鑽機、特別是手持鑽機的製作方法

2023-05-26 20:45:16 2

專利名稱：鑽機、特別是手持鑽機的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種鑽機,特別是一種手持巖心鑽機(hand-held core drillingmachine)、鑽機工具組合以及這類鑽機的使用。
背景技術：
巖心鑽進(core drilling)是眾所周知的。在巖心鑽進中，巖心鑽(也稱為鑽頭)繞待鑽孔的材料的鑽孔巖心而加工基本環形槽。特別是，在大的鑽孔直徑和鑽孔深度的情況下，由於不是所有的鑽孔橫截面都必須加工，所以巖心鑽進的生產率特別高。巖心鑽進一般廣泛地用於建築工業，例如，在磚石、混凝土或巖石中鑽孔。為了鑽取特別大的巖心孔，巖心鑽進應用或巖心鑽機通常耦接至固定於工件的立 柱或框架。由於鑽臺的目的是確保鑽取操作期間的充分導向，且還可設有手動或電機(馬達)驅動的饋進驅動器。此外，鑽臺可吸收或支撐鑽取期間產生的逆扭矩，所述逆扭矩處於與驅動扭矩相反的方向上。因此，可大大減輕操作員所承受的負擔，且可顯著降低巖心鑽被堵塞的危險。立式巖心鑽機的缺點是，固定和設置立柱所需的時間長。因此，可能的是，例如，立柱必須通過多個螺釘連接固定到磚石中，然後須手動預先鑽孔。為了鑽取巖心孔，特別是具有相對小尺寸的巖心孔，還可手動導向或手動握持巖心鑽進工具。為了提高鑽機操作期間的導向性，可提供工具，在這種情況下，用於鑽取鑽孔巖心的鑽頭耦接至中心鑽，以鑽取中心孔或導向孔。在這種情況下，與巖心鑽頭相比，中心鑽通常朝向待鑽取的工件偏移，並且因此其尖端可僅在鑽取操作開始的時候穿過工件，無需鑽頭與工件之間的任何顯著的接合。在這種情況下，中心鑽的直徑比鑽頭的直徑小。以此方式，雖然在工件中引入兩個同心孔，但是，中心鑽取操作能夠可用來提高在手握巖心鑽進的情況下的導向性。例如，從DE 102009040513A1中已知一種巖心鑽機。這是具有空心鑽杆(hollowdrilling shaft)的巖心鑽機，其可被設置為通過驅動單元進行轉動。巖心鑽機還被設計為保持鑽頭和中心鑽。這已經示為，當用鑽頭鑽取巖心孔時，中心鑽可提高巖心鑽機的導向性。巖心鑽進也用於金屬加工。然而，例如，由於在金屬中形成巖心孔通常須比在磚石中形成巖心孔具有更高的精度，最初使用在鑽臺導向的主要巖心鑽進工具。在金屬工件的情況下，這樣的立柱例如可通過磁力或藉助於負壓力來固定。此外，最近，已經實現了在金屬中進行的手持巖心鑽進的工具。在這種情況下，給鑽頭的對中提出了特殊要求，以便防止鑽頭「跑偏」。「跑偏」孔會導致工具堵塞或甚至斷裂的趨勢增加。此外，由於其不符合必要的精度，所以所產生的不能使用的孔的可能性會增加。

發明內容
在這種背景下，本發明的目的是，公開一種鑽機，其實現了快速且生產率高的巖心孔鑽取(特別是在金屬工件中)，同時具有高的精度。此外，鑽機的操作將儘可能地容易。此外，還將公開用於鑽取巖心孔的該類鑽機的使用。通過根據本發明的鑽機(特別是手持巖心鑽機)實現了該目的，所述鑽機具有帶有電機的驅動器，其可耦接至工具主軸以便驅動後者，其中，所述驅動器實現了至少第一傳動級和第二傳動級，所述鑽機包括用於安裝導向鑽的中心安裝座且具有用於安裝鑽頭的工具安裝座，其中，所述鑽頭和所述導向鑽能夠彼此基本同心地被安裝，其中，具體地為了鑽取導向孔，所述導向鑽能夠通過所述第一傳動級在第一轉速範圍內被驅動，並且其中，具體地為了鑽取巖心孔，所述鑽頭能夠通過所述第二傳動級在第二轉速範圍內被驅動。以此方式實現本發明的目的。具體地，根據本發明，當鑽取巖心孔時，現在能夠以第一工具轉速預先鑽取用於對中的導向孔，且能夠以第二工具轉速鑽取實際的巖心孔。這確保了在鑽取期間鑽機的良好的導向性。此外，第一傳動級使得以更高轉速驅動導向鑽，從而對中操作不會導致大幅延長鑽取操作所花費的時間。 此類巖心鑽機特別適合在金屬中引入巖心孔。第一傳動級可為導向鑽定期提供第一轉速範圍，原理上，實現了比第二傳動級更高的工具轉速，這為轉頭提供第二轉速範圍。在這種情況下，轉速可例如分別與導向鑽和鑽頭的直徑匹配。因此可容易地實現適當的切割速度，這既適於導向鑽(特別是在鑽取導向孔時)，也與鑽頭匹配(例如當鑽取巖心孔時)。以適當的工具轉速操作相應的(零件)工具，可有助於提高工具的使用壽命，有助於對鑽取期間的熱量產生具有有利的影響，且有助於減少摩擦。可整體提高鑽機的性能。在鑽取巖心孔時，鑽機在導向孔上的導向性可以可靠地有助於防止工具「跑偏」或降低跑偏。能夠以尺寸精確的方式產生巖心孔。為了提供所述至少一個第一傳動級和至少第二傳動級，驅動器可具有例如適當的齒輪機構。然而，驅動器同樣可設有對電機的適當控制，所述控制影響電機的特性，使得工具主軸可在不同轉速範圍內被驅動。在這個意義上，驅動器也可具有例如「虛擬」齒輪機構。這樣的「虛擬」齒輪機構可使得例如電機的場繞組以定向方式被影響。在這種情況下，例如，可接通或斷開場繞組，或選擇性地反向該場繞組的部分的極性，以便影響電機的特性。因此，可出現實現齒輪機構功能的不同的轉速-扭矩的特性曲線。這些特性曲線可例如彼此偏移，特別地，在轉速-扭矩圖中可平行移動，或具有不同梯度。特別的是，具有不同梯度的轉速-扭矩特性曲線在其效果方面可對應於例如變速機構的不同級。此外或作為一種替代，電機的勵磁電壓可變化，以便影響驅動特性。