DE2101969A1

DE2101969A1 - Ein und ausziehbare Bohrvorrichtung

Info

Publication number: DE2101969A1
Application number: DE19712101969
Authority: DE
Inventors: Howard Daniel Salt Lake City Utah Link (V St A )
Original assignee: Chnstensen Diamond Products Compa ny, Salt Lake City, Utah (V St A )
Priority date: 1970-01-19
Filing date: 1971-01-16
Publication date: 1971-07-22
Also published as: BR7024768D0; CA929154A; FR2077201B1; FR2077201A1; DE2101969C3; DE2101969B2; US3603411A; JPS528761B1; GB1271339A; ZA707142B

Description

PATENTANWÄLTE

DlPL-INS. DR. IUR. DIPL.-ΙΝΘ.

VOLKER BUSSE DIETRICH BUSSE

45 Osnabrück , den 15. Jan. 1971

MOSERSTR ASSE 2O/24- VB /Pl

Christensen Diamond Products Company 1937 South Second West Street Salt Lake City, Utah 84121, U.S.A.

Ein- und ausziehbare Bohrvorrichtung

Die Erfindung bezieht sich auf Drillbohrer zum Bohren von Bohrlöchern in Bodenformationen und betrifft insbesondere einen Drillbohrer mit einem Schneidmechanismus, der durch einen sich zur Bohranlage bzw. zum Bohrgestell erstreckenden Bohrstrang laufen und in einer Stellung in einer Spindel oder einem Körper an dem. unteren Ende des Bohrstranges verriegelt werden kann, wobei die Sehne Ldv/erkzeuge aus ihrer ™ verriegelten Stellung zurückziehbar und durch den bohrstrang zum Bohrgestell hochzieh- bzw. anhebbat· cLnd. Beispiele derartiger Bohrvorrlchtungen ergeben nich aus dar US-Patentschrift 3 ^37 159 und der deutschen Patent.rmmelclum;; P 20 43 519.2-24 vom 2. Oktober 197?),

Di.? übliche Methode zum Bohren ein;.·.; I'-nhr Lochuu besteht darI:.) einen Bohrer an dem unteren Ende elnea Bohrgestänges zu befestigen, Bohrgestänge mit Bohrer In das Bohrloch her-

1098307,387

unterzulassen, das Bohrgestänge unter Aufbringung von Bohrgewicht auf den Bohrer zu drehen und Bohrflüssigkeit durch die Bohrleitung zu leiten, um die Schneid-"Späne" von der Bohrsohle zu entfernen und sie nach oben, um das Bohrgestänge herum, zum oberen Ende des Bohrloches oder des Bohrgestells wegzuspü-len. Wenn der Bohrer wegen Abnutzung bzw. Abstumpfens oder zur Inspektion aus dem Bohrloch entfernt werden soll, ist es erforderlich, den gesamten Bohrleitungsstrang aus dem Bohrloch hochzufahren und den Bohrer entweder auszutauschen oder ihn wieder in das Bohrloch einzufahren, was beträchtliche Zeit In Anspruch nimmt, die mit größerer Tiefe des Bohrloches zunimmt. Die bekannten Vorrichtungen zum Bewegen der Schneidelemente durch den Bohrleitungsstrang und deren Entfernen aus der Bohrleitung an einem Drahtseil od. dgl. vermeiden zwar die Notwendigkeit eines Kochziehens der Bohrleitung zum Auswechseln oder Prüfen der Bohrer, haben jedoch Nachtelle, die u. a. bestehen in der verhältnismäßig kleinen Abmessung der Schneidwerkzeuge, der Schwierigkeit angemessenen Ausrichtens der Schneidwerkzeuge zum unteren Ende der 3ohrleitungj ar. dem die Schneidwerkzeuge verriegelt v/erden, der begrenzten Umfangsreichweite der SehneIdwerkzeuge in nach au£er. gedrücktem Zustand, des Lösens und den Zurückziehen au:· Schneidwerkzeuge Leim Herausziehen durch den Bohr jtrar.r, .: ..:. nohrrejtell wi..i der sich durch die Herstellung der Werk^eiu:e cr

.V - •;r^>ririaui_lf-;;_l;;'-iai.T.e Bohrvorrichtung ist haupt;:.'.<·hi ich r;ekenn- ;:·■ L-r.üot·. d^!.;:'cf. ein an durn Bohrst ran^ befest lcL?.T·-; Aiui^nrohr, -.ix-, vinf; Ai.^i'lobönpindol aufweint, uowl».» .lurch cine üchneidein-

BAD ORIGiNAL

richtung begehend aus oberen und unteren Schneidwerkzeugen, die
sich in Umfangsrichtung gegenseitig überlappen und eine eingezogene Stellung einnehmen können, in der sich die oberen und
unteren Schneidwerkzeuge durch den Bohrstrang und in Längsrichtung innerhalb der Antriebsspindel bewegen können, wobei die
oberen Schneidwerkzeuge in Längsrichtung entlang den unteren

Schneidwerkzeugen bewegbar sind und die oberen und unteren Schneid- ; werkzeuge aus ihren eingezogenen Stellungen seitlich nach außen : ' drücken und wobei miteinander in Eingriff kommende Kupplungsglie- : der an der Spindel und an den oberen und unteren Schneidwerkzeugen zu deren Befestigung an der Spindel in herausgedrückter : Stellung der Schneidwerkzeuge sowie eine Festhaltevorrichtung für ; die oberen und unteren Schneidwerkzeuge in herausgedrücktem und ; , mit der Spindel gekuppeltem Zustand vorgesehen sind, ;

J

Die Erfindung sieht somit einen verbesserten Drillbohrer vor,
■ bei dem die Schneidwerkzeuge durch einen Bohrleitungsstrang ein- : geführt und an einem entsprechenden Antriebsteil oder einer : ^ ; Spindel, die an dem unteren Ende des Bohrstranges befestigt ist, ; ^! verriegelt und auch für ein Hochziehen zum Bohrgestell von dem
Antriebsteil gelöst werden können, und bei dem der Mechanismus
hierfür einfacher als bisher und verhältnismäßig leicht zu dem ! Antriebsteil oder der Spindel ausrichtbar ist, in die sich die
Schneidwerkzeuge hineindrücken und mit der sie gekoppelt sein
müssen und in denen sie in ihrem nach außen gedrückten Zustand _;

sowohl in sicherem Drehmoment- als auch in festem Bohrgewicht- i Übertragungsverhältnis mit dem Antriebsteil verriegelt sind. Die Schneidwerkzeuge, die den Bohrstrang beim Anheben oder Absenken

