專利名稱：用于超聲波鉆孔的超聲波-振動變換器的制作方法
用于超聲波鉆孔的超聲波-振動變換器
本發(fā)明涉及一種帶有權(quán)利要求1的前序部分的特征的，用于超聲
波鉆孔的超聲波-振動變換器(Ultraschall-Schwingungswandler)。該超聲 波-振動變換器尤其設(shè)置用于在諸如混凝土，石塊，磚瓦，粘土，石膏 等的建筑材料中的鉆孔(Bohren)。
為了進行超聲波鉆孔，在超聲頻范圍中，也就是，以在大約16kHz 至20kHz上的頻率激發(fā)工具(Werkzeug)進行機械的縱向振動。該振動 由振動發(fā)生器(Schwingungserzeuger)產(chǎn)生，該振動發(fā)生器也^皮稱為#展 蕩器。已知的振動發(fā)生器大多設(shè)計為壓電-振動發(fā)生器。在其前端部處 具有上述工具的超聲波-振動變換器被安裝到該振動發(fā)生器中。此處， 被稱作前端部的是超聲波-振動變換器的或工具的、遠離振動發(fā)生器的 端部，也就是，工具的為鉆孔而放于工件上的端部。因此，后端部則 是超聲波-振動變換器的與振動發(fā)生器相連接的端部。該工具可以是超 聲波-振動變換器的固定的組成部分，或者，以可分離的方式與超聲波 -振動變換器相連接。同時，該工具還可以是自行鉆出其錨定孔的銷或 為錨栓(Anker)。超聲波-振動變換器的目的在于，將由振動發(fā)生器所 產(chǎn)生的振動的振幅放大，或者，將沖擊(Impuls)放大并由此將工具的效 率放大。出于設(shè)計目的，包括振動發(fā)生器(精確地說，其一個或多個振 動部件)，超聲波-振動變換器，以及工具的整個振動系統(tǒng)必須被加以 考慮。該整個系統(tǒng)被激發(fā)以進行帶有一定頻率或振幅的振動，其促成 了盡可能快的鉆孔進程。其通常為系統(tǒng)的固有頻率。并不重要的是， 該頻率真實地為超聲頻率。振動變換器也被稱為聲級(Sonotroden)或轉(zhuǎn) 換器(Konverter)。
專利US 3，683，470公開了帶有超聲波-振動變換器的超聲波鉆孔
3器的一個例子。其超聲波-振動變換器為實心的、旋轉(zhuǎn)對稱的構(gòu)件，其 以類似錐形的方式朝前端部縮小，也就是，在從振動發(fā)生器到工具的 方向上縮小。與帶有直的母線的幾何錐形形狀不同，該已知的超聲波
-振動變換器的側(cè)面為凹圓形(hohlrund),母線凹狀彎曲地延伸。
本發(fā)明的目的在于，提出一種用于超聲波鉆孔的、效率高且與工 具的可匹配性4艮好的超聲波-振動變換器。
該目的通過權(quán)利要求1的特征加以實現(xiàn)。根據(jù)本發(fā)明的超聲波隱 振動變換器為在朝其前端部的方向上縮小的空心體(Hohlkoerper)。超 聲波-振動變換器的內(nèi)腔同樣在朝其前端部的方向上縮小。尤其地，超 聲波-振動變換器的壁厚幾乎恒定，且超聲波-振動變換器為薄壁的。 也就是說，其并非帶有孔的實心體，而是管狀體。該壁厚小于超聲波 -振動變換器的內(nèi)腔的直徑。
由于其空心形狀(Hohlform)，根據(jù)本發(fā)明的超聲波-振動變換器可 以相對而言較小的力而在縱向方向上彈性地變形，也就是，以較高的 效率將振動激勵傳遞到工具上。超聲波-振動變換器具有較大的振幅放 大，并且/或者在工件上引起較強的工具的沖擊。
在本發(fā)明的優(yōu)選的設(shè)計方案中，超聲波-振動變換器具有布置在其 內(nèi)腔中的芯部，所述芯部可分離地且固定地與超聲波-振動變換器相連 接。通過該可分離性，該芯部可被更換且可被移除，通過裝入帶有尤 其是不同的質(zhì)量的其它芯部，該超聲波-振動變換器可與不同的工具相 匹配。"固定，，理解為剛性的、相對于該超聲波-振動變換器不可動的 連接的含義。