原理上，勵磁電壓在頻率、絕對量級的方面或在信號曲線方面可變化。此外，勵磁電壓的脈衝寬度調製是可能的。應當補充的是，可將導向鑽和鑽頭間接或直接地安裝在工具主軸上。特別的是，例如，鑽頭本身可具有用於導向鑽的中心安裝座的至少一部分，或反之亦然，導向鑽可提供用於鑽頭的工具安裝座的一部分。原理上，鑽頭和導向鑽可被理解為一體工具，其中導向鑽和鑽頭耦接在一起。同樣可能的是，導向鑽和鑽頭設置為分離(部分)工具，並經由鑽機間接地將它們耦接。根據本發明的其它方面，鑽機還具有切換裝置，其與驅動器相互作用，並被構造為用於選擇性地至少在中心鑽構造或巖心鑽構造中操作驅動器，其中，在中心鑽構造中，至少導向鑽能夠以第一傳動級被驅動，且其中，在巖心鑽構造中，至少鑽頭能夠以第二傳動級被驅動。以此方式，鑽取操作可例如在中心鑽構造中開始。例如，為了確保良好的導向性，當導向鑽已經穿入工件足夠深時，可將鑽機轉變為巖心鑽構造。原理上，可由操作員手動進行第一傳動級和第二傳動級之間的這樣的驅動「切換」。可替換地或另外地，可自動發生「切換」。切換裝置還可有助於簡化或加速鑽進操作。可特別有效地操作鑽機，特別地，甚至在沒有其它手動控制動作的情況下。根據其它改進，驅動器具有齒輪機構，特別是機械齒輪機構，其連接在電機和工具主軸之間，且其提供第一傳動級中的第一傳動比以及第二傳動級中的第二傳動比。齒輪機構可被構造為例如機械齒輪機構，其具有至少一個齒輪組。然而，在原理 上，同樣也可設置摩擦齒輪機構、射流齒輪機構(fluidic gear mechanism)等。齒輪機構同樣可被構造為虛擬齒輪機構，在這種情況下，特別地，能夠以適當方式影響電機的特性。齒輪機構的形式可以是例如變速齒輪機構、傳動齒輪機構或其組合。變速齒輪機構可具有能夠以不同傳動比激勵的至少一個輸出。在其基本構造中，傳動齒輪機構可具有多個輸出，其在原理上可同時提供多個傳動比。進一步優選的是，齒輪機構具有至少第一輸出和第二輸出，所述輸出可以選擇性地耦接至工具主軸，以便被旋轉地驅動，其中，第一輸出分配至第一傳動級，且其中，第二輸出分配至第二傳動級。因此，齒輪機構可為導向鑽提供第一傳動級，並為鑽頭提供第二傳動級。在原理上，這可以同時發生。類似地，例如，可適當地打開或關閉第一輸出或第二輸，或例如，封鎖(block)第一輸出或第二輸出，以便分別選擇性地在第一轉速範圍或第二轉速範圍內驅動鑽頭或導向鑽。特別的是，當第一輸出被第二輸出封鎖時，可以簡單的方式封鎖齒輪機構或驅動器。這樣的「齒輪機構止擋件」可用於例如斷開堵塞的鑽孔工具。根據該改進的發展，工具主軸具有可相對與彼此轉動的第一主軸部分和第二主軸部分，其中，第一主軸部分可耦接至第一輸出和導向鑽，且其中，第二主軸部分可耦接至第~■輸出和鑽頭。以此方式，原理上，可同時提供中心鑽構造和巖心鑽構造。因此，齒輪機構可作為例如傳動齒輪機構，其在驅動輸出上永久地提供兩個轉速。導向鑽以高轉速穿入工件。能夠以適當低轉速來驅動鑽頭。在該構造中，原理上，齒輪機構無需在中心鑽構造和巖心鑽構造之間切換。鑽機的操作可被大大簡化。然而，原理上也可能的是，將第一主軸部分或第二主軸部分選擇性地分別連接至齒輪機構的第一輸出或第二輸出，或者將其斷開。因此，對於鑽機，可實現其它應用可能性和操作模式。根據本發明的其它方面，切換裝置具有至少一個聯軸器，其被設計為將至少導向鑽或鑽頭耦接至工具主軸，使得它們旋轉地選擇性地被驅動或將其斷開。
切換裝置可以是齒輪機構的結構部分，或至少間接或直接地被功能地耦接至其上。聯軸器可具有不同構造。其可理解為剎車、阻片(barrier)、飛輪等。聯軸器可經由壓配合(force fit)、摩擦配合、形狀配合與待耦接的元件相互作用，或與待耦接的元件適當組合。根據本發明的其它改進，鑽機具有控制裝置，其被設計為根據鑽機的操作狀態將驅動器選擇性地轉換為中心鑽構造或巖心鑽構造。為此，控制裝置可例如以適當方式與切換裝置相互作用。根據該改進的發展，控制裝置耦接至至少一個傳感器，特別是力傳感器、行程傳感器或撞擊檢測器。因此，在原理上，鑽機可根據鑽孔進程以自動化方式從中心鑽構造轉換為巖心鑽 構造。力傳感器可被設計為，例如，感測操作人員引入的進給力。力已經超過特定閾值或下降低於特定閾值的這個事實可用作轉換操作的觸發器。行程傳感器可被設計為感測導向鑽在工件中的鑽進深度。因此，例如，當導向鑽的鑽進深度足以使鑽機被適當地引導時，鑽機可轉換為巖心鑽構造。撞擊檢測器可被設計為例如感測鑽頭何時與工件接觸。該接觸可觸發用於切換驅動器的切換脈衝。其它傳感器是容易可行的。因此，例如，驅動器的各種狀態變量可用作其載荷的指示。對鑽孔工具(例如導向鑽或鑽頭)上的扭矩進行間接或直接測定是可能的，以便感測鑽頭或導向鑽已經接觸或已經接合。在此基礎上，可隨後觸發切換操作。也優選的是，可能的是，例如，在已經進行了鑽取操作之後，將鑽機從巖心鑽構造轉換為中心鑽構造。以此方式，鑽機可用於新的鑽取操作，而無需任何其它準備。不言而喻的是，相對於藉助於控制裝置的切換來說，此外或可替代的是，切換裝置的手動啟動也是可能的。此外，切換裝置可被設計為選擇性地以自動模式或手動模式被操作。鑽機的靈活性可進一步增加。特別的是，熟練的操作人員可手動操作切換裝置。熟練的操作人員可將切換操作的觸發留給控制裝置。根據本發明的其它方面，至少導向鑽或鑽頭以相對於工具主軸的縱向可移動方式被安裝。然而，工具主軸可被構造為其選擇性地旋轉地驅動導向鑽或鑽頭。以縱向可移動方式安裝鑽頭或導向鑽，可將這些用作「傳感器」，並例如根據其軸向位置來觸發切換裝置。此外，可根據其軸向位置來啟動(activate)或停止(deactivate)通過工具主軸對導向鑽或鑽頭進行的旋轉驅動。也可能使用例如鑽頭的軸向運動，以便選擇性地開啟(接通，switch on)或關閉(斷開switch off)導向鑽。可替換地或另外地，可例如根據導向鑽的軸向位置來開啟或關閉鑽頭。根據該改進的發展，鑽頭相對於工具主軸的相對運動切換導向鑽的至少一個聯軸器。
