专利名称：用于超声波钻孔的超声波-振动变换器的制作方法
用于超声波钻孔的超声波-振动变换器
本发明涉及一种带有权利要求1的前序部分的特征的，用于超声
波钻孔的超声波-振动变换器(Ultraschall-Schwingungswandler)。该超声 波-振动变换器尤其设置用于在诸如混凝土，石块，砖瓦，粘土，石膏 等的建筑材料中的钻孔(Bohren)。
为了进行超声波钻孔，在超声频范围中，也就是，以在大约16kHz 至20kHz上的频率激发工具(Werkzeug)进行机械的纵向振动。该振动 由振动发生器(Schwingungserzeuger)产生，该振动发生器也^皮称为#展 荡器。已知的振动发生器大多设计为压电-振动发生器。在其前端部处 具有上述工具的超声波-振动变换器被安装到该振动发生器中。此处， 被称作前端部的是超声波-振动变换器的或工具的、远离振动发生器的 端部，也就是，工具的为钻孔而放于工件上的端部。因此，后端部则 是超声波-振动变换器的与振动发生器相连接的端部。该工具可以是超 声波-振动变换器的固定的组成部分，或者，以可分离的方式与超声波 -振动变换器相连接。同时，该工具还可以是自行钻出其锚定孔的销或 为锚栓(Anker)。超声波-振动变换器的目的在于，将由振动发生器所 产生的振动的振幅放大，或者，将冲击(Impuls)放大并由此将工具的效 率放大。出于设计目的，包括振动发生器(精确地说，其一个或多个振 动部件)，超声波-振动变换器，以及工具的整个振动系统必须被加以 考虑。该整个系统被激发以进行带有一定频率或振幅的振动，其促成 了尽可能快的钻孔进程。其通常为系统的固有频率。并不重要的是， 该频率真实地为超声频率。振动变换器也被称为声级(Sonotroden)或转 换器(Konverter)。
专利US 3，683，470公开了带有超声波-振动变换器的超声波钻孔
3器的一个例子。其超声波-振动变换器为实心的、旋转对称的构件，其 以类似锥形的方式朝前端部缩小，也就是，在从振动发生器到工具的 方向上缩小。与带有直的母线的几何锥形形状不同，该已知的超声波
-振动变换器的侧面为凹圆形(hohlrund),母线凹状弯曲地延伸。
本发明的目的在于，提出一种用于超声波钻孔的、效率高且与工 具的可匹配性4艮好的超声波-振动变换器。
该目的通过权利要求1的特征加以实现。根据本发明的超声波隱 振动变换器为在朝其前端部的方向上缩小的空心体(Hohlkoerper)。超 声波-振动变换器的内腔同样在朝其前端部的方向上缩小。尤其地，超 声波-振动变换器的壁厚几乎恒定，且超声波-振动变换器为薄壁的。 也就是说，其并非带有孔的实心体，而是管状体。该壁厚小于超声波 -振动变换器的内腔的直径。
由于其空心形状(Hohlform)，根据本发明的超声波-振动变换器可 以相对而言较小的力而在纵向方向上弹性地变形，也就是，以较高的 效率将振动激励传递到工具上。超声波-振动变换器具有较大的振幅放 大，并且/或者在工件上引起较强的工具的冲击。
在本发明的优选的设计方案中，超声波-振动变换器具有布置在其 内腔中的芯部，所述芯部可分离地且固定地与超声波-振动变换器相连 接。通过该可分离性，该芯部可被更换且可被移除，通过装入带有尤 其是不同的质量的其它芯部，该超声波-振动变换器可与不同的工具相 匹配。"固定，，理解为刚性的、相对于该超声波-振动变换器不可动的 连接的含义。
尤其地，该芯部仅部分地，例如在其中部上或在其一个端部或两 个端部处与该超声波-振动变换器相连接。在优选的设计方案中，该芯 部在其后端部处与超声波-振动变换器相连接。由此，该芯部可相对超 声波-振动变换器而振动。特别地，通过与超声波-振动变换器的仅在 一个部位处连接，该芯部并不会使该超声波-振动变换器硬化(aussteifen)，因而不会影响其振动能力。
本发明的一个设计方案作如下设置，即，超声波-振动变换器与振 动发生器的连接将芯部固定地安装在超声波-振动变换器中。由此，该 芯部在超声波-振动变换器中的间隙被排除掉。