ΠΠΓ8ΤΠ / VJ B 7

; durchlaufen können, haben eine große zusammengesetzte Schneid-

ο

fläche, die sich zusammengesetzt in Umfangsrichtung über 360 erstreckt, wodurch eine längere effektive Lebensdauer und der An- j

schein und die Funktion eines herkömmlichen einstückigen Bohrers ι erreicht werden. Der Mechanismus ist im Ganzen von starker und ^:

! j

! robuster Konstruktion. Die Schneidwerkzeuge werden durch eine Trag-

j einrichtung durch den Bohrstrang befördert, der ebenfalls dazu j dient, die Schneidwerkzeuge in nach außen gedrücktem Zustand fest

mit dem Antrieb oder der Spindel zu verriegeln. Die Trageinrichtung j kann ein geeignetes inneres Kernrohr oder einen Innenzylinder :

aufweisen, für den Fall, daß die Schneidwerkzeuge einen Kern
j in der Bohrlochformation schneiden sollen, der zusammen mit den j

! I

Schneidwerkzeugen durch den Bohrstrang zum Bohrturm hochgezogen I

i werden kann. Auf Wunsch kann der Bohrer so eingerichtet sein, daß ί

das innere Kernrohr hochgezogen werden kann, ohne daß die Schneid-

werkzeuge von dem Antriebsteil oder der Spindel, an der sie in ^!

nach außen gedrücktem Zustand verriegelt sind, entfernt werden. ;

Weitere Merkmale, Vorteile und Verwendungsmöglichkeiten der Erf findung ergeben sich aus den Ansprüchen und der Beschreibung in
Verbindung mit der Zeichnung, in der ein Ausführungsbeispiel des
Gegenstandes der Erfindung näher veranschaulicht ist. |

In der Zeichnung zeigen: j

Flg.la bis Id gemeinsam einen Längsschnitt, teilweise auch ^!

in Ansicht, durch eine Vorrichtung in einer
Darstellung, in der sich der Schneid-

2101989 ^;

mechanismus in seinem Zustand zur Längs- j bewegung durch einen ihn umgebenden Bohr-_;

leitungsstrang befindet, wobei Pig. Ib, j

lc und ld untere Portsetzungen der Fig. ;

la, Ib bzw. Ic sind; \

Fig. 2a bis 2d den Fig. la bis Id entsprechende Ansich- [

ten, in denen die Schneidwerkzeuge inner-'

halb des Bohrleitungsstranges und dessen j

unterer Spindel in nach außen gedrücktem :

: Zustand verriegelt sind, wobei Fig. 2b, j

i ί

i 2c und 2d untere Fortsetzungen der Fig. ;

; 2a, 2b bzw. 2c sind;

j Fig. 3 einen Schnitt nach Linie 3-3 in Fig. Id;

' Fig. 4 eine Unteransicht nach Linie k-k in

j Fig. 2d;

! Fig. 5 eine schematische Ansicht der oberen und !

! i

; unteren Schneidwerkzeugsätze in ihrem i

! zurückgezogenen Zustand in Bezug aufein-" ■ |

ander; . j

. i

. Fig. 6 eine schematische Ansicht der oberen und i

j unteren Schneidwerkzeugsätze in ihrem

j nach außen gedrückten Zustand; ;

I Fig. 7a eine in einer einzigen Ebene dargestellte j

; schematische Ansicht des gegenseitigen ^!

i Verhältnisses der oberen und unteren !

Schneidwerkzeugsätze in ihrem zurückge- ·

• zogenen Zustand, wie in Fig. Id und 5 j

¹ ι

ι veranschaulicht; I

TO ab J U/138 7

Pig. 7b eine der Pig. 7a ähnliche Ansicht der

Schneidwerkzeuge in ihrem nach außen gedrückten Zustand, wie in Fig. 2d und 6 veranschaulicht;

! Fig. 8 eine isometrische Abbildung eines der

! unteren Schneidwerkzeuge;

! Fig. 9 eine isometrische Abbildung eines der

j oberen Schneidwerkzeuge;

j Fig. 10 eine isometrische Abbildung des Verhält-

j nisses zwischen einem oberen und einem

i unteren Schneidwerkzeug in zurüekgezo-

\ genem Zustand;

; Fig. 11 eine isometrische Teilansicht des Ver- ;

i hältnisses zwischen einem Teil des

Trägers und einem oberen Schneidwerkzeug;

! Fig. 12 eine isometrische Ansicht der Trägerhülse;

! Fig. 13 eine teilweise weggebrochene isometrische

\ Ansicht der Spindel zur Veranschaulichung

I einer ihrer Ausrichtnuten;

\ Fig. 14 eine isometrische Teilansicht des

¹ Me-chanismus des inneren Kernrohres nach ;

I Lösen von dem innerhalb der Antriebs-

i spindel angeordneten Träger;

! Fig. 15 einen Teillängsschnitt der Verriegelung

zwischen dem Innenzylinder oder -rohr und des Schneidwerkzeug-Trägers.

j Die in den Zeichnungen dargestellte Vorrichtung weist einen ein- ; ziehbaren Drillbohrereinsatz A auf, der durch einen sich zu einem ^; (nicht dargestellten) Bohrgestell erstreckenden rohrförmigen ; Bohrstrang B angehoben und abgesenkt werden kann, durch den bei ; Aufbringung von Bohrgewicht ein Drehmoment durch die Vorrichtung

; übertragen wird. Der untere Ansatz 10 des rohrförmigen Bohrstran-, ges B ist mit einem Riegel-Kupplungszwischenteil 11 fest ver-ί schraubt, der seinerseits durch Verschrauben an einem Außenrohr

12 von erforderlicher Länge befestigt ist, dessen unteres Ende (| " auf ein Zwischenstück 13 aufgeschraubt ist, das seinerseits mit I dem oberen Teil einer Antriebsspindel oder eines -körpers I^

. verschraubt ist, die bzw. der ein inneres Rechtsgewinde oder ; eine Schraubnut 15 aufweist, die an einer oberen Schulter 16 . senkrecht zu der Spindelachse beginnt und an einer unteren Schul-

ι ter 17, die in Richtung nach unten und außen divergiert, endet.