尤其地，該芯部僅部分地，例如在其中部上或在其一個端部或兩 個端部處與該超聲波-振動變換器相連接。在優(yōu)選的設(shè)計方案中，該芯 部在其后端部處與超聲波-振動變換器相連接。由此，該芯部可相對超 聲波-振動變換器而振動。特別地，通過與超聲波-振動變換器的僅在 一個部位處連接，該芯部并不會使該超聲波-振動變換器硬化(aussteifen)，因而不會影響其振動能力。
本發(fā)明的一個設(shè)計方案作如下設(shè)置，即，超聲波-振動變換器與振 動發(fā)生器的連接將芯部固定地安裝在超聲波-振動變換器中。由此，該 芯部在超聲波-振動變換器中的間隙被排除掉。
在本發(fā)明的優(yōu)選的設(shè)計方案中，超聲波-振動變換器為旋轉(zhuǎn)體。 本發(fā)明的一種設(shè)計方案作如下設(shè)置，即，超聲波-振動變換器和/ 或其內(nèi)腔在某一在縱向方向上被限定的區(qū)域中在朝其前端部的方向 上擴大。整體而言，超聲波-振動變換器在朝其前端部的方向上縮小， 在所提及的實施形式中，與其在其整個長度上的總體上的縮小相反， 超聲波-振動變換器在一個或數(shù)個在縱向方向上有所限定的區(qū)域中在 朝其前端部的方向上擴大。例如，超聲波-振動變換器具有環(huán)形的凸出 部(Bauch),也就是，具有環(huán)形的向外的拱結(jié)構(gòu)(Auswoelbung)。該凸出 部可實心地或空心地成形為波紋形。超聲波-振動變換器的壁的內(nèi)側(cè)的
環(huán)形的拱結(jié)構(gòu)也是可能的。本發(fā)明的該設(shè)計方案使得超聲波-振動變換 器的用于影響或改善其振動特性的有針對性的設(shè)計方案成為可能。例 如，可通過環(huán)形的凸出部來確定縱向振動腹點 (Laengsschwingungsbauch)?？v向振動特性和橫向振動特性通過超聲波 -振動變換器的環(huán)形的凸出部而被加以影響。
本發(fā)明的一種設(shè)計方案設(shè)置有至少一條超聲波-振動變換器的環(huán) 形的棱。該環(huán)形的棱可設(shè)置在超聲波-振動變換器的外側(cè)和/或內(nèi)側(cè)處。 在該棱處，超聲波-振動變換器的假想的母線改變其方向。由此也可有 針對性地影響超聲波-振動變換器的振動特性。
下文將根據(jù)在附圖中所示出的實施例進一步闡述本發(fā)明。三幅附 圖示出了三種根據(jù)本發(fā)明的超聲波-振動變換器的軸向斷面。
在

圖1中所示出的根據(jù)本發(fā)明的超聲波-振動變換器l設(shè)置用于在 諸如混凝土，石塊，磚瓦，或石膏等的建筑材料中的超聲波鉆孔。該超聲波-振動變換器1為旋轉(zhuǎn)體且為空心體，其在其全長上在朝其前端
部2的方向上漸縮小。內(nèi)腔3同樣地在朝前端部2的方向上漸縮小。 在其全長上，該超聲波-振動變換器1可^皮一見為近似空心錐體形的。其 為管狀，也就是說，相較于其直徑而言為薄壁的，壁厚是恒定的。在 所示的實施例中，該超聲波-振動變換器l由鋁合金制成，也不排除由 其它金屬或由非金屬材料進行制造。該管狀的形狀或稱空心體形狀改 善了軸向的彈性，并由此改善了超聲波-振動變換器1的振動特性。
