研磨颗粒(1)的含量从切割元件的旋转轴(R)向切割元件的外围(P)连续地和/或逐步地升高。
【专利说明】带有切割元件的钻头
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种用于钻头的切割元件，一种钻头，一种钻孔系统以及一种用于钻头的运行方法。
【背景技术】
[0002]现在，钢筋混凝土和类似材料可以通过锤钻、冲击钻和金刚石芯钻头被加工。
[0003]为此，锤钻或者冲击钻可以被配备有一个带有碳化物尖的钻头。然而使用者在使用锤钻或者冲击钻时遭受强烈的振动，以及必需承受一部分冲击力。
[0004]金刚石芯钻头可以被没有冲击力的使用。然而，在运转期间，钻头的温度快速的上升，这可以导致钻头的切割元件的机械特性甚至是切割元件的损耗，以及由此导致工具的停止运行。为了改善金刚石芯钻头的效率，它们大多数情况下与水冷系统一起被使用。然而在某些情况下，例如在修复工作时，希望避免水冷系统。

【发明内容】

[0005]本发明的对象是一种用于钻头的切割元件，其中，该切割元件被设计用于在钻孔时围绕旋转轴转动，其中，切割元件包括至少一种第一类型的研磨颗粒，其中，第一类型的研磨颗粒的含量从切割元件的旋转轴向切割元件的外围连续地和/或逐步地升高。换句话说，第一类型的研磨颗粒的含量从切割元件的外围向切割元件的旋转轴连续地和/或逐步地降低。
[0006]切割元件在本发明的意义中可以被理解为被设置用于切削工件的钻头的元件。切割元件尤其可以是钻头尖或者钻头冠尤其是环状的钻头冠，或者是钻头冠的组成部分、尤其是一个区段，或者是它们的组合。
[0007]本发明的基本思想在于，外围区域的轨道速度高于切割元件的旋转轴区域的轨道速度，因此，一般在高转速时具有高的切割效率的研磨颗粒如金刚石颗粒，当它在切割元件的外围区域被加强使用时，由于外围区域的较高的轨道速度，也可以在低转速时具有高的切割效率。相反，一般在低转速时具有高的切割效率的研磨颗粒，如碳化物，尤其是碳化钨，当它在切割元件的旋转轴区域被加强使用时，由于旋转轴区域的较低的轨道速度，也可以在高转速时具有高的切割效率。
[0008]因此有利的是，尤其是在钻钢筋混凝土以及类似的材料时提高切割元件的效率和使用寿命，以及尤其是通过减小振动和噪音提高使用者舒适度。
[0009]特别的是，第一类型的研磨颗粒的质量份额和/或物质量份额和/或体积份额和/或颗粒浓度可以连续地和/或逐步地从切割元件的旋转轴向切割元件的外围升高，或者从切割元件的外围向切割元件的旋转轴降低。
[0010]在一种实施方式的范围内，切割元件此外具有至少一种与第一类型的研磨颗粒不同的、第二类型的研磨颗粒。因此效率和使用者舒适度可以被进一步改善。
[0011]在另一种实施方式的范围内，第二类型的研磨颗粒的含量从切割元件的旋转轴向切割元件的外围连续地或者逐步地降低。换句话说，第二类型的研磨颗粒的含量从切割元件的外围向切割元件的旋转轴连续地或者逐步地升高。特别的是，第二类型的研磨颗粒的质量份额和/或物质量份额和/或体积份额和/或颗粒浓度可以连续地和/或逐步地从切割元件的旋转轴向切割元件的外围降低，或者从切割元件的外围向切割元件的旋转轴升闻。
[0012]在另一种实施方式的范围内，第一类型的研磨颗粒的含量参照研磨颗粒的总重量从切割元件的旋转轴向切割元件的外围从质量百分比> O连续地和/或逐步地升高到质量百分比< 100。