Der Drillbohrereinsat-Z A wird durch den Bohrstrang B angehoben ■ und abgesenkt und mit der Antriebsspindel I^ an einem Tragrohr j ι einer Buchse oder Hülse 18 verriegelt oder gekoppelt, die ihrerseits an einem Innenzylinder oder -rohr 19 gekoppelt sein kann, j das einen beim Bohren in der Bodenformation entstehenden Kern aufnehmen kann. Das Innenrohr 19 weist eine Mehrzahl von miteinander verschraubten Rohrabschnitten auf, wobei sein unteres Ende mit einem Endteil 20 verschraubt ist, der eine zentrale Öffnung bzw. einen Hals 21 aufweist, durch den der Kern nach oben und in das Rohr tritt. Zum Verhindern des Herausfallens des Kernes aus dem Rohr ist ein in bekannter Weise arbeitender Pangring bzw. . Kernheber 21a in dem Endteil 20 angeordnet. Das innere Kernrohr

bzw. der Innenzylinder 19 hat eine erforderliche Länge, die z. B. ^: 6 mtr.j 10 mtr. etc. betragen kann, und erstreckt sich nach oben j in den Außenzylinder bzw. das Außenrohr 12 zu einem oberen Dreh-' zapfen 22, so daß die Rotationsbewegung des Außenrohres beim

i Bohren in der Bodenformation nicht auf das Innenrohr übertragen ! wird.

Die Traghülse bzw. das Tragrohr 18 wird durch das Innenrohr 19 ! nach unten durch den Bohrstrang B und das Außenrohr 12 bewegt,

J wobei der Endteil 20 des Innenrohres eine Schulter 23 aufweist, I die mit einer Gegenschulter 2k in dem unteren Teil der Tragbuchse ■' in Eingriff kommen kann, während der obere Teil der Tragbuchse I als Klemmhülse 25 ausgebildet ist, die aus sich in Längsrichtung { erstreckenden federartigen Armen 26 besteht, die in nach innen gerichteten Klemmfingern 27 enden, die sich in eine Umfangsnut j 28 in dem Innenrohr hineinerstrecken können, die zwischen einem an dem Rohr befestigten Haltering 29 und dem unteren Ende 30 eines angrenzenden, oberen Innenrohrabschnitts vorgesehen ist. Wenn der Haltering in seiner Stellung an dem Innenrohr angeordnet ist, kann dessen nach oben divergierende Lippe 31 in einem sich nach unten und innen erstreckenden Haken an den Klemmfingern 27 (Fig. 15) aufgenommen werden, so daß das Hochziehen des Innen-

i Zylinders oder -rohres 19 den Haltering 29 veranlaßt, mit den I

J Fingern in Eingriff zu kommen und die Tragbuchse 18 mithochzu- i

! I

ι ziehen. j·

! Die Tragbuchse trägt einen oberen Satz einziehbarer und nach außen!

i drückbarer Bohrfutter oder Schneidwerkzeuge 32 und der obere Satz 1 109830/1387

j t-rägt seinerseits einen unteren Satz einziehbarer und nach außen drückbarer Bohrfutter oder Schneidwerkzeuge 33, deren obere ί Teile die unteren Teile des oberen Satzes von Schneidwerkzeugen ί 32 in Umfangsrichtung überlappen und wie in Fig. 5, 6, 7a und 7b ' schematisch dargestellt, und alternierend zu diesen angeordnet j sind. Die Schneidwerkzeuge 32 des oberen Satzes sind keilförmig ! ausgebildet, wobei die Seiten ~$k eines jeden Schneidwerkzeuges in Richtung nach unten zueinander konvergieren, wogegen die ebenfalls keilförmig ausgebildeten Schneidwerkzeuge 33 des unteren Satzes mit ihren Seiten 35 in Richtung nach oben zueinander konvergieren. Der obere Teil eines jeden oberen Schneidwerk^ zeuges 32 ist mit einem äußeren Schraubgewinde 36 versehen, um in das Innengewinde 15 der Antriebsspindel 14 einzugreifen. Das gleiche gilt, für den oberen Teil eines jeden unteren Schneidwerkzeuges 33 j der mit einem äußeren Schraubgewinde 37 zum Eingreifen in das Schraubgewinde 15 der Antriebsspindel versehen ist.

Die oberen Schneidwerkzeuge 32 sind in umfangsrichtung abstands- ; gleich zueinander angeordnet und hängen -anfänglich an jeweils

j im Abstand zueinander angeordneten Aufnahmehaken 38, die sich von

j ■*

j dem oberen Ende eines jeden Schneidwerkzeuges 32 nach innen erstrecken, und die im Abstand zueinander angeordeten Aufnahmehaken 39 an der Tragbuchse übergreifen und mit diesen in Eingriff stehen; dabei weist die Tragbuchse sich in Längsrichtung erstreckende äußere Nuten 40 und darüberllegende öffnungen 41 auf,uir ein Absenken der Tragbuehse entlang dem oberen Satz der Schneidwerkzeuge oder Bohrfutter 32 zu ermöglichen, wenn diese, wie nachstehend beschrieben, nach außen gedrückt und in nach außen ge-

^; drückter Stellung verriegelt sind.