在后端部處，超聲波-振動變換器1具有空心圓柱形的，也就是說， 管形的部分4，所述部分4在朝前端部2的方向上首先過渡至擴大的 空心圓臺5。在其處連結(jié)著在朝前端部2的方向上縮小的空心圓臺6， 該空心圓臺6過渡至另一空心錐形7中，所述空心錐形7以更尖的錐 角朝超聲波-振動變換器1的前端部2縮小。該第三空心圓臺7過渡至 該前端部2，該前端部2具有實心圓柱體的形狀。在該段中所列舉的 超聲波-振動變換器1的軸向部分4， 5, 6， 7, 2彼此為一體的。所述 軸向部分4， 5, 6， 7， 2分別在于超聲波-振動變換器1的內(nèi)側(cè)及外側(cè) 處形成環(huán)形的棱8, 9, 10， 11的情況下彼此過渡。該空心圓柱形部 分4和第一空心圓臺5及第二空心圓臺6合起來，與第三空心圓臺7 軸向上大致等長。第一空心圓臺5和第二空心圓臺6共同形成了環(huán)形 的凸起部，該環(huán)形的凸起部也可被稱為環(huán)形的凸出部12或環(huán)形的波 紋。
超聲波-振動變換器1在前端部2處具有工具13。在所示實施例 中，工具13為銷狀的，該工具13例如由硬質(zhì)金屬或其它具有足夠的 硬度和強度的材料所制成。該工具13優(yōu)選地以可更換的方式緊固在 超聲波-振動變換器1的前端部2處。該工具13同時還可為通過超聲 加載而自行鉆出其錨定孔的錨栓。
該超聲波-振動變換器1的空心圓柱形部分4具有內(nèi)螺紋，芯部 14旋入該內(nèi)螺紋中。芯部14具有錐體的形狀，其位于超聲波-振動變 換器1的內(nèi)腔3中。其正如所提及的那樣，借助于螺紋15而在后端部處與超聲波-振動變換器1相連接。由此，超聲波-振動變換器l可
相對于芯部14而振動，以使得芯部14不會妨礙超聲波-振動變換器1 的振幅放大和沖擊放大。利用該可更換的芯部14將超聲波-振動變換 器1與相應(yīng)的工具13相匹配，以使得包括工具13,超聲波-振動變換 器1和振動發(fā)生器16的系統(tǒng)以固有頻率或以具有高的鉆孔效率的頻 率而振動。為與帶有不同重量和/或不同長度的工具13相匹配而更換 芯部14。在固有頻率方面，所說的振動發(fā)生器16指的是其振動部件。 超聲波-振動變換器1以其后端部而相對振動發(fā)生器16拉緊。 振動發(fā)生器16例如為壓電式的。與超聲波-振動變換器1的連接為借 助于螺栓17的螺紋連接，該螺栓17被旋到在超聲波-振動變換器1的 芯部14中的內(nèi)螺紋中。螺栓17將超聲波-振動變換器1相對振動發(fā)生 器16拉緊，并且同時將芯部14無間隙地在超聲波-振動變換器1中固 緊。
該振動發(fā)生器16以縱波激勵超聲波-振動變換器1,該縱波被 超聲波-振動變換器1放大并傳遞到工具13上，由此，可在建筑材料 中，包括在諸如混凝土等的硬的建筑材料中鉆出孔。除振動激勵外， 超聲波-振動變換器1以及工具13(與超聲波-振動變換器1 一起)可以 旋轉(zhuǎn)的方式被驅(qū)動。超聲波-振動變換器1的空心形狀，尤其是該環(huán)形 的凸出部12，使徑向的振動，也就是，橫向振動成為可能，并放大了 縱向振動。
與圖1中所示的超聲波-振動變換器1不同，出自圖2的超聲波 -振動變換器1的環(huán)形凸出部12并不是凹圓形的，而是，該內(nèi)壁為圓 柱形的。這意味著，該環(huán)形凸出部12的區(qū)域中壁厚較大。除此之外， 出自圖2的該超聲波-振動變換器1與出自圖1的超聲波-振動變換器1 相同地設(shè)計，并且，為了避免重復(fù)，可參考上文的敘述。在圖2中的 相同的構(gòu)件設(shè)有與在圖1中相同的參考標號。
圖1和圖2中所示的超聲波-振動變換器1設(shè)置用于在諸如混凝 土等的硬的材料中的超聲波鉆孔，而在圖3中所示出的根據(jù)本發(fā)明的
7超聲波-振動變換器1則更傾向設(shè)置用于諸如磚瓦或石膏等的較軟的 材料。與圖1相比，在出自圖3的超聲波-振動變換器1上，在后側(cè)連