在本发明的优选的设计方案中，超声波-振动变换器为旋转体。 本发明的一种设计方案作如下设置，即，超声波-振动变换器和/ 或其内腔在某一在纵向方向上被限定的区域中在朝其前端部的方向 上扩大。整体而言，超声波-振动变换器在朝其前端部的方向上缩小， 在所提及的实施形式中，与其在其整个长度上的总体上的缩小相反， 超声波-振动变换器在一个或数个在纵向方向上有所限定的区域中在 朝其前端部的方向上扩大。例如，超声波-振动变换器具有环形的凸出 部(Bauch),也就是，具有环形的向外的拱结构(Auswoelbung)。该凸出 部可实心地或空心地成形为波紋形。超声波-振动变换器的壁的内侧的
环形的拱结构也是可能的。本发明的该设计方案使得超声波-振动变换 器的用于影响或改善其振动特性的有针对性的设计方案成为可能。例 如，可通过环形的凸出部来确定纵向振动腹点 (Laengsschwingungsbauch)。纵向振动特性和横向振动特性通过超声波 -振动变换器的环形的凸出部而被加以影响。
本发明的一种设计方案设置有至少一条超声波-振动变换器的环 形的棱。该环形的棱可设置在超声波-振动变换器的外侧和/或内侧处。 在该棱处，超声波-振动变换器的假想的母线改变其方向。由此也可有 针对性地影响超声波-振动变换器的振动特性。
下文将根据在附图中所示出的实施例进一步阐述本发明。三幅附 图示出了三种根据本发明的超声波-振动变换器的轴向断面。
在
图1中所示出的根据本发明的超声波-振动变换器l设置用于在 诸如混凝土，石块，砖瓦，或石膏等的建筑材料中的超声波钻孔。该超声波-振动变换器1为旋转体且为空心体，其在其全长上在朝其前端
部2的方向上渐缩小。内腔3同样地在朝前端部2的方向上渐缩小。 在其全长上，该超声波-振动变换器1可^皮一见为近似空心锥体形的。其 为管状，也就是说，相较于其直径而言为薄壁的，壁厚是恒定的。在 所示的实施例中，该超声波-振动变换器l由铝合金制成，也不排除由 其它金属或由非金属材料进行制造。该管状的形状或称空心体形状改 善了轴向的弹性，并由此改善了超声波-振动变换器1的振动特性。
在后端部处，超声波-振动变换器1具有空心圆柱形的，也就是说， 管形的部分4，所述部分4在朝前端部2的方向上首先过渡至扩大的 空心圆台5。在其处连结着在朝前端部2的方向上缩小的空心圆台6， 该空心圆台6过渡至另一空心锥形7中，所述空心锥形7以更尖的锥 角朝超声波-振动变换器1的前端部2缩小。该第三空心圓台7过渡至 该前端部2，该前端部2具有实心圆柱体的形状。在该段中所列举的 超声波-振动变换器1的轴向部分4， 5, 6， 7, 2彼此为一体的。所述 轴向部分4， 5, 6， 7， 2分别在于超声波-振动变换器1的内侧及外侧 处形成环形的棱8, 9, 10， 11的情况下彼此过渡。该空心圆柱形部 分4和第一空心圆台5及第二空心圆台6合起来，与第三空心圆台7 轴向上大致等长。第一空心圓台5和第二空心圆台6共同形成了环形 的凸起部，该环形的凸起部也可被称为环形的凸出部12或环形的波 紋。
超声波-振动变换器1在前端部2处具有工具13。在所示实施例 中，工具13为销状的，该工具13例如由硬质金属或其它具有足够的 硬度和强度的材料所制成。该工具13优选地以可更换的方式紧固在 超声波-振动变换器1的前端部2处。该工具13同时还可为通过超声 加载而自行钻出其锚定孔的锚栓。
该超声波-振动变换器1的空心圆柱形部分4具有内螺紋，芯部 14旋入该内螺紋中。芯部14具有锥体的形状，其位于超声波-振动变 换器1的内腔3中。其正如所提及的那样，借助于螺紋15而在后端部处与超声波-振动变换器1相连接。由此，超声波-振动变换器l可
相对于芯部14而振动，以使得芯部14不会妨碍超声波-振动变换器1 的振幅放大和冲击放大。利用该可更换的芯部14将超声波-振动变换 器1与相应的工具13相匹配，以使得包括工具13,超声波-振动变换 器1和振动发生器16的系统以固有频率或以具有高的钻孔效率的频 率而振动。为与带有不同重量和/或不同长度的工具13相匹配而更换 芯部14。在固有频率方面，所说的振动发生器16指的是其振动部件。 超声波-振动变换器1以其后端部而相对振动发生器16拉紧。 振动发生器16例如为压电式的。与超声波-振动变换器1的连接为借 助于螺栓17的螺紋连接，该螺栓17被旋到在超声波-振动变换器1的 芯部14中的内螺紋中。螺栓17将超声波-振动变换器1相对振动发生 器16拉紧，并且同时将芯部14无间隙地在超声波-振动变换器1中固 紧。
