КОРОНКА КОЛОНКОВОГО БУРА
CORE BIT CROWN

Уровень техники
Настоящее изобретение относится к коронке колонкового бура, содержащей кольцевую режущую секцию с абразивными режущими элементами.
Станок, использующий коронку колонкового бура, описан в документе US 7210878. Коронка колонкового бура характеризуется наличием средств идентификации на стороне, расположенной рядом со станком. Станок может считывать средства идентификации для установки оптимального сочетания крутящий момент/скорость.
Коронка колонкового бура с абразивными режущими сегментами описана в документе EP 2886230 A1. Коронка колонкового бура содержит трубчатый стержень и установленную с возможностью съема кольцевую режущую секцию с абразивными режущими сегментами.
Сущность изобретения
Коронка колонкового бура согласно настоящему изобретению содержит трубчатый стержень, монтажную платформу, расположенную на ближнем конце трубчатого стержня для установки коронки колонкового бура на приводной инструмент, и кольцевую режущую секцию, характеризующуюся наличием абразивных режущих сегментов, расположенных на дальнем конце трубчатого стержня. Первый приемопередатчик расположен на дальнем конце трубчатого стержня. Предусмотрен повторитель, содержащий второй приемопередатчик на ближнем конце трубчатого стержня, антенну, обращенную к первому приемопередатчику, и проводное соединение между антенной и повторителем. Кольцевая режущая секция может быть сменной. Информационная метка, расположенная на сменной кольцевой режущей секции, может быть считана бурильной машиной.
Согласно предпочтительному варианту осуществления приемопередатчик содержит запоминающее устройство с сохраненными данными, содержащими одно или более из уникального идентификатора для кольцевой режущей секции, идентификатора типа для кольцевой режущей секции, высоты неиспользованных абразивных режущих сегментов и рабочих параметров коронки колонкового бура.
Согласно предпочтительному варианту осуществления импеданс повторителя соответствует импедансу первого приемопередатчика.
Согласно предпочтительному варианту осуществления второй приемопередатчик состоит из пассивной второй антенны. Коронка колонкового бура не требует источника питания. Питание подается посредством сигнала опроса станком или считывающим устройством.
Согласно варианту осуществления второй приемопередатчик снабжен источником питания. Второй приемопередатчик может быть снабжен усилителем. Второй приемопередатчик может дополнительно содержать преобразователь сигналов для преобразования радиосигналов, имеющих первую несущую частоту, в радиосигналы, имеющие вторую несущую частоту, причем вторая несущая частота совпадает с несущей частотой первого приемопередатчика. Передача на низкой частоте в большей степени подходит для считывания метки на кольцевой режущей секции. Каналы связи на более высокой частоте в большей степени подходят для установления радиосвязи на расстоянии и передачи данных. Первая несущая частота может находиться в диапазоне от 3 до 30 МГц, а вторая несущая частота может находиться в диапазоне от 2 до 5,0 ГГц.
Согласно предпочтительному варианту осуществления кольцевая режущая секция установлена с возможностью съема на трубчатом стержне. Трубчатый стержень может содержать внутреннюю муфту, а кольцевая режущая секция содержит внешнюю муфту, которая по окружности охватывает внутреннюю муфту, причем приемопередатчик прикреплен к внешней муфте и обращен к внутренней муфте и антенна прикреплена к внутренней муфте и обращена к приемопередатчику.
Согласно варианту осуществления монтажная платформа содержит впускное отверстие для воды, открытое в принимающее пространство трубчатого стержня.
Краткое описание чертежей
Приведенные в качестве примера варианты осуществления настоящего изобретения описаны ниже со ссылкой на прилагаемые фигуры. Фигуры, на которых изображены приведенные в качестве примера варианты осуществления, не обязательно выполнены в масштабе, но, скорее, представлены в схематической и/или слегка искаженной форме, если это целесообразно для объяснения. В отношении дополнений к идеям, очевидным исходя из фигур, делается ссылка на соответствующий уровень техники. В этом отношении следует отметить, что может быть выполнено множество модификаций и альтернативных вариантов в том, что касается формы и деталей конкретного варианта осуществления без отхода от общих принципов настоящего изобретения. Признаки настоящего изобретения, раскрытые в описании, фигурах и формуле, могут быть важными для уточнения настоящего изобретения и могут быть рассмотрены по отдельности, а также в любой комбинации.