[0013]在另一种实施方式的范围内，第二类型的研磨颗粒的含量参照研磨颗粒的总重量从切割元件的旋转轴向切割元件的外围从质量百分比< 100连续地和/或逐步地降低到质量百分比3 Oo
[0014]在另一种实施方式的范围内，第一类型的研磨颗粒在高转速时，例如在 >每分钟5000转到<每分钟15000转的范围内具有比第二类型的研磨颗粒高的切割效率。
[0015]在另一种实施方式的范围内，第二类型的研磨颗粒的在低转速时，例如 > 每分钟500转到<每分钟5000转，尤其是>每分钟500转到<每分钟3000转的范围内具有比第一类型的研磨颗粒高的切割效率。
[0016]第一和第二类型的研磨颗粒例如可以由从下述组中选出的一种或者多种原料构成，所述组包括金刚石、立方氮化硼(c-BN)、硬质合金、碳化钨、碳化钛、氮化钛、硼化钛(TiB2)、碳化铪、碳化钽、碳化硅、氧化铝和以及它们的混合物，如碳化钛钨(TixWyCz)或者碳氮化钛(TiCaNb)，尤其是金刚石(合成的或者天然的)。
[0017]例如，第一类型的研磨颗粒可以主要包括金刚石，且第二类型的研磨颗粒可以主要包括硬质合金。或者第一类型的研磨颗粒可以主要包括碳化钨，且第二类型的研磨颗粒可以主要包括氧化铝。或者第一类型的研磨颗粒可以主要包括硼化钛，且第二类型的研磨颗粒可以主要包括碳化硅。
[0018]在另一种实施方式的范围内，第一类型的研磨颗粒是金刚石颗粒。金刚石颗粒被证实作为第一类型的研磨颗粒是特别有利的，因为它在高速时具有高的切割效率。
[0019]在另一种实施方式的范围内，第二类型的研磨颗粒是硬质合金颗粒，例如基于碳化钨的颗粒。硬质合金颗粒被证实作为第二类型的研磨颗粒是特别有利的，因为它在低速时具有高的切割效率。
[0020]研磨颗粒尤其可以至少部分的或者全部的被集成在一种基体中。
[0021]该基体尤其可以是一种无机的基体，它例如由从下述组中选出的一种或者多种原料构成，所述组包括金属，金属合金/预合金(英语:pre-alloy) /混合物,无机化合物以及它们的混合物。
[0022]基体例如可以由从下述组中选出的一种或者多种原料构成，所述组包括金属的铜、锌、铁、钻、镍、钛、铬、钨和/或锰，铜、锌、尤其是青铜、铁、钴、镍、钛、铬、钨和/或锰的金属合金/预合金/混合物，钛、铬、钨和/或锰的无机化合物组成。基体例如可以参照基体的总重量包括从下述组中选出的基体成分的≥28质量百分比到质量百分比< 75、例如≥28质量百分比到<72质量百分比，所述组包括铜、锌、铁、钴和/或镍，铜、锌、尤其是青铜、铁、钴、镍、钛、铬、鹤和/或锰的金属合金/预合金/混合物，钛、铬、钨和/或锰的无机化合物以及它们的混合物。此外，可选或附加地，所述基体可以参照基体的总重量包括从下述组中选出的基体成分的≥2质量百分比到≤ 20质量百分比、例如≥2.8质量百分比到< 18质量百分比，所述组包括钛、铬、钨和/或锰的无机化合物以及它们的混合物。
[0023]在另一种实施方式的范围内，切割元件此外包括润滑剂结构。因此可以有利地降低摩擦并且从而降低发热。尽管如此，所产生的热可以例如通过基于例如抽吸空气(必要时与吸尘器相结合)压力空气或者帕尔贴效应的冷却装置来进行。
