DE2309570A1

DE2309570A1 - Bohrgeraet und bohrstrang-einsatzanordnung

Info

Publication number: DE2309570A1
Application number: DE19732309570
Authority: DE
Inventors: Richard Nicholas Bray
Original assignee: DEMAROK INTERNAT Ltd
Current assignee: DEMAROK INTERNAT Ltd
Priority date: 1972-02-25
Filing date: 1973-02-26
Publication date: 1973-08-30
Also published as: ES411915A1; FR2173202B3; US3835943A; FR2173202A1; GB1399881A; BE795817A; AU5247073A; CA960643A; NL7302507A

Description

Bremen, den 22. Februar 1973 Sch/B.

Anmeldung zum Patent und Hilfsgebrauchsmuster mein Aktz.: 73.26 Demarok/F/

ANMELDER:

Demarok International Limited,

East Winch Hall, East Winch, Near Kings Lynn,

Norfolk, England

ERFINDER:

Richard Nicholas- Bray

Farthings, Restwell Avenue, Cranleigh, Surrey,

England

VERTRETER gem. § 16 PatG:

Dipl.-Ing. Martin Schumacher, Patentanwalt, 28 Bremen 1, Ellhornstr.

BEZEICHNUNG: Bohrgerät und Bohrstrang-Einsatzanordnung

Oberbegriff:

Die Erfindung bezieht sich auf ein Bohrgerät mit gemeinsam vortreibbarem inneren und äußeren Bohrstrang und Mitteln zum Drehschlagantrieb der Bohrstrang-Einsatzanordnung .

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Stand der Technik

Bei den bekannten Bohrgeräten da· vorliegenden Art sind die beiden Bohrstränge zur gemeinsamen Drehschlagbewegung miteinander gekoppelt. Ein Bohrstangeneinsatz ist mit einer Drehschlagantriebsquelle verbunden, wobei am unteren Ende des Einsatzes eine Gewindebohrung vorgesehen ist, in welche der Innenstrang eingeschraubt wird. Der untere Teil des Inneneinsatzes ist außen mit Gewinde versehen und ein hülsenförmigen Hohleinsatz ist mit seinem oberen Ende auf den unteren Teil des Inneneinsatzes geschraubt. Der untere Teil des hohlen Einsatzes erstreckt sich bis unter den Inneneinsatz und ist innen mit Gewinde versehen, um das oberste Stück des Außenstranges aufzunehmen. Die beiden Bohrstränge sind dadurch starr miteinander gekoppelt zur gleichzeitigen Übertragung der Rotations- und Schlagbewegung.

Über dem Hohleinsatz ist ein Spülkopf auf den Inneneinsatz gesetzt, wobei der Spülkopf mit dem Inneneinsatz drehbar verbunden ist, damit der Spülkopf in Ruhe verharren kann, während der Inneneinsatz rotiert. Durch den Spülkopf wird ein Spülmittel in den Zwischenraum zwischen Innen- und Außenstrang gebracht und der Inneneinsatz ist zu diesem Zweck mit Axialkanä-len versehen, die sich von dem Spülkopf bis zum Grund des Einsatzes erstrecken. Der Inneneinsatz hat ferner einen axialen, über seine ganze Länge sich erstreckenden Kanal, durch den Spülmittel zu einem zentralen Kanal gelangen kann, der sich über die ganze Länge des Innenstranges

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erstreckt, um ein Ausströmen von Spülmittel an der inneren Bohrspitze bzv. Bohrkrone zu erzielen.