Кроме того, любая комбинация, состоящая из по меньшей мере двух признаков, раскрытых в описании, фигурах и/или формуле, находится в пределах объема правовой охраны настоящего изобретения. Общий принцип настоящего изобретения не ограничен конкретной формой или деталями предпочтительного конкретного варианта осуществления, изображенного и описанного ниже, или не ограничен объектом изобретения, который ограничен в сравнении с объектом изобретения, заявляемым в формуле. Что касается приведенных диапазонов размеров, значения в пределах указанных пределов также следует рассматривать как ограничивающие значения, которые могут использоваться и заявляться согласно необходимости. Для упрощения аналогичные ссылочные позиции используются далее для идентичных или подобных деталей или деталей, характеризующихся идентичной или подобной функцией.
Термины «ближний» и «дальний» используются для указания относительного положения вдоль оси относительно станка в качестве точки отсчета. Термин «ближний» означает находящийся ближе к станку, термин «дальний» означает удаленный от станка.
На фиг. 1 представлена коронка для бурения со сменной режущей секцией;
на фиг. 2 представлен вид снизу;
на фиг. 3 представлен вид сверху;
на фиг. 4 представлен разрез в плоскости IV-IV;
на фиг. 5 представлен разрез в плоскости V-V;
на фиг. 6 представлен вид сбоку с частично удаленной кольцевой режущей секцией;
на фиг. 7 представлен схематический вид;
на фиг. 8 представлен схематический вид;
на фиг. 9 представлена коронка для бурения, установленная на станке.
Подробное описание настоящего изобретения
1
1
1
На фиг. 1 показана коронка  колонкового бура согласно настоящему изобретению. Коронка  колонкового бура предназначена для выполнения круглых отверстий в стенах, потолках или подобных конструкциях, выполненных из бетона или других минеральных материалов. Коронка  колонкового бура разрушает конструкцию за счет истирания кольцеобразного отверстия, причем внутренний цилиндрический керн остается нетронутым.
1
2
3
4
5
5
5
6
7
5
8
4
3
4
5
3
Коронка  колонкового бура содержит кольцевую режущую секцию  с одним или несколькими абразивными режущими сегментами , прикрепленными к дальней поверхности  примыкания несущего корпуса . Несущий корпус  предпочтительно представляет собой короткую и тонкостенную цилиндрическую трубку. Толщина стенки несущего корпуса  существенно меньше внутреннего диаметра  и внешнего диаметра  несущего корпуса . Толщина  стенки находится в диапазоне нескольких миллиметров, а диаметры больше 2 см, например больше 5 см. Дальняя поверхность  примыкания представляет собой круговое кольцо, размеры которого соответствуют толщине стенки и диаметрам. Абразивные режущие сегменты  прикреплены к дальней поверхности  примыкания несущего корпуса . Таким образом, абразивные режущие сегменты  расположены по окружности кругового кольца.
5
9
9
9
10
1
9
3
E
9
E
3
11
3
8
5
5
3
Грань, дальняя по отношению к несущему корпусу , представляет собой активную грань , которая осуществляет истирание минеральной конструкции. Активная грань  является плоской. Плоскость, определенная гранью , перпендикулярна продольной оси  коронки  колонкового бура. Активные грани  всех абразивных режущих сегментов  расположены в одной плоскости . Активные грани  могут быть изогнуты в плоскости  так, чтобы соответствовать кривизне кругового кольца, или они могут характеризоваться такой формой, чтобы оптимизировать процесс истирания. Абразивные режущие сегменты  могут характеризоваться призматической формой. Толщина , т.е. радиальный размер, абразивных режущих сегментов  предпочтительно несколько больше, чем толщина  стенки несущего корпуса . Несущий корпус  может входить в кольцевое отверстие, полученное истиранием посредством абразивных режущих сегментов , не касаясь стенок отверстия. Разница толщин может быть менее 5 мм, например менее 2 мм.
3
1
2
3
Абразивные режущие сегменты  предпочтительно выполнены из композитных материалов, содержащих частицы, характеризующиеся очень высокой твердостью, такие как алмаз, искусственный алмаз и поликристаллический алмаз, встроенные в несущую матрицу, выполненную из металла или керамических материалов. Твердые частицы характеризуются диаметрами в субмиллиметровом диапазоне вплоть до нескольких миллиметров. Твердые частицы могут быть расположены случайным образом или слоями в несущей матрице. Несущая матрица изнашивается вследствие последовательного подвержения воздействию новых твердых частиц во время использования коронки  колонкового бура. Следовательно, кольцевая режущая секция  может использоваться до полного износа абразивных режущих сегментов .