[0024]在另一种实施方式的范围内，润滑剂结构包括润滑剂或者由从下述组中选出物质构成，所述组包括无机的润滑剂，如砸(h-BN)、钨、钥、钙、钡、镁、锶、铯、钠、钾、钛、硅、铈、银和/或锰、碳的异形体，如石墨、石墨烯和/或碳纳米管的氮化物、硫化物、氟化物、硫酸盐、氧化物、碳化物、碘化物和/或硼酸盐，有机的润滑剂，如聚卤代烯烃、润滑油(植物的，动物的和/或合成的润滑油)、润滑脂(植物的，动物的和/或合成的润滑脂)和/或蜡(植物的，动物的和/或合成的蜡)以及它们的混合物。所述润滑剂结构例如可以包括润滑剂或者由从下述组中选出的物质构成，所述组包括六边形氮化硼(h-BN)、碳的异形体，如石墨，石墨烯和/或碳纳米管、硫化钨(WS2)、硫化钥(MoS2)、氟化钙(CaF2)、氟化钯(BaF2)、硫酸钙(CaSO4)、硫酸钯(BaSO4)、硫氧化铯钥(CsMoOS3)、碳硅化钛(Ti3SiC2)、氟化铈(CeF3)，碘化银(Agl)、硫化锰(MnS)、四硼酸钠(Na2B4O7IOH2O)、聚四氟乙烯(PTEE，Tef1n)、润滑油、润滑月旨、蜡以及它们的混合物。润滑油例如可以包括氟化钙氟化钯混合物，后者例如包括——参照氟化钙氟化钯混合物的总重量——38质量百分比的氟化钙和62质量百分比的氟化钯。这样的润滑剂被证实对于降低摩擦和产热是有利的。
[0025]润滑剂结构也可以至少部分或者全部地被集成在一个基体里。
[0026]润滑剂结构原则上可以被构成为大量不同的形式。润滑剂结构尤其可以至少部分或者全部地从下述组中选出，所述组包括尤其是固定的、球形的润滑剂结构，棍状的润滑剂结构，小板状的润滑剂结构，栅形的润滑剂结构和/或网状的润滑剂结构以及它们的混合物。
[0027]球形的润滑剂结构尤其可以被理解为在所有空间方向上具有基本上相同大小的延伸的结构，例如基本上是球状的结构。
[0028]棍状的润滑剂结构尤其可以被理解为在第一方向上具有比在第二和第三方向上大的延伸的结构。棍状的润滑剂结构不仅可以被理解为圆柱状的结构，也可以是不规则的或者对称的、长形的多面体。
[0029]小板状的润滑剂结构尤其可以被理解为在两个方向上具有比在第三方向上大的延伸的结构。此外，小板状的润滑剂结构不仅可以是平的、基本上规则的体，例如高度较小的棱柱或者长方体，也可以是圆顶的和/或不规则的体，例如类似于圆顶的薄膜、絮状体(玉米絮片)或者鳞片。
[0030]栅格形的润滑剂结构不仅可以被理解为规则的、平的，也可以被理解为不规则的和/或圆顶的栅格。在此，具有多于四个、以一个连接点为起点的栅格柱的栅格也可以被理解为栅格。
[0031]网状的润滑剂结构尤其可以被理解为由二维或者三维的相互连接的润滑剂区域组成的结构，类似于二维或者三维的栅格。
[0032]关于其他的优点和特征在此参照与依据本发明的钻头、钻孔系统和钻孔方法以及【专利附图】

【附图说明】有关的说明被阐述。
[0033]本发明的另一个对象是一种钻头，它包括至少一个依据本发明的切割元件。钻头尤其可以具有钻头体和用于安装在钻机上的柄，所述钻头体具有一个或者多个依据本发明的切割元件。
[0034]在一种实施方式的范围内，钻头包括钻头尖和钻头冠，其中，钻头尖在钻头冠内部构造在被设置由于钻孔的旋转轴上。此外，钻头尖和/或钻头冠尤其可以是依据本发明的切割元件。在此，钻头尖和钻头冠可以是被构造成同类的或者不同类的依据本发明的切割元件。但是对此替代地，钻头冠也可以包括必要时均匀分布的第一研磨颗粒例如金刚石颗粒，并且钻头尖包括必要时均匀分布的第二研磨颗粒例如硬质合金颗粒，因为本发明的思想也可以通过这样的结构方案被实现。
[0035]在此，关于其他的优点和特征参照与依据本发明的切割元件、钻孔系统和钻孔方法以及【专利附图】

【附图说明】有关的说明进行阐述。