Der untere Satz der Schneidwerkzeuge oder Bohrfutter 33 hängt anfänglich, wenn er sich in zurückgezogener Stellung befindet, von dem oberen Satz der Schneidwerkzeuge 32 herab. Hierzu weist jedes obere Schneidwerkzeug an jeder seiner einander gegenüberliegenden Seitenflächen 3²J befestigte Nockenstifte 42 auf, die jeweils einen inneren Teil aufweisen, der sich in eine zur angrenzenden Seitenfläche 35 eines unteren Schneidwerkzeuges 33 öffnenden Längsnut 43 erstreckt, und einen äußeren Teil, der im Winkel zu dem inneren Teil gebogen ist und sich durch eine langgestreckte Nut 44 erstreckt, die sich zur rückwärtigen Fläche des unteren Schneidwerkzeuges öffnet, wie dies deutlich aus Fig. 10 ersichtlich ist. Jede Rückennut 44 ist nahe und parallel zu einer Seite 35 des unteren Schneidwerkzeuges angeordnet und jede ihrer zugehörigen seitlichen Längsnuten 43 ist nahe und parallel zu dem Rücken 45 eines jeden unteren Schneidwerkzeuges angeordnet. Somit hängt der untere Satz von Schneidwerkzeugen während Absenkens der Tragbuchse 18 durch den Bohrstrang B und das Außenrohr 12 teilweise unterhalb des oberen Satzes von Schneidwerkzeugen 32 und wird von diesem getragen.

Der obere Schneidwerkzeugsatz hat obere Flächen 46, die an dem abgeschrägten unteren Ende 47 der Tragbuchse zur Anlage kommen, wobei das untere Ende der Tragbuchse das Überlappungsverhältnis zu den oberen Teilen 48 der unteren Schneidwerkzeuge 33 aufgrund der Tatsache beibehält, daß sich seitlich nach außen erstreckende

! Sperrhaken 49 an dem oberen Teil der unteren Schneidwerkzeuge an

^j-Q δ 3 ö / 1 3 Ö 7

der Innenwand des Bohrstranges B und des äußeren Kernrohres j

entlanggleiten, die die oberen Teile unterhalb des unteren Endes i

47 der Tragbuchse festhalten. Oberhalb seines Sperrhakens 49 ist j jedes untere Schneidwerkzeug mit einer Blattfeder 50 versehen, · die in eine Längsnut 51 in der Außenwand der Tragbuchse hineinpaßt, die nach oben in eine Längsöffnung 52 in der Tragbuchse mündet und ermöglicht, daß letztere entlang dem unteren Satz von Schneidwerkzeugen 33 abgesenkt wird, wenn diese sich in nach außen gedrückter Stellung befinden und wie nachstehend beschrieben an dem unteren Gewindeteil 15 der Antriebsspindel verriegelt sind. Die Blattfedern 50 liegen am Boden der Längsnut 51 an und drücken den Sperrhaken kS nach außen.

j Um ein sachgemäßes Ausrichten zwischen den Schneidwerkzeugen 32, 33 und dem Schraubgewinde 15 der Antriebsspindel sicherzustellen, ] ist letztere mit einer Mehrzahl von spiralförmigen Ausrichtnuten ι 5¹* versehen, die sich von einer dicht über dem oberen Ende 16

des Schraubgewindeteils liegenden Punkt nach oben zu einer nach , unten abgeschrägten Schulter 55 nahe dem Außengewinde 56, das

die Antriebsspindel 14 mit dem darüberliegenden Zwischenstück 13 verbindet, erstreckt. Die spiralförmigen Ausrichtnuten 5^ sind in Umfangsrichtung im Abstand zueinander angeordnet und jeweils in einem solchen Winkel geneigt, daß das obere Ende einer Nut das untere Ende der angrenzenden Nut geringfügig in Umfangsrichtung überlappt. Das Absenken des unteren Satzes von Schneidwerkzeugen 33 in die Antriebsspindel 14 veranlaßt die Sperrhaken 49 in die spiralförmigen Nuteh 5¹* einzuschnappen, die alsdann i sämtliche Schneidwerkzeuge 32» 33 und die Tragbuchse 18 als eine 10ÖÖ30/1367

Einheit innerhalb der Spindel drehen, bis die Schneidwerkzeuge ;,

ι ί

! soweit absinken, daß die Haken 49 die unteren Enden der Nut ver-I I

I lassen und in einen vergrößerten Teil 57 der Antriebsspindel i

i · ι

j eintreten, der in ihrer nach oben gerichteten Schulter 16 endet, ί

I wobei die Haken 49 an der Schulter in Anlage kommen und die Gewindeteile 37 sich in einer Stellung befinden, in der sie nach außen gedrückt werden und in das innere Schraubgewinde 15 der Antriebsspindel eingreifen.

Wenn die Sperrhaken 49 an der Schulter 16 in Anlage kommen, kann der untere Schneidwerkzeugsatz 33 sich innerhalb der Spindel 14 nicht weiter nach unten bewegen. Die Schneidteile 58 eines jeden Bohrfutters 33 liegen alsdann derart unterhalb des unteren Endes 17 der Spindel, daß sich die Tragbuchse 18 in diesen nach unten bewegen und auch den oberen Schneidwerkzeugsatz 32 nach unten entlang dem unteren Schneidwerkzeugsatz 33 führen kann, wobei die Seitenflächen 34 des oberen Schneidwerkzeugsatzes an den zugeordneten Seitenflächen 35 des unteren Schneidwerkzeugsatzes entlanggleiten und beide Schneidwerkzeugsätze 32, 33 nach außen drücken aufgrund der Notwendigkeit, in ihrem Umfang zuzunehmen, wenn sich der obere Satz der keilförmigen Schneidwerkzeuge nach unten zwischen den unteren Satz der keilförmigen Schneidwerkzeuge bewegt, Das untere Ende 47 der Tragbuchse ist an der oberen Gegenschulter 46 an den oberen Schneidwerkzeugen 32 in Anlage und drückt diese zwangsläufig nach unten in die Antriebsspindel 14 und zwischen den unteren Satz der Schneidwerkzeuge 33· Wenn die Schneidteile 59

I des oberen Schneidwerkzeugsatzes unterhalb des unteren Endes 17 der Antriebsspindel liegen, kann sich die Tragbuchse 18 nach unten

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hinter beide Sätze der überlappenden Schneidwerkzeuge bewegen
und drückt deren Gewindeteile 36, 37 nach außen zu vollem Eingriff mit dem Innengewinde 15 der Antriebsspindel, wobei die

i oberen Teile des unteren Schneidwerkzeugsatzes sich entsprechend
] nach oben in die Nuten 51 und öffnungen 52 in der Tragbuchse
j hineinbewegen und die oberen Teile des oberen Schneidwerkzeugsatzes einschließlich deren Aufnahmehaken 38 entlang den Nuten
40 und öffnungen 4l in der Tragbuchse l8 nach oben gleiten. Die
j Tragbuchse kann sich soweit nach unten bewegen, bis ihr unteres
j Ende 47 in in.den unteren Teilen der Schneidwerkzeuge vorgesehene

ί Ausrichtnuten 6O hineinpaßt und sich darin verkeilt (Fig. 2d).