Wenn durch Felsgestein gebohrt werden soll, das von Abraum bedeckt ist, bestehend aus Erde oder sonstigem lockerem Material, verden innerer und äußerer Bohrstrang durch das Erdmaterial und auch noch ein kurzes Stück bis in das Felsgestein gemeinsam vorgetrieben. Sodann wird allein der Innenstrang durch den Felsen getrieben, während der Außenstrang ruhend zurückbleibt und als Schutzrohr dient, um den Innenstrang gegen Druck durch das Erdreich zu schützen. Bei der bekannten Bauweise des Bohrgerätes müssen die beiden Einsätze zunächst entkuppelt und es muß der Inneneinsatz angehoben verden, um weitere Innenstrangstücke anschließen zu können. Um die beiden Einsätze zu entkuppeln, muß aber eine Schraubbevegung vorgenommen werden, die zeitraubend ist. Außerdem ist die Lagerung des Spülkopfes einem hohen Verschleiß unterworfen, weil der Spülkopf direkt auf dem Inneneinsatz mit seinem Drehschlagantrieb befestigt ist. Ein weiterer Nachteil besteht darin, daß der Inneneinsatz verhältnismäßig kostspielig ist, da er mit drei statt wie gewöhnlich mit einem einzigen Kanal versehen werden muß und weil die Anordnung von Kanälen nahe der Außenseite des Inneneinsatzes zu unerwünschten Querschnittsschwächungen führt.

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Aufgabe

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Bohrgerät und eine Bohrstrang-Einsatzanordnung der eingangs bezeichneten Art zu schaffen, die eine einfache und zeitsparende Handhabung beim Verlängern des inneren Bohrstranges ermöglicht und sich durch einfache, solide Bauweise auszeichnet.

Lösung der Aufgabe

Erfindungsgemäß ist die genannte Aufgabe dadurch gelöst worden, daß die Bohrstrang-Einsatzanordnung aus einem ersten, inneren Einsatz, der mit dem inneren Bohrstrang verbindbar ist und einem zweiten, äußeren Einsatz, der mit dem äußeren Bohrstrang verbindbar ist, besteht, wobei der Außeneinsatz den Inneneinsatz in einer Bohrung verschiebbar aber undrehbar aufnimmt.

Um ein gemeinsames Drehen der beiden Einsätze zu ermöglichen, kann der Inneneinsatz mit Schiebesitz im Außeneinsatz gelagert sein, wobei die Eingriffe der beiden Einsätze einen nicht keilförmigen Querschnitt haben.

Die beschriebene Anordnung, in welcher die beiden Einsätze nicht fest miteinander verbunden sind, gestatten es, den Inneneinsatz anzuheben, ohne Schraubbewegungen von Kupplungen vornehmen zu müssen.

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Da erfindungsgemäß die beiden Einsätze nicht starr miteinander verbunden sind* ist es erforderlich, Mittel vorzusehen, um die Schlagbewegungen auf die Bohrspitze oder Bohrkrone des äußeren Bohrstranges zu übertragen* Dies kann dadurch erreicht werden* daß der Schlag vom Inneneinsatz auf den Außeneinsatz über vorzugsweise kegeistumpfförmige Schultern übertragen wird. Eine solche Anordnung ist jedoch mit einer erheblichen Beanspruchung des Außenstranges und der Einsätze verbunden. Aus diesem Grunde ist es vorzuziehen, die Schlagbewegungen unmittelbar auf die Bohrkrone des äußeren Bohrstranges zu übertragen. Zu diesem Zweck kann der Innenstrang mit einer Bohrkrone versehen sein, durch welche eine mit dem Außenstrang verbundene Bohrkrone mittels Schlag antreibbar ist derart, daß die Schläge vom Außeneinsatz über den Innenstrang und die innere Bohrkrone duf die äußere Bohrkrone übertragen werden. Die Bohrkrone des äußeren Bohrstranges kann mit Axialspiel versehen sein. Die Bohrkrone des äußeren Bohrstranges kann auch mit dem untersten Stück des äußerenBohrstranges fest verbunden sein. Ferner ist es möglich, die Schlagbewegung durch eine Kombination der beiden beschriebenen Übertragungsweisen auf die äußere Bohrkrone zu übertragen, so daß sowohl zwischen den beiden Einsätzen als auch zwischen den beiden Bohrkronen Schlagbewegungen übertragen werden.