因此，特別地，鑽頭的接合可使導向鑽停止。以此方式，鑽機可從中心鑽構造轉換為巖心鑽構造。應注意，特別地，在特別深的巖心孔的情況下，導向孔無須與巖心孔一樣深。然而淺得多的導向鑽進深度可確保鑽機的良好導向性。如果導向鑽在達到足夠導向深度之後停止，則可加速鑽取操作，原因在於，基本上整個驅動力可用於鑽頭。同樣，可增加特別是導向鑽的使用壽命，因為現在導向鑽的接合少得多。「停止」可以理解為意味著使導向鑽與通過工具主軸進行的旋轉驅動斷開。然而，導向鑽相對鑽頭的軸向運動也可防止導向鑽進一步穿入待鑽孔的工件中。然而在這種情況下，導向鑽仍然可被工具主軸旋轉地驅動。根據本發明的其它方面，用於導向鑽的至少一個止擋元件被設置在中心鑽構造中，所述止擋元件限制導向鑽相對工具主軸的縱向移動。因此，當進行鑽取導向孔時，基本上整個進給力可作用於導向鑽上。可避免導向鑽 的軸向位移。根據該改進的發展，鑽頭相對於工具主軸的縱向移動選擇性地斷開或接合導向鑽的至少一個止擋元件。因此，鑽頭可容易地停止(deactivate，去激勵)導向鑽。「停止」可使得例如導向鑽縮進該工具主軸中或可使導向鑽斷開，不被工具主軸旋轉驅動。止擋元件可以是例如球、輥、棘爪等的形式。至少一個止擋元件可至少以壓配合或形狀配合的方式與導向鑽相互作用。根據本發明的其它方面，提供了至少一個彈簧元件，其產生在中心鑽構造的方向上作用在至少導向鑽或鑽頭上的回覆力。彈簧元件可通常理解為預加載元件。彈簧元件可以使得，例如在已經進行了鑽取操作之後，鑽機自動從巖心鑽構造轉換為中心鑽構造。此外，彈簧元件在原理上也可有助於通過移動導向鑽而將鑽孔巖心從鑽頭中頂出。特別優選的是，具有根據上述方面之一的鑽機的鑽機工具組合，所述鑽機工具組合具有包括導向鑽和鑽頭的工具，其中，導向鑽和鑽頭可彼此同心安裝，且其中，特別的是，導向鑽安裝在鑽頭上，其中，導向鑽和鑽頭可被選擇性地旋轉地驅動，其中，特別是為了鑽取導向孔，導向鑽可在第一轉速範圍被驅動，其中，特別是為了鑽取巖心孔，鑽頭可在第二轉速範圍內被驅動，且其中，特別地，至少導向鑽或鑽頭以縱向可移動方式安裝在工具主軸上。根據本發明的其它實施方案，提供了適配器，其被設計為安裝在工具主軸上且具有用於卡緊導向鑽的第一鑽安裝座，並具有用於卡緊鑽頭的第二鑽安裝座，且在導向鑽被卡緊時，適配器根據第一鑽安裝座的啟動來啟動第一傳動級，且在鑽頭被卡緊時，適配器在第二鑽安裝座被啟動時啟動第二傳動級。在這種情況下，適配器可有利地具有用於卡緊導向鑽的第一鑽安裝座的第一適配器塊，以及具有用於卡緊鑽頭的第二鑽安裝座的第二適配器塊，其中，根據緊固至工具主軸的適配器塊是哪一個適配器塊，來啟動第一或第二傳動級。也可通過用於特別是在金屬工件中鑽取巖心孔的鑽機工具組合來實現本發明的目的，其中，基本上在第一轉速範圍內鑽取導向孔，且基本上在第二轉速範圍內鑽取巖心 L，且其中，當鑽取巖心孔時，導向鑽保留在導向孔中。最後，通過包括導向鑽和鑽頭與上述類型的鑽機的工具組合的使用來實現本發明的目的。通過這樣的使用，可特別在手持巖心鑽機的情況下實現工具的良好導向性。特別是在鑽機在此時無需停止的情況下，可隨後繼續進行鑽取操作。不言而喻的是，在不脫離本發明的範圍的情況下，本發明的上述特徵以及以下要解釋的那些特徵不僅可用於各個情況下給定的組合，而且也可用於其它組合或單獨使用。


可參照附圖並通過以下多個優選示例性實施方案來集中本發明的其它特徵和優點，其中 圖I示出根據本發明的具有用於巖心鑽進的工具的鑽機的側視圖；圖2示出根據圖I的鑽機的第一構造的簡化示意圖；圖3示出根據本發明的鑽機的齒輪機構的截面；圖4示出根據圖3的齒輪機構的透視圖，其中省略了外殼；圖5示出相對於中心鑽構造中的圖3的改進的齒輪機構的截面；圖6示出根據巖心鑽進構造中圖5的齒輪機構；圖7示出根據圖6的齒輪機構的沿線VII-VII的剖視圖；圖8示出根據圖6的齒輪機構沿線VIII-VIII的截面；圖9a、9b示出在鑽取導向孔期間的根據圖I的鑽機的另一個構造的一個高度簡化的示意圖。圖IOa-IOc示出在鑽取導向孔期間的根據圖I的鑽機的另一個構造的另一個高度簡化的示意圖。圖Ila-Ild示出在鑽取導向孔和巖心孔期間根據圖I的鑽機的另一個構造的另一個高度簡化的示意圖。圖12示出在巖心鑽進操作之後根據圖Ila-Ild的鑽機的簡化示意剖面圖。圖13示出用於緊固在工具主軸上的適配器，其具有用於卡緊導向鑽的第一適配器塊(圖13a)和用於卡緊鑽頭的第二適配器塊(圖13b)，並且用於根據所使用的適配器塊控制傳動比。