Bei in dieser Stellung befindlichen Teilen kommen die oberen
Teile der Bohrfutter an einer abgeschrägten Schulter 6l in der
Antriebsspindel 14 unmittelbar unterhalb der Anschlagschulter l6
in Anlage, an der die Haken ruhen, so daß Bohrgewicht von der
Antriebsspindel Ik über die Schulter 6l unmittelbar auf die Bohrfutter übertragen wird. Die Schneidwerkzeuge befinden sich in

ihrer nach außen gedrückten Stellung, wobei die untere abge-

i j schrägte Schulter 17 der Spindel an den abgeschrägten Gegen- !

j schultern 62 an den Bohrfuttern anliegt und hierdurch eine Ab- ;

I

j dichtung zwischen der Antriebsspindel 14 und den Bohrfuttern j j gegen einen Flüssigkeitsdurchtritt zwischen diesen Teilen schafft.

• Wie ersichtlich, überdecken die Schneidwerkzeugsätze 32, 33, wenn: sie in ihrem nach außen gedrückten Zustand verriegelt sind,- j gemeinsam 100% des Bohrerumfanges (Fig. 4, 6, 7b). Die Schneid- j v/erkzeuge haben eine innere Längs-Freischneidflache 63, eine

äußere Freischneidfläche 64, die sich seitlich über die Peripherie!

T0TffTff7T3TT~

der Antriebsspindel l4 hinaus erstreckt, und eine dazwisehenlie- \ gende Bohrsohlen-Schneidfläche 65, die sich zwischen den inneren und äußeren Freischneidflächen erstreckt. Diese Flächen können j j zur Durchführung des Schneidvorganges in der Bodenformation mit '

! eingebetteten Diamanten 66 versehen sein. i

I ■ i

! ■

I :

Das obere Ende des inneren Kernzylinders oder -rohrs 19 ist mit j einem Zwischenstück 70 verschraubt, das an ein geeignetes Außen-J gehäuse 71 des Drehgelenks bzw. Drehzapfens 22 angeschraubt ist. i

Wie ersichtlich, umfaßt das Drehgelenk einen nach innen gerichteten Gehäuseflansch 72, gegen den sich obere und untere Lager '. 73, 74 abstützen, wobei das untere Lager 74 an einer Mutter 75 ^: anliegt, die auf einen Lagerzapfen76 aufgeschraubt und durch eine geeignete Kontermutter 77 an diesem verriegelt ist, und das ■

j obere Lager 73 an einer nach unten gerichteten Schulter 78 an

j dem Lagerzapfen anliegt, der in das untere Ende eines Riegel- ; körpers 79 eingeschraubt ist, welcher mit ihm mittels einer auf ! den Lagerzapfen aufgeschraubten Kontermutter 80 verriegelt ist. j Der Riegelkörper ist mit einem Querschlitz 8l zur Aufnahme seit- . ^! lieh verschiebbarer Riegel 82 versehen, die durch spiralförmige j Druckfedern 83 nach außen gedrückt werden, die zwischen den ent- ' j gegengesetzt gerichteten Riegeln wirken, um diese in einer

inneren Umfangsriegelnut 84, die in dem Zwischenteil 11 des :' Außenrohres vorgesehen ist, bei Fluchten mit diesem einschnappen ; zu lassen. Das Zurückziehen der Riegel 82 aus der Ausnehmung 84

wird durch die Aufwärtsbewegung einer Rückzugstange 85 ermöglicht, ι die in Längsrichtung in dem Riegelkörper 79 versc. «bbar ist und Rückziehstifte 86 trägt, die in Schlitzen 87 in den Riegeln

?101

• angeordnet sind und mit an einer Seite der Schlitze ausgebildeten '< abgeschrägten Nockenflächen 88 in Eingriff kommen können. Die ; Rückzugstange 85 ist zum Zurückziehen der Riegel 82 aus der

'. R^elnut 84 nach oben bewegbar, indem ein geeigneter Überwurf 89 mit einem an'der Rückzugstange 85 befestigten Rückzugkopf 90 in Eingriff kommt. Der Riegelmechanismus als solcher ist nicht Teil der vorliegenden Erfindung, da ein ähnlicher Mechanismus in der. oben erwähnten US-Patentschrift Nr. 3 437 159 dargestellt und beschrieben ist.

Es sei angenommen, daß im Betrieb der Vorrichtung der Bohrstrang j B, das Außenrohr 12 und die Antriebsspindel 14 in einem Bohrloch \ angeordnet sind und daß die Schneidwerkzeuge 32, 33 durch den Bohrstrang abgesenkt und mit der Antriebsspindel in nach außen gedrücktem Zustand verriegelt und damit zum Bohren bereit sind, und daß sie, sofern ein Kernrohr 19 vorhanden ist, einen Kern erzeugen, der sich in dem Kernrohr und relativ zu diesem nach oben bewegt. Der Überwurf 89 ist an dem Rückzugkopf 90 und dem inneren Kernrohr 19 befestigt, wobei der Träger bzw. die Buchse 18 sein unteres Ende umgibt, und die in eingezogener Stellung

Endlichen Schneidwerkzeuge 32, 33 werden in den Bohrstrang B eingeführt, wobei der obere Satz von Schneidwerkzeugen 32 von dem Tragrohr und der untere Satz von Schneidwerkzeugen 33 von den

oberen Schneidwerkzeugen herabhängt und sich beide Schneidwerkzeugsätze in ihrem in Fig. Id, 3» 5 und 7a dargestellten eingezogenen überlappungszustand befinden. Das innere Kernrohr 19 und , die von diesem herabhängenden Schneidwerkzeuge werden durch den ' j Bohrstrang B und in den Außenzylinder bzw. das Außenrohr 12 abge-

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senkt, wobei die Sperrhaken 49 sich nach außen in die schraubenförmigen Ausrichtnuten 5h bewegen, die alsdann die Schneidwerkzeuge und das Tragrohr 18 drehen und die Gewindeteile 36, 37 in richtige Ausrichtung zu dem schraubenförmigen Innengewinde 15 der Antriebsspindel bringen.