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Vorzugsweise ist der Außeneinsatz mit einem oberen Teil versehen* in den der Inneneinsatz eingepaßt ist und mit einem.unteren Teil_} der Spülmittelöffnungen aufweist für eine Spülmittelströmung zwischen Innen- und Außenstrang. Durch diese Anordnung ist es möglichj den Spülkopf auf dem Außeneinsatz statt auf dem Inneneinsatz anzubringen und es ist infolgedessen nicht mehr erforderlich, den Inneneinsatz mit axialen Kanälen zur Leitung des Spülmittels zu versehen. Auf solche Weise wird ein sowohl einfacherer als auch festerer Inneneinsatz erzielt.

Da der Außeneinsatz vorzugsweise nicht unmittelbar durch Schlag angetrieben wird, wird die Lagerung des Spülkopfes im Bereich der Spülmittelöffnungen des Außeneinsatzes nicht mehr dem hohen Verschleiß unterworfen wie bei den Einsatzanordnungen herkömmlicher Art.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung sind der folgenden Figurenbeschreibung eines Ausführungsbeispieles zu entnehmen»

Figurenbeschreibung In der dargestellten Zeichnung ist

Fig. 1 ein Vertikalschnitt durch eine Bohrstrang-Einsatzanordnung und den oberen Teil der Bohrstränge, wobei ein Spülkopf auf dem Außeneinsatz zwecks Zuleitung

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von Spülmittel in den Zwischenraum zwischen Innen- und Außenstrang vorgesehen ist,

Fig. 2 ein Querschnitt nach der Linie 2-2 der Fig. 1, mit Abdichtung der Spülöffnungen durch eine Schelle,

Fig. 3 eine vertikale Ansicht, teilweise im Schnitt

des Bohrgerätes mit Innen- und Außenstrang und Einsätzen nach Fig. 1, in einer der möglichen Arbeitsstellungen,

Fig. 4 das Bohrgerät mit Anordnung für eine andere Arbeitsweise, und

Fig. 5 eine Ansicht gemäß Fig. 3 und 4 mit dem Bohrgerät in einer dritten Arbeitsweise.

Fig. 1 zeigt einen Inneneinsatz 1, der zum Drehschlagantrieb mit einer in der Zeichnung nicht dargestellten Energiequelle verbunden ist. Der Inneneinsatz 1 ist mit Schiebesitz im oberen Teil eines hülsenförmigen Außeneinsatzes 2 gelagert und es ist eine Dichtung zwischen den beiden Einsätzen in Form von Ringdichtungen 3 vorgesehen, die sich in Umfangsnuten des Inneneinsatzes befinden.

Der Inneneinsatz 1 und die ihn aufnehmende Bohrung im Außeneinsatz haben den gleichen im wesentlichen kreisförmigen Querschnitt, sind aber mit einer oder mehreren Abflachungen versehen, so daß die Einsätze nicht gegeneinander verdrehbar sind und der Inneneinsatz den Außeneinsatz antreibt.

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Per Inneneinsatz 1 hat in herkömmlicher Weise eine zentrale Bohrung 4 für den Durchgang eines Spülmittels, normalerweise Luft, durch den inneren Bohrstrang 5 (vgl. Fig. 3 bis 5). Diese Bohrung 4 hat einen erweiterten unteren Teil mit Gewinde zur Aufnahme des oberen Endes des Rohrstranges. Der untere Teil 2a des Außeneinsatzes ist mit Innengewinde zur Aufnahme des obersten Stückes des Außenstranges 14 versehen und der mittlere Teil des Außeneinsatzes 2 ist mit zwei einander gegenüberliegenden Spülmittelöffnungen 6 versehen, durch welche Wasser oder ein sonstiges Spülmittel zum Zwischenraum zwischen Innen-und Außenstrang geführt werden kann, wie in Fig. 4 veranschaulicht ist.

Um den mittleren Teil des Außeneinsatzes 2 ist, wie Fig. 1 und 4 zeigen, ein lösbarer SpUlkopf 7 drehbar auf einem unteren Lager 9 und oberen Lager 8 angebracht, wobei das Gewicht vom unteren Lager 9 getragen wird, das seinerseits auf einer Schulter 10 des Außeneinsatzes ruht. Der SpUlkopf 7 kann somit vom Außeneinsatz abgehoben verden, wenn er nicht gebraucht wird, ohne eine Schraubbevegung von Kupplungen zu erfordern.