[0036]本发明的另一个对象是用于依据本发明的钻头的钻孔系统，包括一用于冷却所述钻头的冷却装置，其中，冷却装置被设计为通过抽吸空气、压力空气或者借助于帕尔贴效应冷却所述钻头。钻孔系统尤其可以包括依据本发明的钻头。有利的是，冷却装置被设计为通过抽吸空气冷却钻头以及收集灰尘。
[0037]关于其他的优点和特征在此参照与依据本发明的切割元件、钻头和钻孔方法以及【专利附图】

【附图说明】有关的说明进行阐述。
[0038]此外，本发明涉及一种用于运行依据本发明的钻头的方法，其中，钻头通过抽吸空气、压力空气或者借助于帕尔贴效应被冷却。有利的是，钻头通过抽吸空气被冷却，其中，灰尘被收集。
[0039]关于其他的优点和特征在此参照与依据本发明的切割元件、钻头和钻孔系统以及【专利附图】

【附图说明】有关的说明进行阐述。
【专利附图】

【附图说明】
[0040]依据本发明的对象的其他的优点和有利的结构方案通过附图被说明并且在以下的说明中被阐述。此外需要注意的是，附图仅仅具有所说明的特征并且不能认为本发明被以任何方式限制。其中:
[0041]图1a示出配备有一个钻头尖的钻头的依据本发明的第一实施方式的垂直于旋转轴的俯视图，该钻头带有两种不同的研磨颗粒类型的逐步的成分变化。
[0042]图1b示出在图1a中所示出的依据本发明的钻头的第一实施方式的沿着旋转轴的俯视图。
[0043]图2a示出配备有一个钻头尖的钻头的依据本发明的第二实施方式的垂直于旋转轴的俯视图，该钻头带有两种不同的研磨颗粒类型的连续的成分变化。
[0044]图2b示出在图2a中所示出的依据本发明的钻头的第二实施方式的沿着旋转轴的俯视图。
[0045]图3a示出配备有一个钻头尖和一个钻头冠的钻头的依据本发明的第三种实施方式的垂直于旋转轴的俯视图，该钻头带有两种不同的研磨颗粒类型的逐步的成分变化。
[0046]图3b示出在图3a中所示出的依据本发明的钻头的第三种实施方式的沿着旋转轴的俯视图。
[0047]图4a示出配备有一个钻头尖和一个钻头冠的钻头的依据本发明的第四种实施方式的垂直于旋转轴的俯视图，该钻头带有两种不同的研磨颗粒类型的逐步的成分变化。
[0048]图4b示出在图4a中所示出的依据本发明的钻头的第四种实施方式的沿着旋转轴的俯视图。
[0049]图5a不出配备有一个钻头尖和一个钻头冠的钻头的依据本发明的第五种实施方式的垂直于旋转轴的俯视图，该钻头带有两种不同的研磨颗粒的部分逐步的和部分连续的成分变化。
[0050]图5b示出在图5a中所示出的依据本发明的钻头的第五种实施方式的沿着旋转轴的俯视图。
[0051]图6a不出配备有一个钻头冠的钻头的依据本发明的第六种实施方式的垂直于旋转轴的俯视图，该钻头带有两种不同的研磨颗粒的逐步的成分变化。
[0052]图6b示出在图6a中所示出的依据本发明的钻头的第六种实施方式的沿着旋转轴的俯视图。
[0053]图7a示出配备有一个钻头冠的钻头的依据本发明的第七种实施方式的垂直于旋转轴的俯视图，该钻头带有两种不同的研磨颗粒的连续的成分变化。
[0054]图7b示出在图7a中所示出的依据本发明的钻头的第七种实施方式的沿着旋转轴的俯视图。
【具体实施方式】
[0055]图1a和Ib示出依据本发明的高速钻头的第一实施方式，它包括一个构成为钻头尖S的切割元件。钻头的钻头体3配备有所述切割元件。此外，所述钻头包括一根用于装配在钻机上的柄4。