Das Absenken wird fortgesetzt bis die Sperrhaken 49 an dem unteren Schneidwerkzeugsatz 33 an der Schulter 16 angreifen. Ein weiteres Absenken des inneren Kernrohres 19 und des Tragrohres bzw. der Tragbuchse 18 zwingt den oberen Schneidwerkzeugsatz 32 aus der in Fig. Id, 3, 5 und 7a ersichtlichen Stellung nach unten zwi-

sehen den unteren Schneidwerkzeugsatz 33 in die in Fig. 2d, 4, 6 und 7b veranschaulichte, nach außen gedrückte Stellung. Die !

j Tragbuchse 18 bewegt sich alsdann hinter die beiden Schneidwerk- j

j zeugsätze, um diese in ihrem vollen Ausmaß nach außen zu drücken, wobei ihre Gewindeteile 36, 37 voll in das Innengewinde 15 der

j Antriebsspindel eingreifen. Die sich hinter die Schneidwerkzeuge j
bewegende Buchse verkeilt sich mit ihrem unteren· Ende Ende 47 in der nach oben gerichteten V-förmigen Nut 60, die sich in Umfangsrichtung um die Schneidwerkzeuge 32, 33 herum erstreckt, und verriegelt dann diese Teile in ihrem voll nach außen ge-

wie
drückten Zustand/in Fig. 2d veranschaulicht. Zu diesem Zeitpunkt sind die Riegel 82 gegenüber der Innennut 84 des Riegelkupplungs-Zwischenteils 11 angeordnet, greifen in diese ein und verriegeln das innere Kernrohr 19 und das Tragrohr 18 in ihrer unteren

j Stellung innerhalb des Außenrohres 12 und der Antriebsspindel 14. j

;. ι

j Das Herausdrücken und Verriegeln der Schneidwerkzeuge tritt bei j

_: I

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i-n genügendem Abstand von der Bohrsohle angehobener Antriebsspindel 14 auf. Wenn die Schneidwerkzeuge in ihrer Außenstellung verrfegelt sind, kann der Bohrstrang B abgesenkt werden, um die ^; Schneidwerkzeuge mit der Bohrsohle in Eingriff zu bringen. Der Bohrstrang und der gesamte Mechanismus können in der gewünschten Geschwindigkeit gedreht werden, während durch den Bohrstrang und die Antriebsspindel Bohrgewicht unmittelbar auf die Schneidwerkzeuge aufgebracht und über die Schulter 6l der Antriebsspindel übertragen wird, die an den Gegenflächen an den oberen Teilen der Schneidwerkzeuge angreift. Alsdann wird Bohrflüssigkeit durch den Bohrstrang geleitet, die außen um den Riegel- und Lagerzapfenmechanismus 70-90 herum und nach unten durch den Ringraum zwischen den Innen- und Außenrohren 19, 12 läuft und durch die Tragbuchse 18, am Ende des unteren Teils des inneren Kernrohres 19 sowie entlang der Inneren Freischneidfläche 63 der Schneidwerkzeuge austritt, dann zur Bohrsohle gelangt und die Schneid-"Späne" zum Reinigen der Flächen 63, 65, 64 der Schneidwerkzeuge seitlich nach außen spült und sie nach oben außen um das Außenrohr 12 und den Bohrstrang B herum zu dem oberen Ende Bohrloches befördert. Wenn die Schneidwerkzeuge den ringförmigen Teil der Bohrsohle abbohren, wird ein Kern gebildet, der nach oben durch den Auffangring und in das innere Kernrohr 19 tritt, und es wird in letzterem vorhandene Flüssigkeit nach oben durch eine Austfittsöffnung 95 in den Kopplungsteil 70 in dem Ringraum 94 gedrückt, durch den die Bohrflüssigkeit in Richtung nach unten bewegt wird.

Wenn der Kern auf die gewünschte oder eine Länge geschnitten

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worden ist, die ausreicht, um das Kernrohr im wesentlichen aus-

zufüllen, wird der Bohrstrang B zum Abbrechen des Kernes um eine geringe Entfernung von der Bohrsohle angehoben, wobei der Fangring bzw. Kerngreifer 21 sich nach unten gegen die Schrägwand des Endteils des inneren Kernrohres bewegt, das ihn fest an dem Umfang des Kernes verkeilt und dessen Herausfallen oder Herausziehen aus dem inneren Kernrohr verhindert. Alsdann kann der Überwurf 89 an einem Drahtseil 89a nach unten durch den Bohrstrang in Kopplungsbeziehung zu dem Rückzugkopf 90 abgesenkt werden, woraufhin ein Hochziehen des letzteren erfolgt, um die Rückzugstange 85 anzuhdsn und deren Rückziehstifte 86 zu veranlassen, die Riegel 82 aus der ümfangsnut 84 in dem Außenrohr herauszuziehen. Sodann kann das innere Kernrohr 19 hochgezogen werden, das das Tragrohr 18 mit nach oben bewegt und entlang den nach außen gedrückten Schneidwerkzeugen 32, 33 hochzieht, bis die Aufnahmehaken 39 an dem Tragrohr mit den Aufnahmehaken 38 an den eingezogenen Bohrfuttern oder Schneidwerkzeugen 32 in Eingriff kommen. Die Sehneidwerkzeuge 32 werden in die Antriebsspindel zurückgezogen und aus der Verkeilung mit den Bohrfuttern oder Schneidwerkzeugen 33 hochgezogen, wobei die Nockenstifte 42 an den oberen Schneidwerkzeugen in den Nuten 43, 44 der unteren Schneidwerkzeuge 33 nach oben gleiten, bis. sie das obere Ende der Nuten erreichen, woraufhin sie die unteren Schneidwerkzeuge 33 nach oben ziehen und deren Zurückziehen nach innen zu der Antriebsspindel l4 bewirken. Die Schneidwerkzeuge nehmen alsdann das in Pig. Id, 3 und schematisch auch in Fig. 5 und 7a veranschaulichte, eingezogene Verhältnis zueinander ein, wobei der effektive Satzdurchmesser der Schneidwerkzeuge 32, ;,* kleiner als

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der Innendurchmesser der Antriebsspindel 14, des Außenrohres 12 und der Durchmesser der ganzen Länge des Bohrstranges B ist, so. daß die gesamte Anlage alsdann an dem Drahtseil 89a zu dem Bohrgestell hochgezogen wird.

