具体实施方式

在图1中示出了用于冲击钻孔的钻孔装置的透视图。所述钻孔装置包括钻柱杆10和钻头100。钻柱杆10包括沿纵向轴线A延伸的伸长中间部分11(如图2、4和5中所示)。在图示的实施例中，凸形接头12布置在中间部分11的一端，凹形接头13布置在相对端。凸形接头和凹形接头旨在能够使钻头100连接到钻柱杆10的前端，而钻柱杆的后端的凹形接头旨在连接到另外的钻柱杆，以通过将相同钻柱杆的凸形接头连接到相邻钻柱杆的凹形接头而形成具有所需长度的钻柱。在钻孔过程中，随着钻孔的深度的增加，连接另外的钻柱杆10，以延长钻柱100的长度。在图示的实施例中，图示了凸形/凹形接头，但是可以使用其它接头装置来使所述装置适于不同的需求。

在钻孔期间，钻柱10的后端连接到液压驱动活塞(未示出)，该液压驱动活塞布置用以提供期望的轴向力和钻柱、导向适配器和钻头的旋转，以进行冲击钻孔。钻柱杆、导向适配器和钻头的设计取决于不同类型的岩石材料和将要钻的期望钻孔直径来适于特定需求。更大的钻孔直径需要更大尺寸的不同部件，以确保它们能够承受钻孔期间的载荷。钻柱杆可以以不同的方式实施并且例如，中间部分10可以具有圆形、矩形、五边形或六边形的横截面形状，只要确保所需的强度即可。该中间部分包括在该中间部分的中心延伸穿过钻柱杆的通路，以将冲洗介质通过钻柱引导至被布置在钻柱的前端的钻头，以在钻孔期间从钻孔中移除颗粒和砾石。冲洗介质例如是空气、水或空气和水的混合物。

图2和3示出了根据本发明的钻头100的透视图和侧视图。钻头包括旨在沿轴线A延伸的钻头本体101。钻头本体具有基本圆柱形的形状，其具有横向于轴线A的圆形横截面。

在钻头100的前端102中，具有稍大半径的前部主体部分103被布置用以支撑前表面105，并且在后端106中，钻头本体以基本平坦的后表面107结束。在后表面107中，凹形接头108布置成与钻头本体101中的轴线A同轴地延伸。凹形接头108在图2或3中不可见，但在图5中示出。

前表面105具有非常有特色的设计，并且包括横向于轴线A并且与该轴线A同轴布置的第一圆形区域表面110。第一圆形区域具有第一半径R1。第一区域表面110被第二区域表面111包围，该第二区域表面111相对于横向于轴线A的平面以角度α从第一区域的外周延伸到第二半径R2。此外，前表面包括包围所述第二区域的第三区域表面112。所述第三区域表面112相对于横向于轴线A的平面以角度β从第二区域表面111的外周延伸到第三半径R3。第一区域表面110、第二区域表面111和第三区域表面112彼此同轴，使得前表面105将具有基本凸形形状。

为了实现钻头的期望特性，角度α在5°至15°的范围内并且可以是介于所述范围之间的特定角度，例如6°、8°、10°、12°或14°。并且，角度β在30°至45°的范围内并且可以是介于所述范围之间的特定角度，例如32°、34°、36°、38°、40°、42°或44°。

此外，第一半径R1在第三半径R3的25％至65％的范围内并且可以是介于所述范围之间的特定量，例如28％、32％、36％、40％、44％、48％、52％、56％、60％或63％。并且，所述第二半径R2在第三半径R3的60％至80％的范围内，并且可以是所述范围之间的特定量，例如62％、64％、66％、68％、70％、72％、74％、76％或78％。这使得能够以可靠的方式固定第二区域和第三区域中的多个球齿。

根据本发明的钻头100可以实现为不同的尺寸，但是第三半径R3限定了钻头本体的最大半径，并且在钻头100的优选实施例中，所述第三半径在30mm到65mm的范围内并且可以是所述范围之间的特定范围，例如32mm、36mm、40mm、44mm、48mm、52mm、56mm、60mm或63mm。

在钻头前表面105中，布置有n个球齿200。球齿200旨在岩石中形成钻孔并且由耐磨材料制成，以确保长时间的所需钻孔动作。

球齿200可以以不同的方式实施并且球齿的示例在图2至图7中以不同视图示出。所有实施例都包括旨在沿轴线B延伸的球齿本体201。球齿本体201(如图6和7中所指)具有圆形横截面形状，其横向于轴线B沿球齿本体(即圆柱形部分202)具有基本恒定半径Rb。球齿本体201具有后端表面203和前端表面204。后端表面203是基本平坦的或凸形的，如图5至图7中所示的球齿，并且前端表面204具有半球形或凸形的形状。该半球形或凸形形状确保前端表面204从钻头本体101的前表面105延伸，使得前端表面204将与钻孔的底部接触而不是钻头本体的前表面105与钻孔的底部接触。凹部的内端对应于被布置在所述凹部中的球齿的后端表面203。

布置在第三区域表面112中的球齿200的前端表面具有被选择的形状和尺寸，使得球齿的前端表面具有至少与第三半径R3相同的径向延伸，并且优选地是超过第三半径R3的径向延伸，以确保球齿200将形成钻孔，并且防止钻头本体101的外周与钻孔的侧壁接触。