具體實施例方式鑽機示於圖I並以10總體表示。鑽機10是手持巖心鑽機形式。可由操作員使用手持巖心鑽機，鑽取巖心孔等，無需單獨的導向裝置，例如框架、立柱或鑽臺。因此，可在短時間內以高生產率來產生巖心孔。鑽機10具有外殼12,其容納例如電機和齒輪機構(未在圖I中出)。設於外殼12的工具端部的是工具安裝座14，其在目前的情況下具有套管16。例如，可通過移位、轉動或組合移動的方式，在脫離位置和卡緊位置之間移動套管16。在卡緊位置處，工具安裝座14被設計為將工具17安裝至鑽機10並將其固定至鑽機10。在脫離位置處，可將工具17從工具安裝座14上移除。此外，例如，可將其它工具17提供至工具安裝座14。在目前的情況下，工具17形成為巖心鑽進工具。工具17具有鑽頭18，其設有基本轉動對稱的支撐物20和切割區22。支撐物20被構造為例如杯狀形式，並在其工件側圓周邊緣具有切割區22。切割區22可具有例如鋸齒。切割區22可設有切割裝置，特別是磨蝕(abrasive,砂輪)切割裝置。可替換地或另外地，切割區22的片形崩刃(segment-liketipping)是可能的。鋸齒、尖端或切割裝置可特別設計為用於加工或分割金屬。與鑽頭18同心，工具17具有導向鑽24。導向鑽24被設計為鑽取中心孔或導向 L，以便在鑽取巖心孔期間導向鑽機10。可基本上由鑽頭18的切割區22的直徑Dk和鑽頭18的支撐物20的自由深度T減去端面的壁厚來獲取巖心孔的尺寸。導向鑽24具有直徑Dp0導向鑽24可以例如螺旋鑽的形式。導向鑽24可以金屬鑽的形式，特別是當在金屬工件中鑽取巖心孔時。
在鑽取期間，特別是在金屬中進行鑽取期間，已知的是切割速度，S卩，工具和工件之間的相對速度對於切割能力、工具使用壽命、熱量產生等非常重要。切割速度對於特別是在切割鑽取時的切屑的形成具有相當大的影響。用於選擇適當切割速度的標準可以具體是工具材料或待鑽孔的工件的材料。在給定的切割速度下，可根據工具直徑確定適當的工具轉速。然而，在用鑽頭18和導向鑽24進行巖心鑽進期間，有兩個直徑DK、DP，其通常彼此相差很大。鑽頭18的直徑Dk例如相對於導向鑽24的直徑Dp的比例可為2 1、3 : 1、5 : I或甚至是10 I。因此，可有利的是，使鑽頭18的轉速和導向鑽24的轉速之間的比例以相同方式彼此成反比。以此方式，能夠以至少類似的切割速度來操作導向鑽24和鑽頭18。例如，當鑽頭18和導向鑽24的切割區22的材料(特別是其切割材料)彼此不同時，可偏離鑽頭18和導向鑽24的直徑和轉速或切割速度的比例之間的「剛性」反比例關係。然而，可通常優選的是，在鑽取期間，以高於鑽頭18的轉速來驅動導向鑽24。為此目的，原理上，以下更加詳細地描述的不同構造是合適的。圖I中的鑽機10還具有手柄區26a、26b，藉助於此，操作人員可安全地握住鑽機10，且其可在鑽取(例如在巖心鑽進期間)導向它。雙手柄握持和導向可在手持巖心鑽機的情況下特別有利，例如為了吸收在鑽取期間產生的任何逆扭矩。安裝在後手柄區26a上的是開關28，經由此開關，可以選擇性地啟動或關閉鑽機10。也在圖I中示出的是線30，其可連接至例如電源接頭，以便供應電能。鑽機10原理上可具有電驅動器。氣動或液壓驅動器也是可能的。在外殼12上還設置有開關32，其可耦接至例如齒輪機構。通過啟動開關32，操作人員可為工具17預選不同的傳動比，且具體地，能夠以第一傳動級操作導向鑽24並以第二傳動級操作鑽頭18。在圖2中，以高度簡化的示意和符號的方式示出鑽機10。鑽機10的外部結構可對應於例如圖I中的構造。鑽機10被設計為在工件34中鑽取巖心孔。在這種情況下，其可具體為金屬工件。鑽機10具有驅動器36，其可容納在例如參見圖I的外殼12中。驅動器36可包括電機38，其可提供旋轉驅動運動，參見標記40指示的箭頭。驅動器36還具有齒輪機構42，其可被電機38驅動。齒輪機構42具有驅動小齒輪44，電機38可耦接至驅動小齒輪。
驅動小齒輪44可耦接至第一傳動級46和第二傳動級48。在這種情況下，第一傳動級46用於驅動導向鑽24，參見虛線箭頭46、46』。第二傳動級48耦接至鑽頭18，以驅動鑽頭18，參見箭頭48和空心(框形，block)箭頭48』。圖2也示意地示出，第二傳動級48可使電機38的驅動運動40降得更多(相比於第一傳動級46)。換言之，齒輪機構42被設計為將電機38的驅動運動40選擇性地轉換為導向鑽24以第一轉速繞縱軸50的轉動，參見52指示的箭頭。此外，齒輪機構42被設計為，將電機38的驅動運動40選擇性地轉換鑽頭18以第二轉速繞縱軸50的轉動，參見54指示的箭頭。在這種情況下，第一轉速52原理上大於第二轉速54。導向鑽24可「更快速地」轉動，因此以有利的切割速度操作，儘管其直徑Dp較小。鑽 頭18在原理上以與電機38相同的轉速「更慢速地」轉動。不同的裝置可耦接至驅動器36或齒輪機構42，以便例如在鑽取操作的不同部分期間使得驅動器36選擇性地啟動或停用例如第一傳動級46或第二傳動級48。例如，開關32可用於該目的，也參見圖I。圖2中的開關32具有例如三個切換位置。例如，在第一切換位置I處，可藉助於第一傳動級46確保導向鑽24的驅動。在該切換位置(級)1，具體地，可通過優選地還沒有與工件34接合的鑽頭18來設定導向孔。相反，在第二切換位置(級)II，可藉助於第二傳動級48啟動或驅動鑽頭18。這可在切換級I中以比導向鑽24的驅動基本較低的轉速和較高的扭矩而發生。此外，開關32具有第三切換級III。