Der Kern kann aus dem Kernrohr entfernt und die Anlage kann so-, dann wieder in den Bohrstrang eingefahren und in Stellung verriegelt werden. Bei Abnutzung der Schneidwerkzeuge können diese oben an dem Bohrloch ausgetauscht werden.

Soll nur das Kernrohr 19 entfernt werden, so kann der außen an dem inneren Kernrohr angebrachte Haltering 29 weggelassen werden, wobei die untere Schrägseite 100 der Nut 28 verbleibt, die die Klemmfinger 27 aufnimmt und in der Lage ist, mit diesen in Eingriff zu kommen (Fig. Ic). Bei weggelassenem Haltering kann die Vorrichtung nach wie vor in der beschriebenen Weise durch den ! Bohrstrang eingefahren und an der Antriebsspindel 14 verriegelt werden. Beim Hochziehen des Kerns veranlaßt die Aufwärtsbewegung des inneren Kernrohres 19 jedoch die untere Schrägfläche 100 des Kernrohres mit den Klemmfingern 27 in Eingriff zu kommen und sie aus dem Wege zu drücken, wobei das innere Kernrohr alsdann nach oben und vollständig aus dem Tragrohr. 18 herausbewegt wird, das in seiner hinter den Schneidwerkzeugen 32, 33 verriegelten unteren Stellung verbleibt. Beim Wiedereinfahren des Kernrohres 19 in den Bohrstrang B und in eine Stellung, in der die Schulter 23 sich an die Gegenschulter 24 an dem Tragrohr anlegt, erstrecke? sich die Riegel 82 wieder in die Umfangsnut 84 des Außenrohres hinein, wobei der untere Teil des inneren Kernrohres 19 lediglich

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mit den oberen, inneren Schrägflächen der Klemmfinger 27 in ; Eingriff kommt und die Pinger und ihre zugehörigen Federarme 26 ' seitlich aus dem Weg drückt und diese Pinger sich wieder in die Nut 28 nach außen drücken, wenn das Innenrohr seine verriegelte Endstellung erreicht hat, in der es wieder zur Aufnahme eines weiteren Formationskernes bereit ist.

Der Haltering 29 kann wegfallen, außer wenn der Wunsch besteht, das Tragrohr 18 und die Schneidwerkzeuge 32, 33 aus der Antriebsspindel 14 herauszuziehen, da der Haltering, wie oben beschrieben, beim Hochziehen des inneren Kernrohres mit den Klemmfingern 27 verriegelt wird.

Obgleich eine, speziell zum Schneiden eines Kerns konstruierte ein- und ausziehbare Bohrvorrichtung dargestellt ist, kann diese ohne weiteres in eine solche abgewandelt werden, die den gesamten Querschnittsbereich des Bohrloches schneiden kann. Die Tragbuchse bzw. das Tragrohr 18 ist alsdann fest an dem Innenrohr angebracht und weist eine sich über das Rohr erstreckende untere Fläche auf, in deren nach unten gerichteter Oberfläche Diamantoder andere Schneidelemente eingesetzt sind. Das Herausdrücken und Zurückziehen der Schneidwerkzeuge 32, 33 und deren Einziehen wird in der gleichen Weise durch das Tragrohr 18 bewirkt wie oben beschrieben.

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Claims

Patentansprüche: i

1. Ein- und ausziehbare Bohrvorrichtung, die in Längsrich- , tung durch einen in einem Bohrloch eingesetzten rohrförmigen '. Bohrstrang bewegbar ist, gekennzeichnet durch ein an dem Bohrstrang befestigbares Außenrohr, das eine Antriebsspindel aufweist, sowie durch eine Schneideinrichtung bestehend aus oberen j und unteren Schneidwerkzeugen, die sich in Umfangsrichtung gegen-! seitig überlappen und eine eingezogene Stellung einnehmen können,:

in der sich die oberen und unteren Schneidwerkzeuge durch den j Bohrstrang und in Längsrichtung innerhalb der Antriebsspindel i bewegen können, wobei die oberen Schneidwerkzeuge in Längsrich- j tung entlang, den unteren Schneidwerkzeugen bewegbar sind und
die oberen und unteren Schneidwerkzeuge aus ihren eingezogenen
Stellungen seitlich nach außen drücken und wobei miteinander in
Eingriff kommende Kupplungsglieder an der Spindel und an den
oberen und unteren Schneidwerkzeugen zu deren Befestigung an

der Spindel in herausgedrückter Stellung der Schneidwerkzeuge '^!

I sowie eine Pesthaltevorrichtung für die oberen und unteren Schneid-

werkzeuge in herausgedrücktem und mit der Spindel gekuppeltem ·- 1, Zustand vorgesehen sind.

2. Bohrvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, · daß die oberen Schneidwerkzeuge eine sich nach unten verjüngende
Keilform aufweisen und sich mit den unteren Schneidwerkzeugen
abwechseln, wobei durch Abwärtsbewegen der oberen Schneidwerkzeuge entlang den unteren Schneidwerkzeugen jeweils die oberen

und die unteren Schneidwerkzeuge weiter auseinander gezwängt
werden und der Gesamtschneiddurchmesser der oberen und unteren
Schneidwerkzeuge vergrößert wird.

3. Bohrvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn-

zeichnet, daß in herausgedrückter, mit der Spindel gekuppelter ;

j Stellung der unteren und oberen Schneidwerkzeuge die unteren \ ; Enden beider in derselben Ebene senkrecht zu der Spindelachse

i

; liegen. _:

4. Bohrvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch ; gekennzeichnet, daß die Seiten eines jeden oberen Schneidwerkzeuges in Richtung nach unten und die Seiten eines jeden unteren . Schneidwerkzeuges in Richtung nach oben zueinander konvergieren, : wobei sich die oberen Schneidwerkzeuge in ümfangsrichtung mit den unteren Schneidwerkzeugen abwechseln und die Seiten der oberen i

i

Schneidwerkzeuge mit den Seiten der unteren Schneidwerkzeuge , j in Gleiteingriff stehen, so daß durch Abwärtsbewegen der oberen
j Schneidwerkzeuge entlang den unteren Schneidwerkzeugen jeweils

i ,

die oberen und unteren Schneidwerkzeuge in Ümfangsrichtung weiter ; auseinander bewegt werden und der Gesamtschneiddurchmesser der : oberen und unteren Schneidwerkzeuge vergrößert wird. '

5. Bohrvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch \ gekennzeichnet, daß die zusammengesetzte Schneidfläche der oberen und unteren Schneidv/erkzeuge in Ümfangsrichtung im wesentlichen
durchgehend verläuft, wenn sich die oberen und unteren Schneidv/erkzeuge in herausgedrückter, mit der Spindel gekuppelter Stellung befinden. _^ _ j

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6. Bohrvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, gekennzeichnet durch einen die Schneidwerkzeuge haltenden Träger, der die Schneidwerkzeuge in ihrer zurückgezogenen Stellung durch den Bohrstrang und in Längsrichtung innerhalb der Spindel transportieren kann, wobei die oberen Schneidwerkzeuge von dem Träger nach unten entlang den unteren Schneidwerkzeugen bewegbar sind und die oberen und unteren Schneidwerkzeuge aus ihren einge-j zogenen Stellungen seitlich nach außen drücken, und wobei der Träger zu den oberen und unteren Schneidwerkzeugen nach unten in eine Stellung bewegbar ist, in der die oberen und unteren Schneidwerkzeuge in herausgedrücktem und mit der Spindel gekuppeltem Zustand gehalten sind.

7. Bohrvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, gekennzeichnet durch an den oberen' und unteren Schneidwerkzeugen vorgesehene, miteinander in Eingriff kommende Mittel, die bei eingezogener Stellung der Schneidwerkzeuge die unteren in von den oberen herabhängendem Zustand halten.

8. Bohrvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, gekennzeichnet durch an der Spindel und an der Schneideinrichtung vor- ι

gesehene, miteinander in Eingriff kommende Ausrichtteile, durch j

welche die oberen und unteren Schneidwerkzeuge für ein seitliches Herausdrücken und zum Kuppeln mit der Spindel ausgerichtet werden.

9. Bohrvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, gekennzeichnet durch eine an den unteren Schneidwerkzeugen und der Spindel vorgesehene Sperreinrichtung zum Verbringen der unteren

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Schneidwerkzeuge in eine Lage, in der sie mit der Spindel kuppelbar sind.

10. Bohrvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9» gekennzeichnet durch miteinander in Eingriff kommende Stifte und Schlitze an den oberen und unteren Sehneidwerkzeugen» die bei eingezogener Stellung der Schneidwerkzeuge die unteren in von den oberen herabhängendem Zustand halten und den oberen Schneidwerkzeugen ermöglichen, sich nach Eingriff mit der Sperreinrichtung urter die unteren Schneidwerkzeuge zu bewegen und die oberen und unteren Schneidwerkzeuge seitlich nach außen zu drücken.

11. Bohrvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, j dadurch gekennzeichnet, daß der Träger einen die Schneideinrichtung haltenden äußeren Tragteil und einen inneren Tragteil aufweist, der lösbar mit dem äußeren Tragteil verbunden und zum Hochziehen aus der Spindel und durch den Bohrstrang nach oben zu dem Bohrloch von diesem entfernbar ist.

12. Bohrvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, ge- ^: kennzeichnet durch ein inneres Kernrohr zur Aufnahme eines durch ; die Schneideinrichtung in der Bohrlochformation erzeugten j Kernes, das lösbar mit dem äußeren Tragteil verbunden und zum Hochziehen, aus der Spindel und durch den Bohrstrang nach oben | zu'dem Bohrloch vom Tragteil entfernbar ist. ' ;

13. Bohrvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, da- :

durch gekennzeichnet, daß der Träger aus dem inneren Kernrohr ;

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besteht.

14. Bohrvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, gekennzeichnet durch ein an dem Bohrstrang befestigbares Außenrohr, das eine in ihrem unteren Teil mit Innengewinde versehene Antriebsspindel enthält, und durch eine in Längsrichtung durch den Bohrstrang und in die Antriebsspindel bewegbare Schneideinrichtung mit einem dem Innengewinde entsprechenden Gegengewinde, sowie durch Organe zum seitlichen Herausdrücken der Schneideinrichtung und Eingreifen ihres Gewindes in das Innengewinde uad zum Koppeln der Schneideinrichtung mit der Spindel.

15· Bohrvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 14, gekennzeichnet durch eine Halteeinrichtung zum Pesthalten der Schneideinrichtung in seitlich herausgedrückter Stellung, wobei ihr Gewinde mit dem Innengewinde in Eingriff steht.

16. Bohrvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Kupplungsglieder aus einem Innengewinde an der Spindel und mit diesem in Eingriff stehenden Außengewinden an den oberen und unteren Schneidwerkzeugen bestehen.

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17. Bohrvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 16, da-

S - ■

j durch gekennzeichnet, daß die Ausrichtteile an der Spindel und der Schneideinrichtung derart angeordnet sind, daß die Außenge-

! winde an den oberen und unteren Schneidwerkzeugen in vollen Schraubeingriff mit dem Innengewinde gelangen.

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18. Bohrvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 17, gekennzeichnet durch an den unteren Schneidwerkzeugen und an der Spindel vorgesehene, miteinander in Eingriff kommende Riegel- ! teile zum Festlegen der unteren Schneidwerkzeuge in Ihrer i Stellung zum seitlichen Herausdrücken ihrer Außengewinde in j Schraubeingriff mit dem Innengewinde,

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