2
12
12
13
14
12
2
12
2
10
14
12
12
15
16
12
10
10
15
12
15
2
6
7
2
12
15
11
3
Кольцевая режущая секция  предпочтительно установлена с возможностью съема на трубчатом стержне . Трубчатый стержень  содержит цилиндрическое принимающее пространство , характеризующееся высотой . Радиальные размеры трубчатого стержня  идентичны или практически идентичны радиальным размерам кольцевой режущей секции . Трубчатый стержень  по существу лишь удлиняет кольцевую режущую секцию  вдоль продольной оси  и позволяет резать отверстия глубиной, равной высоте  трубчатого стержня . Трубчатый стержень  должен быть прочным и, следовательно, предпочтительно выполнен из стали. Толщина  стенки трубчатого стержня  выбрана таким образом, чтобы выдерживать давление вдоль продольной оси  и крутящий момент вокруг продольной оси . Толщина  стенки трубчатого стержня  может быть идентичной или практически идентичной толщине  стенки кольцевой режущей секции . Внутренний диаметр  и внешний диаметр  кольцевой режущей секции  и трубчатого стержня  идентичны или практически идентичны. Толщина  стенки несколько меньше, чем толщина  абразивных режущих сегментов .
2
12
2
17
2
12
17
2
18
12
19
19
18
18
19
19
18
18
10
20
16
12
19
5
19
16
19
16
2
18
5
5
12
Кольцевая режущая секция  предпочтительно может быть установлена на трубчатом стержне  и снята с него для замены новой кольцевой режущей секцией . Механический крепежный механизм  соединяет с геометрическим замыканием кольцевую режущую секцию  с трубчатым стержнем . Приведенный в качестве примера механический крепежный механизм  основан на фланцевой втулке. Кольцевая режущая секция  характеризуется наличием внешней муфты  на своем ближнем конце. Трубчатый стержень  характеризуется наличием внутренней муфты  на своем дальнем конце. Внутренняя муфта  плотно входит во внешнюю муфту . На фиг. 1 исключительно в иллюстративных целях представлена внешняя муфта  с частичным вырезом, чтобы показать расположенную под ней внутреннюю муфту . Внутренняя муфта и внешняя муфта предпочтительно являются цилиндрическими. Внешний диаметр внутренней муфты  приблизительно равен внутреннему диаметру внешней муфты . Внешняя муфта  вдоль продольной оси  примыкает к фланцу или заплечику , образованному стенкой  трубчатого стержня . Внутренняя муфта  аналогично может примыкать к заплечику, образованному несущим корпусом  соответственно. Внутренняя муфта  может быть выполнена из стенки  за счет уменьшения внешнего диаметра. Внутренние диаметры внутренней муфты  и стенки  могут быть идентичными, и оба они предпочтительно идентичны внутреннему диаметру кольцевой режущей секции . Внешняя муфта  может быть образована за счет проточки несущего корпуса  с увеличением внутреннего диаметра. Внешний диаметр может остаться неизменным и идентичным внешнему диаметру несущего корпуса  и предпочтительно трубчатого стержня .
17
21
22
21
22
10
21
22
10
2
10
21
21
18
22
19
2
Механический крепежный механизм  может характеризоваться наличием штыкового замка. Принцип работы штыкового замка основан на криволинейных или наклонных пазах , открытых с одной стороны, в которую входят штыри . В части, расположенной рядом с открытым концом, пазы  направляют штыри  преимущественно вдоль продольной оси . В другой части пазы  направляют штыри  преимущественно вокруг продольной оси . За счет изменения начального направления в продольном направлении и направления в частично окружном направлении происходит закрепление кольцевой режущей секции , препятствующее разъединению вдоль продольной оси . Пазы  могут быть выполнены в виде прорезей или канавок. В изображенном примере пазы  расположены на внешней муфте , а штыри  расположены на внутренней муфте . Известен другой механический крепежный механизм, например, из документа EP 2886230 A1, который может использоваться для фиксации кольцевой режущей секции .