切換級III可被構造為實現齒輪機構42的自動控制。為此，可提供控制裝置56，其可耦接至傳感器，例如力傳感器58或行程傳感器60。傳感器58、60可被設計為感測鑽機10的狀態變量，並將它們傳達至控制裝置56。行程傳感器60可被設計為例如感測導向鑽24的穿入深度。力傳感器58可被設計為例如感測操作員所施加的饋進力，並將其傳達至控制裝置56。導向鑽24或鑽頭18的其它傳感器(其感測例如電機38的轉速)是可能的。也可監測齒輪機構42的轉速。此外，電機38、導向鑽24或鑽頭18上的扭矩的感測是可能的。此外，可監測例如導向鑽24相對於鑽頭18的相對位置。根據鑽機10的感測的狀態變量，控制裝置56可使齒輪機構42自動切換。在這種情況下，特別地，第一傳動級46或第二傳動級48可選擇性地開啟、關閉或被封鎖(block)。圖3以截面形式示出例如根據圖2的鑽機的齒輪機構42。圖4示出相關的透視圖，其中省略了外殼12。齒輪機構42耦接至工具主軸64，工具17安裝在其上。工具主軸64具有第一主軸部分66和第二主軸部分68。經由鑽機10的外殼12中的主軸軸承70a、70b安裝工具主軸64。此外，經由第一主軸部分66中的主軸軸承72a、72b以可轉動的方式安裝第二主軸部分68。導向鑽24的柄部(shank) 80安裝在工具主軸64內的凹槽74中。導向鑽24也安裝在中心安裝座78上，其被分配至鑽頭18。鑽頭18安裝在工具主軸64的第二主軸部分68的工具安裝座76上。第一主軸部分66被設計為旋轉地驅動導向鑽24。第二主軸部分68被設計為旋轉地驅動鑽頭18。主軸部分66、68可彼此相對轉動，並能夠以不同轉速同時運行。因此，導向鑽24也可相對於鑽頭18轉動。導向鑽24是螺旋鑽形式的，且具有切割刃82，其可具有中心點。導向鑽24經由其柄部80以縱向可移動方式設置，克服第二主軸部分68中的凹槽74中的彈簧元件84的力。導向鑽24上的力是在工件34的方向上被彈簧元件84施加的所述力，可用於例如移動所述導向鑽24，以便在已經進行了鑽取之後，將鑽孔巖心頂出工具17，到達至參見例如圖12的該端部。齒輪機構42具有輸入軸86，其可被驅動小齒輪44被驅動，該驅動小齒輪44耦接至輪88a。驅動小齒輪44也可耦接至電機38，參見圖2。輸入軸86具有參見圖4的小齒輪90a。小齒輪90a耦接至中間軸92的輪88b。中間軸92也具有小齒輪90b和其它小齒輪90c。小齒輪90b耦接至安裝在第二主軸部分68上的輪88c。小齒輪90c耦接至安裝在第一主軸部分66上的輪88d。小齒輪90c和輪88d分配至第一傳動級46，其主要用於驅動導向鑽24。小齒輪90b和輪88c分配至第二傳動級48，其主要用於驅動鑽頭18。鑽頭18在原理上能夠以低於導向鑽24的轉速被驅動。圖3和4中示出的齒輪機構42可理解為傳動齒輪機構。齒輪機構42被設計為藉助於第一傳動級46在第一主軸部分66上提供第一轉速，並同時藉助於第二傳動級48在第 二主軸部分68上提供第二轉速。因此，原理上，可在相應的適當轉速範圍內同時驅動導向鑽24和鑽頭18。此外，原理上還可以的是，可設計這樣的元件，其選擇性地至少抑制導向鑽24或鑽頭18的驅動或給進。一起觀看時，圖5至圖8示出齒輪機構42a的其它構造，其可在原理上同樣地安裝在根據圖I的巖心鑽機10上。齒輪機構42a具有類似於根據圖3的齒輪機構42的構造的基礎結構。然而，在齒輪機構42a的情況下提供改進的功能。齒輪機構42a是可切換的。原理上，可經由開關32手動切換齒輪機構42ac，參見圖I和2。此外，通過控制裝置56的自動切換可以根據鑽機10的運行狀態進行，參見例如圖2。為了實現切換功能，鑽頭18被設計為可相對於工具主軸64進行縱向移動，參見94指示的箭頭。在圖5至圖8中，與圖3中的設計相反，工具主軸64被設計成基本一體的。因此，工具主軸64在原理上被設計成，以相同轉速共同地驅動鑽頭18和導向鑽24。然而，齒輪機構42a是可切換的，因此例如，在巖心鑽進操作期間，可提供第一轉速範圍(導向鑽24可在該範圍內穿入工件34中)。在此之後，可發生切換操作，且隨後鑽頭18可在第二轉速範圍內被驅動，並穿入工件34中。導向鑽24在原理上可在相同轉速範圍內平行同步轉動。然而，也可能的是，通過主軸64抑制對導向鑽24的旋轉驅動，或防止導向鑽24進一步穿入工件34中。為此目的，當鑽頭18與工件34接合時，可使導向鑽24能夠縮入工具主軸64的凹槽74中。以下將根據圖Ila-Ild通過實例方式更詳細地解釋這樣的構造。在圖5中，鑽頭18在其機器側端耦接至柱塞96a、96b，且在齒輪機構42a的方向上進行縱向移動的時候，鑽頭18可相對於主軸64移動所述柱塞96a、96b。柱塞96a、96b耦接至墊圈98，並且可經由所述墊圈98作用於壓塊100。在工具17的方向上由彈簧元件102對壓塊100進行預加載。壓塊100被設計為啟動具有聯軸器104的切換裝置103。為此目的，壓塊100耦接至開關元件106，其可以是例如滑動開關的形式。聯軸器104具有驅動器元件110a、110b，其可為例如球的形式。驅動器元件110a、I IOb可以通過開關元件106選擇性地接合在輪88d、88c中的凹槽112a、112b中。因此，切換裝置103可以藉助於第一傳動級46或第二傳動級48而選擇性地引起工具主軸64的至少一個驅動，也參照圖6。