Zwischen SpUlkopf und Außeneinsatz ist eine herkömmliche Anordnung von Dichtmitteln vorgesehen, um eine Leckage von Wasser aus der Ringkammer 11 des Spülkopfes, der den mittleren Teil des die Spülöffnungen 6 aufweisenden Außeneinsatzes umschließt, zu verhindern. Das Spülwasser wird der Kammer 11 durch einen Einlaß 12 des Sptilkopfes 7 zugeführt.

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Fig. 4 veranschaulicht die Arbeitsweise, bei welcher das Bohrgerät in Verbindung mit dem abnehmbaren- Spülkopf nach Fig. 1 betrieben wird. Der Inneneinsatz 1 wird mit Drehschlagantrieb betrieben, wodurch auch die Bohrkrone des inneren Bohrstranges 13 mit Drehschlag angetrieben wird.

Die Drehbewegung wird auf den äußeren Bohrstrang 14 und seine Bohrkrone 15 durch die Drehkopplung der beiden Einsätze übertragen, während die Schlagbewegung vom inneren Bohrstrang über die kegeistumpfförmigen Schultern 16 auf die äußere Bohrkrone übertragen wird.

Spülwasser, das über den Einlaß 12 in die Kammer 11 gelangt, strömt, wie durch Strichlinienpfeile angegeben, durch den Zwischenraum zwischen Innen- und Außenstrang und tritt unten zwischen Innen- und Außenkrone in das Felsgestein oder in die Erde ein. Das Austreten von Wasser aus der Kammer 11 nach oben wird durch die Dichtungen 3 verhindert. Die ausgezogenen Pfeile in Fig. 4 veranschaulichen den Weg der $illuft durch den inneren Bohrstrang bis in das Erdreich bzw. Felsgestein.

Soll der innere Bohrstrang 5 mit der Bohrkrone 13 entfernt werden, kann dies geschehen, um den äußeren Bohstrang allein durch Rotation vorzutreiben; die Schlagbewegung wird dabei unterbrochen.

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Fig. 3 zeigt eine Betriebsweise des Bohrgerätes, bei der der Spülkopf 7 entfernt worden ist. Dies ist, wie bereits oben ausgeführt wurde, durch einfaches Abziehen nach oben möglich, da er auf dem Außeneinsatz vertikal verschiebbar angeordnet ist. Danach kann der Kopf aus seiner Stellung vom Inneneinsatz entfernt werden, entweder durch Abkuppeln des Einsatzes von der Kraftquelle oder durch Anheben des Inneneinsatzes und vorübergehendes Abkuppeln des Einsatzes vom obersten Stück des Innenstranges. Nachdem der Spülkopf entfernt worden ist, strömt Spülluft durch den Innenstrang und anschließend aufwärts durch den Zwischenraum zwischen Innen— und Außenstrang, um durch die Spülöffnungen 6 zu entweichen, wie durch die ausgezogenen Pfeile veranschaulicht ist. Dabe^ind die Dichtungen 3 unwesentlich für das Arbeiten des Gerätes.

Fig. 2 zeigt eine Einrichtung zur Abdichtung, die anstelle des SpüUcopfes treten kann. Diese Einrichtung besteht im ve— sentlichen aus einer Schelle 17 mit Spalt 18. Zu beiden Seiten des Spaltes sind Knaggen 19,20 vorgesehen und ein Bolzen 21 zum Schließen und öffnen der Schelle. Die Schelle ist mit Öffnungen 22 versehen, die mit den Spülöffnungen 6 des Außeneinsatzes zur Deckung gebracht werden können. Fig. 2 zeigt die Einstellung der Schelle zur Abdichtung der Spülöffnungen 6. Befindet sich die Schelle in der Abdichtstellung nach Fig. 2, so strömt das Spülmittel durch den Zwischenraum

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zwischen Innen- und Außenstrang nach unten und tritt ins Erdreich aus.