2
23
23
2
2
2
2
23
Кольцевая режущая секция  оснащена считываемым запоминающим устройством . Считываемое запоминающее устройство  может быть предназначено только для чтения. Данные только для чтения содержат информацию о режущей секции . Данные могут описывать параметры режущей секции, например высоту абразивных режущих сегментов перед первым использованием, количество и размеры абразивных режущих сегментов, состав материала абразивных режущих сегментов и диаметр режущей секции. Данные могут содержать или описывать оптимальные рабочие условия или предельные рабочие условия, например оптимальное давление, оптимальную частоту вращения, оптимальную промывку водой, максимальное давление, максимальную частоту вращения, минимальную промывку водой. Данные могут содержать идентификатор типа кольцевой режущей секции. Идентификатор типа представляет собой по существу указатель на справочные данные, описывающие параметры режущей секции , или данные, описывающие рабочие условия режущей секции, в отдельном справочном списке. Данные могут содержать идентификатор, уникальный для каждой режущей секции . Уникальный идентификатор позволяет определить, была ли заменена режущая секция  любой другой режущей секцией, даже того же типа. Считываемое запоминающее устройство  может быть предназначено только для чтения или может позволять запись данных. Записываемые данные могут включать в себя данные о последнем использовании, например продолжительности использования, приложенном крутящем моменте и давлении, используемых станках.
2
24
23
24
25
24
24
25
26
Кольцевая режущая секция  содержит приемопередатчик , соединенный с запоминающим устройством . Приемопередатчик  может считывать данные из запоминающего устройства и может передавать данные посредством радиосигнала. Опрашивающее устройство  отправляет запрос посредством радиосигнала на приемопередатчик . Приемопередатчик  отвечает на запрос за счет считывания данных из запоминающего устройства и передачи данных посредством радиосигнала. Опрашивающее устройство  предпочтительно представляет собой часть станка . Радиосигналы характеризуются несущей частотой предпочтительно выше 3 МГц и ниже 30 МГц, например 13,6 МГц.
24
2
24
27
18
24
19
18
27
24
1
24
25
Приемопередатчик  прикреплен к кольцевой режущей секции . Предпочтительно приемопередатчик  установлен на внутренней стороне  внешней муфты  таким образом, что приемопередатчик  по меньшей мере частично заключен между внутренней муфтой  и внешней муфтой . Внутренняя сторона  может характеризоваться наличием углубления для создания кармана, в котором размещается приемопередатчик . Металлический корпус коронки  колонкового бура защищает приемопередатчик  от механического повреждения, однако он также не позволяет непосредственно принимать радиосигналы от опрашивающего устройства .
24
2
24
23
24
24
24
23
Приемопередатчик  предпочтительно представляет собой пассивный приемопередатчик. Кольцевая режущая секция  не содержит источник питания для подачи питания на приемопередатчик  и запоминающее устройство . Приемопередатчик  получает питание от радиосигналов опроса. Приемопередатчик  может содержать буферный накопитель энергии емкостного типа, собирающий энергию от радиосигнала, достаточную для считывания и передачи данных. Приемопередатчик  и запоминающее устройство  могут быть выполнены в виде цельного устройства. Цельное устройство, например, может представлять собой устройство RFID (радиочастотной идентификации). В частности, устройство RFID реагирует на радиосигналы в одном из промышленных, научных и медицинских (ISM) диапазонов радиочастот.
12
28
28
25
24
24
25
28
24
Трубчатый стержень  содержит повторитель  для радиосигналов. Повторитель  принимает радиосигналы опроса от опрашивающего устройства , передает радиосигналы на приемопередатчик  и возвращает ответ приемопередатчика  на опрашивающее устройство . Повторитель передает не только информацию посредством радиосигналов, но также передает питание на приемопередатчик .
28
12
28
29
29
24
23
29
1
29
30
12
31
29
1
29
32
32
Повторитель  расположен на трубчатом стержне . Повторитель  содержит отдельный приемопередатчик , называемый в настоящем документе предварительным приемопередатчиком  для отличия от приемопередатчика , соединенного с запоминающим устройством . Предварительный приемопередатчик  расположен на ближнем конце коронки  колонкового бура. Предпочтительно предварительный приемопередатчик  расположен на плоской верхней поверхности  трубчатого стержня  или на монтажной платформе . Предварительный приемопередатчик  виден снаружи коронки  колонкового бура. Предварительный приемопередатчик  согласно одному варианту осуществления представляет собой пассивный приемопередатчик, состоящий из одной антенны . Антенна  может быть выполнена из нескольких витков проводника. Эффективная длина витков соответствует длине волны несущей частоты радиосигналов. Проводник может представлять собой провод, ленточный проводник, напечатанный на полимерной фольге, картоне и т.п.