為此目的，開關元件106具有封鎖點(latch point) 108a、108b，其可以根據開關元件106的位置而選擇性地接收驅動器元件110a、110b，以使所述驅動器元件110a、IlOb可與凹槽112a、112b斷開。在圖5中，齒輪機構42a示於例如中心鑽構造中。鑽頭18沒有在齒輪機構42a的方向上沿工具主軸64移動。具體地，在這種情況下，彈簧元件102可經由開關元件106、壓塊100、墊圈98和柱塞96a、96b作用在鑽頭18上。換言之，彈簧元件102能夠有助於在中心鑽構造的方向上移動鑽頭18。在該構造中，相對於工具主軸64設置開關元件106，其方式使得驅動器元件IlOa可脫離封鎖點108a並接合在輪88d中的凹槽112a中。驅動器元件IlOb與輪88c中的凹槽112b脫開，並被接收於封鎖位置108b中。 因此，在圖5示出的構造中，從輸入軸86傳輸至中間軸92的旋轉運動經由輪88d作用於工具主軸64上，其與第一傳動級46關聯。輪88c (其分配至第二傳動級48)與工具主軸64分開。在中心鑽構造中，可在高轉速範圍內驅動導向鑽24，以便鑽取導向孔。在圖6至圖8中，例如，示出齒輪機構42a在巖心鑽構造中。可通過相對於工具主軸64移動的鑽頭18而開啟切換裝置103，也參見箭頭94。例如，可通過進入與工件34的抵靠狀態的鑽頭18來引起運動，也參照圖9a和％。鑽頭18上的縱嚮導向114 (其與驅動器元件116相互作用)使得鑽頭18相對工具主軸64而特定縱向移動，但是，鑽頭18仍然可被旋轉地驅動。驅動器元件116安裝在工具主軸64上。在圖6中，鑽頭18的縱向移動可在齒輪機構42a的方向上同樣引起柱塞96a、96b、墊圈98、壓塊100和開關元件106的縱向移動。與圖5中示出的中心鑽構造相比，在巖心鑽構造中，驅動器元件IlOa與凹槽112a脫開其被封鎖點108a接收，也參見圖8。另一方面，驅動器元件IlOb接合在凹槽112b中並從封鎖點108b脫離，也參見圖7。因此，輪88c (其分配至第二傳動級48)連接至工具主軸64，以被旋轉地驅動。輪88d(其分配至第一傳動級46)與工具主軸64分開。在巖心鑽構造中，工具主軸64和鑽頭18在適合於它們的轉速範圍內被驅動，所述轉速範圍在原理上實現了比中心鑽構造更低的轉速。在原理上可能的是，將切換裝置103耦接至用於手動啟動的開關，例如開關32。因此，操作人員可受益於自動切換操作(通過鑽頭18的移動)，且也可手動將齒輪機構42a轉至合適設置。圖9a和9b示出在巖心鑽取操作的實例中導向孔的設置。在這種情況下，以高度簡化的方式示意地示出鑽機10a。驅動器36a具有電機38和齒輪機構42。齒輪機構42具有第一輸出47和第二輸出49。第一輸出47與第一傳動級46關聯。第二輸出49分配至第二傳動級48。切換裝置103a設有聯軸器104a，其具有零件聯軸器(part coupling) 118a、118b。零件聯軸器118a分配至第二傳動級48。零件聯軸器118b分配至第一傳動級46。開關元件106a被設計為選擇性地交替打開或關閉零件聯軸器118a或零件聯軸器118b。根據開關元件106a的位置，可藉助於第一傳動級46、46』或藉助於第二傳動級48來驅動工具17。
在圖9a中，鑽機IOa示於中心鑽構造中。聯軸器118a打開，聯軸器118b關閉。在該構造中，可在高轉速範圍內驅動導向鑽24，以便設置導向孔，參見箭頭52。可以第一傳動級46、46』驅動導向鑽。在這種情況下，鑽頭18可在原理上與旋轉驅動脫離或與導向鑽24
一起轉動。在圖9b中，導向鑽24已經穿入工件34中，且此，外鑽頭18與工件34抵靠。在這種情況下，鑽頭18已經相對於導向鑽24運動，參照94指示的箭頭。在止擋件120方向上的該運動可被檢測到，且可產生轉換脈衝122，其例如通過控制裝置56來評估，參照例如圖2，以便因此啟動開關元件106a。在圖9b中，在零件聯軸器118a的方向，開關元件106a已經被零件聯軸器118b移動。零件聯軸器118a關閉，零件聯軸器118b打開。工具17可藉助於第二傳動級48、48』在低轉速範圍內被驅動，參照例如箭頭54，該轉速範圍特別適用於巖心鑽進。在巖心鑽構造中，第二轉速範圍內操作至少鑽頭18。然而，導向鑽24可同樣在第二轉速範圍被驅動，或選擇性地與旋轉驅動脫離。 在圖IOa至IOc中，以高度簡化的方式示意地示出巖心鑽進操作期間的其它巖心鑽機10b。巖心鑽機IOb具有相對於圖9a、9b修改的驅動器36b。齒輪機構42的第一輸出47和第二輸出49可彼此獨立地選擇性地耦接至工具17，以便被旋轉驅動。第一輸出47與第一傳動級46關聯且經由零件聯軸器118b耦接至導向鑽24以便旋轉驅動。第二輸出49被分配至第二傳動級48且經由零件聯軸器118a耦接至鑽頭18以便旋轉驅動。開關元件106b、106c可彼此獨立地打開或關閉零件聯軸器118a、118b。在圖IOa中，零件聯軸器118a、118b關閉。導向鑽24在第一轉速範圍內被驅動，參照箭頭52。鑽頭18同時在第二轉速範圍內被驅動，參照箭頭54。在圖IOb中，零件聯軸器118a的開關元件106b斷開，鑽頭18與齒輪機構42的第二輸出49脫離。開關兀件106c接合,使得導向鑽24以第一傳動級46被旋轉驅動。鑽機IOb處於中心鑽構造中。所有的驅動力可基本上供應至導向鑽24。