该振动发生器16以纵波激励超声波-振动变换器1,该纵波被 超声波-振动变换器1放大并传递到工具13上，由此，可在建筑材料 中，包括在诸如混凝土等的硬的建筑材料中钻出孔。除振动激励外， 超声波-振动变换器1以及工具13(与超声波-振动变换器1 一起)可以 旋转的方式被驱动。超声波-振动变换器1的空心形状，尤其是该环形 的凸出部12，使径向的振动，也就是，横向振动成为可能，并放大了 纵向振动。
与图1中所示的超声波-振动变换器1不同，出自图2的超声波 -振动变换器1的环形凸出部12并不是凹圆形的，而是，该内壁为圆 柱形的。这意味着，该环形凸出部12的区域中壁厚较大。除此之外， 出自图2的该超声波-振动变换器1与出自图1的超声波-振动变换器1 相同地设计，并且，为了避免重复，可参考上文的叙述。在图2中的 相同的构件设有与在图1中相同的参考标号。
图1和图2中所示的超声波-振动变换器1设置用于在诸如混凝 土等的硬的材料中的超声波钻孔，而在图3中所示出的根据本发明的
7超声波-振动变换器1则更倾向设置用于诸如砖瓦或石膏等的较软的 材料。与图1相比，在出自图3的超声波-振动变换器1上，在后侧连
结至前端部2处的第三空心圓台由空心圆柱18及短的空心圆台19所 代替，由此形成了额外的环形的棱20。该有所改变的造型导致了工具 13的更大的振动幅度，对此，则必须忍受较小的沖击强度。通过上述 有所改变的调谐或有所改变的振动特性以及振动传递特性，在较软的 材料中的钻孔进程得到改善。除此之外，在图3中所示出的超声波-振动变换器l也以与出自图l和图2的超声波-振动变换器l相同的方 式来设计和起作用。为避免重复，对于图3的阐述可参考对图1和图 2的说明。在图3中，相同的构件设有与在图l和图2中相同的参考 标号。
权利要求
1.一种用于超声波钻孔的超声波-振动变换器，其中，所述超声波-振动变换器(1)在朝前端部(2)的方向上缩小，其特征在于，所述超声波-振动变换器(1)为空心体，其内腔(3)同样在朝其前端部(2)的方向上缩小。
2. 根据权利要求1所述的超声波-振动变换器，其特征在于，所 述超声波-振动变换器(l)在其内腔(3)中具有芯部(M)，所述芯部(14)可 分离地且固定地与所述超声波-振动变换器(1 )相连接。
3. 根据权利要求2所述的超声波-振动变换器，其特征在于，所 述芯部(14)部分地与所述超声波-振动变换器(1)相连接。
4. 根据权利要求3所述的超声波-振动变换器，其特征在于，所
5. 根据权利要求2所述的超声波-振动变换器，其特征在于，所 述超声波-振动变换器(l)与振动发生器(16)的连接将所述芯部(14)固定 地安装在所述超声波-振动变换器(l)中。
6. 根据权利要求1所述的超声波-振动变换器，其特征在于，所 述超声波-振动变换器(1)为旋转体。
7. 根据权利要求1所述的超声波-振动变换器，其特征在于，所 述超声波-振动变换器(l)和/或其内腔(3)于在纵向方向上被限定的区域 中在朝其前端部(2)的方向上扩大。
8. 根据权利要求1所述的超声波-振动变换器，其特征在于，所 述超声波-振动变换器(l)具有至少一条环形的棱(8,9,10,11,20)。
全文摘要
本发明涉及一种用于在诸如混凝土，石块，砖瓦，石膏等的建筑材料中进行超声波钻孔的超声波-振动变换器(1)。本发明建议，超声波-振动变换器(1)设计为管状的、在朝其前端部(2)的方向上缩小的空心体，且设有可更换的芯部(14)。通过该空心形状实现了较高的振动放大，利用该可更换的芯部(14)，该超声波-振动变换器(1)可与不同的工具(13)相匹配。
文档编号B06B3/00GK101568394SQ200780035765
公开日2009年10月28日 申请日期2007年9月11日 优先权日2006年9月27日
发明者W·豪格 申请人:费希尔厂有限责任两合公司