[0056]图1a和Ib说明，切割元件S被设计用于在钻孔时围绕旋转轴R尤其是钻头的旋转轴转动。此外，图1a和Ib说明，切割元件包括第一类型的研磨颗粒I和与第一类型的研磨颗粒不同的、第二类型的研磨颗粒2。此外，第一类型的研磨颗粒I是这样一种研磨颗粒类型，它在高转速例如在>每分钟5000转到<每分钟15000转的范围内具有比第二类型的研磨颗粒2高的切割效率。例如，第一类型的研磨颗粒I可以是金刚石颗粒，并且第二类型的研磨颗粒2可以硬质合金颗粒，尤其是基于碳化钨的颗粒。换句话说，切割元件在外围P的区域内或者在外部区域内主要包括第一类型的研磨颗粒1，例如金刚石颗粒，并且在旋转轴R的区域内或者在中心区域内主要包括第二类型的研磨颗粒2，例如碳化钨和/或其他的硬质碳。
[0057]在一种实施方式的范围内，第一类型的研磨颗粒I的含量从切割元件的旋转轴R向切割元件的外围P逐步地、尤其是从零到一个确定值地升高。第二类型的研磨颗粒2的含量从切割元件的旋转轴R向切割元件的外围P逐步地、尤其是从一个确定值到零地降低。
[0058]图2a和2b示出依据本发明的钻头的第二实施方式，它与在图1a和图1b中所示出的第一实施方式的主要区别在于，第一类型的研磨颗粒I的含量参照研磨颗粒1，2的总重量从切割元件的旋转轴R向切割元件的外围P连续的从质量百分比> O上升到质量百分比< 100，同时，第二类型的研磨颗粒2的含量参照研磨颗粒1，2的总重量从切割元件的旋转轴R向切割元件的外围P连续的从质量百分比≤100下降到质量百分比≥O。
[0059]图3a和3b示出依据本发明的钻头的第三种实施方式，它与在图1a和图1b中所示出的第一实施方式的主要区别在于，除了钻头尖S之外，钻头还具有钻头冠K，其中，钻头尖S被构成在钻头冠K的内部并且在设计用于钻孔的旋转轴R上。钻头冠K在本发明的范围内不仅可以被构造成为连续的环，而且可以被构造成为分段的环(没有示出)。在第三实施方式的范围内，钻头冠K包括均匀分布的第一类型的研磨颗粒1，其中，钻头尖包括均匀分布的第二类型的研磨颗粒2。此外，在钻头冠K和钻头尖S的组合中，第一类型的研磨颗粒I的含量从切割元件的旋转轴R向切割元件的外围P逐步地、尤其是从零到一个确定值的升高，同时，第二类型的研磨颗粒2的含量从切割元件的旋转轴R向切割元件的外围P逐步地、尤其是从一个确定值到零地降低。
[0060]图4a和4b示出依据本发明的钻头的第四种实施方式，它与在图3a和图3b中所示出的第三种实施方式的主 要区别在于，此外在钻头尖S的内部，第一类型的研磨颗粒I的含量从切割元件的旋转轴R向切割元件的外围P逐步地、尤其是从零到一个确定值的升高，同时，第二类型的研磨颗粒2的含量从切割元件的旋转轴R向切割元件的外围P逐步地、尤其是从一个确定值到零地降低。
[0061]图5a和5b示出依据本发明的钻头的第五种实施方式，它与在图4a和图4b中所示出的第四种实施方式的主要区别在于，在钻头尖S的内部，第一和第二类型的研磨颗粒I和2的含量与在图2a和2b中示出的第二实施方式类似的连续的升高或降低。
[0062]图6a和6b示出依据本发明的钻头的第六种实施方式，它与在图1a和图1b中所示出的第一实施方式的主要区别在于，钻头具有代替钻头尖S的钻头冠。
[0063]图7a和7b示出依据本发明的钻头的第七种实施方式，它与在图2a和图2b中所示出的第二实施方式的主要区别在于，钻头具有代替钻头尖S的钻头冠。
【权利要求】