在圖IOc中，已經在工件34中產生了導向孔。鑽機IOb已經轉移至巖心鑽構造。為此，脫離開關元件106c，並接合開關元件106b。防止導向鑽24被旋轉驅動。鑽頭18在第二低轉速範圍內藉助於第二傳動級48被驅動，參照箭頭54。所有的驅動力可基本上供應至巖心鑽進。當鑽頭18穿入工件34時，可相對於導向鑽24移動後者，其不再穿入工件34。圖IOa至IOc中示出的設計可理解為，例如，圖3和4中示出的齒輪機構42的改進。圖Ila至Ild示出鑽機IOc中的其它驅動器36c。驅動器36c的基本結構對應於例如根據圖9a、9b的驅動器36a。然而，此外，還提供了工具主軸64a，其被設計為使得導向鑽24選擇性地縮回，以便防止後者進一步穿入工件34。工具主軸64a具有止擋元件124,例如以球或棍的形式。止擋元件124通過套管126被固定在一位置處，其使得導向鑽24相對於工具主軸64a的位置被軸向界定。在圖Ila中所示的構造中，導向鑽24不能克服沿齒輪機構42方向的彈簧元件84a的力而移動超過止擋元件124，參照94b指示的箭頭。
在中心鑽構造中，在不能沿工具主軸64a移動超出止擋元件124的情況下，導向鑽24可利用大進給力而穿入工件34。在這種情況下，導向鑽24可在第一轉速範圍內被驅動，例如類似於圖9a、9b中示出的設計,也參見箭頭52。在圖Ilb中，導向鑽24已一定程度地穿入工件34。鑽頭18與工件34抵靠。鑽頭18安裝在工具主軸64a上，以使其在原理上可獨立於導向鑽24沿工具主軸縱向移動，參見圖Ila指示的箭頭94a。鑽頭18能夠經由柱塞96a、96b等作用於套管126。鑽頭18的在齒輪機構42方向上的縱向移動會同樣引起套管126的縱向移動。或者，鑽頭18可被構造為例如與套管126 —體。在圖Ilc中，與圖Ilb中示出的位置相比較，導向鑽24已經甚至進一步穿入構件34。鑽頭18已經在止擋件120a的方向沿工具主軸64a移動一定距離。同樣地，套管126已經移動。然而，止擋元件124繼續通過圖Ilc中的套管126被固定，且因此仍然會防止導向鑽24在止擋元件124之上軸向移動。圖Ilc中示出的位置也可引起切換脈衝122c，其引起例如開關元件106d的位移，從而轉換切換裝置103c或齒輪機構42。 在圖lld，已經推斷出切換操作。鑽機IOc處於巖心鑽構造中。齒輪機構42提供了第二傳動級48，參見箭頭54。鑽頭18已經頂著止擋件120a移動了套管126。因此進給力可被傳輸至鑽頭18，且鑽頭18可穿入工件34中。套管126的移動已經釋放了止擋元件124。這些已經斷開，且導向鑽24可縮回超過止擋元件124 (克服彈簧元件84a的力)，在齒輪機構42的方向上縮入工具主軸64a中，參見94d指示的箭頭。在這種情況下，基本上防止了導向鑽24進一步穿入工件34中。因此，所有的驅動力可基本上傳輸至鑽頭18。通過圖12中的實例所示出的狀態是，已經推斷出巖心鑽進。鑽頭18已經完全通過了工件34。導向鑽24已經設置了初始導向孔130，但是沒有超出了該導向孔130的對於工件34的任何進一步穿入。鑽取已經產生了鑽孔巖心128。鑽孔巖心128已經例如通過導向鑽24(相對於工具主軸64a和鑽頭18軸向移動)從鑽頭18中頂出。可通過彈簧兀件84a開始移動，也參照圖lid。同時，鑽機IOc可在過程中被從巖心鑽構造再次轉移至中心鑽構造。最後，圖13示出適配器，其具有分別用於卡緊導向鑽24和用於卡緊鑽頭18的兩個適配器塊。圖13a示出具有用於卡緊所述導向鑽24的第一鑽安裝座142的第一適配器塊140，而圖13b示出具有用於卡緊所述鑽頭18的第二鑽安裝座148的第二適配器塊146。根據具有導向鑽的第一適配器塊140或具有鑽頭18的第二適配器塊146是否緊固至工具主軸64來啟動第一傳動級46或第二傳動級48。為此，可在工具主軸64上設置檢測器，經由與第一適配器塊140上的形狀配合元件144或與第二適配器塊146上的形狀配合元件150、152的形狀配合而控制所述檢測器。
權利要求
1.一種鑽機，具體是手持巖心鑽機，包括帶有電機(38)的驅動器(36)，所述驅動器能夠耦接至工具主軸￠4)以用於驅動所述工具主軸，其中，所述驅動器(36)實現了至少第一傳動級(46)和第二傳動級(48)，所述鑽機進一步包括用於安裝導向鑽(24)的中心安裝座(78)和用於安裝鑽頭(18)的工具安裝座(76)，其中，所述鑽頭(18)和所述導向鑽(24)能夠彼此基本同心地被安裝，其中，具體地為了鑽取導向孔，所述導向鑽(24)能夠通過所述第一傳動級(46)在第一轉速範圍內被驅動，並且其中，具體地為了鑽取巖心孔，所述鑽頭(18)能夠通過所述第二傳動級(48)在第二轉速範圍內被驅動。
2.根據權利要求I所述的鑽機(10)，進一步包括切換裝置(103)，其與所述驅動器(36)相互作用並被構造為選擇性地至少以中心鑽構造或巖心鑽構造來操作所述驅動器(36)，其中，在所述中心鑽構造中，能夠以所述第一傳動級(46)來驅動至少所述導向鑽 (24)，並且其中，在所述巖心鑽構造中，能夠以所述第二傳動級(48)來驅動至少所述鑽頭(18)。
3.根據權利要求I或2所述的鑽機(10)，其中，所述驅動器(36)具有齒輪機構(42)，具體是機械齒輪機構，其連接在所述電機(38)與所述工具主軸￠4)之間，並且其提供所述第一傳動級(46)中的第一傳動比以及所述第二傳動級(48)中的第二傳動比。