結(jié)至前端部2處的第三空心圓臺由空心圓柱18及短的空心圓臺19所 代替，由此形成了額外的環(huán)形的棱20。該有所改變的造型導(dǎo)致了工具 13的更大的振動幅度，對此，則必須忍受較小的沖擊強度。通過上述 有所改變的調(diào)諧或有所改變的振動特性以及振動傳遞特性，在較軟的 材料中的鉆孔進程得到改善。除此之外，在圖3中所示出的超聲波-振動變換器l也以與出自圖l和圖2的超聲波-振動變換器l相同的方 式來設(shè)計和起作用。為避免重復(fù)，對于圖3的闡述可參考對圖1和圖 2的說明。在圖3中，相同的構(gòu)件設(shè)有與在圖l和圖2中相同的參考 標號。
權(quán)利要求
1.一種用于超聲波鉆孔的超聲波-振動變換器，其中，所述超聲波-振動變換器(1)在朝前端部(2)的方向上縮小，其特征在于，所述超聲波-振動變換器(1)為空心體，其內(nèi)腔(3)同樣在朝其前端部(2)的方向上縮小。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的超聲波-振動變換器，其特征在于，所 述超聲波-振動變換器(l)在其內(nèi)腔(3)中具有芯部(M)，所述芯部(14)可 分離地且固定地與所述超聲波-振動變換器(1 )相連接。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的超聲波-振動變換器，其特征在于，所 述芯部(14)部分地與所述超聲波-振動變換器(1)相連接。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的超聲波-振動變換器，其特征在于，所
5. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的超聲波-振動變換器，其特征在于，所 述超聲波-振動變換器(l)與振動發(fā)生器(16)的連接將所述芯部(14)固定 地安裝在所述超聲波-振動變換器(l)中。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的超聲波-振動變換器，其特征在于，所 述超聲波-振動變換器(1)為旋轉(zhuǎn)體。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的超聲波-振動變換器，其特征在于，所 述超聲波-振動變換器(l)和/或其內(nèi)腔(3)于在縱向方向上被限定的區(qū)域 中在朝其前端部(2)的方向上擴大。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的超聲波-振動變換器，其特征在于，所 述超聲波-振動變換器(l)具有至少一條環(huán)形的棱(8,9,10,11,20)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于在諸如混凝土，石塊，磚瓦，石膏等的建筑材料中進行超聲波鉆孔的超聲波-振動變換器(1)。本發(fā)明建議，超聲波-振動變換器(1)設(shè)計為管狀的、在朝其前端部(2)的方向上縮小的空心體，且設(shè)有可更換的芯部(14)。通過該空心形狀實現(xiàn)了較高的振動放大，利用該可更換的芯部(14)，該超聲波-振動變換器(1)可與不同的工具(13)相匹配。
文檔編號B06B3/00GK101568394SQ200780035765
公開日2009年10月28日 申請日期2007年9月11日 優(yōu)先權(quán)日2006年9月27日
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