Wird die Schelle gelöst und verdreht, so daß die Öffnungen mit den Spülöffnungen 6 zur Deckung kommen, so ergibt sich eine Betriebsweise, die der in Fig. 3 dargestellten Betriebsweise entspricht. Die Einrichtung nach Fig. 2 ist daher besonders geeignet, um von einer Betriebsweise nach Fig. 3 zu einer Betriebsweise überzugehen, in der die Spülluft zwischen den Bohrspitzen austritt.

Wie bereits oben beschrieben wurde, wird es gegebenenfalls erforderlich, den inneren Bohrstrang allein vorzutreiben. Zu diesem Zweck ist es lediglich erforderlich, den Inneneinsatz mit dem inneren Bohrstrang anzuheben, sodann die Bohr— spitze 13 durch eine kleinere Bohrspitze 23 zu ersetzen und anschließend in üblicher Weise mit der Bohrarbeit fortzufahren, wobei der Inneneinsatz sich über dem oberen Ende des Außenstranges befindet, während die Bohr spitze im Felsgestein arbeitet. Die Bohrspitze 23 ist so klein ausgeführt, daß sie durch die kranzförmige Bohrkrone des äußeren Bohrstranges hindurchgeführt werden kann, wobei der äußere Bohrstrang in Ruhe verharrt, während die Bohrarbeit weitergeht. Beim Arbeiten des Bohrgerätes nach der Arbeitsweise gemäß Fig. 5 erfolgt die Spülung ähnlich wie in Fig. 3, wobei nur die Spülluft am oberen Ende des Außenstranges entweicht und nicht durch besondere Spülöffnungen 6 gemäß Fig. 3. Fig. 5

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zeigt die Bohrarbeit bei abgenommenem Außeneinsatz 2. Der Außeneinsatz kann aber auch in der Vorrichtung verbleiben, da er die Arbeit des Bohrgerätes in der durch Fig. 5 veranschaulichten Weise kaum beeinträchtigt.

Der wesentliche Vorteil der Erfindung besteht somit darin, daß der Inneneinsatz 1 einfach durch Anheben vom Auleneinsatz gelöst werder)&ann, ohne daß eine Schraubbewegung erforderlich ist.

Wird das Bohrgerät wie in Fig. 4 dargestellt betrieben, ist der Spülkopf gegen Schlagerschütterungen weitgehend geschützt, da die Vibrationen nur über den relativ langen Weg über die Bohrkronen übertragen wird.

Ferner ist von besonderer Bedeutung, daß, wie aus Fig. 4 ersichtlich ist, das Spülwasser unter dem Inneneinsatz eintritt und infolgedessen der Inneneinsatz nicht mit Axialkanälen für die Wasserführung versehen werden muß.

Soll der Außenstrang durch Anheben des Inneneinsatzes angehoben werden, ist es erforderlich, Mittel vorzusehen, durch die verhindert wird, daß der Inneneinsatz vom Außeneinsatz abgezogen werden kann. Zu diesem Zweck kann im oberen Bereich des Außeneinsatzes ein Angriff für eine in der Zeichnung nicht dargestellte Zange, beispielsweise in Form von

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zweipaarig angeordneten Zangeneingriffslöchern vorgesehen sein. Zwei dieser Löcher 24, jedes zu einem, der beiden Paare gehörig, sind in Fig. 1 dargestellt. Der Abstand zwischen den Löchern 24 und den zugehörigen Zangenteilen ist wenig größer als der Durchmesser des oberen Teiles 1a des Inneneinsatzes, so daß die Zange oberhalb einer kegelstumpfförmigen Schulter 1b des Inneneinsatzes in Eingriff gebracht werden kann.

Wird, nachdem die Zange eingesetzt worden ist, der Inneneinsatz angehoben, greift der Inneneinsatz mit seiner Schulter 1b an den Zangenschenkeln an, so daß er beim weiteren Anheben den Außeneinsatz mitnimmt.