球齿本体的长度L是沿轴线B测量的，并取决于旨在与球齿结合使用的钻头的尺寸。球齿本体的长度是从后端表面203到横向于轴线B的平面测量的，该平面被布置在球齿本体的圆柱形部分的相对端中，并且旨在布置成与钻头前表面的第一、第二或第三区域基本成一直线。球齿的布置在第二区域表面111和第三区域表面112中的长度L2和L3分别在图6和图7中示出了这个长度。

球齿的圆柱形部分被装配在钻头100的前表面105中的对应凹部120中。凹部120从它们在钻头的前表面105中的相应位置沿基本横向方向延伸，即从第一区域表面110、第二区域表面111或第三区域表面112沿横向方向延伸到钻头本体中。凹部120具有与球齿本体的半径对应的半径和与球齿本体的长度L对应的深度，使得球齿本体的圆形部分被配合在钻头本体内并且被可靠地固定在钻头本体中。

优选地是，凹部120的中心布置为靠近第三或第二区域表面的中心，即相应区域表面中的凹部120和球齿220布置在距离轴线A基本相同的距离处，使得足够的钻头本体材料保留在凹部周围，以确保有足够的强度将球齿固定在钻头本体中。

球齿200以及还有因此形成在钻头本体中的凹部120围绕第三区域表面112和第二区域表面111以彼此基本恒定的距离布置，以确保所有的球齿配件的相同强度和特性。

由于根据本发明的钻头的总体理念是提供能够承受在钻孔期间产生的高载荷的钻头，因此第二区域表面中的圆形凹部基本布置在第三区域表面112中的圆形凹部之间的中心上，以确保实现相邻的凹部之间的最大距离。在根据本发明的钻头中，相邻的圆形凹部的内端之间的距离至少为2.5mm。

优选地是，布置在第三区域表面112中的球齿200具有比布置在第二区域中的球齿的球齿本体半径Rb2大的球齿本体半径Rb3，以增加在钻孔期间第三区域中的以更高速度旋转的球齿的寿命。在钻头的优选实施例中，第三区域中的球齿的球齿本体半径Rb3在5mm至9mm的范围内，优选在6mm至8mm的范围内，也可以为7mm。

钻头的前表面中的球齿的数量n取决于钻头的尺寸。在钻头的优选实施例中，布置在第三区域中的球齿的数量n3在8至12个的区间内，优选为9、10或11个，并且布置在第二区域中的球齿的数量n2在5至10的区间内，优选为6、7、8或9。

如上所述，对于钻头的所有优选实施例，根据本发明的钻头100可以以多种不同方式实施，第三半径R3与布置在第三区域中的球齿的数量(n3)*(第三区域中的球齿的球齿本体半径(Rb3))之间的比率在0.6到0.8的范围内，即比率＝R3/(n3*Rb3)在0.6到0.8的范围内，优选为0.65、0.70或0.75。

此外，如上所述，第三区域表面112中的球齿具有比第二区域中的球齿大的半径，但是第三区域中的球齿的球齿本体长度L3与球齿本体半径Rb3之间的比率，即比率＝L3/Rb3，以及第二区域中的球齿的球齿本体长度L2与球齿本体半径Rb2的比率，即比值＝L2/Rb2，均在1.8至2.2的范围内，优选为1.9、2.0或2.1。

图中所示的钻头还包括布置在第一区域表面中的一些球齿200。优选地是，第一区域表面110中的球齿具有与布置在第二区域表面111中的球齿相同的尺寸，因为由于它们的位置靠近轴线A，因此它们将在钻孔期间以较低的速度移动。布置在第一区域表面110中的球齿具有与在第二区域表面111和第三区域表面112中的球齿相同的设计，并且被装配在第一区域中的对应凹部中，这些凹部从第一区域基本垂直地延伸到钻头本体中。第一区域中的球齿的数量适于钻头的尺寸，但优选地是在2至5的数量范围内。第一区域表面中的球齿定位于第一区域中的选定位置处，使得当钻头旋转时，布置在第一区域前方的钻孔的整个区域都将被覆盖。这意味着球齿可以不对称地布置在第一区域上。

钻头还包括布置在前表面105中的至少两个冲洗介质出口130。冲洗介质通过钻柱10提供给钻头100，以便在钻孔期间从钻孔中冲洗掉残留物和砾石，并且维持所需的钻孔性能。图示的冲洗介质出口130被布置在第一区域表面110和/或第二区域表面111中，并且凹部132形成在前表面105中，以引导冲洗介质和被冲洗掉的材料远离钻头前表面105，其中凹部132从轴线A沿基本径向方向从相应的出口130向外延伸。

钻头本体101还包括从前表面105的第三区域表面112的外周延伸的外周侧表面115，并且在外周侧表面115和前表面105中形成多个凹槽134。凹槽134被布置在第三区域表面112中的相邻的球齿200之间，并且从第三区域基本平行于轴线A朝向钻头的后端延伸，以便从钻孔的钻孔区域输送冲洗材料以及残留物和颗粒。

虽然已经在附图和前述说明中详细示出和描述了本发明，但是这种示出和描述将被认为是说明性的或示例性的而不是限制性的；本发明不限于所公开的实施例。本领域技术人员理解在如所附权利要求书所限定的范围内可以想到许多修改、变化和改变。

此外，通过研究附图、公开内容和所附权利要求书，本领域技术人员在实践要求所保护的本发明时，可以理解和实现对所公开的实施例的变化。在权利要求书中，“包括”一词不排除其它元件或步骤，不定冠词“一”或“一个”不排除多个。在相互不同的从属权利要求中叙述某些措施的这一事实并不表示这些措施的组合不能有利地使用。权利要求书中的任何附图标记不应被解释为限制权利要求书的范围。