1.一种用于钻头的切割元件，其中，所述切割元件被设计用于在钻孔时围绕旋转轴(R)转动，其中，所述切割元件包括至少一种第一类型的研磨颗粒(I)，其中，所述第一类型的研磨颗粒⑴的含量从所述切割元件的所述旋转轴(R)向所述切割元件的外围⑵连续地和/或逐步地升高。
2.如权利要求1所述的切割元件，其中，所述切割元件此外包括至少一种与所述第一类型的研磨颗粒不同的、第二类型的研磨颗粒(2)。
3.如权利要求2所述的切割元件，其中，所述第二类型的研磨颗粒⑵的含量从所述切割元件的所述旋转轴(R)向所述切割元件的所述外围⑵连续地和/或逐步地降低。
4.如权利要求1至3中任一项所述的切割元件，其中，参照研磨颗粒(1，2)的总重量，所述第一类型的研磨颗粒(I)的含量从所述切割元件的所述旋转轴(R)向所述切割元件的所述外围(P)从> O质量百分比连续地和/或逐步地升高到< 100质量百分比。
5.如权利要求2至4中任一项所述的切割元件，其中，参照研磨颗粒(1，2)的总重量，所述第二类型的研磨颗粒(2)的含量从所述切割元件的所述旋转轴(R)向所述切割元件的所述外围(P)从< 100质量百分比连续地和/或逐步地降低到≥O质量百分比。
6.如权利要求1至5中任一项所述的切割元件，其中 所述第一类型的研磨颗粒(1)在高转速时、例如在>每分钟5000转到<每分钟15000转的范围内具有比所述第二类型的研磨颗粒(2)高的切割效率，和/或 所述第二类型的研磨颗粒(2)在低转速时、例如>每分钟500转到<每分钟5000转、尤其是>每分钟500转到<每分钟3000转的范围内具有比所述第一类型的研磨颗粒(I)高的切割效率。
7.如权利要求1至6中任一项所述的切割元件，其中，所述第一类型的研磨颗粒(I)是金刚石颗粒。
8.如权利要求2至7中任一项所述的切割元件，其中，所述第二类型的研磨颗粒(2)是硬质合金颗粒、尤其基于碳化钨的颗粒。
9.如权利要求1至8中任一项所述的切割元件，其中，所述切割元件此外包括润滑剂结构。
10.如权利要求9所述的切割元件，其中，所述润滑剂结构包括润滑剂，所述润滑剂选自下述组，所述组包括:无机润滑剂尤其是钨、钥、钙、钡、镁、锶、铯、钠、钾、钛、硅、铈、银和/或锰、碳异形体如石墨、石墨烯和/或碳纳米管的氮化物、硫化物、氟化物、硫酸盐、氧化物、碳化物、碘化物和/或硼酸盐；和有机润滑剂尤其是聚卤代烯烃、油、脂和/或蜡；以及它们的混合物。
11.如权利要求1至10中任一项所述的切割元件，其中，所述切割元件是钻头尖(S)或者钻头冠(K)尤其是环状的钻头冠，或者是钻头冠(K)的组成部分尤其是一个区段，或者是它们的组合。
12.—种钻头，包括至少一个如权利要求1至11中任一项所述的切割元件。
13.如权利要求12所述的钻头，其中，所述钻头包括钻头尖⑶和钻头冠⑷，其中，所述钻头尖(S)在所述钻头冠(K)的内部构造在被设置用于钻孔的旋转轴(R)上。
14.一种用于如权利要求12或13所述的钻头的钻孔系统，包括用于冷却所述钻头的冷却装置，其中，所述冷却装置被设计为通过抽吸空气、压力空气或者借助于帕尔贴效应冷却所述钻头。
15.一种用于运行如权利要求12或13所述的钻头的方法，其中，所述钻头通过抽吸空气、压力空气或者 借助于帕尔贴效应被冷却。
【文档编号】B24D7/14GK103534052SQ201180061302
【公开日】2014年1月22日 申请日期:2011年11月17日 优先权日:2010年12月22日
【发明者】M·基弗, R·马隆 申请人:罗伯特·博世有限公司