28
33
33
24
33
18
12
33
24
18
33
33
24
Повторитель  содержит приемную антенну . Приемная антенна  расположена вблизи от приемопередатчика . Предпочтительно приемная антенна  прикреплена к внутренней муфте  трубчатого стержня . Приемная антенна  обращена к приемопередатчику . Внутренняя муфта  может характеризоваться наличием углубления для кармана, в котором расположена приемная антенна . Приемная антенна выполнена из нескольких витков проводника. Эффективная длина витков соответствует длине волны несущей частоты радиосигналов. Проводник может представлять собой провод, ленточный проводник, напечатанный на полимерной фольге, картоне и т.п. Приемная антенна  может быть идентичной встроенной антенне приемопередатчика .
28
34
29
33
34
29
33
1
1
30
2
35
12
Повторитель  содержит проводное соединение , соединяющее предварительный приемопередатчик  с приемной антенной . Проводное соединение  может представлять собой двухжильный провод. Провод проходит от предварительного приемопередатчика  к приемной антенне . Провод проходит от ближнего конца коронки  колонкового бура к дальнему концу коронки  колонкового бура. Например, провод начинается на верхней поверхности  и заканчивается на кольцевой режущей секции . Провод может быть заключен в канавке , выполненной в наружной поверхности трубчатого стержня .
28
24
29
25
33
24
33
Импеданс повторителя  соответствует импедансу приемопередатчика  для энергоэффективной радиосвязи. Пассивный предварительный приемопередатчик  получает питание от радиосигналов, принятых от опрашивающего устройства . Это питание пересылается для возбуждения приемной антенны  для выдачи и повторения радиосигнала. Приемопередатчик , в конечном итоге, получает питание от этого радиосигнала, испускаемого приемной антенной .
29
36
36
29
37
33
38
29
38
33
34
38
33
38
24
Согласно одному варианту осуществления (фиг. 7) предварительный приемопередатчик  может быть активным и содержит источник  питания. Источник  питания может представлять собой батарею. Активный предварительный приемопередатчик  содержит встроенную антенну . Сигналы, принятые антенной , могут быть усилены внутренним усилителем  предварительного приемопередатчика . Усилитель  может быть непосредственно соединен с приемной антенной  посредством проводного соединения , т.е. между усилителем  и приемной антенной  дополнительные активные электронные элементы отсутствуют. Усилитель  увеличивает мощность радиосигнала и опосредованно питает приемопередатчик .
29
36
29
39
39
24
25
26
Согласно одному варианту осуществления (фиг. 8) предварительный приемопередатчик  может быть активным и содержит источник  питания. Активный предварительный приемопередатчик  содержит преобразователь  сигналов. Согласно вариантам осуществления, описанным выше, радиосигналы опроса передаются без изменения или обработки, если не считать мощность сигнала. Преобразователь  сигналов использует первые радиосигналы для связи с приемопередатчиком  и вторые радиосигналы для связи с опрашивающим устройством  станка . Первые радиосигналы могут использовать несущую частоту приблизительно 2,5 ГГц. Связь может быть основана, например, на стандарте IEEE 802.15.1, общеизвестном под торговой маркой Bluetooth. Вторые радиосигналы могут быть выбраны, например, в низкочастотном диапазоне.
1
31
26
31
1
26
10
10
26
40
41
31
41
1
26
1
42
42
43
1
10
43
44
40
41
43
45
26
1
10
Коронка  колонкового бура содержит монтажную платформу для установки на станок . Монтажная платформа  может содержать зубчатое колесо для передачи крутящего момента на коронку  колонкового бура. Станок  обеспечивает приложение крутящего момента вокруг продольной оси  и давления вдоль продольной оси . Приведенный в качестве примера станок  содержит устройство  приведения во вращение, которое приводит в действие шпиндель . Монтажная платформа  может быть установлена с возможностью съема на шпинделе . Хотя небольшие коронки  колонкового бура могут быть приведены в действие ручным станком , для больших коронок  колонкового бура требуется установка , которая выдерживает крутящий момент и давление. Установка  содержит подъемную конструкцию  для подъема и опускания коронки  колонкового бура вдоль продольной оси . Например, подъемная конструкция  основана на реечной передаче, осуществляющей подъем кожуха  устройства  приведения во вращение и шпинделя . Подъемная конструкция может характеризоваться ручным или автоматическим управлением. Устройство  управления станка  может отслеживать или контролировать давление, прикладываемое к коронке  колонкового бура вдоль продольной оси .
31
46
3
46
10
13
47
46
45
47
Монтажная платформа  содержит впускное отверстие  для воды, предназначенное для промывки абразивных режущих сегментов  водой. Впускное отверстие  для воды предпочтительно расположено на продольной оси  и проходит в принимающее пространство . Устройство  подачи воды может быть соединено с впускным отверстием  для воды. Устройство  управления может управлять устройством  подачи воды.