4.根據權利要求3所述的鑽機(10)，其中，所述齒輪機構(42)至少具有第一輸出(47)和第二輸出(49)，所述第一輸出和第二輸出選擇性地耦接至所述工具主軸￠4)以便被旋轉地驅動，其中，所述第一輸出(47)分配到所述第一傳動級(46)，並且其中，所述第二輸出(49)分配到所述第二傳動級(48)。
5.根據權利要求4所述的鑽機(10)，其中，所述工具主軸￠4)具有能夠相對於彼此轉動的第一主軸部分￠6)和第二主軸部分(68)，其中，所述第一主軸部分￠6)能夠耦接至所述第一輸出(47)和所述導向鑽(24)，並且其中，所述第二主軸部分￠8)能夠耦接至所述第二輸出(49)和所述鑽頭(18)。
6.根據前述權利要求中任一項所述的鑽機(10)，其中，所述切換裝置(103)具有至少一個聯軸器(104)，所述至少一個聯軸器被設計為至少將所述導向鑽(24)或所述鑽頭(18)耦接至所述工具主軸(64)，使得所述導向鑽或所述鑽頭被選擇性地旋轉地驅動，或使得所述導向鑽或所述鑽頭脫離。
7.根據前述權利要求中任一項所述的鑽機(10)，進一步包括控制裝置(56)，所述控制裝置被構造為用於根據所述鑽機(10)的操作狀態而將所述驅動器(36)選擇性地轉換為所述中心鑽構造或所述巖心鑽構造。
8.根據權利要求7所述的鑽機(10)，其中，所述控制裝置(56)耦接至至少一個傳感器(58,60)，具體是力傳感器、行程傳感器或撞擊檢測器。
9.根據前述權利要求中任一項所述的鑽機(10)，其中，至少所述導向鑽(24)或所述鑽頭(18)以相對於所述工具主軸(64)的縱向可移動方式被安裝。
10.根據權利要求9所述的鑽機(10)，其中，所述鑽頭(18)相對於所述工具主軸(64)的相對移動切換所述導向鑽(24)的至少一個聯軸器(118b)。
11.根據權利要求9或10所述的鑽機(10)，進一步包括用於所述中心鑽構造中的所述導向鑽(24)的至少一個止擋元件(124)，所述止擋元件(124)限制所述導向鑽(24)相對於所述工具主軸￠4)的縱向移動。
12.根據權利要求9至11中任一項所述的鑽機(10)，其中，所述鑽頭(18)相對於所述工具主軸￠4)的縱向移動選擇性地脫離或接合所述導向鑽(24)的所述至少一個止擋元件(124)。
13.根據前述權利要求中任一項所述的鑽機(10)，進一步包括至少一個彈簧元件(84、102)，所述至少一個彈簧元件在所述中心鑽構造的方向上產生至少作用在所述導向鑽(24)或所述鑽頭(18)上的回覆力。
14.根據前述權利要求中任一項所述的鑽機，進一步包括適配器，所述適配器被構造為安裝在所述工具主軸(64)上且具有用於卡緊所述導向鑽(24)的第一鑽安裝座(142)並具有用於卡緊所述鑽頭(18)的第二鑽安裝座(148)，並且當所述導向鑽(24)被卡緊時，所述適配器根據所述第一鑽安裝座(142)的啟動來啟動所述第一傳動級(46)，且當所述鑽頭(18)被卡緊時，所述適配器在所述第二鑽安裝座(148)被啟動時啟動所述第二傳動級(48)。
15.根據前述權利要求14所述的鑽機(10)，其中，所述適配器包括具有用於卡緊所述導向鑽(24)的所述第一鑽安裝座(148)的第一適配器塊(140)，且進一步包括具有用於卡緊所述鑽頭(18)的所述第二鑽安裝座(148)的第二適配器塊(146)，其中，根據緊固至所述工具主軸￠4)的適配器塊是哪一個適配器塊(140、146)來啟動所述第一傳動級和第二傳動級(46、48)。
16.一種鑽機工具組合，包括根據前述權利要求中任一項所述的鑽機(10)，進一步包括具有導向鑽(24)和鑽頭(18)的工具(17)，其中，所述導向鑽(24)和所述鑽頭(18)能夠彼此同心安裝，並且其中，具體地，所述導向鑽(24)安裝在所述鑽頭(18)上，其中，所述導向鑽(24)和所述鑽頭(18)能夠被選擇性地旋轉地驅動，其中，具體地，為了鑽取導向孔，所述導向鑽(24)能夠在第一轉速範圍內被驅動，其中，具體地，為了鑽取巖心孔，所述鑽頭(18)能夠在第二轉速範圍內被驅動，並且其中，具體地，至少所述導向鑽(24)或所述鑽頭(18)以在所述工具主軸￠4)上縱向可移動方式而被安裝。
17.—種工具組合的用途，所述工具組合包括根據權利要求I至15中任一項所述的鑽機與導向鑽(24)和鑽頭(18)，以用於鑽取導向孔。
全文摘要
本發明涉及一種鑽機，具體涉及一種手持巖心鑽機，以及一種鑽機工具組合，其具有帶有電機(38)的驅動器(36)，其可耦接至工具主軸(64)以便驅動後者，其中，所述驅動器(36)實現了至少第一傳動級(46)和第二傳動級(48)，具有用於安裝導向鑽(24)的中心安裝座(78)並具有用於安裝鑽頭(18)的工具安裝座(76)，其中，所述鑽頭(18)和所述導向鑽(24)可彼此基本上同心安裝，其中，所述導向鑽(24)，特別是為了鑽取導向孔，可藉助於所述第一傳動級(46)在第一轉速範圍內被驅動，且其中所述鑽頭(18)，特別是為了鑽取巖心孔，可藉助於所述第二傳動級(48)在第二轉速範圍內被驅動。
文檔編號B28D1/14GK102756139SQ20121013416
公開日2012年10月31日 申請日期2012年4月28日 優先權日2011年4月28日
發明者阿明·艾森哈特, 鮑裡斯·裡希特 申請人:C.&E.泛音有限公司