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Claims

SCHUTZ ANSPRÜCHE;

. Bohrstrang-Einsatzanordnung für einen inneren Bohrstrang und einen äußeren Bohrstraig, die gemeinsam vortreibbar sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Einsatzanordnung aus einem ersten, inneren Einsatz (1), der mit dem inneren Bohrstrang verbindbar ist und einem zweiten, äußeren Einsatz (2), der mit dem äußeren Bohrstrang verbindbar ist, besteht, wobei der zweite Einsatz (Außeneinsatz 2) den ersten Einsatz (Inneneinsatz 1) in einer Bohrung axial verschiebbar, aber undrehbar aufnimmt,
2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der ■Inneneinsatz (1) mit Schiebesitz im Außeneinsatz (2) verschiebbar ist und daß die einander entsprechenden Eingriffe einen nicht kreisförmigen Querschnitt haben.
3. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der unrunde Sitz im oberen Teil des Inneneinsatzes (2) angebracht ist und daß der Außeneinsatz (2) einen unteren Bereich (2a) aufweist, in welchem sich wenigstens eine Öffnung (6) zum Durchtritt eines Spülmittels befindet, das den Raum zwischen Innen- und Außenstrang durchströmt..

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4. Anordnung nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch einen Spül kopf (7), der mit dem Außeneinsatz (2) verbindbar ist und durch Spülmittel zu den Öffnungen (6) des Außeneinsatzes (2) gelangt sowie durch Dichtmittel (3) zwischen den Einsätzen, um eine Strömung des Spülmittels zur Oberseite der Einsatz anordnung zu verhindern.
5. Anordnung nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch eine Dich tung (17), die auf der Außenseite des Außeneinsatzes (2) anbringbar und zwischen einer Stellung, in welcher sie die Öffnungen (6) im Außeneinsatz (2) verschließt und einer Stellung, in der sie diese Öffnungen (6) freigibt, verdrehbar ist.
6. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekenn zeichnet, daß Eingriffsöffnungen (24) vorgesehen sind, durch deren Benutzung der Inneneinsatz gegen ein Herausziehen aus dem Außeneinsatz verhindert wird, wenn der Außeneinsatz durch Anheben des Inneneinsatzes mit angehoben werden soll.
7. Bohrgerät mit einem inneren Bohrstrang (5) und einem äußeren Bohrstrang (14) und Mittel zum Drehschlagantrieb der Bohrstrang-Eins at z anordnung, dadurch gekennzeichnet, daß die Bohrstränge (5 und 14) mit einem inneren und äußeren Einsatz (1 und 2) gemäß den voraufgehenden Ansprüchen verbunden sind, wobei der Inneneinsatz (1) mit dem Drehschlagantrieb verbunden ist.

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8. Bohrgerät nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Innenstrang (5) mit einer Spitze oder Krone (13) versehen ist, durch welche eine mit dem äußeren Bohrstrang (14) verbundene Bohrspitze oder Bohrkrone (15) durch Schlag antreibbar ist, so daß die Schläge vom Außeneinsatz (1) über den Innenstrang (5) und die innere Bohrkrone (13) auf die äußere Bohrkrone (15) übertragbar ist.
9. Bohrgerät nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die äußere Bohrkrone (15) starr mit dem Außenstrang (14) verbunden ist.
10. Bohrgerät nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die äußere Bohrkrone (15) mit dem Außenstrang (14) so verbunden ist, daß ein Axialspiel zwischen der äußeren Bohrkrone (15) und dem Innenstrang (14) vorhanden ist.
11. Bohrgerät nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die innere Bohrkrone (13) mit einer kegelstumpf förmigen Schulter (16) zum Angriff an einer entsprechenden kegeistumpfförmigen Schulter (16) am Außenstrang (15) versehen ist.
12. Bohrgerät nach einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß Inneneinsatz und Außeneinsatz aufeinander wirkende Schultern zur Schlagübertragung vom Inneneinsatz auf den Außeneinsatz aufweisen.

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